ESTIMULACION DE POZOS

Una estimulacin se define como el proceso mediante el cual se restituye se crea un sistema extensivo de canales en la roca productora de un yacimiento que sirven para facilitar el flujo de fluidos de la formacin al pozo. Es una actividad fundamental para el mantenimiento incremento de la produccin de aceite y gas, adems puede favorecer en la recuperacin de las reservas. Existe una amplia gama de literatura tcnica de los diferentes tipos de tratamientos que pueden ejecutarse en un yacimiento de acuerdo con sus caractersticas. El avance tecnolgico a travs de simuladores y equipo de laboratorio nos permite detectar pozos candidatos a estimular, diagnosticar su dao y proponer los diseos mas adecuados en forma rpida y con mayor certidumbre. En Mxico la mayor parte de las estimulaciones se efectan en rocas carbonatadas (calizas) utilizando cido clorhdrico (HCL) a diferentes concentraciones, una menor parte de las estimulaciones se realizan en formaciones productoras de areniscas, donde se ha utilizado cido Fluorhdrico ( HF) o ms recientemente, a travs Fracturamientos hidrulicos.ACIDIFICACIN MATRICIALLa acidificacin es una de las aplicaciones ms viejas usadas en la industria petrolera para la estimulacin de pozos. Empez a usarse en 1985. Como las rocas petrolferas pueden contener carbonato de calcio (CaCO3, calizas), el cido clorhdrico (HCl) en solucin de 15% ha sido un buen disolvente que ayuda a abrircanales de flujo en el estrato productor. Despus de la reaccin se obtiene cloruro de calcio, agua y dixido de carbono, como resultado de la descomposicin del carbonato de calcio por el cido.

La cantidad que se requiere de cido est determinada por el volumen de roca que se propone tratar. Para apreciar este volumen se recurre a ensayos en el laboratorio, utilizando ripio y/o ncleos de estratos, como tambin otros datos petrofsicos y experiencias de acidificaciones anteriores en el rea o sitio de operaciones. Factores como la viscosidad, densidad, temperatura, presin penetracin y celeridad o amortiguacin de la reaccin son evaluados con miras a obtener los mejores resultados que sean posibles. Como los cidos usados son corrosivos se disponen de inhibidores que permitan aminorar la corrosin de equipos y tuberas del pozo, el objetivo principal de la acidificacin es abrir calanes de flujo en el estrato productor.

Para la gran mayora de aplicaciones, la acidificacin se usa en yacimientos de areniscas con el objetivo de remover el dao de la formacin. En formaciones donde el contenido de cuarzo es de aproximadamente el 95%, es posible estimular la formacin por disolucin de cuarzo. Sin embargo se puede llegar a estimular en yacimientos de tipo carbonatico, llegando a obtener un valor de dao de -2.De acuerdo al tratamiento que se quiera aplicar, existe tres tipos de acidificacin: el lavado cido, que tiene como propsito remover los depsitosde las paredes del pozo o para abrir los intervalos perforados obturados, generalmente tapados con escalas. Otro tipo de acidificacin, es la estimulacin matricial, que no es ms que la inyeccin de un cido a la formacin a una presin menor a la presin de fractura en forma radial. Finalmente, la fractura cida, que consiste en inyectar cido a una presin lo suficientemente alta para producir una fractura hidrulica dentro de la formacin. Con este tipo de acidificacin, se obtienen canales de flujo de alta conductividad que con un buen agente de sostn puede permanecer por un largo perodo de tiempo despus de haber aplicado el tratamiento.APLICACIONESLa acidificacin sirve muchas veces como colchn de fracturamiento hidrulico, para disolver finos y partculas formadas en el proceso de caoneo, rompe las emulsiones en las formaciones que son sensibles a pH bajos o que estn estabilizadas por partculas que el cido pueda disolver. Es usado tambin para romper fluidos del tipo gel viscoso sensibles al cido en los tratamientos de fracturas hidrulicas, que no se hayan roto despus de finalizar un tratamiento.En las operaciones de cementacin se utiliza antes del proceso como preflush.

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO DE ACIDIFICACIONLos pasos bsicos para el diseo de una acidificacin son bsicamente los siguientes:a) Seleccionar los candidatos de pozos ms adecuados, evaluando la severidad del dao, su localizacin, radio de penetracin del daoy si un cido puede remover el mencionado dao.b) Disear el tratamiento ms adecuado de acuerdo a: el tipo de cido que puede remover el dao de la formacin y su compatibilidad con la formacin y los fluidos contenidos en ella, caudal mximo de operacin.c) Control de calidad.d) Monitoreo del tratamiento.e) Evaluacin de resultados. Entre los daos removibles por el cido tenemos: slidos y filtrado de lodo durante la perforacin, invasin de filtrado durante el proceso de cementacin (a causa del efecto del pH), compactacin de la zona caoneada y formacin de debris, taponamiento de depsitos orgnicos, carbonato de calcio, migracin de fluidos y xidos de hierro durante la produccin; invasin de slidos, hinchamiento de arcillas durante trabajos de reacondicionamiento; desprendimiento de arcillas y finos, precipitacin de slidos formados por las reacciones qumicas entre los fluidos tratamiento-formacin y cambio de mojabilidad durante un trabajo de estimulacin.PASOS EN LA ACIDIFICACIONGeneralmente el procedimiento operacional en un trabajo de acidificacin es el siguiente:a) Pickling: consiste en inyectar agentes de control de hierro tanto en la tubera de produccin, casing y coiled tubing, para evitar posible contaminacin del tratamiento principal.b) Desplazamiento del crudo (solvente) 10-75 gal/piec) Desplazamiento del agua de formacin 12-25 gal/pied) Preflujo de cido actico para limpieza 25-100 gal/piee) Preflujo de HCl con elobjetivo de evitar reacciones secundarias 25-200 gal/pief) Tratamiento principal (HCl-HF, cido orgnico, HF de acuerdo al tipo de formacin) 25-200 gal/pieg) Overflush (que debe ser el mismo cido para mantener el equilibrio del sistema.h) Desplazamiento.El tratamiento principal va a depender de la solubilidad que tenga este con los minerales presentes. Generalmente las concentraciones a usar (esto no se debe usar como una receta de cocina) son las siguientes:

Formaciones con permeabilidades > 100 mDCuarzo > 80%, Arcillas < 5% ==> 12% HCl - 3% HFArcilla < 8%, Feldespato < 10% ==> 7.5% HCl - 1.5% HFFeldespato > 15% ==> 13.5% HCl - 1.5% HFArcillas > 10% ==> 6.5% HCl - 1% HFFeldespato > 15%, Arcillas > 10% ==> 9% HCl - 1% HFPresencia de hierro, Clorita > 8% ==> 10% CH3COOH - 0.5% HF

Formaciones con permeabilidades 20 - 100 mDArcilla > 5% ==> 6% HCl - 1.5% HFArcilla < 7% ==> 9% HCl - 1% HFFeldespato > 10% ==> 12% HCl - 1.5% HFFeldespeto > 10%, Arcilla > 10% ==> 9% HCl - 1% HFPresencia de hierro, Clorita > 8% ==> 10% CH3COOH - 0.5% HF

Permeabilidades < al 20 mDSol. HCl < 10%, Arcillas < 5% ==> 5% HCl - 1.5% HFArcillas > 8% ==> 3% HCl - 0.5% HFClorita > 5% ==> 10% CH3COOH - 0.5% HFFeldespato > 10% ==> 9% HCl - 1% HF

El tratamiento principal va a depender de la solubilidad que tenga este con los minerales presentes.cidosOrgnicos.El Actico y el Frmico son otros dos cidos que llegan a utilizarse, solos o con el HCL. Son mucho ms dbiles que el HCL y por lo tanto reaccionarn mas lentamente con la mayora de los minerales en el pozo y por lo tanto permiten una penetracin ms profunda y mejores propiedades de grabado en algunas formaciones. El cido Actico reacciona mas lentamente que el Frmico. Un 10% de solucin de cido actico disolver la caliza tanto como un 6% de solucin de HCL. Un 10% de solucin de cido frmico disolver la caliza tanto como un 8% de solucin de HCL.

ADITIVOSExiste una gran cantidad de aditivos utilizados en los tratamientos cidos, que facilitan el uso de los sistemas permitiendo una mayor efectividad, bsicamente estos pueden agruparse en:a)- Inhibidores de corrosin.-Tpicamente son materiales fuertemente catinicos, con una fuerte afinidad con la superficie metlica, para ser efectivos deben tener la capacidad de adherirse al interior de la tubera, formando una delgada cubierta protectora a medida que el cido es bombeado, debido a su fuerte carga catinica debe ser usado cuidadosamente para cumplir su funcin, ya que un exceso de este inhibidor puede influir en la matriz e inducir un dao a la permeabilidad relativa, causado por un cambio de mojabilidad.b)- SurfactantesLos surfactantes son comunes en todos los tratamientos cidos y ellos son el elemento bsico en las estimulaciones no reactivas; las funciones de un surfactante usado en unaacidificacin incluyen: La desemulsin, dispersin, prevencin del sludge, penetracin y reduccin de la tensin superficial, evitar el hinchamiento o dispersin de arcillas, mojar de agua a la roca, ser compatible con los fluidos de tratamiento y de la formacin, ser soluble a los fluidos de tratamiento a temperatura de yacimiento.En un tratamiento cido en arenas, especialmente, la incompatibilidad de inhibidores de corrosin y surfactantes aninicos puede ser un problema si no se manejan apropiadamentec) Solventes mutuosLos solventes mutuos o mutuales como el Etilen Glicol Mono Butil Ether ( EGMBE) o materiales similares, son otros aditivos frecuentemente utilizados en los sistemas cidos, a menudo son utilizados por su solubilidad tanto en fluidos base agua o aceite. Los solventes mutuos se desarrollaron hace algunos aos para facilitar la reaccin del cido en superficies cubiertas de aceite debido a su habilidad para ayudar a disolver mas all de la cubierta de aceite; tambin ayudan a disminuir la tensin superficial del cido reactivo lo que facilita la recuperacin del cido gastado y la limpieza del pozo. Debido a sus propiedades, tienden a limitar la efectividad de los inhibidores de corrosin y frecuentemente la concentracin de estos ltimos debe ser incrementada en el sistema de tratamiento cuando se usan solventes mutuos.Los solventes mutuos para ser efectivos, deben ser agregados en concentraciones de aproximadamente 10% del volumen decido.d) - Aditivos de control de fierroMuchas formaciones contienen Siderita, hematita y otros minerales ricos en fierro, adems del fierro que puede ser desprendido de la misma tubera, por lo tanto los agentes secuestrantes de fierro son un aditivo comn en los tratamientos cidos. La mayora de las aguas de formacin contienen menos de 100 ppm de fierro, que puede verse incrementada substancialmente por corrosin, o por contacto de magnetita o de hematita. Mientras el cido no est gastado su PH es 0 cercano a 0, en estas circunstancias ningn in fierro precipitar, sin embargo, a medida que el cido se va gastando, su PH tiende a subir, y arriba de 2 ms, los problemas con precipitacin de hierro existen y agravan el problema en el fondo, por lo anterior es importante contar con los secuestrantes de fierro adecuados e inducir el pozo a produccin tan rpido como sea posible.e) - Agentes divergentesEl cubrir efectivamente el intervalo de inters es crtico para el xito de un tratamiento matricial ya sea en carbonatos o en areniscas. La desviacin en un tratamiento puede ser complementada utilizando desviadores mecnicos como empacadores, tapones puente, bolas selladoras en los disparos, slidos qumicos, espuma e incremento en el ritmo de inyeccin por debajo de la presin de fractura.f) - GasEs tambin considerado un aditivo en tratamientos cidos. El nitrgeno puede agregarse al cido para facilitar la recuperacin del cido gastado cuando seacidifican pozos depresionados y por supuesto cuando se usa espuma nitrogenada como desviador.

ACIDIFICACIN EN CARBONATOSLa acidificacin consiste en atacar el yacimiento, cuando est formado por carbonatos, mediante un cido generalmente "cido clorhdrico".El cido Clorhdrico es el cido mas utilizado en la estimulacin de pozos, y el ms fuerte, al 15% se le conoce como cido regular, si comparamos la misma concentracin, es el ms corrosivo de los cidos, reacciona con la caliza y la dolomitaEste cido disuelve la caliza con rapidez, y algo ms lentamente, la doloma, formndose Cl2Ca y Cl2Mg solubles respectivamente y desprendindose grandes cantidades de gas carbnico.No es conveniente emplear "cido sulfrico", ya que con el Ca forma SO4Ca, de solubilidad limitada, por lo que se deposita en el yacimiento.La acidificacin se aplica a rocas permeables por fisuracin ya que poco se consigue en las rocas porosas, si no es ensanchar un poco el sondeo o efectuar una limpieza local, que nicamente tiene inters cuando durante la perforacin el lodo o el detritus han taponado el yacimiento o cuando se han producido incrustaciones en el yacimiento.La cantidad de cido a inyectar es muy elevada, varias toneladas o docenas de toneladas.En los yacimientos fracturados, en especial cuando el pozo corta unas pocas fisuras de anchura pequea, las prdidas de carga de circulacin son elevadas, en especial cerca del pozo. La acidificacin ayuda mucho a lalimpieza y ensanchamiento de las fisuras a condicin de que el cido penetre una distancia considerable. Por ello se requiere que se introduzca gran cantidad de cido de forma rpida, a fin de que penetre suficientemente antes de agotar su capacidad de disolucin, ayudndolo con la introduccin de un volumen mayor de agua. El desarrollo que ya produce el cido al llegar al yacimiento, facilita la introduccin de las siguientes cantidades de cido y del agua, a veces de forma muy espectacular, puesto que si el pozo no se ha limpiado previamente con cuidado, se produce una rpida descolmatacin.

En la estimulacin de pozos profundos hay que tener en cuenta que el cido puede tardar cierto tiempo en alcanzar la formacin. La introduccin del cido y del agua se puede realizar de forma sencilla y econmica por gravedad, aunque conviene realizar un mnimo de instalaciones para facilitar y controlar bien las operaciones y para evitar las peligrosas salpicaduras o rociaduras con cido en caso de que el escapa de anhdrido carbnico producido proyectase al exterior el cido contenido en el interior del pozo.

Solubilidad del HCl en caliza y doloma.Si el cido no se puede introducir por gravedad en condiciones satisfactorias es necesario recurrir a la inyeccin a presin con una bomba de alto caudal y alta presin, incluso tratando de llegar a la fracturacin hidrulica, proceso que requiere cementar el pozo por encima del yacimiento y establecer una cabeza depozo para la inyeccin, incrementando el costo del tratamiento.

Para que la acidificacin cumpla su misin, es indispensable efectuar una limpieza del pozo antes de que parte del Ca y Mg disuelto se redepositen al descender la acidez, junto con las arenas, arcillas y otros materiales en suspensin. Si el nivel del agua es poco profundo y se puede obtener una inmersin suficiente, el mtodo ms prctico es el desarrollo mediante aire comprimido. Si no se pudiera realizar, se debe instalar la bomba lo antes posible o incluso realizar la acidificacin con la bomba instalada. Es recomendable no diferir el bombeo ms all de 1-2 horas, ni hacerlo antes de media hora.En algunos casos la presin del CO2 es favorable, estando el pozo cerrado, pues ayuda a la penetracin del cido y despus al abrir puede provocar una primera salida de agua al exterior. No es raro que en acuferos libres el CO2 consiga escapar a travs del terreno y en el pozo solo se obtengan pequeas cantidades.Factores que afectan la reaccin del cido con los carbonatos.Existen algunos factores que influyen en el efecto de reaccin del cido con las formaciones, entre los ms importantes:a) Relacin Volumen- rea de contacto A mayor superficie de roca expuesta por unidad de volumen de cido, ste se gastar ms rpido b).- PresinArriba de 750 psi la presin tiene un menor efecto en la reaccin del cido con rocas calcreas que la mayora de los otros.

Efecto de la Presin sobre el tiempode reaccin del HCl- CaCO3.

c) TemperaturaA medida que la temperatura se incrementa, el cido reaccionar ms rpido con el material calcreo.d) Concentracin del cido y productos de reaccinMientras ms fuerte sea un cido ms tiempo le tomar terminar la reaccin. Con slo agregar cloruro de calcio o Bixido de Carbono a cualquier cido fuerte retardar ligeramente su reaccin. Un cido orgnico le toma ms tiempo gastarse que el HCL porque solo est parcialmente ionizado.e) Composicin de la RocaLa composicin qumica de la roca influir en la reaccin del cido, las dolomitas generalmente reaccionan ms lentamente con el HCL que con las calizas.f) ViscosidadA medida que la viscosidad se incrementa disminuye el tiempo de reaccin del cido.ESTIMULACIN MATRICIAL EN ARENAS.Para las formaciones de Areniscas el tipo de cido que puede usarse es:cido Fluorhdrico (HF), mezclado con HCl o con cidos orgnicos.Se puede mezclar ste cido con HCl o con cidos orgnicos para disolver minerales arcillosos, feldespatos y arenas, debido a que los minerales arcillosos y los feldespatos tienen mayor rea de contacto, la mayora del HF se gastar ms rpido en estos materiales que en el cuarzo o en las arenas. Es el nico cido que reaccionar con arena y otros minerales silicios como la arcilla, la reaccin qumica es :

La reaccin entre el HF y una arcilla como la bentonita, est dada por :

El HF reaccionar con minerales calcreos como la caliza, sinembargo producir precipitados insolubles de fluoruro de calcio:

La principal razn para acidificar una formacin de areniscas es remover el dao causado por la invasin de partculas slidas y al hinchamiento, dispersin, migracin o floculacin de finos.Estos tratamientos estn limitados para daos someros de 1 a 3 pies de la vecindad del pozo, el HF puede ser retardado para mejorar la distancia de penetracin del cido.Un dao por arcillas puede ser una mezcla tanto de hinchamiento como migracin de finos, cuando eso ocurre se debe acidificar la formacin con un sistema que disuelva arcillas finos con contenido de slice En la mezcla de cido Fluorhdrico (HF) - cido Orgnico (Actico o Frmico), se puede utilizar para retardar la reaccin con la arena y las arcillas, y disminuir el ataque corrosivo, de esta manera se puede penetrar ms profundamente la formacin y remover ms dao. A menores temperaturas son ms severos los productos secundarios de los productos de la reaccin de esta mezcla de cidos, por lo que se debe usar en pozos de 200 F de temperatura mayor. La mezcla se debe preparar con agua dulce, nunca debe usarse salmuera o agua corriente para tratamiento con HF ya que estas aguas contienen sodio o potasio.La mejor seleccin para remover dao por arcillas en pozos calientes y profundos con yacimientos en areniscas es la de 6% de cido frmico y 1.5% de HF.En la estimulacin de areniscas existen tres etapas bsicas de bombeo:a) Elprecolchn siempre se bombea por delante del HF, proporciona un barrido entre la mezcla del cido vivo y gastado y los fluidos de la formacin, este barrido reduce la posibilidad de formar fluosilicatos y fluoaluminatos de potasio. En el caso de usar HCL como precolchn este remover el CaCO3 y evitar su reaccin con el HF. Los ms comunes son:cido Clorhdrico (HCL)Cloruro de Amonio (NH4Cl)DieselKerosinaAceiteEstos se seleccionan en funcin de la Temperatura y de la composicin mineralgica de la roca.b) EL fluido de tratamiento remover el dao por arcillas, para completar esto, el sistema cido deber contener iones de fluoruro. Los surfactantes en un fluido de tratamiento para un yacimiento de areniscas deben ser de tipo no inico - aninico y/o aninico. La habilidad del HF para remover el dao en arcillas se genera en una distancia de 2 pies en la vecindad del pozo, mayor se vuelve econmicamente incosteable.c) El fluido desplazante se utiliza para desplazar el HF, asegura que la mayora del HF reaccione en la formacin y contribuir a los resultados del tratamiento. El cloruro de amonio es el ms comn y es una de las pocas sales que no precipitar con el HF o con el HF gastado, el diesel se utiliza tambin en pozos de aceite. Ya que el HF reacciona muy rpidamente, no se recomienda un largo perodo de cierre, debe empezar a regresarse los fluidos tan pronto como sea posible, especialmente en pozos con formaciones de baja permeabilidad.