Selección Y Evaluación De Alternativas De Gerenciamiento Y/o Exclusión De Arena. Aplicación A Campos Colombianos

Resumen

La producción de arena constituye un problema serio en muchos campos de petróleo y gas de todo el mundo. Puede afectar drásticamente los regímenes de producción, incrementar las fallas del equipo de subsuelo y superficie, aumentar el riesgo de fallas catastróficas y crear intervenciones más continuas con equipo de workover, aumentando considerablemente los volúmenes de aceite no producido e incrementando los costos de levantamiento hasta el punto de hacer improductivos los pozos, e implica para las compañías operadoras un costo de decenas de miles de millones de dólares por año.

El control de la producción de arena es un tema complicado que no puede ser abordado a través de un enfoque de tipo unilateral y por el contrario se debe adoptar un enfoque multifacético y complejo, que explota la amplia gama de tecnologías y conocimientos técnicos especiales disponibles para manejar este problema (involucra mecánica de rocas, fuerzas en la cara de la formación, ciencias de materiales, mecánica de fluidos, etc.).

Por lo anterior el presente trabajo se centro en desarrollar una metodología para seleccionar y evaluar las alternativas de Gerenciamiento de arena que permitan tomar la mejor decisión desde el punto de vista técnico y económico. La metodología incluye selección de pozos de acuerdo con ciertos criterios establecidos, identificación y caracterización de los intervalos areneros, selección de alternativas de Gerenciamiento de arena, cuantificación de costos asociados a intervenciones por problemas de arenamiento, modelamiento de producción, evaluación técnico económica de las alternativas seleccionadas, implementación en campo y evaluación post del trabajo ejecutado. La metodología se aplico en este sentido para seleccionar y evaluar la mejor alternativa de Gerenciamiento de arena a implementar en el pozo Lisama 164.

Introducción

El área Lisama, se localiza sobre una estructura anticlinal asimétrica, en la esquina NE de la antigua Concesión de Mares, con un área aproximada de 17 Km2, localizada en la cuenca del Valle Medio del Magdalena en territorio Colombiano (figura 1) y un gran número de pozos de esta área producen petróleo con alta producción de arena.

Figura 1. Ubicación Geográfica del Campo Lisama.

La recopilación de información sobre la frecuencia de trabajos de mantenimiento y los volúmenes de aceite no producido, asociados a problemas de arenamiento, se realizó consultando la base de datos del campo Lisama y se tomó como guía el período comprendido entre los años 2004 y 2009.

Los trabajos de Workover para limpieza de arena y el control del Draw Down, se han usado por años como los métodos para control de arena, sin tener en cuenta la reducción en producción y los costos asociados a la utilización de estas alternativas y se le ha dado poca importancia al gerenciamiento de arena.

Selección De Pozos

Para la selección y priorización se establecen ciertos criterios para aplicación de la metodología de Gerenciamiento de arena, como frecuencias de trabajos de mantenimiento asociados a problemas de arenamiento, índice de severidad del arenamiento dado en pies de arena por unidad de tiempo y presión, costos asociados a problemas de arenamiento (incluye intervenciones de equipos de mantenimiento, herramientas, reposición de materiales de equipo de subsuelo y superficie, producción diferida, etc.) para dejar el pozo en producción, calidad y cantidad de información, viabilidad técnica de trabajos de control de arena, etc.

Caracterización De Intervalos Areneros

Para seleccionar las técnicas de exclusión y/o gerenciamiento de arena a evaluar, es muy importante realizar una caracterización adecuada roca-fluidos de la zona o de los intervalos identificados como areneros, no solo por las pruebas que se realicen, sino también por la procedencia de las muestras utilizadas para los análisis de laboratorio.

La caracterización incluye: pruebas de análisis petrofísicos, DRX, Microscopia Electrónica, Mecánica de Rocas, Daño de Formación, etc. La procedencia de las muestras de rocas utilizadas para los análisis de laboratorio, puede afectar la validez o no de los resultados de laboratorio obtenidos, por lo que se recomienda utilizar muestras de corazones para tener información con el menor grado de incertidumbre. En algunos casos se utilizan muestras de ripios de perforación o muestras obtenidas en trabajos de mantenimiento de equipo de subsuelo y/o superficie que no son muy representativas de la zona de interés. Otra alternativa cuando no se dispone de corazones, es obtener muestras de afloramientos, que solo son representativas en cuanto a granulometría, ya que la mineralogía se ve afectada por el fenómeno de meteorización química. Una adecuada caracterización permite establecer el modelo de interpretación para el area de estudio.

Los criterios granulométricos son los que más peso tienen a la hora de tener en cuenta, para la selección de alternativas de exclusión y/o gerenciamiento de arena, pero el coeficiente de uniformidad (CU) no es el único criterio, también se deben tener en cuenta los siguientes criterios:

- Relaciones entre máximos y mínimos de tamaños de partículas comunes: D10/D95.

- Cantidad de partículas con tamaño menor a 44 μM: Sub 325 Mesh.

En la tabla 2 se encuentran los rangos de los diferentes criterios granulométricos y una guía de análisis de Tamiz, asociados con las tecnologías de exclusión de arena recomendadas.

Tabla 2. Rango de criterios granulométricos, asociados con las tecnologías de exclusión de arena recomendadas.

Analisis Nodal

En el mercado existen muchos software de análisis nodal que permiten evaluar el comportamiento de producción para cada una de las alternativas de exclusión y/o gerenciamiento de arena seleccionadas (Screen Less, Frac and Pack, Gravel Pack, mallas, etc.), con base en parámetros de yacimiento y producción. Para realizar el modelamiento de producción se hace necesario asignar un Skin a cada una de las alternativas, teniendo en cuenta que pueden o no causar una restricción adicional al flujo. Como punto de partida para el análisis nodal, se utilizan los Skin referenciados en la literatura y que se muestran en la tabla 3. Estos skin estarán sujetos a revisión y reevaluación durante el modelamiento Post trabajo.

Tabla 3. Skin adicionales generados con la implementación de alternativas de exclusión de arena

Gerenciamiento Y/ O Exclusion

En control de arena no todo se ha dicho, aunque la mayoría de los operadores escojan la opción de implementar tecnologías para excluir la arena, y usualmente reduzcan los beneficios para disminuir un riesgo no cuantificado; pero esta situación está cambiando, teniendo en cuenta que en la actualidad los yacimientos con propensión a la producción de arena, contienen un porcentaje creciente de las reservas de hidrocarburos del mundo. Muchos de los pozos que explotan estos recursos están produciendo mas allá de los límites de su vida útil originalmente estimada, lo que puede traducirse en formaciones debilitadas. En consecuencia, los operadores buscan cada vez con mayor interés, métodos económicamente efectivos para reparar los sistemas defectuosos o agregar sistemas de control de producción de arena, donde previamente no existían.

El gerenciamiento de arena busca tomar la mejor decisión técnica y económica, para lo cual requiere experiencia, gran calidad de información y respuestas cuantitativas basadas sobre análisis de riesgos, que buscan dar una solución más integral al problema y que pueden ir desde producir la arena utilizando integridad de materiales, monitoreo en tiempo real de la producción de arena, control del draw down, diseños especiales de equipo de subsuelo-superficie y sistemas de levantamiento artificial, etc., hasta el punto de excluirla utilizando las tecnologías existentes en el mercado o simplemente mediante el manejo del draw down critico que se obtiene a través de los modelos predictivos de producción de arena. En la figura 2 se muestra un esquema de los métodos de gerenciamiento de arena que se pueden aplicar y evaluar.

Figura 2 Métodos de Gerenciamiento y/o Exclusión de arena

Si se toma la decisión de producir la arena, es necesario determinar bajo qué condiciones de extracción, la arena saldrá a superficie o se decantara al fondo del pozo, para lo cual se requiere calcular la velocidad de asentamiento. Conociendo la distribución de tamaño de partícula de la zona productora de arena, las características del fluido producido y la ley de Stokes se puede calcular la velocidad de asentamiento.

Evaluacion Tecnico – Economica

La mejor solución técnica puede no ser la mejor solución económica, por lo cual se debe buscar un balance entre las dos soluciones para maximizar la productividad. Para lograr lo anterior se debe realizar un análisis económico, teniendo en cuenta todo el flujo de caja (inversiones iniciales en tecnología, costos de mantenimiento, ingresos por producción, etc.) que se tendrá durante la implementación de cada una de las alternativas de exclusión y/o gerenciamiento de la arena. Adicional a esta evaluación técnico-económica para priorizar las alternativas, se debe tener en cuenta el riesgo de la implementación de cada una de ellas.

Metodologia Desarrollada

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