gravel pack

BJ SERVICES DO BRASIL LTDA_________________________________________________________________________Elaborado por: Antonio Ferreira dos Santos Filho.Data: 18/04/02Controle de areia

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Índice

1- Introdução 3

1.1 – Problemas causados pela produção de areia 31.2 – Características e identificação de arenitos friáveis 31.3 – Técnicas de predição de produção de areia 41.4 – Técnicas para monitoração e detecção de produção de areia 4

2- Métodos para controle da produção de areia 5

2.1- Tubos rasgados 52.2- Telas expansíveis 52.3- Tela pré-empacotada 2.4- Areia resinada 62.5- Gravel pack 6

3- Gravel Pack em poços Revestidos 6

3.1- Water pack 73.2- Slurry pack 8

4- Gravel Pack a poço aberto (poços verticais ou direcionais) 9

4.1- Introdução 94.2- Reservatórios candidatos 94.3- Vantagens e desvantagens 104.4- Áreas candidatas a aplicação do gravel a poço aberto 104.5- sequência operacional para execução de um gravel pack 104.6- Gravel Pack Horizontal por Circulação ( ondas alfa e beta) 114.7- Gravel Pack Horizontal por Injeção 12 5-Referências Bibliográficas 14


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1-Introdução

A produção de óleos em arenitos tem apresentado constantes desafios a indústria petroleira, nem tanto pela necessidade nde conter a reia produzida, mas pelas altas perdas de carga impostas pelo processo, que podem abreviar em alguns anos a vida produtiva de um poço.

1.1- Problemas causados pela produção de areia.

Nos arenitos produtores de petróleo encontraremos, em menor ou maior escala, problemas com produção de areia. Os principais problemas são:- Deposição de areia no interior do poço, encobrindo os canhoneados, ou formação

“bridge” na coluna de produção, reudzindo ou interrompendo o fluxo.- Erosão de equipamentos de superfície ( linhas, chokes,etc.) e de superfície ( mandris de

gás lift, etc.)- Acumulação de areia nos equipamentos de superfície;- Criação de grandes vazios por trás do revestimento, onde desmoronamentos poderão

causar redução drástica da permeabilidade nas imediações do poço ou colapso do próprio revestimento;

- Perda do isolamento.Na bacia de campos temos registrado produção de areia nos campos de:

Marlim – Fm Campos / Arn Carapebus OligocenoMarlim Sul – Fm Campos Arn Carapebus OligocenoAlbacora/Albacora leste – Fm Campos / Arn Carapebus OligocenoPampo – Fm Campos / Arn Carapebus EocenoBarracuda / Caratinga – Fm Campos / Arn CarapebusMalhado – Fm Campos / Arn Carapebus OligocenoRoncador – Fm CamposMarimbá – Fm Carapebus Eoceno

1.2- Características e identificação de arenitos friáveis.

A condição primordial para a identificação de formações friáveis é a definição de seu modelo de deposição geológico.Este conhecimento auxiliará na escolha da melhor técnica de contenção de areia a ser adotada para o reservatório em análise.Geológicamente, areia pode ser definidada como sendo um material granular com diâmetro variando de 2 a 0,0625 mm, composto basicamente de quartzo ( SiO2).

A friabilidade de um arenito está diretamente ligada às forças de compactação, ao tipo de cimentação e a disolução dos grãos nos pontos de contato.


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A cimentação é o fator preponderantena determinação da consolidação de um arenito. Os agentes cimentantes mais comuns são o quartzo, a calcita e a dolomita. Considerando que o agente cimentante reduz a porosidade e a permeabilidade pelo preenchimento dos poros da rocha, podemos deduzir que formações com baixa geração de material cimentante, comumente resultarão em reservatórios de alta permeabilidade, que por um lado um possuem grande potencial para produção de óleo, também o têm para a produção de areia.Sparlin et Ali agrupam os arenitos friáveis em três classes distintas:

a) Quicksand – formação extremamente inconsolidada. Não possui qualquer tipo de agente cimentante. São fluídos que apresentam uma alta concentração constante de areia.

b) Parcialmente consolidada – possui algum agente cimentante, entretanto de fraca atuação. Os testemunhos deste tipo de formação se desagregam com grande facilidade. A presença de areia nos fluídos se dá de forma intensa e intermitente.

c) Friável – apresenta testemunho aparentemente consolidado, no entanto a areia é constantemente produzida quando ocorre fluxo para o poço. Este tipo de formação suporta completação a poço aberto, na medida em que a área aberta ao fluxo é consideravelmente maior, reduzindo as forças de arraste geradas pelo deslocamento do fluído.

1.3 – Técnicas de predição de produção de areia.

Em áreas desconhecidas, com as técnicas hoje disponíveis, é extremamente difícil avaliar com precisão o potencial de produção de areia de um campo.Existem quatro fontes principais de informação com as quais trabalhamos para estreitar a margem de erro de uma previsão de produção de areia:

1- Testes de formação2- Análise de testemunho3- Perfilagem4- Dados de produção.

Os testes de formação em arenitos potencialmente produtores de areia devem ser cuidadosamente planejados, tendo-se apreucupação de simular tão próximo quanto possível as situações que serão encontradas durante a vida produtiva do intervalo. Embora a maioria dos dados sobre a produção de areia possam ser extraídos do teste de formação, é fundamental que haja um acompanhamento da vida produtiva do intervalo, completando o banco de dados com os tipos e quantidades de fluídos e sólidos produzidos.


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1.4 – Técnicas para monitoração e detecção de produção de areia.

Quanto maior a antecipação da ação para a contenção de produção areia em um poço, maior é a chance de sucesso do método. A monitoração da produção de areia neste caso, é muito impoetante.

- amostragem de superfície – é a maneira mais simples e econômica . Consiste na coleta de amostra dos fluídos produzidos e análise do resíduo, é vital.

- Sand trap – de maior eficiência em poços de gás. Permite a deposição da areia em um recipiente ( por diferença de velocidade de fluxo), que é periódicamente recolhido para medição.

- Corpos de prova – colocados em contato direto com o fluxo, possuem sensores que indicam o momento de seu rompimento, causado pela erosão.

- detectores sônicos – captam o som gerado pelas partículas de areia que se chocam contra um sensor, instalado na linha de produção.

- Monitoração no poço – permite monitorar qual ponto do intervalo canhoneado é responsável pela produção de areia.

2- Métodos para controle da produção de areia.

2.1- Tubos rasgados.

A necessidade de contenção de areia surgiu com os primeiros poços para a captação de água. A evolução destas técnicas culminou com a utilização dos slotted liners. Estes tubos foram adaptados para a indústria do petróleo e ainda hoje são utilizados em poços com baixa produtividade ou em longos intervalos produtores, incluindo-se ai os poços horizontais.


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2.2- Telas expansíveis.

Este tipo de tela ainda está em fase inicial de aplicação no campo.

2.3- Tela pré empacotada.

Consiste de dois tubos telados concêntricos tendo o espaço anular entre eles preenchido com areia ou cerâmica. A restrição desta técnica é a grandee facilidade de plugueamento do pacote de gravel confinado entre as duas telas, pelos finos da formação. O único uso recomendável de tubos pré-empacotados é em poços com longos intervalos canhoneados e altamente desviados, ou horizontais.

2.4- Areia resinada.

Consiste no preenchimento dos espaços criados atrás do revestimento, devido à produção de areia com gravel rersinado. Após a pega da resina ( a cura se dá com tempo e temperatura) é descida broca para remoção do excesso de gravel dentro do poço. A aplicabilidade desta técnica se restringe a poços com pequena extensão canhoneada. Também é recomendada para poços que já prduzam grandes volumes de areia.

2.5- Gravel Pack

É a prática mundialmente mais difundida. Consiste do preenchimento dos canhoneados e anular tubo telado/revestimento com uma areia ( gravel) de granulométria bem selecionada formando um pacote compacto, que impede a movimentação da areia da formação para o poço.

3- Gravel Pack em Poços Revestidos.

Esta técnica, empregada em poço revestido, pode variar desde a simples utilização de um único tubo telado à uma complexa completação.Após o condicionamento do revestimento, é descido um sump packer, formando o fundo necessário para a ancoragem da coluna de gravel pack; em seguida o poço é canhoneado e o conjunto de gravel pack, composto de tubos telados, tubos cegos, tubos lavadores ( wash pips ), crssover tool e packer é instalado. Em seguida a conclusão da instalação do conjunto, é feito o bopmbeio e deslocamento do gravel, que conterá a produção da areia de formação.


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Vantagens:

- mais efetivo no controle da areia em longos intervalos, em intervalos com pequenas intercalações de folhelhos, e em zonas com alto teor de argila e sil

- suporta a maioria das reações desenvolvidas em um tratamento químico, e não se deteriora com o tempo;

- apresenta melhores resultados nas aplicações em poços antigos com histórico de grande produção de areia;

- é menos afetado pelas variações de permeabilidade da formação;

Desvantagens:

- redução do diâmetro interno do poço, pela utilização de tubos telados;- reparos ou recompletações requerem a remoção do conjunto;- as telas estão sujeitas à corrosão e/ou erosão devido às altas velocidades de fluxo ou à

produção de fluídos corrosivos;- apresenta maior dificuldade no isolamento de futuros intervalos produtores de água.

As três formas para obtenção de uma boa performace numa operação de Gravel Pack são:

1- Dimensionar o gravel para conter completamente a movimentação de areia da formação;

2- Formar um pacote compacto de gravel, com o maior raio possível;3- Maximizar a produtividade minimizando o dano à formação

È possível seguir vários procedimentos para o dimensionamento dos componentes mecânicos do conjunto, mas a utilização de uma técnica não adequada para a colocação do gravel poderá trazer sérios prejuízos ao sucesso da operação.

Slurry Pack, Water Pack e atualmente High Rate Water Pack, são os métodos mais utilizados. O primeiro trabalha com alta concentração de gravel e fluído viscoso, os demais utilizam fluídos de baixa viscosidade ( água ou solução salina ) e baixas concentrações de gravel. No High Rate Water Pack utilizamos vazões elevadas (acima da pressão de fratura) com o objetivo de “ by – passar” dano de formação, reduzindo o skin.


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3.1- Water Pack

Esta técnica se torna mais atrativa na medida em que seus custos são inferiores quando comparados às operações que utilizam fluído viscosificado. E ainda: - em poços verticais, o gravel tende a ir para o fundo, por gravidade, e sua compactação

não sofre interferência de seções cegas na tela, intercalação de folhelhos, intervalos não canhoneados, etc

- a preparação e filtração dos fluídos envolvidos na operação é mais simples e rápida.

Em contrapartida, devido à baixa eficiência de carreamento da água, o Water Pack não promove um bom carreamento do gravel para o interior do túnel canhoneado; não ameniza os choques dos grãos com o interior do sistema de bombeio, gerando finos e alterando as características do gravel (arredondamento, esfericidade e granulometria). E mais, a necessidade de injeção de grandes volumes de água contribui para facilitar a formação de emulsões, hidratação de argilas, alteração da molhabilidade da rocha, etc.

Quando fluído não viscosificado é usado, recomenda-se cuidados com as vazões e concentrações de gravel durante a operação, para minimizar o risco de formação de bridge no interior da coluna e no anular do tubo telado. As vazo~es comumente adotadas variam de 1 a 5 bpm e as concentrações de 0,5 a 2 lb de gravel por gal de fluído.

Entre as diversas técnicas de deslocamento da pasta, podemos destacar:

a) Circulação reversa – após a descida do conjunto de tubos telados, tubos cegos e tell tale no poço, a pasta (gravel + areia) é deslocada numa circulação reversa, e ao passar pelas telas faz com que o gravel fique depositado no anular. Posteriormente este anular é isolado logo acima do topo da areia. O grande benéfio desta técnica é seu baixo custo e simplicidade, suas principais desvantagens são: a incorporação de sujeira do revestimento, pela pasta, e os grandes volumes de fluído perdidos para a formação.

b) Circulação pela crossover – difere da anterior em relação ao caminho percorrido pela pasta. Neste caso um packer de produção e uma ferramenta de reversa são descidos logo acima dos tubos cegos. A pasta é bombeada pela coluna, passa ao anular imediatamente abaixo do packer, na crossover tool, deposita a areia no anular do tubo telado ( e tubo cego) / revestimento, e retorna pelo anular acima do packer.

c) Técnica de Washdown – neste método uma coluna é descida e reciprocada em frente ao intervalo canhoneado enquanto a pasta é bombeada. O volume de gravel deve ser dimensionado para ter seu ntopo aproximadamente 5 metros acima do intervalo


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d) produtor após sua completa decantação. Depois o conjunto de telas e tubos cegos é descido com tubos de lavagem em seu interior, que irão promover a suspensão do gravel e permitir o correto posicionamento da tela.

e) Dois estágios – é a adição do pré-packing às duas primeiras técnicas descritas. Pré-pack é uma operação onde o gravel é injetado (de preferência com fluído viscoso) na formação para preencher os espaços vazios atrás do revestimento e túnel canhoneado, antes da descida do tubo telado.

A utilização de water pack em poços com desvios superior a 60º irá requerer coluna de trabalho de pequeno diâmetro para assegurar um transporte adequado para o gravel.

3.2 – Slurry Pack

As primeiras operações de gravel packing com fluído viscosificado ocorreram no final da década de 60, utilizava-se uma concentração de 15lb de gravel para cada galão de óleo viscosificado a baixas vazões.

É desejável que o gel esteja, ao chegar ao fundo, com uma viscosidade entre 50 e 100 cp. Quanto maior a viscosidade menor será o leak off , reduzindo a eficiência do empacotamento e dificultando a limpeza do poço. Um ponto importante a se considerar a respeito da concentração da pasta é a quantidade de gravel que decantará após o screen out e parada das bombas. Normalmente, quando o screen out ocorre, todo anular tela/revestimento e canhoneados estão devidamente preenchidos com gravelbem compactado, entretanto, no anular acima dos tubos telados até a crossover tool teremos pasta com gravel ainda em suspensão.

Procedimentos mais comuns utilizados para bombeio e colocação do gravel:

a) Squeeze – não deve ser aplicada em intervalos superiores a 10 metros. O gravel é squeezado para a formação preenchendo também o anular da tela, com a ferramenta em uma só posição. Todo o volume de fluído bombeado é recalcado para a formação. É possível a utilização de um crossover packer que permite a execução de circulação reversa após o término da operação.

b) Circulação – recomendada para qualquer extensão canhoneada. A circulação é primeiramente forçada pelo tell tale inferior promovendo o preenchimento do anular da tela. Em seguida, a ferramenta é posicionadaq para que a circulação se d~e pela tela principal até o screen out, quando então é colocada na posição de reversa e o excesso de pasta é circulado para a superfície.


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c) Washdown – recomendada para poços abertos em arenitos tipo Quicksand. Semelhante à técnica com fluído não viscosificado.

d) Dois estágios – utilização do pré-packing em combinação com o método de circulaçaão.

Como vantagens do sistema de fluídos com alta densidade podemos enumerar:

- melhor colocação do gravel no túnel canhoneado e nos espaços vazios atrás do revestimento;

- a utilização de menores volumes de fluído reduz o risco de dano à formação, ou plugueamento das telas;

- redução de intermixing do gravel com areia de formação, por permitir o bombeio da pasta a menores vazões.

Como desvantagens temos:

- diminuição do leak off em formações de baixas taxas de injetividade;- dificuldade de limpeza do poço devido à utilização do fluído viscoso, necesitando em

alguns casos, tratamento ácido para a quebra do gel;- maior complexidade na preparação e filtração dos fluídos.

4.0 – Gravel Pack a poço aberto (poço verticais ou direcionais)

4.1- Introdução

Conforme discutido nos capítulos anteriores, o foco principal da operação de Gravel Pack em poço revestido, está em empacotar completamente os canhoneados com areia de gravel de alta permeabilidade. O gravel pack a poço aberto elimina completamente este problema e reduz a operação a simples necessidade de empacotamento do anular tela x poço aberto. Devido a inexistência de canhoneados, o fluído da formação pode ser produzido ao longo de 360º no pacote degravel, eliminando a elevada perda de carga associada ao fluxo linear através dos túneis de canhoneados. A redução da perda de carga através do gravel a poço aberto, garante uma maior produção do que em gravel a poço revestido, para uma mesma formação.


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4.2- Reservatórios candidatos

Apesar das vantagens descritas acima, a técnica de gravel pack a poço aberto não é recomendável para todos os tipos de reservatórios e formações. Uma desvantagem da completação a poço , é a impossibilidade de isolamento de intervalos. Completações a poço revestido permitem selecionar, atrvés de canhoneio, somente as zonas de interesse, permitindo melhor controle sobre fluxo indesejável de água ou gás. Por isto, completações a poço aberto são mais aplicáveis para reservatórios simples, com um intervalo produtor, não sendo efetivo para completações mútiplas com água ou gás próximos.Outro requisito indispensável para esta técnica é a necessidade de manutenção da estabilidade do trecho aberto na fase de perfuração e completção.Gravel pack a poço aberto deve ser evitado em formações com várias laminações de folhelho e areia que podem erodir ou colapsar. Durante o posicionamento do gravel no anular tela x formação, pode ocorrer intermixing entre posicionamento do gravel e o folhelho, resultando em redução da permeabilidade do gravel, reduzindo a produtividade de poço.

4.3- Vantagens e desvantagens

Vantagens:

- Baixo drawdown e alta produtividade;- Excelente longevidade;- Não há custos de canhoneio e revestimento.

Desvantagens:

- Dificuldade de isolamento de fluídos indesejáveis, como água ou gás;- Requer fluidos especiais para perfurar o trecho a poço aberto;- Possibilidade de ocorr~encia de erosão ou colapso quando do bombeio de fluido de

completação.

4.4- Áreas candidatas a aplicação do gravel a poço aberto.

- Formações onde o gravel pack a poço revestido traz produtividade inaceitável;- Reservatórios sem contato A/O ou G/O próximos ou onde a produção de água ou gás

pode ser tolerada;- Reservatórioscom arenito único e uniforme, sem intercalações de folhelho;- Formações que podem ser perfuradas e completadas mantendo a estabilidade do poço

no intervalo de interesse.


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4.5- Sequência operacional para execução de um gravel pack a poço aberto.

O tipo de completação mais comum está ilustrada no topo do intervalo a ser completado para isolar as zonas superiores. O revestimento é então cimentado, a formação produtora é perfurada até a profundidade prevista, o fluido de perfuração é removido eo gravel pack é executado.A seleção da posição adequada para assentamento da sapata do revestimento tem um elevado impacto no sucesso e custo da completação a poço aberto. Normalmente, o revestimento deve ser assentado no topo do reservatório, expondo o intervalo produtor.O fluido ideal usado para perfurar o intervalo produtor deve ter as seguintes características:

- Compatibilidade com as rochas e os fluidos nela contidos ( não danificante)- Boas características de suspensão- Boa lubricidade- Baixo filtrado;- Densidade de fácil controle;- Barato;- Fácil mistura, manuseio e não tóxico- Reboco fino com baixa Break out Pressure e solúvel.

Deve-se também, antes da utilização do fluido da fase final, fazer uma boa limpeza do revestimento e de todo sistema de circulação da sonda para evitar problemas de contaminação do fluido e por consequência, do reboco, dificultando a sua remoção.

4.6- Gravel Pack Horizontal por circulação (Ondas Alfa e Beta)

No sistema de gravel pack por circulação (ondas alfa e beta) para que haja um adequado transporte da areia no trecho horizontal é indispensável que haja retorno de fluido, ou seja, não pode haver perda de fluido elevada para a formação. Segundo estudos o processo de formação de dunas favorece um melhor empacotamento do anular quando o water pack é utilizado.Um dos mais importantes parâmetros necessários a execução da operação é a vazão de retorno, ou seja, é necessário que se tenha uma velocidade mínima de fluido no anular tela x revestimento de 1pé / seg, garantindo o transporte da areia e empacotamento ao longo do trecho horizontal


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O bombeio inicial de fluido de completação com adição de areia ( aumento de hidrostática) fica caracterizado pela redução na pressão de superfície,até que a areia alcance a profundidade vertical máxima. Apartir deste ponto, com o início da formação da onda alfa, ocorre lentamente um aumento de pressão caracterizado pela restrição ao fluxo, até que a mesma alcance a extremidade das telas. Partindo deste ponto inicia-se a onda beta, bem definida pelo aumento acentuado da pressão na superfície cada vez maior ao fluxo, já que nesta fase o fluxo de fluido ocorre entre os wash pipes e as telas e esta extensão torna-se cada vez maior até que cobre completamente os tubos telados, gerando uma elevação abrupta de pressão, denominado screen out.

Os requisitos básicos para execução de um projeto de Gravel Pack Horizontal deve atender os seguintes critérios:

- Deve-se perfurar o trecho horizontal com fluido de perfuração que proporcione a geração de um reboco de fácil remoção. Geralmente utiliza-se um fluido polimérico com obturantes a base de carbonato de cálcio com granulometria apropriada para a formação produtora. Estes sistemas devem garantir algumas propriedades como:

- Geração de um reboco extremamente fino (< 1mm) e que permita a substituição de todo o reboco por fluido de completação em poço aberto, sem ocorrência de perda de circulação, garantindo a execução do gravel pack.

- Os sólidos componentes do reboco devem ter granulometria tal que permitam a sua remoção por fluxo do poço através das telas tipo premium e do gravel pack, com um mínimo delta P ( break Out Pressure), normalmente <10 psi.

- Garantia de propriedades reológicas adequadas para permitir o carreamento dos sólidos perfurados. As limitações principais deste tipo de sistema, na fase de completação, são associadas a existência de folhelhos reativos ao longo do trecho horizontal. Durante a substituição por fluido de completação ou durante o gravel pack pode-se ter problemas de desmoronamento ou muita incorporação de sólidos que podem impedir a execução da completação ou danificar o pacote de gravel afetando a produtividade do poço.

4.7 – Gravel Pack Horizontal por Injeção

Enquanto no sistema por circulação deve-se manter o reboco íntegro para possibilitar a circulação e deposição da areia por ondas alfa e beta, no sistema de gravel por injeção, é importante a remoção do reboco para posibilitar a filtração da pasta de areia gartantindo a completa compactação da areia no anular tela x poço aberto. A característica principal deste tipo de tela originariamente denominada “ shunt tubes” é que ela possui um sistema de pequenos dutos que funcionam como by-pass, em caso de embuchamento, possibilitando a deposição de areia adiante deste ponto.


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Referência Bibliográfica

1- Controle de areia, Calderon Agostinho,Figueira Fernando, E&P-BC/ GENPO 2000.

2- Sand Control, ENG 104 T-CAP LEVEL I


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