La lucha contra las incrustacionesRemocin y prevencin

Trate de imaginar una amenaza capaz de estrangular un pozo productivo en el lapso de 24 horas.

La acumulacin de incrustaciones dentro de las tuberas hace exactamente eso y provoca

millones de dlares de prdidas cada ao. Los nuevos hallazgos con respecto a la

acumulacin de depsitos minerales les permiten a los ingenieros de

produccin pronosticar la formacin de los mismos, de forma tal

que se pueda prevenir el desarrollo de condiciones

operativas adversas utilizando nuevas tcnicas

de inhibicin. Asimismo, se dispone de

nuevas herramientas capaces de

eliminar los depsitos de

sedimentos de los

revestidores y de

las tuberas.

La acumulacin de sedimentos minerales es unode los problemas de produccin que ms preocu-pan a los ingenieros de produccin. Se trata deun conjunto de depsitos que se incrustan en losorificios de los caoneos, los revestidores, lastuberas de produccin, las vlvulas, las bombasy los equipamientos de completacin del pozo,de manera tal que obstruyen el hueco e impidenel flujo normal de los fluidos. Las incrustaciones,como ocurre en los caos de agua o en lasteteras de agua de todos los hogares, se puedendepositar a lo largo de toda la trayectoria quesigue el agua, desde los pozos inyectores hastalos equipos de superficie, pasando por losyacimientos. La mayor parte de las incrusta-ciones que se encuentran en los campospetroleros se forman por precipitacin de mine-

rales presentes en el agua de formacin, o biencomo resultado de que el agua producida se so-bresatura de componentes minerales cuando dosaguas incompatibles se encuentran en el fondodel pozo. Cada vez que un pozo de gas o de pe-trleo produce agua, o que se utiliza inyeccin deagua como mtodo para mejorar la recuperacin,surge la posibilidad de que se formen incrusta-ciones. En ciertas reas, como por ejemplo en elMar del Norte y en Canad, en donde existenregiones enteras con tendencia al depsito deminerales, esto est reconocido como uno de losprincipales problemas de la produccin.

Las incrustaciones pueden desarrollarse enlos poros de la formacin en las cercanas delpozo, con lo cual la porosidad y la permeabilidadde la formacin se ven reducidas. Asimismo,

30 Oilfield Review

Mike CrabtreeAberdeen, Escocia

David EslingerTulsa, Oklahoma, EE.UU.

Phil FletcherMatt MillerSugar Land, Texas, EE.UU.

Ashley JohnsonRosharon, Texas

George KingBP Amoco CorporationHouston, Texas

Se agradece la colaboracin de Andrew Acock, Houston,Texas, EE.UU.; Willem van Adrichem y Warren Zemlak,Sugar Land, Texas; Mike Barrett, Steve Davies, IgorDiakonov y Jon Elphick, Cambridge, Inglaterra; Leo Burdylo,Sugar Land, Texas; Ingrid Huldal y Raymond Jasinski,Aberdeen, Escocia; y Scott Jacobsen, Houston, Texas. Blaster Services, Bridge Blaster, CoilCADE, CoilLIMIT, JetAdvisor, Jet Blaster, NODAL, ScaleFRAC, Sterling Beads yStimCADE son marcas de Schlumberger. Hipp Tripper esuna marca de Baker Oil Tools; Hydroblast es una marca deHalliburton; y RotoJet es una marca de BJ-NOWSCO.1. Brown M: Full Scale Attack, REview, 30 The BP

Technology Magazine (Octubre-Diciembre de 1998): 30-32.

Incrustaciones en las tuberas de produccin.En este caso, la formacin de incrustaciones decarbonato de calcio en las tuberas de produccin obstruye ms del 40% del rea de fluencia de la tubera e impide el acceso de lasherramientas de reparacin del pozo a las secciones inferiores.

Otoo de 1999 31

pueden llegar a bloquear el flujo normal cuandose obstruyen los caoneos o se forma una capaespesa sobre las paredes de las tuberas de pro-duccin (pgina previa). Pueden adems cubrir ydeteriorar los equipos de completacin, como lasvlvulas de seguridad y los mandriles del sistemade levantamiento artificial por gas. Los efectosde las incrustaciones pueden resultar dramticose inmediatos: en un pozo del campo Miller en elMar del Norte, los ingenieros se sorprendieron alver descender la produccin de 30.000 B/D [4770m3/d] a cero en el lapso de 24 horas.1 Debemosconsiderar, adems, que los costos pueden serenormes: la solucin de este tipo de problemas lecuesta a la industria cientos de millones dedlares por ao en trminos de prdidas de pro-duccin. Hasta no hace mucho tiempo, los mto-dos de tratamiento eran limitados y pocoefectivos. Cuando se forman las incrustaciones,se necesita utilizar una tcnica de eliminacinrpida y efectiva. Los sistemas de remocin com-prenden mtodos qumicos y mecnicos, cuyaeleccin depende de la ubicacin de los sedi-mentos y de sus propiedades fsicas.

Algunas incrustaciones minerales, como elcarbonato de calcio (CaCO3), se pueden disolvercon cidos, mientras que en otros casos este sis-tema no funciona. Muchas veces se forma unapelcula cerosa de hidrocarburos que protege alas incrustaciones de la accin de los disolventesqumicos. Puede ocurrir tambin que seacumulen capas de incrustaciones slidasimpermeables que revisten las tuberas de pro-duccin y a veces las bloquean por completo, conlo cual resulta ms difcil quitarlas. En este caso,por lo general se utilizan tcnicas mecnicas otratamientos qumicos para penetrar la capaincrustada. A pesar de ello, con frecuencia seforman incrustaciones duras, como el sulfato debario (BaSO4), que son sumamente resistentes,tanto a los agentes qumicos como mecnicos.Antes de que se produjeran los ltimos avancesen la tecnologa de eliminacin de las incrusta-ciones minerales, los operadores que seencontraban con este tipo de problemas muchasveces se vean obligados a suspender la produc-cin, movilizar taladros de completacin paraextraer la tubera daada del pozo y hacer lalimpieza en la superficie, o bien reemplazar latubera directamente.

En este artculo, se explican las causas fsicasque provocan la acumulacin de incrustacionesminerales durante la produccin de petrleo. Sise conocen las condiciones que provocan esteproblema y cundo y dnde puede ocurrir, resultams sencillo comprender cmo eliminar lasincrustaciones y disear los tratamientos nece-sarios para restablecer la productividad del pozoa largo plazo. En segundo lugar, se presenta unadescripcin general de las tcnicas mecnicas yqumicas que se utilizan para la eliminacin deincrustacionesincluyendo los ltimos avancesen tcnicas de limpieza a chorroy se examinanlas ventajas y las limitaciones de cada mtodo.

Por ltimo, se resean los avances realizados enel tratamiento de agua y de nuevos productosinhibidores que permiten controlar el delicadoequilibrio qumico para impedir que vuelvan aaparecer estos depsitos minerales.

Origen de las incrustacionesEn las incrustaciones minerales que se producenen los campos petroleros, el agua juega un papelfundamental, dado que el problema se presentaslo cuando existe produccin de agua. El aguaes un buen solvente para muchos materiales ypuede transportar grandes cantidades de mine-rales. Todas las aguas naturales disuelven distin-

>

Solubilidad de minerales en funcin de la temperatura

Solubilidad de minerales en funcin de la presin

1000

100

10

1

0,1

Solu

bilid

ad, l

bm/b

bl

0,01

0,001

0,000177 120

Temperatura, F

Sulfato de estroncio

Calcita Barita

Siderita

Halita

Yeso

Anhidrita

170 210 260 300

Solubilidad de minerales en funcin de la salinidad

0,004

0,0035

0,003

0,0025

0,002

0,0015

0,001

0,0005

5 x 10-3

4 x 10-3

3 x 10-3

2 x 10-3

1 x 10-3

25C

150C

250C

070

10 2 3 4 5 6

120 170 220 270

14.000 psi

1500 psi

7000 psi

14,5 psi

Temperatura, F

Sulfa

to d

e ba

rio d

isue

lto, l

bm/b

blSo

lubi

lidad

del

sul

fato

de

estro

ncio

, mol

/L

NaCl mol/LAgua de mar

>La solubilidad de los minerales tiene una compleja dependencia con respecto a muchas variables,que incluyen la temperatura (arriba), la presin (centro) y la salinidad (abajo).

tos componentes cuando contactan fases mine-rales en su estado natural. Esto da lugar a fluidoscomplejos, ricos en iones, algunos de los cualesse encuentran en su lmite de saturacin paraciertas fases minerales. El agua de mar tiende aser rica en iones, que son un subproducto de lavida marina y la evaporacin del agua. El aguadel suelo y el agua del ambiente cercano a lasuperficie, por lo general, es ms diluida y sucomposicin qumica es diferente con respecto alagua de zonas profundas del subsuelo asociadacon acumulaciones de gas y petrleo.

El agua subterrnea de ambientes profundosse enriquece con iones mediante la alteracin delos minerales sedimentarios. El agua que seencuentra en los yacimientos de carbonatos yareniscas cementadas con calcita por lo generalcontiene una gran cantidad de cationes biva-lentes de calcio [Ca+2] y magnesio [Mg+2]. Confrecuencia, los fluidos que se encuentran en unaformacin de areniscas contienen cationes debario [Ba+2] y estroncio [Sr+2]. En los fluidos de losyacimientos el total de slidos disueltos puedellegar a 400.000 mg/L [3,34 ppg]. La composicinexacta tiene una compleja dependencia de ladiagnesis de los minerales y de otros tipos dealteraciones que se producen a medida que losfluidos de la formacin fluyen y se mezclan en eltranscurso del tiempo geolgico.

La formacin de las incrustaciones comienzacuando se perturba el estado de cualquier fluidonatural de forma tal que se excede el lmite desolubilidad de uno o ms de sus componentes.Las solubilidades de los minerales en s mismastienen una complicada dependencia respecto dela temperatura y la presin. Por lo general, unincremento de la temperatura provoca elaumento de la solubilidad de un mineral en elagua: ms iones se disuelven a temperaturasms elevadas (pgina previa). En forma similar, aldescender la presin, la solubilidad tiende a dis-minuir y, como regla general, la solubilidad de lamayora de los minerales disminuye por un factorde dos por cada 7000 lpc [48-Mpa] de disminu-cin de la presin.

No todos los minerales se ajustan a la ten-dencia tpica de la temperatura; por ejemplo, elcarbonato de calcio presenta la tendenciainversa, es decir que la solubilidad en aguaaumenta cuando las temperaturas disminuyen.La solubilidad del sulfato de bario se duplicacuando la temperatura oscila entre 25 y 100C[77 a 212F], pero luego disminuye en la mismaproporcin a medida que la temperatura seacerca a los 200C [392F]. Esta tendencia, a suvez, se ve influenciada por la salinidad de lasalmuera del medio.

Una complejidad adicional es la solubilidadde los minerales de carbonatos en presencia degases cidos, como el dixido de carbono [CO2] yel cido sulfhdrico [H2S]. La solubilidad de loscarbonatos aumenta a medida que disminuye laacidez del fluido, y tanto el CO2 como el H2S aaltos niveles de presin proporcionan suficienteacidez. Por lo tanto, el agua de formacin, al es-tar en contacto con la roca carbnica y los gasescidos, puede ser rica en carbonatos disueltos.Esta tendencia presenta una dependencia com-pleja y no lineal con respecto a la composicin dela salmuera, la temperatura y la presin del gaspor encima de la fase lquida; este efecto de lapresin del gas es varios rdenes de magnitudmayor que el efecto normal de la presin sobre lasolubilidad de un mineral. En general, a medidaque disminuye la presin, el C02 deja la faseacuosa provocando el aumento del pH, que con-duce a la formacin de incrustaciones calcreas.

Formacin de las incrustacionesSi bien el punto de partida para la formacin delas incrustaciones puede ser un cambio de tem-peratura o de presin, la liberacin de gas, unamodificacin del pH o el contacto con agua incom-patible, existen aguas de produccin que, a pesarde encontrarse sobresaturadas y ser proclives alas incrustaciones minerales, no presentan pro-blema alguno. Las incrustaciones se desarrollan apartir de una solucin. El primer desarrollo dentrode un fluido saturado es una formacin de gruposde tomos inestables, proceso denominadonucleacin homognea (derecha). Los grupos detomos forman pequeos cristales (semillero decristales) provocados por fluctuaciones locales enel equilibrio de la concentracin de iones en lassoluciones sobresaturadas. A continuacin, loscristales crecen por adsorcin de iones sobre lasimperfecciones de las superficies de los cristales,con lo cual aumenta el tamao del cristal. Laenerga necesaria para que el cristal crezcaproviene de una reduccin de la energa libresuperficial del cristal, que disminuye rpidamentea medida que aumenta el radio, una vez superadoun cierto radio crtico. Esto implica que loscristales grandes tienden al continuo crecimientode los mismos, y adems que los cristalespequeos se pueden redisolver.2 Por lo tanto,dado un cierto grado de sobresaturacin, la for-macin de cualquier semillero de cristales va afavorecer el aumento del crecimiento de incrusta-ciones minerales. El semillero de cristales, dehecho, acta como un catalizador de la formacinde incrustaciones.

El crecimiento de cristales tambin tiende ainiciarse sobre una superficie preexistente delmite de fluidos, proceso denominado nucleacinheterognea. Los sitios en que se produce lanucleacin heterognea incluyen los defectos enlas superficies, como las asperezas en la superfi-cie de los tubos o caoneos en las tuberas cor-tas de produccin, o incluso en las juntas y lascosturas de las tuberas de produccin y en lostubos de conduccin. Un alto grado deturbulencia tambin puede hacer las veces de uncatalizador para el depsito de sedimentos.

32 Oilfield Review

Flujo de fluido

Pared de la tubera

Supersaturacin

Supersaturacin

Pares de iones

Agrupacin /ncleos

Cristalitos imperfectos

Mayor crecimiento en sitios con imperfecciones del cristal

Estabilidad transitoria

Pares de iones

Imperfecciones de la superficie

SO4-2

Ba+2

Nucleacin homognea

Nucleacin heterognea

>Procesos de nucleacin. La formacin deincrustaciones comienza en soluciones sobresaturadas con pares de iones que formancristales individuales, proceso llamadonucleacin homognea (arriba). Tambin puedenocurrir sobre defectos preexistentes en las superficies, como puntos speros en la superficiede la tubera en contacto con el lquido, denominada nucleacin heterognea (abajo).

Otoo de 1999 33

Vemos entonces que la acumulacin de incrusta-ciones puede ocurrir cuando la presin de fluen-cia coincide con la presin del punto de burbujeo.Esto explica porqu los depsitos de sedimentosse desarrollan rpidamente en los equipamientosde completacin de fondo. La comprensin de losfenmenos de nucleacin ha permitido desarro-llar productos inhibidores de incrustaciones, a losque nos referiremos ms adelante, que utilizanqumicos diseados especficamente para atacarla nucleacin y los procesos de formacin de in-crustaciones, de modo tal de reducir su incidencia.

Identificacin de las incrustacionesEl primer paso en el diseo de un programa deremediacin realmente efectivo desde el puntode vista econmico, consiste en identificar la ubi-cacin de los depsitos de minerales y la com-posicin de los mismos.

Tubera de produccin y equipos de superfi-cieLas incrustaciones pueden presentarsecomo una capa espesa adherida a las paredesinteriores de las tuberas. Con frecuencia tienevarios centmetros de espesor y presentacristales de hasta 1 cm o ms. El efecto primariode la formacin de incrustaciones en las tuberases la reduccin de la tasa de produccin alaumentar la rugosidad de la superficie del tubo yreducir el rea de fluencia. Esto origina unaumento en la cada de presin y, en consecuen-cia, la produccin disminuye. Si aumenta el creci-miento de minerales depositados, se haceimposible el acceso a secciones ms profundasdel pozo, y finalmente las incrustaciones termi-nan por bloquear el flujo de produccin (arriba).La composicin qumica de las incrustaciones enlas tuberas puede variar, ya que se trata decapas de sedimentos depositados a lo largo de lavida del pozo. Por lo general, las incrustacionesincluyen capas de asfaltenos o de cera, y lascapas de incrustaciones que se encuentran mscercanas a la tubera pueden contener sulfurosde hierro, carbonatos o productos corrosivos.

Matriz cercana al pozoLas incrustacionesde carbonatos o sulfatos tpicas de la zona cer-cana al pozo presentan partculas de menortamao respecto de las incrustaciones que seencuentran en las tuberas: se miden en micronesen vez de centmetros. Bloquean los empaques

de grava y las mallas, adems de los poros de lamatriz. Por lo general, se forman despus de lar-gos perodos de cierre del pozo, ya que el flujotransversal hace que se mezclen aguas incom-patibles provenientes de distintas capas. Estetipo de incrustaciones se puede definir comodao (abajo). Su eliminacin por medio de disol-

ventes qumicos o cidos puede contribuir aaumentar las tasas de produccin en formanotable.

Pozos inyectoresLos daos provocados porlas incrustaciones en los pozos inyectores, por logeneral, se originan en procesos activados por latemperatura del agua de inyeccin. Adems, en

CaCO3

Pesca cementadacon CaCO3

Capa de FeS2

Tubera de acero

Capa de BaSO4

Capa de CaCO3

Capa de cera

Flujo de produccin

Corrosin debajo de la incrustacin

Capa de asfalteno

Corrosin porpicaduras de H2S

BaSO4 sobrelos caoneos

Cambio de presin en la vlvula de seguridad

Mandril

Depsitos minerales en la tubera

Pesca

CaCO3Reduccin

> Incrustaciones en las tuberas de produccin. La ubicacin de los depsitos minerales en lastuberas puede variar desde los caoneos de fondo hasta la superficie, ocasionado restricciones en el flujo dentro de la tubera de produccin, niples, pescas, vlvulas de seguridad y los mandriles de levantamiento artificial por gas. A menudo se presentan en diversas capas y en algunos casos cubiertos por una capa cerosa o de asfalteno (ilustracin). Por debajo de las incrustaciones, puedenaparecer signos de corrosin y picaduras sobre el acero, debido a la presencia de bacterias y gassulfuroso, con lo cual se reduce la integridad del acero.

2. Richardson SM y McSween HY: Geochemistry: Pathwaysand Processes. Englewood Cliffs, Nueva Jersey, EE.UU.:Prentice-Hall, Inc., 1989.

Flujo de agua

Incrustacin

Petrleo

>Daos en la matriz. Los depsitos minerales restringen el flujo de los fluidos atravs de la formacin, lo que provoca una prdida de permeabilidad.

las inmediaciones del pozo puede producirse unamezcla incompatible cuando el agua de inyeccinse pone en contacto con el agua de formacin ocon la salmuera de la completacin (abajo). Esteproblema se limita a las etapas iniciales de lainyeccin, cuando el agua de inyeccin entra encontacto con agua incompatible en la regin cer-cana al pozo. Las incrustaciones que se formanen este punto pueden disminuir la permeabilidadde la formacin y reducir la efectividad de laestrategia de inundacin con agua.

Deteccin de las incrustacionesExistenevidencias fsicas de la presencia de incrusta-ciones en las muestras de tuberas, o bien en lasradiografas de anlisis de ncleos. La inter-pretacin de registros de rayos gamma a menudoindica la presencia de residuos de sulfato debario, dado que el radio Ra226, que es natural-mente radioactivo, precipita con estos sedimen-tos.3 En algunos casos, se llega a observar unaumento de hasta 500 unidades API en la activi-dad de los rayos gamma por encima de los valo-res naturales.

Cuando se evala la produccin por medio delanlisis NODAL, ste puede indicar la presenciade incrustaciones en las tuberas si, por ejemplo,un pozo presenta restricciones en las tuberasque no se perciban durante las primeras etapasde la produccin. En teora, el anlisis NODALpuede indicar la presencia de incrustaciones enla matriz mediante la identificacin de mayoresrestricciones del yacimiento a la produccin, sibien esto es difcil de distinguir con respecto aotros tipos de daos que puede sufrir laformacin.

El comienzo de produccin de agua es, amenudo, un signo de problemas potenciales deincrustaciones, en especial si coincide con unareduccin simultnea de la produccin depetrleo. Normalmente, los operadores analizanla composicin qumica del agua y, en particular,el contenido de iones disueltos en el agua pro-ducida. Si se observa un cambio notable en laconcentracin de iones de ciertos minerales,como Ba+2 o sulfato [SO4-2], que coincide con unadisminucin de la produccin de petrleo y unaumento del corte de agua, puede ser un indiciode que el agua de inyeccin ha invadido y se hancomenzado a formar incrustaciones. Mediante elestudio de la respuesta a los tratamientos qumi-cos realizados con anterioridad, como lostratamientos con cidos, se pueden corroborartales interpretaciones.

La posibilidad de advertir esta situacin desdesus inicios resulta de gran valor para los opera-dores, dado que los pozos pueden incrustarse enun perodo de 24 horas o incluso menos. Lospozos que cuentan con completacionesinteligentes y sistemas de monitoreo permanenteestn preparados para detectar los cambios quese puedan producir en la composicin qumica delagua. El desarrollo de sensores subterrneos deincrustaciones y las aplicaciones de monitoreopermanente son temas de acentuada investi-gacin actual. BP Amoco, por ejemplo, comenzun sistema de manejo integrado de incrusta-ciones que utiliza un sensor electroqumico sub-terrneo sensible al pH y a las concentraciones deiones de cloruros, que adems efecta medi-ciones de temperatura, presin y flujo multifsicopara detectar potenciales formaciones de carbo-natos y ayudar a regular las dosis qumicas paralograr el control de las incrustaciones.4

Simulacin qumicaHoy en da se disponede modelos qumicos que permiten pronosticar lanaturaleza y la extensin de las incrustaciones apartir de las condiciones detalladas de los flui-dos. Estos modelos pueden pronosticar el equi-librio de las fases utilizando principios determodinmica y bases de datos geoqumicos yparten de ciertos datos bsicos, como el anlisisde concentracin de elementos, temperatura,presin y composicin de la fase de gas. Estosprogramas estn diseados para predecir elefecto de las perturbaciones, como mezclasincompatibles o cambios en la temperatura y lapresin.

Hoy en da, existen al alcance del pblicomuchos programas para pronosticar la formacinde incrustaciones minerales, junto con unnmero limitado de programas de computacinpreparados especficamente para la simulacinde la composicin qumica de salmueras uti-lizadas en los campos petroleros. Estos progra-mas comprenden desde modelos de hojas declculo hasta modelos geoqumicos sumamentedesarrollados y diseados para simular el trans-porte de fluidos y sustancias qumicas en mediosporosos.5

Estos simuladores permiten pronosticar pro-blemas de incrustaciones que pueden producirseen el futuro, considerando distintos escenariosde comportamiento de yacimientos e invasin deagua. De hecho, cuando se trata de yacimientosnuevos que no tienen antecedentes de proble-mas de incrustaciones, los modelos qumicos sonlas nicas herramientas disponibles para realizarpronsticos. Sin embargo, los simuladoresrequieren que los datos de la composicinqumica de los fluidos de formacin y aguas deinyeccin sean exactos. Por lo general, estosdatos no se encuentran disponibles, pero con-viene obtenerlos para poder realizar pronsticosms precisos con respecto a la formacin deincrustaciones minerales.

34 Oilfield Review

3. Bamforth S, Besson C, Stephenson K, Whittaker C, BrownG, Catala G, Rouault G, Thron B, Conort G, Lenn C yRoscoe B: "Revitalizing Production Logging," OilfieldReview 8, no. 4 (Invierno de 1996): 44-60.

4. Snieckus D: "Tipping the Scales," Offshore Engineer(Septiembre de 1999): 117.

5. Oddo JE y Tomson MB: "Why Scale Forms and How toPredict It," SPE Production & Facilities 9, no. 1 (Febrero de1994): 47-54.

Zona daada por la incrustacin

Inyeccin de agua

Flujo de inyeccin

Caoneos

>Daos en un pozo inyector. La autosedimenta-cin del agua de inyeccin puede ocasionar el desarrollo de incrustaciones y generar restricciones en la tubera de inyeccin. El aumento de la presin y la temperatura puedeprovocar la precipitacin de carbonato de calcio,lo cual puede originar deposicin y dao en lasvecindades del pozo, particularmente en pozoscon alta presin y alta temperatura. La mezcla deaguas incompatibles (agua de inyeccin y aguade la formacin) puede provocar dao alcomienzo del programa de inyeccin de agua.

Otoo de 1999 35

Escenarios ms comunesExisten cuatro hechos, que ocurren normalmenteen la produccin de hidrocarburos, y que danlugar a la aparicin de incrustaciones.

Mezclas incompatiblesLa mezcla de aguasincompatibles provenientes de la inyeccin y laformacin puede provocar el desarrollo deincrustaciones. Con frecuencia se inyecta aguade mar en los yacimientos durante las opera-ciones de recuperacin secundaria y mejoradapor inundacin de agua. El agua de mar es rica eniones negativos de SO4-2 con concentracionesque en muchos casos superan los 2000 mg/L[0,02 ppg], mientras que el agua de formacincontiene cationes bivalentes de Ca+2 y Ba+2. Lamezcla de estos fluidos en la matriz cercana alpozo generalmente produce nuevos fluidos conconcentraciones combinadas de iones quesuperan los lmites de solubilidad de los sulfatos.

El sulfato de calcio [CaSO4] se desarrolla en for-maciones de calcreos, mientras que el sulfatode bario [BaSO4] y el sulfato de estroncio [SrSO4]se encuentran en formaciones de areniscas(abajo). Si estas incrustaciones aparecen en laformacin, resulta difcil eliminarlas con mtodosqumicos e imposible en forma mecnica. Lamezcla de aguas incompatibles tambin puedetener lugar en las tuberas de produccin, lo cualproduce incrustaciones, que se pueden eliminartanto qumica como mecnicamente.

AutosedimentacinEl fluido de un yaci-miento experimenta cambios de temperatura ypresin durante la produccin. Si estos cambiosmodifican la composicin del fluido de modo talque se supere el lmite de solubilidad de un mine-ral, ste precipita en forma de incrustacionesminerales: este fenmeno recibe el nombre deautosedimentacin. Las incrustaciones de sulfa-

tos y carbonatos pueden precipitar como resul-tado de cambios de presin ocurridos dentro delpozo o en cualquier restriccin en el fondo. Lossedimentos de cloruro de sodio (halita) se formande una manera similar a partir de salmueras dealta salinidad que sufren descensos de tempera-tura pronunciados. El agua puede transportar 100lbm/bbl [218 kg/m3] de halita a 200C, pero noms de 80 lbm/bbl [174 kg/m3] a la temperaturade superficie. Los sedimentos de halita puedenprecipitar a una tasa de 20 lbm por cada barril deagua producido, lo cual significa muchas tone-ladas de residuos por da en un slo pozo queproduce agua a razn de 1000 B/D [159 m3/d].

Otro problema serio se presenta cuando pre-cipitan residuos de carbonatos a partir de los flui-dos producidos que contienen gases cidos. Ladisminucin de la presin durante la produccinlibera gases del fluido, cuyo pH aumenta yprovoca el depsito de residuos minerales. Losresiduos carbnicos se pueden encontrar desdela matriz cercana al pozo, a lo largo de la tuberay dentro del equipamiento de superficie, dadoque la presin y la temperatura del agua pro-ducida cambian continuamente.

En el caso de incrustaciones de carbonatos,los efectos de la temperatura a menudo se con-traponen a los efectos de la presin. Por ejemplo,la reduccin de la presin en el punto de entradaal pozo puede llevar a incrustaciones en lamatriz. A medida que el fluido avanza por latubera hacia las temperaturas de superficie y lapresin del cabezal del pozo, la cada de tem-peratura resultante puede anular el efecto de lapresin, con lo cual se reduce la formacin deincrustaciones en la tubera de produccin. Por elcontrario, la cada subsiguiente de presin desdeel cabezal del pozo a la superficie puede producirla formacin de grandes depsitos de residuosen los equipamientos de superficie y en lastuberas de produccin.

Incrustaciones inducidas por la evapora-cinLa formacin de residuos minerales tam-bin est relacionada con la produccinsimultnea de gas de hidrocarburo y salmuera dela formacin (gas hmedo). A medida que dis-minuye la presin hidrosttica en las tuberas deproduccin, el volumen de gas de hidrocarburo seexpande y la fase de salmuera que todava seencuentra caliente se evapora. Como resultado,se produce una concentracin de iones disueltos,que supera la solubilidad del mineral en el aguaremanente. Esta es una causa habitual deincrustaciones de halita en pozos con alta pre-sin y altas temperaturas (HTHP, por sus siglasen Ingls), si bien otros tipos de incrustacionestambin se pueden formar de esta misma forma.

600

Especies de iones

Sodio

Potasio

Magnesio

Bario

Estroncio

Sulfato

Cloruro

Calcio

Agua de formacin, ppm

31.275

654

379

269

771

0

60.412

5038

Agua de mar, ppm

10.890

460

1368

0

0

2960

19.766

428

500

400

300

200

100

00 20 8040 60 100

Agua de mar, %

SrSO4

BaSO4

Composicin de la salmuera de dos aguas diferentes

Mas

a de

la in

crus

taci

n p

reci

pita

da, m

g/L

> Incrustaciones de minerales debido a aguas incompatibles. En la tabla se observan las diferenciastpicas de concentracin de iones que existen entre el agua de formacin y el agua de mar. El grficoinferior muestra la cantidad de sedimentos que precipitan a partir de diferentes mezclas de agua demar y agua de formacin.

Inundacin con gasCuando se inunda unaformacin con dixido de carbono (CO2) pararecuperacin secundaria, se puede provocar laformacin de residuos minerales El agua quecontiene CO2 se vuelve cida y disuelve la calcitaque se encuentra en la formacin. Las subsi-guientes cadas de presin que se producen en laformacin alrededor de un pozo en produccin,pueden provocar que el CO2 se separe de la solu-cin y se precipiten residuos de carbonatos enlos caoneos y en los poros de la formacinprximos al pozo. La formacin de incrustacionesminerales en el ambiente que rodea al pozoprovoca una cada adicional de la presin y anms precipitaciones (derecha). Como ocurre en elcaso de la autosedimentacin, este proceso deautogeneracin puede llegar a sellar totalmentelos caoneos o crear una pared impermeableentre el hoyo y la formacin en unos pocos das,deteniendo la produccin por completo.

Eliminacin de las incrustacionesLas tcnicas utilizadas para eliminar las incrusta-ciones deben cumplir ciertas condiciones: serrpidas, no daar el pozo, las tuberas ni el am-biente de la formacin, y ser efectivas en la pre-vencin de nuevas precipitaciones en el futuro.En los tratamientos de estimulacin de la matrizde la formacin, por lo general, se emplean disol-ventes de incrustaciones con el fin de detener lacada de la produccin. Para poder decidir cul esla mejor tcnica, es necesario conocer el tipo y lacantidad de incrustaciones y su composicinfsica o su textura, ya que si se elige un mtodo

inadecuado se puede llegar, en realidad, a incen-tivar el depsito de incrustaciones.

El grado de resistencia y la textura de lasincrustaciones presentes en las tuberas revistengran importancia en la eleccin de la tcnica deremocin. La resistencia y las texturas puedenvariar desde hilos delicados y quebradizos o cris-tales de alta microporosidad hasta capas de as-pecto rocoso de baja permeabilidad y porosidad.La pureza de las incrustaciones afecta suresistencia a los mtodos de limpieza. Puede

36 Oilfield Review

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

250,00

200,00

150,00

100,00

50,00

0Oct92

Fluj

o de

flui

do, m

3 /d

Pres

in

del c

abez

al d

el p

ozo,

bar

Ene93

Mar93

Ago93

Nov93

Mar94

Sep94

Oct94

Ene95

Presin del cabezal del pozoFecha del lavado con cido

Flujo normalizado

Flujo de petrleo Flujo de agua

>Perfiles de produccin serrados. Esta porcin de la historia de la produccin correspondiente a unode los pozos prolficos del campo Gullfaks muestra un deterioro cclico de la produccin. El flujo normalizado (curva roja) es un buen indicador de los cambios de productividad debidos a los esfuerzos de intervencin, ya que elimina los efectos de estrangulacin de la produccin provocadapor las limitaciones del equipo de superficie. La curva normalizada muestra el gran impacto ocurridoen forma inmediata como consecuencia de los distintos tratamientos cidos (indicados por los crculos azules) y la consiguiente prdida en la productividad del pozo, que se produce de uno a tresmeses ms tarde, lo cual indica la presencia recurrente de precipitaciones minerales.

Agua de mar inyectada

Agua de formacin

La precipitacin del carbonato de calcio provoca una mayor cada de presin, la que a su vez conduce a una mayor precipitacin

Zona daada de 4 pies

Incrustacin

Incrustacin

Zona de cada de presin

Flujo de fluido

>Daos en un pozo en produccin. La autosedimentacin puede ser causa de problemas en los pozosproductivos (derecha), en los que se forman incrustaciones cerca de la garganta de los caoneos(cuadro derecho). La cada de presin sobre la matriz cercana al pozo puede provocar una precipita-cin incontrolable de CaCO3. La mezcla de aguas incompatibles (agua de inyeccin y agua de forma-cin) puede provocar la precipitacin de sedimentos minerales en la matriz de la formacin (izquierda).

ocurrir que se trate de fases de un slo mineral,si bien, por lo general, son una mezcla de com-puestos similares y compatibles. El sulfato debario puro es normalmente de baja porosidad ytotalmente impenetrable con agentes qumicos, yslo se puede quitar lentamente utilizandoalguno de los mtodos mecnicos ms tradi-cionales. Las mezclas de sulfato de bario, que porlo general contienen sulfato de estroncio, sulfatode calcio o incluso carbonato de calcio, con fre-cuencia ceden frente a diversos mtodos delimpieza, tanto qumicos como mecnicos.

Tcnicas qumicasLa remocin de incrusta-ciones con productos qumicos es, por lo general,el primer sistema que se utiliza y el mseconmico, en especial cuando las incrusta-ciones no son de fcil acceso o se encuentran enlugares donde los mtodos mecnicos delimpieza convencionales resultan poco efectivoso es muy costoso transportarlos. Por ejemplo, loscarbonatos son muy solubles en cido clorhdricoy, por lo tanto, se pueden disolver con facilidad.Las incrustaciones duras de sulfatos son msdifciles de eliminar porque tienen un grado muybajo de solubilidad cida. En la matriz de la for-macin, se pueden tratar con agentes quelati-zantes fuertes; compuestos que rompen lasincrustaciones resistentes a los cidos aislando ybloqueando los iones metlicos dentro de suestructura cerrada en forma de anillo.6

Otoo de 1999 37

La mayor parte de los tratamientos qumicosse controla segn la capacidad de llegada de losreactivos a la superficie de las incrustaciones. Enconsecuencia, la relacin entre el rea de lasuperficie y el volumen, o su equivalente, larelacin entre el rea de la superficie y la masa,constituye un parmetro importante en la veloci-dad y la eficiencia del proceso de eliminacin.Las grandes reas de superficies reactivas, comopor ejemplo los materiales porosos, las partcu-las similares a las arcillas de placas sumamentefinas y las proyecciones del espesor de uncabello reaccionan en forma inmediata, puestoque existe un gran volumen del cido o del reac-tivo alrededor de la superficie. Cuando la relacinentre el rea de la superficie y el volumen esmenor, por ejemplo en capas de incrustacionesgruesas y poco porosas, la reaccin es ms lentay slo responden a los reactivos qumicos msfuertes. Los depsitos minerales que se encuen-tran en las tuberas de produccin presentan unasuperficie tan pequea en relacin con el total dela masa depositada que, por lo general, la reac-tividad de los sistemas qumicos resulta muylenta, por lo que se convierte en un sistema deremocin poco prctico.

Las zonas de alta permeabilidad dentro de laformacinque ofrecen una trayectoria demenor resistenciadesvan los fluidos deltratamiento y obstaculizan la capacidad de losdisolventes para penetrar en los intervalos daa-dos. Las ltimas tcnicas que utilizan disolventesy colchones lavadores que contienen surfac-tantes viscoelsticos pueden mejorar la colo-cacin del disolvente. Los surfactantesviscoelsticos forman substancias gelatinosasde alta viscosidad cuando se los mezcla con cier-tos compuestos de salmuera, pero se rompencompletamente y se transforman en substanciasacuosas en presencia de petrleo o de gas dehidrocarburo. De esta forma, estos surfactantesviscoelsticos ayudan a canalizar los disolventeshacia las zonas productivas saturadas depetrleo, y evitan las zonas no productivas satu-radas de agua.

Si bien el cido clorhdrico es, por lo general,la primera opcin como tratamiento de lasincrustaciones de carbonato de calcio, la reac-cin rpida del cido puede esconder un proble-ma: las soluciones de cido agotado desubproductos de las incrustaciones constituyenexcelentes agentes iniciadores para la formacinde nuevos depsitos minerales. Por ejemplo, enel Mar del Norte durante un estudio de campopara evaluar la estimulacin de la matriz concido, un operador logr interpretar la disminu-cin de sus tasas de produccin (pgina previa,abajo).7 Al comparar la historia de produccin delpozo del campo Gullfaks antes y despus de laestimulacin, los ingenieros utilizaron el anlisisNODAL para determinar el cambio ocurrido en eldao de la formacin. A continuacin, se simulel efecto de cada tratamiento con cido en dife-rentes tipos de incrustaciones en cada pozo, para

SO4-2

Ba+2 EDTA

Compuesto de superficie

Compuesto de la solucin Ba-EDTA

CH2

CO

O

O

CH2CO

CO

Ba CH2

O

O

CO CH2CH2

N

N

>Compuesto de quelato de EDTA. Los agentes quelatizantes se utilizan para bloquear los iones indeseables en la solucin. Una molcula de EDTA comparte los electrones de los tomos de oxgenoy nitrgeno con los iones de bario, formando un compuesto de quelato de bario y EDTA (arriba). Elproceso de quelacin puede ayudar a disolver incrustaciones resistentes de sulfato de bario (abajo).

lo cual se utiliz un simulador de pozo y yaci-miento acoplados (vase Simulador de emplaza-miento qumico, pgina 42). En cada caso secompar el impacto de la remocin de las incrus-taciones sobre el dao con los cambios en elmismo derivados de la produccin, para evaluarel tipo de incrustaciones y su ubicacin. El estu-dio de campo confirm que la reprecipitacin decarbonatos en los empaques de grava constituael mecanismo primario de dao que provocabaprdidas de produccin recurrentes en los pozos.

Los qumicos que disuelven y quelatizan elcarbonato de calcio son capaces de romper esteciclo de reprecipitacin. El cido ethylenedia-menetetraacetic (EDTA) fue uno de los primerosagentes utilizados para mejorar la remocinqumica de las incrustaciones y hoy en da secontina utilizando en diversas formas (abajo).

6. Martel AE y Calvin M: Chemistry of Metal ChelateCompounds. Nueva York, Nueva York, EE.UU.: Prentice-Hall, Inc., 1952.

7. Kotlar HK, Karlstad S, Jacobsen S, y Vollen E: "AnIntegrated Approach for Evaluating Matrix StimulationEffectiveness and Improving Future Design in the GullfaksField," artculo de la SPE 50616, presentado en laConferencia Petrolera Anual de la SPE en 1998 en LaHaya, Holanda, Octubre 20-22, 1998.

Si bien los tratamientos con EDTA son ms cos-tosos y ms lentos comparados con el cidoclorhdrico, funcionan bien en incrustaciones querequieren un remedio qumico. El EDTA, y sus dis-tintas variantes en estructura qumica, tambinresultan efectivos en la remocin de incrusta-ciones distintas a los carbonatos y han mostradoresultados promisorios en la remocin de sedi-mentos de sulfato de calcio y compuestos de cal-cio y sulfato de bario.

Schlumberger acaba de desarrollar un disol-vente mejorado basado en el EDTA, denominadoU105, como una alternativa econmica para laestimulacin de la matriz de carbonatos. Estedisolvente fue diseado especficamente para elcarbonato de calcio, si bien tambin resulta efec-tivo para eliminar incrustaciones de carbonato dehierro y xido de hierro. Disuelve los carbonatosms lentamente que el cido clorhdrico y tieneuna mayor capacidad de disolucin que los ci-dos orgnicos tradicionales, como el cido fr-mico y el cido actico. Una vez que lasincrustaciones se disuelven por quelacin, no seproduce reprecipitacin. Este es un disolvente debaja toxicidad, estable a temperaturas inferioresa 250C [482F], y no corrosivo sobre la mayorade los aceros, lo cual lo convierte en untratamiento sumamente seguro.

Asimismo, se han mejorado otros agentesquelatizantes, en especial para las incrustacio-nes de sulfatos de bario y de estroncio. Por ejem-plo, el U104, basado en un disolvente EDTA quecontiene activadores qumicos que mejoran latasa de disolucin de las incrustaciones, que ha

38 Oilfield Review

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0Tiempo, das

147 das

Tratamiento para disolver la incrustacin

Promedio de 450 bbl de incremento de petrleo

durante 147 das

700 bbl

1150 bbl

PetrleoAgua

Flui

do p

rodu

cido

, bbl

>Historia de produccin de un pozo en el Mar del Norte. Se observa un elevado nivel de dao debidoa incrustaciones de BaSO4 y CaCO3 en los caoneos y en la matriz cercana al pozo, que fue tratadocon xito, como resultado de lo cual se obtuvo un incremento del 64% en la produccin de petrleodurante ms de 147 das.

resultado efectivo sobre una amplia variedad deincrustaciones incluyendo sulfato de calcio, car-bonato de calcio y otros compuestos. En las apli-caciones tpicas, estas soluciones se diluyen conagua dulce y se dejan actuar entre 6 y 24 horas.

El grado de efectividad de este nuevo disol-vente fue demostrado en un pozo del Mar delNorte que presentaba un elevado nivel de daodebido a incrustaciones en los caoneos y en lamatriz cercana al pozo. El tipo de incrustacin fueidentificado como un compuesto de sulfato debario y carbonato de calcio. Se dise untratamiento con U104 para ser bombeado dentrode la formacin con un desplazamiento radialpromedio de 3 pies [1 m]. El tratamiento fuesobredesplazado con agua de mar inhibida y elpozo se cerr por un tiempo total de inmersin de18 horas, despus de lo cual fue puesto nueva-mente en produccin (arriba). La produccin seincrement en 450 bppd [72 m3/d], con lo cual enun lapso de 12 das se pudo cubrir el costo detodos los materiales, del bombeo y de la prdidade produccin.

Mtodos mecnicos convencionalesLassoluciones mecnicas para eliminar depsitosminerales ofrecen una amplia variedad de herra-mientas y tcnicas aplicables en las tuberas depozos y en la formacin (prxima pgina). Comoocurre en el caso de los tratamientos qumicos, lamayor parte de los mtodos mecnicos presentaun rango limitado de aplicabilidad, de manera talque la seleccin del mtodo correcto depende delpozo y del tipo de incrustacin. Los mtodosmecnicos, si bien son variados, se encuentran

entre los ms eficientes para la eliminacin deincrustaciones de minerales en las tuberas.

Uno de los primeros mtodos utilizados fueuna derivacin del uso de explosivos para hacervibrar los tubos y desprender las incrustacionesms quebradizas. Los explosivos proporcionabancargas de alto impacto que podan remover lasincrustaciones, pero a menudo daaban lastuberas y el cemento. Cuando se trat de cam-biar el tipo de explosivo o reducir la cantidad decarga explosiva, se determin que uno o doscabos de la cuerda de detonacin, conocidacomo cuerda de disparo, proporcionaban la inten-sidad adecuada.

Las cuerdas de disparo todava se utilizan, enespecial como simples herramientas de diagns-tico, en los casos en que una entrada rpida concable de acero y detonacin durante el flujopuede dar indicios sobre el tipo y la ubicacin delas incrustaciones. La experiencia demuestra quesi se utilizan algunos cabos de cuerda, detonadospor una cpsula electrnica, y lo suficientementelargos como para cubrir la zona de inters, estesistema resulta efectivo para eliminar bloqueosde incrustaciones en perforaciones y capas del-gadas de incrustaciones dentro de las tuberas.

Las incrustaciones gruesas, en especial lasque se encuentran dentro de las tuberas, por logeneral son demasiado resistentes para utilizareste sistema y, debido a que su nivel de porosi-dad es muy bajo, los tratamientos qumicos noresultan efectivos en un lapso de tiempo razona-ble. Para la eliminacin de este tipo de incrusta-ciones es necesario recurrir a las tcnicasutilizadas para perforar rocas y triturar acero. Lasmechas de impacto y la tecnologa de fresadohan sido desarrolladas para funcionar contuberas flexibles dentro de las tuberas de pro-duccin y utilizando distintas mechas cincelado-ras y variadas configuraciones de fresado. Comofuente de energa se utiliza, por lo general, unmotor hidrulico o una herramienta de impactode tipo martillo. En los motores, impulsados porfluidos, el movimiento de la mecha responde a lacombinacin del estator y el rotor. La potenciadepende de la tasa de fluido y del tamao delmotor: los motores ms pequeos que eliminanincrustaciones dentro de las tuberas, por logeneral de 11116 pulgadas a 134 pulgadas dedimetro, proporcionan un torque de entre 100 a130 lbf-pie.

Dado que las incrustaciones rara vez sedepositan en forma pareja sobre las paredes delos tubos, los requerimientos de potencia de fre-sado varan enormemente. Cuando los motoresno cuentan con la potencia necesaria para que la

Otoo de 1999 39

mecha corte las incrustaciones, se atascan y sedetiene el proceso. Como resultado de ello, lastasas de remocin de incrustaciones varansegn el tipo de incrustacin. En general, stasoscilan desde 5 hasta ms de 30 pies lineales[1,5 m hasta ms de 9 m] de incrustaciones elimi-nadas por hora de trabajo. La variacin de lavelocidad de fresado depende de que la combi-nacin del motor y la fresadora sea la adecuadapara el tipo de incrustacin que se desea elimi-nar. La experiencia demuestra que los motorespequeos y de bajo torque resultan ms efec-

tivos cuando se utilizan con fresas de dientespequeos. Las fresas de dientes ms grandes, sibien son ms agresivas, no giran bien sobre lassuperficies con incrustaciones irregulares y losmotores pequeos se atascan. Por lo tanto, lasfresas con dientes pequeos y menos agresivoscortan ms rpido porque los motores sufrenmenos problemas.

Las herramientas de impacto, como el HippTripper de Baker Oils Tools, son herramientas demovimiento alternativo que trabajan como unpequeo martillo neumtico con una mecha rota-

Motor de desplaza-miento positivo y fresa

Motor y fresaimpulsados por fluidos "Moineau".La fresa remueve los depsitos triturndolos.

S. La velo-cidad de lim-pieza puede ser muy lenta.

Indicacin positiva de limpieza en la superficie. Pequeos cortes hacen ms fcil la limpieza del hoyo.

El estator del motor y la fresa son consumibles caros. Lmite de ~300F [150C]. Incompatible con disolventes de incrustaciones. La fresa puede daar las tuberas.

Martillo de impacto

Martillo de percusin impulsado por fluidos. Las fuerzas de alto impacto destrozan los depsitos frgiles.

El tamao grande de los cortes hace ms difcil la limpieza del hoyo. Incompatible con disolven-tes de incrustaciones.

S. La velo-cidad de lim-pieza puede ser muy lenta.

Indicacin positiva de limpieza en la superficie. Herramienta simple y robusta.

Herramienta fija de lavado

Herramienta fija con mu-chas boquillas de dime-tros grandes. Normal-mente se utiliza slo con disolventes qumicos.

Se pierde casi toda la fuerza del fluido por la friccin de la circulacin. Presin de boquilla bajano puede remover los depsitos inertes.

S, si el depsito es soluble.

Herramienta simple y robusta.

Herramienta a chorro rotativo

El torque de rotacin lo proveen las boquillas apartadas del eje de la herramienta. No hay control de velocidad.

Lanzamiento a chorro ineficiente debido a las altas velocidades de rotacin (>5000 rpm).

Herramienta simple. Cobertura completa del pozo al rotar los chorros.

S, si el depsito es soluble.

Herramienta a chorro rotativo

La cabeza de la boquilla rota ~90 cuando se cicla la presin de la tubera flexible. La cabeza posee muchas boquillas de pequeo dimetro para mejorar la cobertura del pozo.

Requiere mltiples corridas de limpieza incrementando el tiempo de trabajo y la fatiga de la tubera flexible. No hay indicacin de limpieza en la superficie. Radio de limpieza pequeo debido al pequeo tamao de las boquillas.

Herramienta a chorro impulsada por turbina

La turbina rota la boqui-lla con dos boquillas.Freno de corrienteparsita controla las rpm.

Los abrasivos no se pueden bombear por medio de laturbina. Herramienta compleja.

Cobertura completa del pozo con una amplia fraccin de limpieza.

Herramientas snicas

Se utiliza para crear pulsos de presin de altafrecuencia que remueven los depsitos mediante ondas de choque o cavitacin.

La presin hidrosttica suprime la cavitacin. Las herramientas no son efectivas para remover incrustaciones duras en pruebas de laboratorio.

Simple.S, si el depsito es soluble.

Tcnica de remocin de incrustacin por explo-sin

Cabeza de boquilla rota-da por dos boquillas apartadas del eje de la herramienta. Freno viscoso controla las rpm.

Cobertura completa del pozo con amplio radio de limpieza.

Tcnica de explosin de puentes

Motor "Moineau" impulsado por fluidos y cabeza de fresa/chorro. Chorros radiales siguen la fresa piloto.

El estator del motor es un consumible caro. Lmite de ~300F.

Indicacin positiva de limpieza en la superficie.

Limpieza de puentes difciles

DescripcinHerramientaLimpieza de accesorios

de la tuberaOtras

ventajasOtras

desventajas

Limpieza mecnica

Limpieza qumica

Herramienta Jet Blaster

>Tcnicas mecnicas de remocin de incrustaciones.

tiva. Hacen impacto sobre las incrustaciones arazn de 300 a 600 veces por minuto y rotanalrededor de 20 veces por minuto, por lo generalcon un cincel o con una mecha en forma deestrella. Las fresas no se pueden utilizar conestas herramientas porque los impactos pro-ducen demasiado dao sobre la superficie de losmismos. Estas herramientas funcionan mejor endepsitos de incrustaciones quebradizas yoperan a razn de 10 a 100 pies lineales [3 a 30m] por hora.

Cuando el acceso pleno a los depsitos mine-rales se encuentra parcialmente obstruido porrazones fsicas, como por ejemplo la disminucindel dimetro de la tubera o la intercalacin deequipamientos de completacin, es necesarioutilizar herramientas que cuenten con la posibili-dad de modificar su dimetro. De no existir estaposibilidad, por lo general, se puede perforar unpequeo orificiomenor que el tamao deltuboa travs de las incrustaciones y pordebajo del punto de restriccin, para permitir unaumento del flujo. No obstante, la presencia deresiduos de incrustaciones en la superficie de latubera da lugar a un nuevo crecimiento de losdepsitos y dificulta la tarea de los tratamientosinhibidores que tratan de bloquear la nucleacin.La forma ms efectiva para prevenir un nuevodesarrollo de incrustaciones consiste en que lasuperficie de acero se encuentre limpia y libre deimperfecciones.

Las herramientas de impacto como losmotores y las fresas, en general, necesitan unacceso pleno y rara vez eliminan las incrusta-ciones totalmente de las paredes de acero.Cuando se encuentran situaciones donde elacceso es parcial, las fresas rectificadoraspueden aumentar el dimetro efectivo moviendohacia afuera las hojas trituradoras mediantecambios en la presin y la tasa de bombeo. Lasfresas rectificadoras resultan efectivas, pero surendimiento equivale a la mitad de una fresatpica.

Mtodos mecnicos con chorros de fluidosDesde hace varios aos se encuentrandisponibles algunos sistemas de chorros de flui-dos, como el Hydroblast de Halliburton o el sis-tema RotoJet de BJ-NOWSCO, que se utilizanpara eliminar incrustaciones en tuberas de pro-

duccin y caoneos. Estas herramientas cuentancon varios orificios de expulsin, o bien con unacabeza de expulsin que tiene un mecanismo quele permite cubrir todo el dimetro del pozo. Sepueden utilizar con productos qumicos paraatacar los depsitos solubles, en aquelloslugares donde la colocacin es crtica para pre-venir la prdida de agentes reactivos. El chorrode agua puede resultar efectivo para removerincrustaciones blandas, como halita, y detritos orelleno, pero la experiencia demuestra que esmenos efectivo en ciertos tipos de incrustacionesde mayor resistencia, como calcita y sulfato debario (arriba).

A la presin de superficie, el chorro de aguaremueve las incrustaciones por cavitacin, me-diante pequeas burbujas que aparecen en elchorro de fluido. Estas burbujas se forman por lagran liberacin de presin que ocurre cuando elfluido pasa a travs de una boquilla. Las burbujascolapsan al chocar contra las incrustaciones, locual produce un fuertecasi explosivoefectoerosivo. Las investigaciones llevadas a cabo enel Centro de Investigaciones de Schlumberger deCambridge (Inglaterra) muestran que este pro-ceso de cavitacin se detiene prcticamente enel fondo del pozo debido a la presin hidrostticade dicho lugar. Por lo general, las tasas de cortese ven reducidas a razn de cuatro veces o ms.Debido a las limitaciones de la presin debombeo en la superficie cuando se utilizan herra-mientas de chorro instaladas en tuberas flexi-bles, no es posible aumentar la presin del fluidolo suficiente como para vencer la presin dife-rencial en el fondo del pozo.

Lechadas abrasivasAl agregar unapequea concentracin de slidos, entre 1 y 5%en peso, a un chorro de agua, se mejora en gran

40 Oilfield Review

>Eliminacin de incrustaciones de carbonato decalcio con chorro de agua abrasivo. La tuberarecibi un solo chorro de agua con arena abrasiva a razn de 2,4 pulg./min [1 mm/seg].Durante el ensayo se mantuvo el chorro en lamisma posicin durante 3 minutos, y el chorro dearena penetr casi el 80% de la pared del tubo (nivel de dao inaceptable).

Objetivo

Electrnica deregulacin de velocidad

Cilindro Cilindro de gas

Impacto de partcula individualVelocidad 200 m/segAngulo de impacto 30/90

Partculas de arena Partculas de calcita Anillos de vidrio Partculas Sterling Beads

Probador de impacto de partculas. Se construy este dispositivo con el fin de estudiar yevaluar el mecanismo de dao del material abrasivo sobre las tuberas de acero y sobre elsubstrato de las incrustaciones (arriba). Esteaparato puede disparar partculas individuales ams de 400 mph [200 m/seg], que impactan en lasuperficie a ngulos que varan entre 30 y 90. Enlas fotografas se puede observar el dao provocado por diversas partculas (abajo). Arenaangular y partculas de calcita tienden a excavarel acero, lo cual provoca falla dctil. Las partculas redondeadas rebotan sobre la superficie del acero, mientras que los fragmentosde vidrio crean crteres de impacto grandes yprofundos que finalmente erosionan la tubera deacero. Las partculas Sterling Beads se astillanen el momento que impactan sobre el acero ycrean slo pequeos huecos que dejan el acerointacto.

>

>Eliminacin de incrustaciones de carbonato decalcio con chorros de agua. La tubera de produccin recibi un solo chorro de agua arazn de 2,4 pulg./min [1 mm/seg]. Si bien se halogrado remover los sedimentos de carbonatos,todava se observa una cantidad remanente considerable.

Otoo de 1999 41

medida su capacidad de atravesar las incrusta-ciones. Los chorros de agua con arena abrasivason de uso habitual en la industria de la cons-truccin y la demolicin para cortar concretoreforzado, e inclusive en los procesos de desmili-tarizacin para cortar municiones activas singenerar calor o una fuente de ignicin. Esta tc-nica tambin presenta un mayor rendimiento decorte en las incrustaciones de carbonato de cal-cio comparado con un chorro de agua pura(pgina anterior, arriba a la derecha). Lamen-tablemente el uso de abrasivos como la arenapuede causar daos en los tubos de acero.Cuando las incrustaciones se eliminan completa-mente de la tubera, el chorro abrasivo erosionael acero con la misma eficiencia con que lo hacecon los depsitos minerales. Si ocurre un desper-fecto en la herramienta de emisin del chorro,existe un riesgo considerable de que el chorroabrasivo perfore el tubo de acero.

Un chorro abrasivo capaz de cortar lasincrustaciones sin daar la tubera debeaprovechar la diferencia de dureza entre losdepsitos minerales y el acero subyacente. Unade las principales diferencias reside en que elacero tiene tendencia a falla dctil, mientras quelas incrustaciones son quebradizas (pgina ante-rior, abajo). Una partcula de arena cortantepuede erosionar la superficie de un material dc-til por medio de una accin de corte y acanalado.Por el contrario, una partcula redonda y durarebota sobre la superficie y elimina slo unpequeo volumen de acero, dejando un crter enel lugar del impacto. Las incrustaciones mine-rales presentan falla quebradiza, de manera queel impacto de una partcula dura fractura lasincrustaciones y, en ltima instancia, produce ladesintegracin del estrato subyacente. La elimi-nacin de los sedimentos es independiente de laforma de las partculas.

Si se eligen partculas redondas en lugar decortantes y angulares se facilita la erosin de lasincrustaciones y, al mismo tiempo, se reduce eldao sobre las tuberas de acero. Por ejemplo, lacompaa Adams Coiled Tubing ofrece un sistemade chorro abrasivo con partculas de vidrio. Laherramienta expulsora tiene ocho boquillas fijasque permiten cubrir todo el radio y otros expul-sores que apuntan hacia abajo. El sistema escompatible con fluidos espumosos y efectivosobre todo tipo de incrustaciones minerales. Sinembargo, los crteres formados por el impactorepetido de las partculas de vidrio pueden termi-nar provocando fatiga y falla de la superficie deacero (arriba a la izquierda).

Abrasivos Sterling BeadsLas partculas devidrio utilizadas para remocin de incrustacionesson mucho ms duras que los tubos de acero y pue-den provocar un exceso de erosin sobre el metal.Si se reduce demasiado la dureza de las partculas,slo se logra que sean poco efectivas. Por lo tanto,la dureza deseada es aquella que logra establecerun equilibrio entre minimizar el dao causadosobre el acero y maximizar su efectividad de cortede las incrustaciones. Tambin es importante teneren cuenta otros parmetros, como la friabilidad delmaterial abrasivo. Si bien existen muchas partcu-las esfricas con la dureza adecuada, con frecuen-cia tienen baja durabilidad y se rompen con elimpacto, lo cual disminuye su poder destructivosobre las incrustaciones minerales.

En el Centro de Investigacin deSchlumberger de Cambridge se realizaron estu-dios experimentales y tericos sobre las interac-ciones fsicas entre las partculas abrasivas y losmateriales que constituyen habitualmente las

> Incrustaciones eliminadas con el abrasivo Sterling Beads. El tubo recibi un solo chorro deagua con Sterling Beads a razn de 2,4 pulg./min[1 mm/seg] para eliminar las incrustaciones decarbonatos. Durante el ensayo, se mantuvo elchorro en la misma posicin durante 3 minutos, ymenos del 2% del acero fue removido de lasparedes del tubo.

>Tubera sometida a limpieza con abrasivos departculas de vidrio. La tubera recibi un solochorro de agua con partculas de vidrio a raznde 1 mm/seg. Las incrustaciones de carbonatosfueron eliminadas. Durante el ensayo se mantuvoel chorro en la misma posicin por espacio de 3minutos y las partculas de vidrio cortaron unagujero hasta una profundidad de casi un 30% dela pared del tubo.

0,75 mm

>Vista microscpica del abrasivo Sterling Beads.

tuberas. Tomando como base dichos estudios, sepropuso un nuevo material abrasivo denominadoSterling Beads.8 Este material ofrece la mismacapacidad erosiva de la arena sobre incrusta-ciones duras y quebradizas, mientras que es 20veces menos erosivo con respecto al acero y noprovoca daos en el pozo si se dirige un chorroprolongado sobre un punto determinado (arriba).Las partculas abrasivas son esfricas, muy durasy de baja friabilidad (abajo). Adems, son solu-bles en cido y no txicas, con lo cual se simplifi-can las tareas de limpieza.

8. Johnson A, Eslinger D y Larsen H: "An Abrasive jettingRemoval System," artculo de la SPE 46026, presentado enla Mesa Redonda de Tubera Flexible de la SPE/IcoTA,Houston, Texas, EE.UU., Abril 15-16, 1998.

42 Oilfield Review

Sistema universal de eliminacin de incrusta-ciones mineralesEn el Centro de Com-pletaciones de Yacimientos de Schlumberger consede en Rosharon, Texas (EE.UU.), se ha desarro-llado una herramienta expulsora de chorros concabeza rotativa y controlada por un fluido vis-coso. Se conoce con el nombre de Jet Blaster, ylas caractersticas de las boquillas han sido opti-mizadas para utilizar abrasivos Sterling Beads(derecha). Esta nueva herramienta rotativabasada en una cabeza expulsora de chorro, com-binada con los Sterling Beads, constituye la basede un nuevo sistema de servicios de intervencinmediante tuberas flexibles que ha sido diseadopara eliminar incrustaciones en las tuberas deproduccin. El sistema Blaster Services com-prende tres tcnicas de eliminacin de incrusta-ciones que se pueden aplicar para tratar unaamplia variedad de problemas de este tipo: La tcnica Scale Blasting combina el uso de

Sterling Beads como material abrasivo con lanueva herramienta expulsora para eliminacinde incrustaciones duras.

La tcnica Bridge Blasting utiliza una cabezafresadora y un chorro abrasivo, para los casosen que las incrustaciones obstruyen la tuberapor completo.

La tcnica Jet Blasting hace uso de la nuevaherramienta de expulsin de chorro con fluidosno abrasivos y se aplica en la eliminacin deincrustaciones blandas.

El sistema de eliminacin de residuos mine-rales tambin incluye un programa para el diseodel proceso, denominado Jet Advisor, que le per-mite al operador optimizar la configuracin de laherramienta expulsora y el tamao de la boquillateniendo en cuenta las condiciones del pozo, conel fin de maximizar la potencia del chorro y la

9. Tailby RJ, Amor CB y McDonough A: "Scale Removalfrom the Recesses of Side-Pocket Mandrels," artculo dela SPE 54477, presentado en la Mesa Redonda deTubera Flexible de la SPE/IcoTA, Houston, Texas,EE.UU., Mayo 25-26, 1999.

10. Para informacin en el uso de herramientas pararemover vlvulas recuperables de levantamiento artifi-cial por gas ubicadas en las cavidades de los mandriles:Fleshman R, Harryson y Lekic O: "Artificial Lift for High-Volume Production," Oilfield Review 11, no. 1(Primavera de 1999): 49-63.

Un simulador puede ayudar a disear untratamiento qumico efectivo. Por ejemplo, el software StimCADE es un programa de estimulacin de un sistema pozo-yacimiento,que incluye tres modelos: pozo, yacimiento yreaccin qumica para la prediccin de incrustaciones. Los parmetros que se ingresancomprenden una lista completa de los pozos, las formaciones, los fluidos y las descripcionesde los tratamientos qumicos. El modelo de pozoresuelve ecuaciones de conveccindifusin conrespecto al flujo de fluidos a lo largo de lacolumna de tratamiento (tubera de produccin,

tubera flexible o revestidor) para estimar lapresin de friccin durante el bombeo. Al esti-mar la invasin de los fluidos del tratamientodentro de la formacin en las inmediaciones delpozo, el modelo de yacimiento rastrea la ubi-cacin de los distintos frentes de fluidos dentrodel yacimiento. El modelo de reaccin qumicaestima la tasa de disolucin mineral que siguelas leyes cinticas de los solventes utilizados ylas especies minerales presentes en la corres-pondiente seccin litolgica de la formacin. Ladisolucin mineral neta se traduce en la reduc-cin del dao para cada tratamiento cido.

Otras funciones incluyen la capacidad de simular la desviacin de un pozo, prever losefectos de agentes divergentes sobre los perfilesde invasin de los fluidos en el yacimiento y simular el flujo de dos fluidos en formasimultnea dentro del pozouno por la tuberade produccin o la tubera flexible y el otro porel espacio anular. Todas estas funciones per-miten prever con mayor precisin la eficienciade la ubicacin de los distintos tratamientos.

Simulador de emplazamiento qumico

Cabezalconector de la

tubera flexible,vlvulas deretencin y

equipo dedesconexin

Vlvula decirculacin de

doble accin

Mdulodel filtro

Uningiratoria

MotorMoineau

Mdulodelmotor

Anilloflotante

Mdulodelcabezal

Cabezaldel chorro

radial

Tcnica deremocin de

incrustacionespor explosin

Cabezalperforadora chorro

Cabezal delchorro radialy fresa piloto

Tcnica de remocinde puentes

por explosin

Cabezal dela boquilla

Anilloflotante

< Herramienta Jet Blaster. En la fotografa supe-rior se observa la caja de herramientas que contiene el sistema de chorro abrasivo tal comollega al pozo. La herramienta subterrnea JetBlaster (diagrama central a la izquierda) incluyeconexiones de tubera flexible, vlvulas de retencin y equipo de desconexin, adems deuna unidad de circulacin de doble accin y unfiltro que impide que los residuos presentes en el fluido obturen las boquillas expulsoras. La herramienta convierte la energa del fluido enuna rotacin a velocidad constante con unacabeza giratoria de velocidad controlada por unfluido viscoso cortante para eliminar las incrustaciones a lo largo de las paredes interiores de los tubos (diagrama central a laderecha). Las fuerzas de reaccin provenientesde las dos boquillas apartadas proporcionan untorque cercano a 5 lbf-pie para rotar la cabezagiratoria a velocidades inferiores a 200 rpm. Lacabeza expulsora consta de un soporte para laboquilla y un anillo flotante. En las tcnicas JetBlasting y Scale Blasting, el soporte de laboquilla est ensamblado con dos eyectores tangencialmente opuestos (abajo a la izquierda).Las boquillas expulsoras apartadas maximizan eltransporte de la energa hidrodinmica hacia elpozo. El anillo flotante permite asentar pesosobre la herramienta, de manera tal que la herramienta avanza slo si se ha limpiado latotalidad del dimetro mnimo del pozo. En latcnica Bridge Blasting, se puede utilizar unmotor de desplazamiento positivo estilo"Moineau" (abajo al centro y derecha) para perforar puentes de incrustaciones en lastuberas. Dicho motor tiene una capacidad desuministrar 150 lbf-pie de torque al mdulo de lacabeza a 300 rpm.

Otoo de 1999 43

tasa de penetracin de la cabeza. El programatambin ofrece ayuda respecto a la seleccin detcnicas abrasivas o no abrasivas. El programaJet Advisor le advierte al operador cuando existeun riesgo de dao al tubular debido alestancamiento de las cabezas, para lo cual seutilizan programas de anlisis de dao al acero,as como adherencia y deslizamiento de latubera flexible.

Eliminacin de incrustaciones durasEn elcaso de las incrustaciones duras, como los sulfa-tos de hierro, estroncio y bario, tanto los trata-mientos de chorro con fluidos no abrasivos comolos tratamientos qumicos resultan inadecuados.La erosin controlada del abrasivo Sterling Beadsha dado resultados positivos en la eliminacin detodo tipo de incrustaciones en las tuberas, inclu-yendo las incrustaciones ms difciles de sulfatode bario, con tasas de avance promedio de hasta100 pies/hr [30 m/hr] o ms an. La tcnica ScaleBlasting constituye una muy buena opcin, espe-cialmente cuando se trata de incrustacionesinsolubles, desconocidas o de dureza variable. Elsistema tambin proporciona un mtodo seguropara eliminar incrustaciones en los equipamien-tos de completacin que se encuentran en elfondo del pozo. La tasa de penetracin (ROP, porsus siglas en Ingls) se controla por medio de unanillo flotante que garantiza la cobertura de todoel dimetro de la tubera con un dao mnimo a lasuperficie de acero.

La tcnica Scale Blasting se utiliz en el Mardel Norte para quitar depsitos duros de sulfatode bario en dos vlvulas de levantamiento artifi-cial por gas, identificadas por medio de registrosde calibre de brazos mltiples, en un pozo consistema de levantamiento artificial por gas convarios mandriles (arriba).9 La presin de fluenciadel pozo disminuy a medida que se inyectabaagua, y exista la posibilidad de que la presindel gas disponible resultara inadecuada paraalcanzar la nica vlvula activa restante instala-

da en la cavidad lateral del mandril. Si no sehubiera logrado extraer y reemplazar una se-gunda vlvula daada, se habra abandonado elpozo, dado que el corte de agua se encontraba enaumento y finalmente hubiese conducido a unaoperacin costosa de reacondicionamiento. Lossolventes no produjeron el efecto esperado en laeliminacin de los depsitos minerales en gradosuficiente para permitir que las herramientas depesca de vlvulas llegaran hasta las mismas.10

En este pozo se utiliz por primera vez en elMar del Norte, la nueva tecnologa de chorroabrasivo transportado dentro de la tubera flexi-ble. Por medio del programa Jet Advisor se cal-cul cul sera el tamao ptimo del anilloflotante, la boquilla y la cabeza de la boquilla,que permitiera eliminar totalmente las incrusta-ciones duras, adems de determinar la concen-tracin ptima de abrasivos y pronosticar lastasas de limpieza.

En primer lugar, se limpi la cavidad lateraldel mandril daado a una velocidad de 100pies/hr [0,5 m/min]. A continuacin, se limpi elotro mandril en operacin con el mismo procedi-miento. Para evaluar el total de la operacin seutiliz la herramienta de pesca de vlvulas y secontrol la posibilidad de cambiar las vlvulas delevantamiento artificial por gas en los mandrilesque se haban limpiado. Asimismo se obtuvo unregistro de rayos gamma para evaluar la cantidadde depsitos minerales remanentes en la com-pletacin (abajo). Se logr extraer y reemplazarla vlvula daada sin inconvenientes. El chorroabrasivo elimin las incrustaciones perfecta-mente, sin causar daos en el mandril.

900

X870 X880Profundidad, m

Mayo de 1998

Regin de remocin de incrustacin

Abril de 1997

X890 X900X860

800

700

600

500

GR, A

PI

400

300

200

100

0

>Confirmacin de la eliminacin de incrustaciones. Se pueden utilizar registros de rayos gamma paraindicar la cantidad de depsitos minerales eliminados en el intervalo de 84 pies [22 m] ubicado en elmandril de cavidad lateral. En el registro obtenido en 1997 se observa la presencia de incrustacionesen el mandril inferior un ao antes del tratamiento. El registro de 1998 fue realizado despus de unaoperacin de limpieza en la zona comprendida entre X872 y X894 m.

Dimetro nominal de la tubera

Dimetro en abril de 1996

Dimetro en abril de 1997

Dimetro en agosto de 1997

Prof

undi

dad,

pie

s

X526

X527

X528

X529

X530

4,0 pulg. 6,0 pulg.

>Formacin de incrustaciones entre abril de 1996 y agosto de 1997. Los registros de calibre de brazosmltiples muestran la acumulacin de residuos (sombreado) en el mandril de cavidad lateral superior.

44 Oilfield Review

1,5

1

13

4

2,5

7

2

1,5

Tcnica de remocin de incrustaciones

Tcnica de remocin de incrustaciones

Tcnica de remocin de puentes

Tcnica de remocin de incrustaciones

Tcnica de remocin de incrustaciones

Tcnica de remocin de puentes

Tcnica de remocin de incrustaciones

Tcnica de remocin de incrustaciones

Servicios de explosin Longitud de la incrustacinremovida, m

Tiempo detratamiento,

horas

Desviacin dela herramienta

O.D, mm

Pozo 1

Pozo 2

Pozo 3

Pozo 4

Pozo 5

Pozo 6

Pozo 7

Pozo 8

1023

45

162

1108

28

270

511

20

54

46,7

46,7

46,7

54

54/45

54

46,7

>Resultados de la eliminacin de incrustaciones en el Lago Beaverhill.

Otro caso particular se present en Gabn(Africa Occidental), en un pozo completado conuna tubera de produccin de dimetro variable,donde el operador no poda acceder a cinco man-driles del sistema de levantamiento artificial porgas debido a la existencia de depsitos desulfato de bario de hasta 1 cm de espesor. Elpozo no haba producido desde 1994. Las ca-rreras de calibracin del cortador mostraban lapresencia de incrustaciones en la tubera, blo-queando el acceso a la seccin inferior del pozo.La finalidad del trabajo de reacondicionamientoconsista en eliminar las incrustaciones de latubera, cambiar los mandriles del sistema delevantamiento artificial por gas y lograr el accesoal pozo por debajo de la tubera.

Con anterioridad se haban realizado variosintentos de eliminacin de depsitos mineralesutilizando mtodos convencionales, incluyendovarios motores de desplazamiento positivo (PDM,por sus siglas en Ingls) y carreras de fresado, unmartillo de impacto y otro sistema de chorrocomo complemento de los tratamientos condisolventes, pero ninguno de ellos arroj resulta-dos positivos. El sistema Scale Blasting aparecacomo una alternativa sumamente atractiva, dadasu capacidad de eliminar las incrustacionesduras de sulfato de bario bajo una amplia varie-dad de condiciones. Debido al tipo de com-pletacin de dimetro variable, fue necesarioutilizar varios tamaos de anillos calibradores yde cabezas de boquillas. El fluido del chorro seformul con concentraciones convencionales depolmero y Sterling Beads para obtener ptimosresultados de limpieza y penetracin.

El software Jet Advisor optimiz el torque dela cabeza expulsora rotativa y la eficiencia decorte abrasivo utilizando como variables datos detasas, presiones y viscosidades del fluido a serbombeado en el pozo cuya desviacin alcanzabalos 56. Para determinar las tasas de bombeo ylos niveles de presin de superficie ms efectivosse recurri al software CoilCADE, mientras que elprograma CoilLIMIT sirvi para establecer loslmites de seguridad de funcionamiento de latubera flexible.

Como resultado del tratamiento se limpiaron6500 pies [1981 m] de tubera en un tiempo totalde 25,5 horas. Las tasas de penetracin prome-dio fueron de 600 a 900 pies/hr [3 a 5 m/min] entubos de 312 pulgadas y de 40 a 100 pies/hr [0,2

a 0,5 m/min] en los mandriles del sistema de le-vantamiento artificial por gas y en los tubos de278 pulgadas de dimetro. El xito obtenido conestos tratamientos, le permiti al operador reem-plazar los mandriles del sistema de levan-tamiento artificial por gas, y el pozo ahoraproduce 2000 B/D [320 m3/d]. Los mandrilesextrados fueron limpiados en todas las reasexpuestas al pozo y las vlvulas no sufrierondao alguno.

Eliminacin de puentes de incrustaciones enlas tuberasLos depsitos minerales que blo-quean por completo un tubo se pueden removercon una adaptacin especial de la herramientaabrasiva Jet Blaster utilizando la tcnica BridgeBlasting. Esta tcnica incorpora un PDM de 1,69

11. Crombie A, Halford F, Hashem M, McNeil R, Thomas EC,Melbourne G y Mullins O: "Innovations in Wireline FluidSampling," Oilfield Review 10, no. 3 (Otoo de 1998): 26-41.

>Cabeza fresadora Bridge Blaster. El sistema Bridge Blaster se puede configurar conuna cabeza expulsora radial, un anillo flotante y una fresa Reed-Hycalog (izquierda), obien con boquillas de chorro abrasivo orientadas hacia abajo (derecha), que perforanun hoyo en los puentes de incrustaciones que no se pueden cortar con una fresa decarburo de tungsteno.

Otoo de 1999 45

pulgadas de dimetro, modificado especialmentepara impedir que los Sterling Beads bloqueen elsello del eje del laberinto de alta presin delmotor. El PDM mueve una cabeza que combinalas funciones de chorro y de fresado, para lo cualutiliza una fresa de diamante Reed-Hycalog, conla que realiza un pequeo orificio piloto en lasincrustaciones (pgina previa, arriba). Los cho-rros radiales completan la limpieza. Dado que lacabeza fresadora quita slo una parte del volu-men total de los depsitos minerales, la tasa delimpieza y la confiabilidad de la fresa y del motorson mucho ms elevadas si se las compara conlos mtodos convencionales de limpieza y fre-sado con PDM.

Un anillo flotante coloca la herramienta en elcentro e impide que el fresado dae las tuberas,lo cual sucede a menudo cuando se utilizan tc-nicas de fresado convencionales. Cuando se tratade puentes de depsitos duros, se utiliza unacabeza diferente de chorro y perforacin si el fre-sado piloto no alcanza tasas de limpieza acepta-bles. La cabeza perforadora a chorro utilizacuatro boquillas de emisin de chorro orientadasconvenientemente para perforar a travs delpuente de depsitos incrustantes, utilizando unalechada de Sterling Beads. Por lo general, paracompletar el proceso de limpieza hasta llegar aldimetro total de los tubos, es necesario realizarotra pasada con el Jet Blaster giratorio con abra-sivos Sterling Beads.

Las incrustaciones de sulfuro de hierro [FeS2]constituyen un problema especial para BP Amocoen todo el campo sur de Kaybob, ubicado en laformacin del lago Beaverhill en Canad. Loscristalitos de sulfuro de hierro se forman directa-mente sobre los tubos de acero, a los que seadhieren firmemente, y desencadenan un pro-ceso de corrosin bimetlica o grietas por debajode los cristalitos. Estos pozos de condensado degas sulfuroso [H2S] depositan compuestos dealto peso molecular, como asfalteno, sobre loscristalitos de sulfuro de hierro dentro de latubera de produccin.11

Estas inusuales incrustaciones no se puedenquitar con cido clorhdrico, surfactantes oagentes quelatizantes, puesto que el asfaltenolas protege de la accin de los disolventes. Slose pueden eliminar por medio de tcnicasmecnicas, o bien eliminando primero las capasde asfalteno con algn medio qumico. La expe-riencia indica que los mtodos convencionales delimpieza, incluyendo cido espumoso, chorro decido combinado con solventes orgnicos comoel xileno, y perforacin, fresado y sacudido de lostubos no dieron la respuesta esperada.

Se evalu el rendimiento de nuevas tcnicasabrasivas a chorro utilizando los abrasivosSterling Beads en ocho pozos. Para reducir la fric-cin y mejorar el transporte de los recortes seutiliz agua gelatinosa que contena como aditivoun bipolmero de xantham. La concentracin enpeso de Sterling Beads, utilizada en estos pozos,fue del 2,5%. Los tiempos de tratamientooscilaron entre 1 y 4 horas para seis pozos trata-dos con la tcnica Scale Blasting. En uno de losdos pozos que contenan puentes de incrusta-ciones y que fue tratado con la tcnica BridgeBlasting (pgina previa, abajo), el tratamientodur 13 horas. Las tasas de penetracin varan deacuerdo con el desplazamiento de la he-rramienta, la naturaleza de los depsitos, la ubi-cacin de los puentes (en el caso de la tcnicaScale Blasting) y las restricciones dentro delpozo. En resumen, en los ocho pozos se lograroneliminar 10.400 pies [3170 m] de incrustacionesen un total de 32,5 horas operativas.

Eliminacin de tapones de arenaCuandolos depsitos minerales son blandos, solubles encidos o reactivos a los qumicos, la tcnica noabrasiva Jet Blasting resulta la ms eficiente y lams conveniente en materia de costos. La mayoreficiencia del chorro de fluido emitido por unacabeza expulsora optimizada, maximiza lacapacidad de limpieza en incrustaciones blandas,cemento fresco y revoque. Otros daos de la per-foracin y depsitos insolubles se puedenremover utilizando un tratamiento qumico encombinacin con la limpieza a chorro.

>Cabeza pulidora gastada por el polvo de slice.

Un operador del sur del estado de Texas tenadificultades para eliminar tapones de arena en unpozo con tres zonas estimuladas por frac-turamiento hidrulico, que se encontraban ais-ladas por tapones de arena. Cada uno de ellosestaba recubierto por un tapn de slice en polvopara proveer un mejor sello a la presin. Se uti-liz un motor de perforacin con una fresa paratratar de limpiar los tapones de arena. El primerofue eliminado con todo xito, pero la herramientase gast por completo despus de limpiar 2 pies[0, 6 m] del segundo tapn. Una segunda fresalogr perforar otros 5 pies [1,5 m] antes de gas-tarse completamente (abajo). El tapn cubiertocon polvo de slice estaba aplastado y comprimi-do debido a la presin ejercida durante la estimu-lacin por fracturamiento hidrulico, y formabaun relleno resistente.

Se recurri al programa Jet Advisor paraseleccionar, en base a las condiciones especfi-cas del pozo, el tamao adecuado de boquilla aser utilizado por la tcnica Jet Blasting. Los com-ponentes y los tamaos de la cabeza se basaronen la completacin del pozo y en el material derelleno. El fluido del chorro estaba compuesto poragua con un 2% de cloruro de potasio [KCl] conreductor de friccin, agente espumante y nitr-geno [N2]. El tratamiento dio como resultado unatasa de limpieza de 420 a 600 pies/hr [2 a 3m/min]. Tanto los tapones como el polvo de slicefueron eliminados del pozo en menos de un da,con lo cual el operador evit los costos delequipo de reacondicionamiento y de la prdidade produccin durante cinco das.

46 Oilfield Review

Cmo evitar la formacin de incrustacionesEl costo directo de quitar las incrustaciones de unpozo puede alcanzar los 250.000 dlares, a lo quehay que agregar el costo de la produccindemorada, que resulta an ms elevado.12 Ascomo en la prctica mdica se dice que es mejorprevenir que curar; mantener los pozos produc-tores en buen estado constituye, en definitiva, laforma ms eficiente de producir hidrocarburos. Enla mayora de los casos, para mantener la pro-ductividad de los pozos se prefiere utilizar elmtodo de inhibicin qumica como medio paraprevenir la formacin de incrustaciones. Las tc-nicas de inhibicin pueden variar desde mtodosbsicos de dilucin, a los ms avanzados y efec-tivos inhibidores que actan antes de que se ini-cie el proceso.

La dilucin se utiliza, por lo general, paracontrolar la precipitacin de halita en pozos conalto grado de salinidad. La dilucin reduce la sa-turacin en el pozo enviando agua dulce en formacontinua a la formacin, y constituye la tcnicams simple para prevenir la formacin de in-crustaciones en la tubera de produccin. Requie-re la instalacin de lo que se conoce como sartamacaroni (un tubo de dimetro inferior a 112 pul-gadas) a lo largo de la tubera de produccin(derecha).

Adems de la dilucin, existen literalmentemiles de inhibidores de incrustaciones para dis-tintas aplicaciones, que abarcan desde los ter-

motanques hasta los pozos de petrleo. La mayo-ra de estos qumicos bloquean el desarrollo delas partculas minerales atacando el crecimientode los ncleos de las incrustaciones. Algunosqumicos quelatizan o paralizan los reactivos quese encuentran en forma soluble. Ambos enfoquespueden resultar efectivos, si bien cada uno deellos requiere una aplicacin cuidadosa dado quelos tratamientos son poco tolerantes a los cam-bios en el sistema de produccin. Los inhibidoresquelatizantes bloquean la precipitacin o eldesarrollo de residuos minerales slo para uncierto y limitado nivel de sobresaturacin. Seproducen perturbaciones en el equilibrio, an ensistemas protegidos, lo cual permite la precipi-tacin de los residuos. Dado que los agentesquelatizantes consumen los iones de residuos enproporciones estequiomtricas, el uso de losquelatizantes como inhibidores resulta poco ade-cuado, desde el punto de vista de su eficiencia yconveniencia econmica.

Por el contrario, los inhibidores de iniciacininteractan qumicamente con los sitios denucleacin de cristales y reducen de manera sus-tancial las tasas de desarrollo de los cristales. Enefecto, con el uso de este tipo de inhibidores laformacin de residuos minerales desciende aconcentraciones que resultan aproximadamente1000 veces menores respecto de una proporcinestequiomtrica equilibrada13, con lo cual dismi-nuye considerablemente el costo del tratamiento.

Dispersin Estabilizacin

El inhibidor es absorbido en sitios activosde los cristales en crecimientoesto detiene el crecimiento

Los ncleos de cristal estn estricamenteestabilizadosesto detiene el crecimiento

>Dispersin y estabilizacin. La dispersin (izquierda) impide que los pequeos cristales de minerales se adhierana las paredes de la tubera de produccin y a otras partculas de cristales. Los estabilizadores qumicos modificanla estructura de las incrustaciones de modo de prevenir la adherencia de otros cristales.

Sarta macaroni

B

A

Inyeccin forzadade agentes qumicos

Produccinsalina

Aguadulce

>Sarta macaroni. La sarta macaroni de dimetroreducido, tambin llamada spaghetti o capilar,transporta los fluidos y los qumicos dentro de lospozos en produccin. Lleva los qumicos cercadel intervalo, como se observa en la zona A, queproduce el fluido que necesita tratamiento. En lazona B aparece el inhibidor que se introduce peridicamente en la formacin.

Otoo de 1999 47

tacin en el espacio de los poros. La adsorcin esms efectiva en las formaciones de areniscas(arriba). La vida til del tratamiento depende fun-damentalmente de la qumica de la superficie, latemperatura y el pH del lquido que se encuentraen contacto con la formacin, y ocasionalmentees inusualmente corta (de 3 a 6 meses), debido aque la capacidad de adsorcin de las rocas deformaciones es limitada bajo las condiciones delos yacimientos.15 Bajo ciertas condiciones espe-ciales, como formaciones con elevada capacidadde adsorcin y bajas tasas de produccin deagua, puede ocurrir que duren hasta dos aos.

Normalmente, la vida til del tratamiento esde ms de un ao en el caso de los tratamientosdiseados adecuadamente, en los cuales la pre-cipitacin acta como mecanismo de retencindel inhibidor, aunque se encuentren tasas ele-vadas de produccin de agua.16 Por ejemplo, sesabe que los inhibidores de fosfatos y cido fos-finocarboxlico son algunos de los que previenenla formacin de carbonato de calcio. Los iones decalcio a menudo son liberados cuando losinhibidores se colocan en formaciones de car-bonatos y la precipitacin constituye el mecanis-mo dominante de retencin a largo plazo en lasformaciones de carbonatos. En los yacimientosque por naturaleza no contienen suficiente calciosoluble para precipitar el inhibidor, a menudo sebombea una salmuera con cloruro de calcio parainducir la precipitacin del inhibidor y extender lavida til del tratamiento.17

12. Wigg H y Fletcher M: "Establishing the True Cost ofDownhole Scale Control," artculo presentado en laConferencia Internacional de Soluciones a las Incrus-taciones, Aberdeen, Escocia, Noviembre 20-21, 1995.

13. Rosenstein L: "Process of Treating Water," Patente deEE.UU. No. 2,038,316 (Abril 21, 1936). Esta patente quedata de 1936 en EE.UU., es una de las primeras referencias sobre inhibidores de iniciacin de incrustaciones.

14. Nancollas GH, Kazmierczak TF y Schuttringer E: "AControlled Composition Study of Calcium CarbonateGrowth: The Influence of Scale Inhibitors," Corrosion-NACE 37, no. 2 (1981): 76-81.

15. Browning FH y Fogler HS: "Precipitation and Dissolutionof Calcium Phosphonates for the Enhancement ofSqueeze Lifetimes," SPE Production & Facilities 10, no. 3(Agosto de 1995): 144-150. Meyers KO, Skillman HL y Herring GD: "Control ofFormation Damage at Prudhoe Bay, Alaska, by InhibitorSqueeze Treatment," artculo de la SPE 12472, presen-tado en el Simposio de Control de Dao de la Formacin,llevado a cabo en Bakersfield, California, EE.UU., Febrero13-14, 1984.

16. Martins JP, Kelly R, Lane RH, Olson JB y Brannon HD:"Scale Inhibition of Hydraulic Fractures in Prudhoe Bay,"artculo de la SPE 23809, presentado en el SimposioInternacional sobre Control de Dao de la Formacin dela SPE, llevado a cabo en Lafayette, Louisiana, EE.UU,Febrero 26-27, 1992.

La mayora de los inhibidores son compuestos defosfato: polifosfatos inorgnicos, steres de fos-fato orgnico, fosfonatos orgnicos, aminofos-fatos orgnicos y polmeros orgnicos. Estosqumicos minimizan la incrustacin de minerales,mediante una combinacin de dispersin decristales y estabilizacin de los residuos (pginaprevia, abajo).14

Vida til del inhibidorLos inhibidores deincrustaciones son retenidos en la formacin poradsorcin a las paredes de los poros o precipi-

Inhibidor