Introducción: El creciente desafío del control de la arena en los reservorios no convencionales

Los embalses no convencionales, incluido el aceite de esquisto, el gas de esquisto, el aceite ajustado y las formaciones de gas apretados, han transformado el paisaje energético global en las últimas dos décadas. Sin embargo, estos embalses presentan desafíos de gestión de arena mucho más severos que los encontrados en formaciones convencionales de arenisca.La combinación de permeabilidad ultra-bajo, altas presiones de tratamiento durante la formación de fractura hidráulicadeada, complejas y la producción de la producción de esmersión de la superficie.

El control de arena eficaz en pozos no convencionales no es sólo para evitar que la arena entre en el pozo; se trata de mantener la conductividad de fracturas a largo plazo, minimizar el tiempo no productivo de las limpiezas y evitar intervenciones costosas. Los operadores han aprendido que las técnicas tradicionales de control de arena desarrolladas para los depósitos convencionales a menudo se encuentran cortos en estos entornos.

Métodos tradicionales de control de la arena y sus limitaciones

Antes de sumergirse en nuevas técnicas, es esencial entender por qué los métodos convencionales de control de arena luchan en depósitos no convencionales. Los tres enfoques principales utilizados históricamente son el embalaje de grava, las pantallas mecánicas y la consolidación química.

Cementerio Embalaje

El embalaje de gravillas implica colocar una arena de tamaño o un paquete de grava cerámica alrededor de un pozo de pantalla para filtrar la arena de formación. En las arenas convencionales altamente permeables este método es eficaz, pero en formaciones estrechas (permeabilidad a menudo en el rango de nanodarcy) el paquete de grava puede convertirse en una restricción de flujo.

Pantallas mecánicas

Las pantallas con malla o los revestimientos ranurados son barreras mecánicas comunes. En pozos no convencionales, estas pantallas deben soportar altas presiones diferenciales durante la fractura y producción, y pueden ser erosionadas por el flujo de arena de alta velocidad. Las pantallas también se enfrentan a la conexión de las arcillas y multas de formación que son abundantes en formaciones de esquisto y ajustado.

Consolidación de los productos químicos

Los métodos de consolidación química inyectan resinas o agentes de consolidación en la formación cerca del pozo para unir granos de arena. Esta técnica puede ser eficaz en ciertos embalses de arenisca, pero en formaciones no convencionales la baja permeabilidad y superficie alta dificultan la distribución química uniforme. Las resinas a menudo no pueden penetrar lo suficientemente en la red de fracturas estimulada, y las zonas no consolidadas siguen siendo vulnerables.

Dada estas limitaciones, la industria se ha convertido en enfoques innovadores que abordan la mecánica específica y la petrofisica de los depósitos no convencionales.

Tecnologías avanzadas de Proppant para el Control de Arena

Los Proppants sirven a un doble propósito en la fractura hidráulica no convencional: mantienen la fractura abierta y actúan como un canal conductivo para los hidrocarburos. Sin embargo, el flujo de proppant y la generación de multas de la trituración de proppant pueden convertirse en un problema de control de arena principal.

Proppants reencontrados

La resina de recubrimiento se ha convertido en un gran factor de resistencia en un recubrimiento de resina, y la resistencia a la resistencia a la producción de resina, en un 80% de resistencia a la presión y la resistencia a la presión.

Proppants ultraligero

Propietarios ultraligeros hechos de materiales como cuentas de vidrio hueco, polímeros de alta resistencia, o incluso cáscaras de nuez tratadas ofrecen una alternativa que reduce el asentamiento en fluidos de baja viscosidad. Estos propulsores son menos propensos a la incrustación y la trituración en formaciones más suaves, generando así menos multas.

Propagantes multifuncionales con revestimientos de partículas Nanoparticle

La investigación emergente ha introducido recubrimientos de nanopartículas en los propulsores que no sólo aumentan la consolidación sino que también proporcionan propiedades auto-sanación. Por ejemplo, los recubrimientos que contienen nanopartículas de silica pueden sellar microfracturas dentro del paquete de proppant cuando se exponen a la salmuera, regenerando la conductividad. Mientras que todavía en la etapa piloto en algunas áreas del Bakken y Eagle Ford, estos propuls avanzados muestran potencial para el control de la vida de la arena.

Innovaciones de Control de Arena Mecánica: Pantallas Ampliables y Sistemas de Liner

Los dispositivos mecánicos de control de arena han sido re-enganchados para hacer frente a la arquitectura de terminación única de pozos horizontales con múltiples etapas. Las pantallas de arena ampliables (ESS) y los sistemas de revestimientos expandibles representan un avance significativo sobre los revestimientos tragamonedas tradicionales.

Pantallas de arena ampliables

La tecnología ESS utiliza una pantalla comprimida que, una vez correda en el pozo y colocada a través del intervalo de producción, se expande mecánica o hidráulicamente en contacto con la pared de casquillo o de agujero abierto. Esta expansión deforma la pantalla para que se ajuste firmemente al agujero, minimizando el anulo donde la arena puede recoger y garantizando un medio de filtrado uniforme.

Liners de compleción ampliable

Un enfoque complementario es el uso de liners de terminación ampliables que sellan secciones de las zonas bien-bore, aislantes y evitando la migración de arena de intervalos débiles. El proceso de expansión también puede mejorar el aislamiento zonal en los laterales de los agujeros abiertos, reduciendo el riesgo de comunicación interetapa que puede traer arena de zonas muy estresadas. En combinación con los embalajes hinchables, estos sistemas de revestimiento crean una barrera anular más robusta, que es esencial en los pozos horizontales.

Compleción selectiva y dispositivos de control de flujo autónomo

Otra innovación mecánica es la integración de los dispositivos autónomos de control de flujo (AICD) con pantallas de arena. AICDs tiene sentido pasivamente y restringe el flujo de zonas que producen arena o agua excesiva, al tiempo que permite que el petróleo o el gas fluyan libremente. Cuando se combinan con pantallas de alto rendimiento, estos sistemas pueden regular la reducción y evitar la producción de arena no consolidada evitando diferencias de presión excesivas a través de intervalos débiles.

Soluciones de control de arena de base química y polímero

Los tratamientos químicos ofrecen flexibilidad para abordar problemas de control de arena que se localizan o son difíciles de alcanzar con medios mecánicos. Las innovaciones recientes se han centrado en formulaciones de química polímero y nanopartícula que pueden colocarse con mínimo daño de formación.

Consolidación in situ con los talones polímeros

Los geles poliméricos diseñados para el control de arena pueden inyectarse en la formación de granos de arena al mantener la permeabilidad. Estos geles suelen consistir en un polímero base (como poliacrílamida) y un enlace cruzado que reacciona al agujero para formar un sólido viscoelástico. Cuando se dosifica cuidadosamente, la matriz de arena consolida sin bloquear la garganta poro.

Fluidos de consolidación mejorados por nanopartículas

Las nanopartículas con modificaciones superficiales pueden utilizarse para crear “puntos” químicos entre granos de arena. nanopartículas de óxido de aluminio y de silica dispersas en un fluido portador pueden adsorbar sobre superficies de arena, creando enlaces de hidrógeno que unen partículas de forma conjunta. Esta consolidación es reversible bajo pH elevado o temperatura, ofreciendo un potencial mecanismo de auto-sanación.

Squeezes químicos para el control de migración de multas

La migración de las multas es una causa importante de la producción de arena y la pérdida de conductividad en depósitos no convencionales. Exprimidos químicos usando organosilanes o surfactantes fluorados pueden aplicarse para cubrir multas de formación y evitar que se desprendan de la superficie de roca o el paquete de proppant. Estos tratamientos son mínimamente invasivos y pueden aplicarse a través de la terminación durante la fractura o como tratamiento remedial.

La frontera del control de arena radica en la integración de materiales inteligentes, monitoreo en tiempo real y automatización. Estas tecnologías prometen transformar la gestión de arena de un problema reactivo a un proceso optimizado y predictivo.

Materiales de auto-sanación y control de la arena adaptativa

Investigación en instituciones como la Universidad de Texas y varias grandes empresas de servicios están explorando materiales que pueden reparar de forma autónoma daños en el paquete de arena. Los propulsores auto-sanadores con polímeros encapsulados o carpetas de resina pueden ser desencadenados por cambios de estrés, temperatura o pH para liberar un agente curativo que restablece la consolidación y conductividad.

Monitoreo de la producción de arena en tiempo real

Detectores de arena usando sensores acústicos, sensor acústico distribuidos en fibra óptica (DAS), o incluso métodos electromagnéticos permiten a los operadores monitorear la producción de arena en tiempo real. Detectores de arena acústicos montados en el pozo o aguas abajo pueden identificar el inicio de la producción de arena y distinguir entre una explosión de arena y un transporte de multas estables.

Sistemas de control de arena automatizados

La automatización va más allá de la vigilancia al control activo. Las válvulas de control de las aguas residuales que pueden ajustarse remotamente sobre la base de señales de detección de arena ofrecen la capacidad de recortar zonas de alto riesgo sin cerrar en el pozo. Esto es especialmente valioso en pozos multilaterales donde la producción de arena puede limitarse a un lateral. La integración de datos de presión de las aguas bajas, temperatura y arena en un sistema de control cerrado está todavía emergente, pero algunos sistemas de pensamiento hacia adelante.

Gestión de arena digitalizada

Los grandes análisis de datos aplicados a los parámetros de terminación, la historia de producción y los registros de eventos de arena pueden identificar los principales factores de falla de la arena. Al construir un modelo predictivo, los operadores pueden optimizar el diseño de escenarios, tipo proppant y estrategia de perforación para minimizar la producción de arena desde el principio. Por ejemplo, un estudio reciente de la industria descubrió que los datos de más de 500 pozos no convencionales en la cuenca Midland mostraron una fuerte correlación que conducente al 25% de la producción de la presencia de las zonas naturales.

Conclusión

El desafío del control de arena en depósitos no convencionales exige soluciones hechas a medida que vayan más allá de los diseños convencionales. Las técnicas innovadoras discutidas aquí, propulsores recubiertos, pantallas expandibles, consolidación basada en polímeros, y el kit de herramientas emergente de materiales inteligentes y monitoreo digital, ofrecen un espectro de opciones que pueden combinarse para adaptarse a condiciones específicas de embalse y restricciones operativas.

Referencias
Sociedad de Ingenieros de Petróleo (SPE). “Proppantes de Pecado para Reservadores de Manchas: Estudios de Casos de Campo” SPE-207140-MS, 2020.
Baker Hughes. “Expandible Sand Screen Technology for Horizontal Wells in Tight FormaLT