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Caracterización geomecánica de arenas
químicamente consolidadas como estrategia para
controlar la producción de arena en
completaciones primarias.
Nelson Medina Albarrán Gustavo Suárez Gómez Mayo, 2015 José Pineda XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Agenda:
 
 
Introducción
 
Análisis de resultados
 
Resultados
 
Pozo Modelo en la aplicacion
 
Conclusiones
Sección 1
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 El yacimiento URD-01 tiene un volumen de 7,364 MM de acres-pies, un POES asociado
de 12,173 MMMBN, según estudio realizado por INTEVEP en el año 1998.
La presión inicial fue de 3500 Lpc, y la actual promedio es de 2000 Lpc a un datum de
8090 pies y la presión de burbujeo medida en el análisis PVT, es 650 Lpc @ 180°F, por
lo que se encuentra actualmente en estado subsaturado.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 El problema:
La producción de arena o arenamiento de los pozos completados en yacimientos petroleros conformados por arenas no consolidadas representa
un inconveniente que se traduce en altos costos de producción.
Objetivo General:
Caracterización geomecánica de arenas químicamente consolidadas en
de arena en un campo en el occidente del país.
completaciones primarias como estrategia para controlar la producción
Objetivos Específicos:
•
Describir la técnica de consolidación química como estrategia para controlar la producción de arena en pozos de petróleo
•
Identificar los factores geomecánicos y operacionales que contribuyen a la producción de arena en los pozos del campo Urdaneta
•
Elaborar ensayos en celdas triaxiales a muestras de arena químicamente consolidadas, para determinar propiedades mecánicas y resistencia a
la compresión
•
Validar la informaci ón geomecánica obtenida a partir de registros de ondas acústicas (sónico) en las arenas productoras del campo URD 01
(occidente del país).
•
Analizar la técnica de consolidación química como estrategia para controlar la producción de arena en los pozos del campo Urdaneta, cuando
se realiza la completación primaria
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Bases Teóricas:
Tensor:
Ensayo de Compresión Triaxial:
Un tensor es una entidad matemática que existe independiente de algún sistema de
coordenadas en particular, pero puede ser especificado en algún sistema de
coordenadas en particular por un juego de cantidades llamadas componentes.
Especificando los
componentes de un tensor en algún sistema de coordenadas
definimos los componentes en algún otro sistema. En efecto, la ley de transformación
puede ser usada para definir un tensor.
q Propiedades Medidas:
Propiedades
§ ResistenciaMedidas:
en función. de σ3
Resistencia
§ Módulo en
de función.
Young de
(E) σ3
en función de σ3
Módulo
de de
Young
(E) en
enfunción
funciónde
deσ3
σ3
§ Relación
Poissón
Relación
§ Cohesión
de Poissón en función de σ3
Cohesión
§ Angulo de fricción interna
Angulo
de fricción
interna
§ Módulo
volumétrico
(K)
Módulo
volumétrico
(K)
§ Módulo
de corte (G).
Módulo de corte (G).
q
§
§
§
§
§
§
§
PP
σ1
σ3
σ3
Circulo de Mohr:
Cohesión
Tensión
σ1
Colapso de Poros
De Corte o Cizallamiento
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Bases Teóricas:
Comportamiento Típico Esfuerzo Deformación de una Roca
Esfuerzo Axial
Resistencia compresiva
Aumento en densidad
de las fisuras
Creación de nuevas
fisuras
Δσa
Δσa
Comportamiento
elástico
Δεr
Falla debido a la unión
de las fisuras
Deslizamiento de
la fractura
Δεa
Cierre de
microfisuras
Deformación Radial er
Deformación Axial ea
Medina, 2009
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Análisis de los resultados:
Descripción de la técnica de consolidación química como estrategia para controlar la
producción de arena en pozos de petróleo:
üEl método consiste en inyectar en la formación una mezcla compuesta por resinas
líquidas más un agente de acoplamiento, que es capaz de polimerizar a las condiciones de
fondo de pozo, para formar un material consolidante termoestable, capaz de actuar como
cemento de contacto entre los granos de arena.
üCuando se requiera, se aplicara un fluido de pre lavado, para mejorar la adhesión y
cohesión sobre la superficie de los granos del material consolidante a la arena.
üEl material consolidante debe penetrar en la formación a través de todo el intervalo
caracterizado para producción, previo calculo del área radial del mismo y establecer la
sección longitudinal de penetración a la formación.
üEl material consolidante debe concentrarse en los puntos de contacto entre los granos,
ya que son los puntos de menor velocidad y, por tanto, de menor arrastre.
üMantener la mayor parte del espacio poroso libre para el flujo de crudo a
través del uso de fluidos de pos lavado. Una vez bombeado el sistema
consolidante y el fluido postlavado, se debe parar las operaciones y cerrar por
24 horas, este tiempo es el mínimo que necesita la resina termoendurecible para
llegar a su resistencia o gelificacion máxima.
üPosteriormente se debe bajar una herramienta verificadora del fondo del pozo
para verificar cual es el tope de la sección consolidada dentro de la tubería de
producción o la de control mecánico de arena, al verificar el nivel de la resina
termoendurecible se debe bajar una fresa miladora para despejar la resina
excepte dentro de la tubería eductora y la de completación mecánica.
üLuego abrir el pozo a producción y evaluar por 6 meses varios factores de
yacimiento tales como: producción bruta y neta del pozo, porcentaje de agua y
sedimentos, y producción de arena medida en superficie (PTB).
üMantener la mayor parte del espacio poroso libre para el flujo de crudo a través del uso
de fluidos de pos lavado. Una vez bombeado el sistema consolidante y el fluido postlavado,
se debe parar las operaciones y cerrar por 24 horas, este tiempo es el mínimo que
necesita la resina termoendurecible para llegar a su resistencia o gelificacion máxima.
Elaboración de ensayos en celdas triaxiales a muestras de arena
químicamente consolidadas, para determinar propiedades elásticas y
resistencia a la compresión :
Ensayo de compresión sin confinamiento (UCS)
Este tipo de ensayo también llamado uniaxial no confinado o de compresión simple
permitió determinar la resistencia máxima de ruptura y las respectivas constantes
elásticas: módulo de Young (E) y coeficiente de Poisson (υ).
El ensayo consistió en someter la muestra a una carga axial gradual hasta
producirse la ruptura de la roca. Las deformaciones tanto axiales como radiales se
van registrando a través de sensores en los cabezales, extensómetros o galgas.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Análisis de los resultados:
Tabla No. 2 Resultados de los ensayos de compresión triaxial para
las muestras de arena de URD 01, pozo UD 749
Tabla No. 1 Identificación de las muestras
Muestra
Diámetro
Longitud
Tipo de ensayo
Muestra 2B
38,60
66,62
Compresión uniaxial
Muestra 1B
38,60
71,75
Compresión triaxial
Muestra 1F
38,77
76,38
Compresión triaxial
Muestra 4
38,74
74,25
Compresión triaxial
Muestra 6
38,68
72,17
Compresión triaxial
Muestra 7
38,70
73,26
Compresión triaxial
2000
2000
1800
1800
Esfuerzo Axial, σa (psi)
Esfuerzo Axial, σa (psi)
Resultados de los cálculos de esfuerzo vs deformación
de las muestras evaluadas de URD 01, pozo UD 749
1600
1400
1200
1000
800
600
400
Axial
200
0
-0,0040 -0,0020 0,0000
Volumétrica
0,0020 0,0040
Deformación
0,0060 0,0080
0,0100
Confinamiento
(psi)
Módulo de Young,
E (x 106 psi)
Coeficiente
de Poisson,
υ
Resistenci
a Máxima
(psi)
Muestra 2B
0
0,267
0,06
1959
Muestra 6
500
0,41
0,15
6653
Muestra 7
1500
0,229
0,26
9664
Muestra 4
2500
0,524
0,21
10585
Muestra 1F
3000
0,120
0,05
8214
Muestra 1B
3500
0,207
0,05
9485
En la tabla No. 3 se observa los valores de propiedades mecánicas promedio de la
formación en el intervalo 8400 a 8550 pies en TVD antes de la consolidación química.
1600
1400
Angulo de
fricción interna
(FA, grados)
Módulo
de
Young, E
(x 106
psi)
Coeficiente de
Poisson, υ
Profundidad
(pies)
UCS (psi) o
resistencia
mecánica
8400'
550
23
0,235
0,316
8450'
650
26
0,250
0,305
8550'
1100
25
0,241
0,307
1200
1000
800
600
400
Axial
200
Radial
Muestra
Radial
0
-0,0040 -0,0020 0,0000
Volumétrica
0,0020
0,0040
Deform ación
0,0060
0,0080
0,0100
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados:
En el registro sonico se observa los valores de propiedades mecánicas promedio de la
formación en el intervalo 8400 a 8550 pies en TVD antes de la consolidación química.
Tabla No. 4 Como parte de la estrategia no convencional de mecanismos para controlar la
producción de arena en pozos con estas condiciones, se compararon las condiciones mecánicas
de la formación antes y luego de la inyección del sistema consolidante. En la tabla se muestran
las variaciones promedio de estas condiciones:
Condición
UCS (psi) o
resistencia
mecánica
Antes de la
consolidación
770
Luego de la
consolidación
7760
Angulo de
fricción interna
(FA, grados)
Módulo de Young, E
(x 106 psi)
Coeficiente
de Poisson,
υ
0,29
0,316
0,24
0,309
24.6
33,82
Incremento en la resistencia mecánica luego de la inyección del sistema en valores
absolutos de 6990 psi
P R O B L E MÁT IC A AS O C IAD A
B aja R entabilidad
P roducción D iferida
L imites T écnicos
Altos C os tos
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Conclusiones:
ü La aplicación de la técnica de Consolidación Química de las Arenas desarrollada por PDVSA INTEVEP, como estrategia para controlar la
producción de arena, su aplicación es factible técnicamente.
üLa dismunicion de la producción del pozo por restricción de flujo o daño a la formación, luego de inyectada la resina termoendurecible, esta en los
rangos aceptables.
üEl problema de arenamiento prematuro de los pozos completados en arenas no consolidadas, es una problemática común en este tipo de pozo,
pero compleja a nivel de manejo, prevención y control, lo cual incide en altos costos de limpieza mecánica, detección de la raíz del problema,
recompletacion, y hasta perforación de un pozo gemelo.
ü Se demostró que el principal problema de arenamiento prematuro proviene de las características geomecánicas de la formación y del enfoque
mecánico de la misma, más que de problemas de superficie o control de la producción de crudo.
ü A nivel de laboratorio las propiedades mecánicas y elásticas de los núcleos consolidados con la resina termoendurecible evaluadas tales como:
resistencia mecánica máxima, UCS, modulo de young, relación de poisson y ángulo interno de fricción, incrementa sustancialmente, lo que
demuestra que la resina termoendurecible dentro del medio poroso, es estable térmica y mecánicamente.
üDe igual manera a nivel de laboratorio se demostró que la resina termoendurecible incrementa las propiedades elásticas y mecánicas a la
formación geológica aplicada, lo que hace factible la aplicación del sistema como alternativa adicional de mecanismos de control de arena.
üSe valido esta información a nivel de laboratorio con la corrida de registros de ondas acústicas (sonico) a nivel de campo, en el pozo UD 749.
üLas propiedades elásticas y mecánicas dinámicas de la formación son reproducibles desde el laboratorio al campo, con la interpretación de
registros acústicos.
üCon la aplicación de modelos matemáticos y geomecánicos aplicados tradicionalmente demuestra que la resina termoendurecible incrementa
sustancialmente las propiedades mecánicas y de resistencia de la formación donde es inyectada.
üSe evidencio por medio de la inteligencia tecnológica efectuada durante 1 año, a nivel nacional e internacional, que la formulación, desarrollo,
aplicación y evaluación de la resina termoendurecible, como estrategia alternativa del control de la producción de arena, es un aporte a la industria
petrolera nacional.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Gracias por su atención Correo: [email protected] Cel Phone: 0412 3306058 XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015