Gestión de inundaciones: Resolución de problemas de conformidad o eficiencia de barrido—Parte 2: Conexión de problemas a soluciones

En la Parte 1, discutimos la rueda del proceso y los dos primeros elementos de esa rueda, a saber, la selección de candidatos y la aclaración del problema. En la Parte 2, nos centraremos en generar una conexión entre los tipos de problemas que se describen en la matriz de problemas de conformidad y varios métodos para tratar de resolver estos problemas.

En esta sección continuaremos utilizando la matriz de problemas de conformidad descrita en la Parte 1 e incorporaremos varias superposiciones en esta matriz para describir cómo los elementos del continuo de la solución de conformidad y la subsección del continuo, es decir, las intervenciones de pozos existentes, se pueden usar para mostrar cómo estas soluciones se pueden aplicar con eficacia.

Los esfuerzos anteriores para clasificar los problemas de ingeniería de conformidad han utilizado una vista lineal de los problemas de clasificación del más fácil al más difícil de controlar. Probablemente el documento más citado en este esfuerzo es el de Seright et al., SPE 84966. Aunque no estoy en desacuerdo con su proceso de clasificación, realmente no nos ayuda a centrarnos en la solución más adecuada.

En la Parte 1 se desarrolló, describió brevemente y presentó una forma diferente de clasificar los problemas de conformidad. La matriz de problemas de conformidad (Fig. 1) nos permite clasificar los problemas de conformidad en función de dos características principales del problema: la ruta de flujo del problema dominante (es decir, un VSC [conducto de espacio vacío] o roca permeable) y la ubicación del control de flujo prominente (es decir, cerca del pozo o más profundo en el yacimiento). Aunque algunos problemas pueden contener múltiples características, la clave es definir la característica más dominante para que pueda resolverse primero.

No todos los problemas de conformidad se presentan en este gráfico, pero si considera estos dos elementos principales del flujo del problema, deberíamos poder ubicar cualquier tipo de problema de conformidad en esta matriz. Estudie y considere esta matriz detenidamente, ya que será un elemento clave de la Parte 2.

En la Parte 2, que se publicará en el JPT de junio, proporcionaremos una discusión más profunda sobre los problemas y la matriz de problemas. También analizaremos las soluciones de intervención de pozos y cómo superponer estos tipos de soluciones sobre la matriz de problemas de conformidad. Además, presentaremos el continuo de solución de conformidad y mostraremos su relación con la matriz del problema.

Completar la matriz con cada tipo de problema que enfrentamos dentro de la industria crearía un gráfico muy desordenado. Una cosa a reconocer es que el pozo es un VSC que creamos para conectarnos al yacimiento. Cada vez que perdemos el control de cómo ingresa el fluido al pozo desde el yacimiento, tenemos un VSC.

Por lo tanto, comenzamos revisando los problemas más comunes asociados con la pérdida de control del pozo, tales como fugas en la tubería de revestimiento, fugas o tapones en los empacadores, intervalos mal perforados, canales de cemento, intervalo mal perforado, etc. Todos estos problemas caen en el cuadrante superior izquierdo. . Dado que son estrictamente espacio vacío o flujo de conducto, se controlan totalmente en el pozo.

El siguiente ejemplo nos ayuda a comprender la importancia de los controles geológicos y la comprensión. Si tenemos una capa diluida sin flujo cruzado entre las capas, este problema cae en el cuadrante superior derecho, ya que el problema del flujo está dominado por el flujo permeable, pero debido a que no hay flujo cruzado entre las capas, todo el control existe en el pozo.

Luego pasamos al problema más complejo de una capa diluida, pero con un flujo cruzado extenso entre capas. Este problema se ubicaría en el cuadrante inferior derecho ya que el problema del flujo está relacionado con la permeabilidad, pero debido a que existe un flujo cruzado extenso, el control en el pozo es realmente limitado o nulo.

Estos dos últimos problemas existen como un grado continuo desde el cuadrante superior derecho al cuadrante inferior derecho, dependiendo del nivel de flujo cruzado entre capas.

El cuadrante inferior derecho contiene todos los problemas donde la permeabilidad del yacimiento es muy heterogénea y/o anisotrópica. Ahí es donde la permeabilidad puede cambiar tanto en dirección como en magnitud. Los ambientes depositacionales de corrientes trenzadas deltaicas pueden crear este tipo de variación de permeabilidad. El aspecto clave de este problema es que este problema de flujo está totalmente dominado por el flujo permeable y todo el control está ubicado lejos del pozo.

Un yacimiento que tiene muchas fallas y fracturas y donde el fluido puede moverse fácilmente a través de esas características se ubicaría en el cuadrante inferior izquierdo. El flujo problemático existe dentro de la característica de espacio vacío de las fracturas, pero dado que existe una fracturación natural extensa, el control está dominado en las profundidades del yacimiento. Estas características pueden variar desde extremadamente estrechas con transmisibilidad limitada hasta muy abiertas y altamente conductivas. Una fractura inducida será un flujo de espacio vacío, pero hasta cierto punto, el control es algo más accesible desde el pozo. Los intervalos kársticos (con secciones vugulares conectadas) son problemas de flujo en el espacio vacío, pero su grado de control se basa en qué tan conectados están a las características del flujo vertical (es decir, fracturas o roca permeable) lejos del pozo. Otra característica de estos VSC de yacimientos profundos es que a menudo cambian en su conductividad con el tiempo debido a la disolución o a las mejoras por erosión.

En la mayoría de los escenarios de problemas, la capacidad de caracterizar adecuadamente el flujo es la mayor limitación para diseñar la mejor solución. Los ingenieros generalmente equiparan cualquier caída de presión sobre una región en función de la ley de Darcy y el flujo permeable. Sin embargo, el flujo de conductos (es decir, el flujo en características de grandes espacios vacíos) podría caracterizarse mejor por el flujo de tuberías. La parte crítica de esta comprensión se relaciona con la naturaleza y el tamaño de las características del espacio vacío. La forma en que diseñamos soluciones, o mezclas de materiales para controlar estas características, está estrechamente relacionada con el tamaño, la forma y la extensión general del mecanismo de flujo dentro del pozo y la formación.

El verdadero flujo permeable en roca competente, incluso hasta varios darcys, se puede controlar con volúmenes suficientes de geles muy fuertes. Sin embargo, las características VSC más grandes asociadas con fallas o fracturas mejoradas, karsts, agujeros de gusano grandes, etc. requerirán un material mucho más fuerte, típicamente cementos o geles de partículas preformadas muy fuertes diseñados como rellenos de espacios vacíos. Discutiremos esto más cuando nos centremos en la superposición de soluciones, pero por ahora, reconozca que es muy importante caracterizar adecuadamente la naturaleza del flujo para generar soluciones efectivas.

Antes de sumergirnos en los detalles sobre qué soluciones podrían funcionar mejor para un conjunto específico de características, debemos reconocer que las opciones de solución para los problemas de ingeniería de conformidad van desde una miríada de intervenciones de pozos existentes hasta soluciones personalizadas más amplias. Este conjunto de soluciones se puede representar mediante una solución continua (Fig. 2).

Distinguir la mejor opción dentro de este continuo puede ser muy difícil y, a menudo, lleva años de trabajo en un campo o proyecto determinado para identificar el enfoque más rentable. Sin embargo, en la mayoría de los casos dentro de la industria, comenzamos y/o nos enfocamos la mayor parte de nuestro tiempo en intervenciones de pozos existentes. Analicemos más atentamente las intervenciones de pozos existentes.

Ahora que tenemos una matriz poblada con una variedad de problemas, ¿cómo nos ayuda esto a relacionarnos con una solución adecuada? Con las soluciones de intervención de pozos existentes, creo que todos estaríamos de acuerdo en que mantener la solución más simple suele ser lo mejor. En el caso de varios problemas de conformidad, esto generalmente significa soluciones mecánicas, tapones de puente, empacadores a horcajadas, revestimientos de costras, etc.

Sin embargo, sabemos que estas soluciones solo son efectivas en la mitad superior de esta matriz. En determinadas situaciones, las soluciones mecánicas pueden no estar disponibles debido al carácter de terminación existente. En esos casos, podríamos usar cemento u otros rellenos de espacios vacíos (VSF), y si el problema está en el cuadrante superior derecho, se pueden usar soluciones químicas como bloqueadores de permeabilidad.

En los casos en que el pozo se cruza con otro VSC y extiende el control lejos del pozo hacia el cuadrante inferior izquierdo de la matriz del problema, podemos usar cemento y otros VSF. La clave para crear soluciones efectivas en el cuadrante inferior izquierdo es nuestra capacidad para bombear grandes volúmenes de materiales VSF que tengan la fuerza adecuada para controlar esa área. Podemos mejorar nuestra eficacia en este tipo de soluciones disminuyendo la resistencia de los materiales que utilizamos. Un gran ejemplo de esto se encuentra en SPE 103044. Cuando nos limitamos a las soluciones de intervención de pozos existentes, solo podemos generar soluciones efectivas para los problemas del cuadrante inferior derecho mediante la utilización de soluciones de penetración de permeabilidad profunda o sistemas de nanopartículas extremadamente pequeñas. Estos se incluyen en las soluciones químicas. Podemos ver aún más esta relación entre las soluciones mecánicas, los cementos/VSF y los sistemas de gel químico/sellador mediante el uso de una imagen gráfica superpuesta en la matriz del problema (Fig. 3).

Si esto fuera todo lo que tuviéramos que hacer, el mundo de la ingeniería de conformidad sería simple. Sin embargo, en muchos casos, terminamos con múltiples problemas en un pozo o campo. Por ejemplo, hemos fracturado hidráulicamente un pozo en un campo con vetas de permeabilidad significativas. Tal vez hemos extendido nuestro intervalo fracturado, conectándolo así a un acuífero. En algunos casos, tenemos intervalos kársticos combinados con fracturamiento extenso, ya sea inducido o natural. En otras situaciones, no hemos controlado la conectividad del pozo con el espacio vacío o el flujo del conducto, lo que limita nuestro control general (es decir, revestimientos ranurados, mallas envueltas en alambre o revestimientos preempacados). Además, también tenemos problemas que pueden haber comenzado como un flujo limitado, pero con el paso de los años estas características mejoran a través de la disolución o erosión adicional de la roca. Como se discutió en la Parte 1, comprender estos problemas y su impacto general es fundamental para nuestra capacidad de diseñar soluciones efectivas.

El diseño de una solución efectiva debe enfocarse en controlar, o al menos influir agresivamente, en el problema de flujo más dominante. En los casos en que esté involucrado un VSC, esta será siempre la característica dominante. Esta es el área en la que hemos tenido suerte. Nuestra capacidad para controlar el flujo del espacio vacío es considerablemente mejor que nuestra capacidad para diseñar y colocar soluciones que obtengan un control significativo sobre los problemas de flujo permeable. Los sistemas mecánicos son los más fáciles de colocar y, por lo general, los más fáciles de quitar si no funcionan. El cemento y los VSF son los siguientes, y nuestra experiencia con la cementación correctiva (o forzada) a menudo proviene de muchos años de experiencia. El único problema significativo con la cementación correctiva es que, durante años, la industria solo se ha centrado en recuperar el control en el pozo o muy cerca del mismo, y los problemas actuales a menudo exigen que influyamos en estos conductos de espacios vacíos mucho más allá del pozo.

También hay situaciones en las que se pueden implementar varias técnicas de solución al mismo tiempo para obtener sinergia de las dos soluciones. Un ejemplo es el bombeo de geles, seguido de cemento, como en los casos de cierre de gas documentados en Prudhoe Bay.

Además de los artículos sobre Prudhoe y Anton Irish, recomiendo dos artículos sobre West Sak que utilizan esta técnica y que muestran la progresión de las soluciones que resultan de la evaluación del desempeño y las mejoras en la comprensión de problemas (SPE 169073 y SPE 201302).

Volviendo a la matriz del problema con la superposición de soluciones, ninguno de estos límites de solución o ubicaciones de ubicación de problemas son difíciles y rápidos. Siempre hay áreas grises dentro de los problemas y las soluciones que pueden alterar su ubicación en algún grado. Además, recuerde que aunque hayamos hecho algo para controlar un problema, muchas veces existen múltiples problemas que reducen el beneficio general de la solución seleccionada. El efecto de la economía puede cambiar estos límites, así como las mejoras tecnológicas y/o las limitaciones físicas de la configuración del pozo. Además, aunque los sistemas químicos y/o de gel pueden llegar más lejos en el cuadrante inferior derecho, a menudo hay momentos en que muchos problemas en esta área se prestan a mejores soluciones a partir de la reconfiguración del patrón o pozos de diseño, como se discutió anteriormente. La Fig. 4 proporciona una perspectiva general sobre la interacción del continuo de solución de conformidad con la matriz del problema, junto con un gráfico de severidad frente a probabilidad.

La perspectiva que se muestra en la Fig. 4 no se proporciona como una relación dura y rápida, sino más bien como una regla general que se ha desarrollado a partir de múltiples experiencias, revisiones técnicas y aprendizajes de otros. Es mi opinión que la mayor cantidad de problemas de conformidad que existen en la industria están relacionados con la variación de permeabilidad entre zonas que están significativamente interconectadas en lo profundo del yacimiento. Estos problemas existen en el cuadrante inferior derecho y son muy difíciles de acceder y controlar desde los pozos existentes. Estos problemas no son los más graves en términos de ciclado o avance rápido o masivo del inyectable. Los problemas más severos resultan de problemas directos de VSC y requieren algún tipo de intervención física, o se pierde el valor de los pozos involucrados.

A lo largo de los años, los problemas de varianza de permeabilidad que existen en el cuadrante inferior derecho generalmente se han resuelto a través de desviaciones, reconfiguraciones de patrones personalizados, reequilibrio de inyección/producción, etc. Esta es también el área principal donde la aplicación actual del análisis de big data intenta corregir estos problemas de conformidad a través del reequilibrio de fluidos.

Para obtener el máximo valor de sus esfuerzos de ingeniería de conformidad, debe continuar utilizando la información que obtiene en cada esfuerzo para aprender aún más sobre el problema y, por lo tanto, formular las mejores soluciones potenciales para los problemas de conformidad que encuentre. Recuerde el Paso 5 de la rueda de proceso en la Parte 1.

Para tener la mayor tasa de éxito en los problemas de conformidad, debe revisar su comprensión del problema y la economía de las soluciones aplicadas.

La Parte 3 se centrará en asegurarnos de que estamos contabilizando correctamente los beneficios recibidos de nuestros esfuerzos de diagnóstico y solución.

Para leer más

SPE 84966 Una estrategia para atacar el exceso de producción de agua por RS Seright, Centro de Investigación de Recuperación de Petróleo de Nuevo México; RH Lane, Aeropuerto Internacional de Northstar Technologies; y RD Sydansk, Servicios de Consultoría de Syndansk.

SPE 103044 La evolución exitosa de los esfuerzos de conformidad de Anton Irish por DD Smith, MJ Giraud y CC Kemp, Occidental Petroleum, et al.

SPE 54596 Compresor combinado de gel y cemento para cierre de gas de QJ Lai y AJ Bond, ARCO Alaska Inc.; y TW Carpenter, ARCO AEPT, et al.

SPE 169073 Una descripción general de los esfuerzos de control de conformidad para el campo West Sak en la vertiente norte de Alaska por JW Peirce, MR Hutcherson y MD Jensen, Conoco Phillips, et al.

SPE 201302 Historial de caso de soluciones de conformidad para el conducto de espacio vacío/hueco de gusano West Sak con un nuevo RPPG de gel de partículas preformado que se vuelve a ensamblar por G. Targac, C. Gallo y D. Smith, ConocoPhillips, et al.

David Smith, SPE, es actualmente el presidente y asesor principal de Oilfield Conformance Consulting LLC y profesor adjunto de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri (MS&T). Antes de sus esfuerzos actuales y durante aproximadamente 20 años, Smith fue asesor de ingeniería de conformidad global para ConocoPhillips o Occidental Petroleum. Antes de eso, fue gerente de proyectos en la gestión del agua de conformidad para Halliburton y ocupó varios cargos dentro de ARCO que estaban asociados con la modificación de perfiles y la mejora del barrido. Smith ha sido miembro activo de la SPE durante más de 45 años. Fue presidente del programa técnico de la Conferencia SPE EOR/IOR de 2014 en Tulsa, ex copresidente del SPE EOR/IOR TIG (Grupo de interés técnico) y profesor distinguido de la SPE en 2019–2020. Smith tiene una licenciatura en geología de la Universidad Luterana del Pacífico y una maestría en ingeniería petrolera de la Universidad de Stanford.