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PROGRAMA DE CEMENTOS PETROLEROS PET-219
CEMENTOS API – INTRODUCCION – TEMA I
Competencia : El estudiante conoce la disponibilidad de cementos petroleros API,
su uso y sus propiedades fisicoquímicas, de la misma forma para los cementos
especiales que se usan en la industria petrolera .
INTRODUCCIÓN
1.1. ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL PROGRAMA
El proceso de cementación de un pozo petrolero es usado alrededor del
mundo, y ha crecido en complejidad, con muchas personas, organizaciones, y
tecnologías que han contribuido al estado del arte. Para ayudar al ingeniero
practicante con el planeamiento y evaluación del trabajo, esta monografía ha
sido escrita como una referencia comprensiva con información acerca de la
variedad de materiales y técnicas usadas en la cementación de un pozo.
Los capítulos están dedicados a cementos, aditivos, pruebas, planificación de
trabajo, y la ejecución de trabajo de cementación primaria, cementación
squeeze, y operaciones de taponamiento.
La importancia de planificación en alcanzar el aislamiento zonal es destacada.
También dan cobertura al equipo mecánico y de bombeo, mezcladores,
sistemas de manejo de masa, y varios instrumentos subsuperficiales usadas
para colocar el cemento correctamente.
El programa muestra la secuencia lógica de las operaciones de cementación de
un pozo para proporcionar al ingeniero petrolero los conocimientos básicos del
trabajo para mejores prácticas de cementación.
1.2. OBJETIVOS DEL TEXTO
Tiene dos propósitos:
1. Proveer al ingeniero petrolero responsable del proceso de cementación
información que lo ayudará a juzgar según sus propios méritos varias
técnicas de cementación y saber qué resultados pueden ser esperados.
2. Proporcionar un análisis comprensivo del estado del trabajo.
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1.3. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACIÓN
La cementación de un pozo petrolero es el proceso de mezclar de cemento y
agua ( lechada) y bombearlo a través de la cañería de acero a puntos críticos
en el anular que se encuentra alrededor de la cañería o en el agujero abierto
debajo de la sarta de cañería. (Figura 1.1)
Las dos principales funciones del proceso de cementación primaria son
restringir el movimiento de fluido entre las formaciones y para adherir y sostener
la cañería.
En adición el aislamiento de zonas productoras de petróleo, gas y agua, el
cemento también ayuda a:
1. Proteger la cañería de la corrosión
2. Prevenir reventones mediante la rápida formación de un sello.
3. Proteger la cañería de impactos de cargas en perforaciones más
profundas.
4. Y sellar zonas de pérdida de circulación, o zonas ladronas (que absorben
el fluido
El trabajo de una cementación primaria consiste , en lo siguiente una vez
que la cañería esta en fondo del pozo , hay que acondicionar el lodo ,
para luego reemplazarlo por una lechada que se prepara en superficie .
Antes de bombear la lechada se larga el tapón inferior, el cual l lega
hasta el collar flotador, por detrás s\ del tapón se bombea la lechada
luego el tapón superior, que se desplaza con agua o lodo. El tapón
superior asienta sobre el tapón inferior.
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Fig 1-1
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1.4.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS
PRIMEROS TRABAJOS.- La industria estadounidense de petróleo
tradicionalmente data sus principios con la perforación del pozo Draque en
1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada para
cerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arena
petrolífera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la Unión
Petrolera Co, es la primera vez que usa una lechada en la industria petrolera.
Este pozo antes de bombearle una lechada tenia la siguiente Producción : 80
% de agua , 20 % Oil
Luego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras después de
dejar el pozo 28 días sin actividad tenemos la siguiente producción de líquidos:
90 % de oíl, 10 % de agua. Hoy en día esta técnica se usa
Le aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla que
consiste en 50 sacos de cemento portland puro. Después de 28 días el cemento
fue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforación a través
de la arena petrolífera, la zona de agua había sido efectivamente aislada. Esto
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se convirtió en una práctica aceptada y pronto se propagó a otros campos en
California donde dificultades similares eran encontradas.
En el año 1920 Halliburton logra perfeccionar las operaciones de cementación,
teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y presión sobre las lechadas y el
cemento fraguado, hasta ese año no se utilizan aditivos, a la fecha se conocen
más de 60 tipos de aditivos.
1.5 .- A QUE SE LLAMA CEMENTOS.
Pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas, es decir capaz de
unir fragmentos de masas o de materiales sólidos en un todo compacto, tal
definición involucra a un gran # de materiales o sustancias diferentes, teniendo
muy poco en común una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una de
ellas importancia técnica diferente. Los cementos que se usan en la industria
petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta de
referirse a este tipo de cementos es hablar de cementos calizos.
1.6.- FABRICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND
Son el resultado de mezclar Clinker + Yeso ( Sulfato de calcio ) , en una
proporción de (95 -97 %)/ (5 -3 % )
CLINKER
Es un compuesto químico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamos
caliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de los
materiales ( 2:1 , 1:3/4 ) , que tiene un proceso de fusión a 1400 – 1600 *C.
Calizas
Pueden ser de diferentes tipos como ser:
El carbonato de calcio (CO3Ca), abundan en la naturaleza para fabricar el
cemento portland es adecuado el procedente de todas las formaciones
geológicas , la formas más puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse la
Creta y las Margas
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Arcillas
La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esencia
son productos de meteorización de silicatos de los metales alcalinos y
alcalinotérreos, en especial los de feldespato y micas.
Pueden ser del grupo del caolín y/o montmorillonita.
Veamos el área superficial de estas arcillas
Caolín aproximadamente 15 m2 / gr
Momtmorillonita aproximadamente 800 m2 / gr
1.7.- HORNO ROTARIO PARA PRODUCIR CLINKER VIA SECA
RECUPERACION DE MATERIAS PRIMAS
Tanto las arcillas como la caliza se las obtiene de las canteras, dependiendo de la
dureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este material
se lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamaño adecuado
para llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormente
indicadas.
PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO
1.- ZONA DE DESHIDRATACION 100 0C
La temperatura en esta zona es de 100 0C, se pierde toda el agua libre que tiene la
materia prima.
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2.- ZONA DE DESCARBONIZACION 400 0C
Es donde toda la caliza se descompone.
CO3Ca ( s) ------------------- CO2 ( gas ) + CaO(s)
En esta zona todo el material orgánico es eliminado. Si existen sulfatos se observa
eliminación de los óxidos de azufre ( SO2 y SO3).
Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contacto
con el agua reacciónan, para formar ácidos, carbónico , sulfúrico y sulfuroso.
Pueden también volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida de
materiales como gases puede llegar a ser hasta un 30 % de la carga inicial.
3.- ZONA DE LAS REACCIONES QUIMICAS
Es acá donde empiezan a reaccionar los óxidos, esta es una zona de calcinación,
el 20 – 30 % del material se funde y tiene lugar la formación del clinker. En esta
zona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestos
cristalizados, la temperatura de 1400–1600 0C es muy importante para la calidad del
clinker.
El giro del horno mediante sus motores, su inclinación de 10 a 20 grados hacen que
el material se vayan formando bolitas de hasta 2”, esto es lo que sale del horno y se
llama clinker, al salir del horno tiene un enfriamiento programado luego pasa a una
serie de molinos donde se lo muele para darle una superficie especifica requerida (
cm2 / gr ) , luego hay que mezclarlo con yeso y se lo envasa. El yeso tiene la
finalidad de darle características hidráulicas al clinker y retardar su tiempo de
endurecimiento, e incrementar su resistencia.
PROCESO ESQUEMATICO VIA SECA
Caliza + Arcilla Chancado Transporte Molienda Horno
Enfriamiento Clinker Mezcla Yeso + Clinker
COMPOSICION QUIMICA DEL CLINKER
CO3Ca + Arcilla Clinker * Composición
- SC3 ---- 3 CaO.SiO2 Silicato tricalcico. Alita
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- SC2 ---- 2 CaO.SiO2 Silicato dicalcico. Belita
- AC3 --- 3CaO. Al2O3 . Aluminato tricalcico
- AFC4 – 4 CaO.Fe2O3 Al2O3 . Aluminato ferritatetracalcico
Hablemos un poco de la función de cada uno de los componentes del Clinker
SC3
Es el contribuyente mayoritario del cemento Portland 45 – 65 %. Es responsable
de la mayoría de las reacciones hidráulicas en el estado inicial. Se encuentra
presente en el cemento de una manera impura. La formula real es:
54 CaO. 16SiO2 Al2O3. Mg O
Es el componente que influye en todas las etapas del frague del cemento, pero
especialmente en la etapa de endurecimiento hasta los 28 días.
SC2
Es el segundo componente del cemento portland entre 15 – 35 %. Existen 4 tipos
de cristales poliformes ( alfa , alfa prima , beta y gamma ). Predomina la forma Beta
, que tiene la siguiente formula química
Ca87 Mg.Al. Fe (Na0.5 KO0.5 ) (Al Si42 O180 )
Debido a que la velocidad de hidratación es baja comparada con la del – SC3 , no
tiene un rol importante en el desarrollo de la resistencia en tiempos cortos, si en
tiempos mayores a 28 días.
AC3
Pose una gran velocidad de hidratación porque es importante en las primeras
reacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componente
minoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en la
resistencia final al ataque de las aguas sulfatadas.
Su formula general es :
((Ca ,Mg)72- (n+m)(Na(2n+m)))72 + n ((Al,Fe)48 –(m+2) (Sim + ¾ Z ) ) O144
Las especificaciones del API permiten hasta un 15% - AC3 , para aquellos cementos
que tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los
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cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm de
sulfatos se llaman sulfatadas – Cuidado en la elección del cemento )
AFC4
No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en el
cemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indica
que la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener una
máxima resistencia a los sulfatos.
El Clinker tiene otros componentes de menor importancia como ser :
Trialuminato pentacalcio 5 CaO 3Al2O3 --- C5 3 A
La ferrita dicalcica 2 CaO Fe2O3
K2 O , Na2 O , MnO2
Estos no son importantes, porque están en concentraciones menores al 2 %.
COMO REACCIONAN LOS COMPONENTES DEL CLINKER CON EL AGUA
EL SILICATO TRICALCICO
2 ( 3 CaO . SiO2 ) + 6 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + 3 Ca(OH)2
RAPIDA TOBERMARITA
EL SILICATO DICALCICO
2 ( 2 CaO . SiO2 ) + 4 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + Ca(OH)2
LENTA
ALUMINATO TRICALCICO
3 CaO. Al2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 3CaO. Al2O3 Ca(OH)2 . 12 H2O
RAPIDA
ALUMINATO FERRITA TERACALCICA
4 CaO.Fe2O3 Al2O3 + + 10 H2O + 2Ca(OH)2 6 CaO Fe2O3 Al2O3.12 H2O
LENTA
Las reacciones químicas nos indican que las principales reacciones dan como
producto la TOBERMARITA . 3 CaO.SiO2 3 H2O , QUE ES UN GEL
COMPUESTO DE PARTICULAS MUY FINAS., QUE TIENEN UN GRAN AREA
SUPERFICIAL POR LO TANTO MEDIANTE FUERZAS ATRACTIVAS SE
ABSORBEN SOBRE TODOS LOS CRISTALES PRESENTES Y LOS UNE.
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El exceso de agua que no se utiliza durante la hidratación de los componentes del
clinker
, hace que el cemento fraguado pierda su resistencia, lo hace más poroso y
permeable. Siempre debemos buscar que la lechada de cemento tenga la densidad
programada cuando vamos a cementar el zapato guía y las piezas de cañería
cercanas al zapato.
COMPOSICION QUIMICA DE LOS CEMENTOS API
CEMENTO COMPONENTES MOLIENDA
API –CLASE SC3 SC2 AC3 AFC4 Cm2 / gr
A 53 24 8 8 1500-1900
B 47 32 5 12 1500-1900
C 58 16 8 8 2000- 2800
D – E 26 54 2 12 1200-1600
G , H 50 30 5 12 1400-1700
Los cementos API más usados en la industria petrolera son el G y H. Un análisis
químico vía seca de estos cementos nos da la siguiente composición química.
Compuesto Formula Abreviatura % p/p
Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.43
Oxido de calcio CaO (C ) 64.70
Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 4.10
Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80
Magnesia MgO 1.9
Trióxido de S SO3 1.67
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Oxido potasio KO2 0.08
Cenizas 0.54
Analizando la composición química de los cementos, podemos concluir:
Que en contacto con los lodos que tienen bentonita van a producir la floculación de
la bentonita, el incremento del ph a valores > a 12, lo que resulta negativo
para los polímeros que tiene el lodo.
Si se reperfora cemento con lodos base aceite, la presencia de alta concentración
de cal viva CaO, favorece al rendimiento de lo emulsionantes.
El control de la calidad de los cementos API es muy importante. Para esto tenemos
que solicitar un análisis vía seca. El API nos da las siguientes ecuaciones,
que deben usar para conocer a partir del análisis la cantidad de los cuatro
componentes del clinker, estas ecuaciones son:
SC3 = 4.07 C – 7.6 S – 6.72 A – 1.43 F – 2.85 SO3
SC2 = 2.87 S – 0.754 SC3
AC3 = 2.65 A – 1.69 F
AFC4 = 3.04 F
Estas ecuaciones pueden ser usadas solo si la relación Al2O3 / Fe2O3 , > a 0.64
Compuesto Formula Abreviatura % p/p
Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.2
Oxido de calcio CaO (C ) 65.60
Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 2.8
Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80
Magnesia MgO 1.9
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Trióxido de S SO3 1.8
Oxido potasio KO2 0.08
Cenizas 0.70
Verifiquemos la relación anterior 5.8 / 2.8 = 2.07 > a 0.64
SC3 = 4.07(65.6) – 7.6 (22.2) – 6.72(5.8) – 1.43 (2.8) – 2.85 (1.8) = 50.2
SC2 = 2.87 (22.2) – 0.754 (50.2) = 25.86
AC3 = 2.65 (5.8) – 1.69 (2.8) = 10.64
AFC4 = 3.04 (2.8) = 8.51
Hemos mencionada que una vez esta molido el clinker tenemos que mezclarlo con
yeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso , esto porque el clinker tiene una velocidad rápida de
hidratación al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energía Hidráulica ,
esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores ,el yeso
para retardar el frague, del cemento así obtenido se lo puede mezclar con agua ,
esta mezcla llega a fraguar pero depende de muchos factores.
El frague de la lechada es la generación continua de la resistencia, es decir la
Consolidación de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambios
químicos debido a la hidratación de sus componentes produciéndose una
cristalización de los mismos que generan una resistencia en los cementos en el
estado de frague.
En el proceso de hidratación – frague ocurre lo siguiente. Veamos desde el punto
de vista químico y físico el frague.
Desde punto de vista químico.
La hidratación del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos al
Principio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Cálcicos
donde el azufre lo provee el yeso. En esta etapa el CaO libre que puede existir
también se hidrata dando lugar a los Ca(OH)2 . Luego de 24 horas de iniciado el
proceso empieza la hidratación del AC3 cristalizando junto con el remanente de
CaO, mientras que el SC2 , menos básico y el hidrato de silicio forman un gel
coloidal . La hidratación del SC3 no se completa hasta los 28 días, donde en este
tiempo ya empieza a cristalizar.
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Podemos nosotros hacer un resumen más fácil:
La cristalización inicial de la lechada y la consolidación se debe a la hidratación del
AC3 y la hidratación parcial del SC3 , el aumento posterior de la consistencia se
debe a la hidratación continua del SC3 y SC2 que continua hasta que el cemento
llega a un estado de equilibrio
FRAGUE DESDE EL PUNTO FISICO
Primera etapa.- Frague inicial ocurre cuando la lechada pierde toda su
Plasticidad y se vuelve friable al grado tal que dos fragmentos de una mezcla rota
no pueden formar una masa homogénea cuando se la pone en contacto íntimo. La
plasticidad no se la recupera aun colocando los pedazos en agua.
Segunda etapa.-
Luego del fraguado inicial el cemento sufre cambios físicos debido a que continúa la
hidratación, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayor
dureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como la
condición que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una aguja
penetración de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat.
Todos los alumnos deben buscar cómo se mide la consistencia de la lechada
en este aparato)
Tercera etapa.
Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 día
s, y como consecuencia de nuevos ajustes químicos que dan como resultado un
aumento gradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de
endurecimiento, este periodo es muy importante en las operaciones de cementar
cañerías, mientras más largo este tiempo más antieconómico es para la operadora,
para acortar estos tiempos se han diseñado los aditivos, para bajar este periodo a
horas.
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Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunos
compuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados
- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia , hay
que aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor área
superficial ( mayor molienda)
- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC3 y de AC3
, mas rápido es el frague inicial.
- Si se quiere retardar el frague se debe controlar el contenido de SC3 y de
AC3 , y la molienda debe ser más gruesa.
- Las aguas subterráneas que se encuentran durante la perforación contienen
sales disueltas , las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles a
pequeños % de esta sales , por ejemplo :
- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho más que
las de ClNa.
- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague,
aunque a veces lo aceleran.
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- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual manera
cualquier aditivo que en solución genere iones OH-
- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos térreos además de afectar el
tiempo de frague pueden causar desintegración del cemento fraguado, por
largos tiempo de contacto con el cemento fraguado.
- Las soluciones de SO4Na2 , SO4Mg , causan falta de solidez o fuerzas en el
cemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone en
contacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo un
hinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado una
cristalización con expansión originando disgregación del cemento. Se tiene
igual comportamiento si el contenido de CaO es alto.
- Los cementos que tienen < del 3 % de AC3 , son inmune al ataque de las
aguas sulfatadas.
- Cuando las lechadas son contaminadas con los lodos de perforación, se ven
afectadas las propiedades de las lechadas y del cemento fraguado , esto es
por el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4= , CO=
3 ,
OH- , Cl- , CO3H- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidas
celulosa polianionica,etc.)
Es importante tener en cuenta que la molienda del cemento influye en el tiempo de
frague. La mayoría de los cementos API están molidos de manera que el 85 % del
mismo pasan por la malla # 200.
Veamos lo siguiente que nos permite ver lo importante de la molienda, tenemos un
mismo tipo de cemento, pero lo molemos de diferentes granulometría.
Muestra #1
Se la muele de manera que el 95 % ,pase por la malla # 200 , preparamos una
lechada en condiciones de presión y temperatura , el tiempo de frague fue de 55
minutos.
Muestra #2
Se la muele hasta que un 75% pase por la malla # 100 ; nuevamente preparamos
la lechada en condiciones similares de P y T , y su tiempo de frague es de 170
minutos.
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Es importante entender el concepto de que todo cemento fraguado debe tener un
volumen similar al volumen de lechada que lo origino, esto no ocurre siempre así
depende del agua de mezcla. Existe un % de agua crítico para formar la lechada ,
donde no hay separación de agua de mezcla , un exceso del agua genera un mayor
volumen de lechada pero un menor volumen de cemento fraguado , ya que el resto
se separa como agua libre.
Como se observa en las figuras el agua libre se separa en la parte superior , para la
cantidad de agua libre que se libera de una lechada influye el agua usada para la
mezcla , el envejecimiento del cemento , la forma como ha estado almacenado el
cemento , es muy importante recordar que le cemento es un material higroscópico
toma con facilidad la humedad, cemento que se lo observa duro con bolas no debe
utilizarse para preparar las lechadas , otro factor importante es el contenido de
aceite en el lodo , que si se mezcla con la lechada retarda el frague de la lechada ,
produce falta de adherencia a la formación y tubería , produce grietas por donde
puede migrar el gas.
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1.8.- CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS
Un cemento determinado se lo fabrica de acuerdo al requerimiento del cliente (sea
para la construcción o la industria petrolera) , por esa razón los cemento varían en
su composición química y física , molienda , según sea la necesidad . Para regular
las especificaciones se han creados institutos que dictan las normas para regular
la fabricación de los cementos entre ellos están:
A.C.I AMERICAM CONCRETE INSTITUTE (INSTITUTO AMERICANO DEL
CONCRETO)
A.S.T.M. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
(SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEBAS DE MATERIALES)
Es el encargado de dictar las normas para los cementos a usar en la industria de la
construcción, provee especificaciones para 5 tipos de cementos portland tipo I ,II, III
,IV , V. Todos son elaborados para condiciones de presión temperatura atmosférica.
API AMERICAM PETROLEUM INSTITUTE
Provee especificaciones para los cementos clase A,B,C,D.E.F.G.H,J. Usados bajos
condiciones de presión y temperatura. Los cementos clase A, B , corresponden a
los cementos del ASTM I,II y III . Los tipos IV y V , no tienen correspondencia con el
API.
CLASIFICACIÓNES API.- La industria petrolera compra cementos fabricados
predominantemente conforme a las clasificaciones API como se publicaron en las
normas API 10, " Datos específicos para Cementos de Pozos Petroleros y Aditivos
de Cemento”. Estos datos han sido publicados anualmente por el Instituto
Americano de Petróleo en Dallas, Texas, desde 1953, cuando las primeras normas
nacionales sobre el cemento para su empleo en pozos fueron publicadas (emitidas).
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Estos datos específicos son repasados cada año y revisados según las
necesidades de la industria petrolera. Las diferentes clases de Cemento API para
su empleo a temperaturas y presiones de fondo de pozo están definidas abajo. Ellos
están catalogados en las normas API de fecha 10 junio de 2004.
CLASE A.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Disponible sólo
en el tipo ordinario (similar a ASTM C 150, tipo I)
.
CLASE B.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando las condiciones requieren de moderada a alta sulfato
resistencia. Disponible en ambos tipos: moderadamente (similar a ASTM C 150,
tipo II) y altamente resistentes al sulfato.
CLASE C- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando las condiciones requieren de un alto endurecimiento
temprano. Disponible en los tipos: ordinario y moderadamente (similar a ASTM
C 150, tipo III) y altamente resistentes al sulfato.
CLASE D.- Dirigido para el empleo desde los 6000 a los 10 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de moderadas presiones y temperaturas.
Disponible en ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
CLASE E.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 14 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de altas presiones y temperaturas. Disponible en
ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
CLASE F.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 16 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de extremadamente altas presiones y
temperaturas. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y altamente
resistentes al sulfato.
CLASE G.- Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desde la
superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con aceleradores
y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de pozos y
temperaturas. No adicionar otros aditivos más que el sulfato de calcio o el agua,
o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la fabricación del
cemento para pozo Clase G. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y
altamente resistentes al sulfato.
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CLASE H.- D Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desde
la superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con
aceleradores y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de
pozos y temperaturas. No adicionar otros aditivos más que el sulfato de calcio o
el agua, o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la
fabricación del cemento para pozo Clase H. Disponibles en ambos tipos:
moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
La tabla 2.5 lista las clases de cemento API e indica las cuáles son las
profundidades a las que son aplicables.
1.8.
1.8 PROPIEDADES DE LA COBERTURA DE CEMENTO SEGÚN LAS
ESPECIFICACIONES API
En las operaciones de terminación de pozo, los cementos son casi
universalmente usados para desplazar el lodo de perforación y para llenar el
espacio anular entre la cañería y el agujero abierto. Para cumplir este propósito,
los cementos deben ser diseñados para ambientes de pozo variando desde
aquellos que se usan en la superficie a aquellos que están a profundidades
excedentes de los 30000 pies de profundidad, donde las temperaturas recorren
por debajo de la congelación en áreas congeladas a más de 700ºF en pozos
perforados para la producción geotérmica a vapor. Los datos específicos no
cubren todas las propiedades de cemento sobre tales amplias gamas de
profundidad y presión.
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Estos, sin embargo, catalogan las propiedades físicas y químicas de las
diferentes clases de cemento que encajarán en la mayoría de las condiciones
de pozos. Estos datos específicos incluyen el análisis químico y el análisis
físico. Estos análisis comprenden: el contenido de agua, la fineza, la fuerza
compresiva, y el tiempo de espesamiento.
Aunque estas propiedades describen los cementos para objetivos específicos,
los cementos para pozos petroleros deben tener otras propiedades y
características para asegurar las funciones necesarias en fondo de pozo.
Las exigencias físicas y químicas de las clases de cemento API como se
definieron en las Normas API 10 son mostradas en las tablas 2.6 y 2.7. Las
propiedades físicas típicas de varias clases de cemento API son mostradas en
la tabla 2.8.
Las especificaciones de la API no son hechos cumplir por una agencia oficial;
sin embargo, el empleo del monograma API indica que el fabricante ha estado
de acuerdo con hacer el cemento según los datos específicos perfilados en las
Normas API 10. Aunque el API defina ocho clases diferentes de cemento, sólo
las clases A, B, C, G, y la H están disponibles por los fabricantes y son
distribuidos en los EE UU.
Pet-219 Arturo López G. Página 21
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Pet-219 Arturo López G. Página 23
1.9.- NORMAS DEL CEMENTO FUERA DE LOS E.E.U.U.
En la cementación de pozos en países distintos a EE UU, puede ser necesario
usar productos locales. La tabla 2.9 cataloga las clasificaciones que han sido
establecidas en varios países para los tipos más comunes de cemento de
Portland usados para la construcción.
Pet-219 Arturo López G. Página 24
Para algunos cementos, se hicieron clasificaciones adicionales por ejemplo,
OCI (el Tipo de Cemento de Portland Ordinario I), OCII, OCIII. Sin embargo,
tales clasificaciones causan problemas en la fijación de una línea divisoria clara
entre tipos, porque OC tipo II o III puede fácilmente ser confundida con el
cemento RHC o HSC.
En algunos países un fabricante específico puede, por velocidad y simplicidad,
usar un símbolo para identificar varios tipos de cemento. La tabla 2.10 cataloga
identificaciones equivalentes para varios tipos de cemento Portland, usados por
algunos países comúnmente asociados con la industria petrolera
Pet-219 Arturo López G. Página 25
Abajo están listadas algunas Fábricas que mantienen el monograma de la API y
mercado de los cementos para la industria Petrolera.
Argentina Loma Negra, C.I.A., S.A.
Australia Adelaide Brighton Cement Ltd.
Bélgica Compagnie des Ciments Belges
Brasil Companhia De Cemento Portland Alvarado
Cemento Aratu S.A. (Lone Star Industries)
Canadá Canada Cement Lafarge Ltd.
Genstar Cement Ltd.
Colombia Cementos Hércules
Dinamarca Aktieselskabet Aalborg Portland cement Fabrik
Ecuador La Cemento Nacional C.E.M.
Inglaterra Blue Circle Industries Ltd.
Francia Lafarge
Alemania Dyckerhoff Zementwerke Ag.
Grecia Titan Cement
Italia Italcement S.P.A.
Irlanda Irish Cement Ltd.
Japón Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd.
Nihon Cement Co. Ltd.
Sumitromo Cement Co.
Ube Industries Ltd.
México Cementos Apasco S.A.
Cementos Veracruz S.A.
Noruega A/S Norcem
Arabia Saudita Saudi Cement
Singapur Pan Malaysia Cement Works Ptd. Ltd.
Tailandia Jalaprathan Cement Co. Ltd.
Trinidad Trinidad Cement Ltd.
Estados Unidos Arkansas Cement
Capital Cement Inc.
General Portland Inc.
Ideal Basic Industries Inc.
Kaiser Cement Corp.
Lehigh Portland Cement Co.
Lone Star Industries Inc.
The Monarch Cement Co.
Southwestern Portland Cement Co.
Texas Cement Corp.
Pet-219 Arturo López G. Página 26
1.10.- CEMENTOS ESPECIALES
Un número materiales cementantes, usados muy efectivamente para la
cementación de pozos, no están dentro de una Clasificación específica de la
API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo una
especificación reconocida, sus calidades y uniformidad están generalmente
controladas por el distribuidor.
Estos materiales incluyen:
1. Cementos Puzzolanos Portland
2. Cementos Puzzolano – Cal
3. Cementos de Resina o Plástico
4. Cementos de yeso
5. Cementos diesel – petróleo
6. Cementos Expansivos
7. Cementos Refractarios
8. Cementos de Látex
9. Cementos para ambientes de congelación permanente
Cementos Puzzolánicos.- Los Puzzolánicos incluyen cualquier material con
silicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de cal
y agua desarrollen características cementantes. Estos pueden estar divididos en
Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormente
de origen volcánico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos mediantes el
tratamiento de calentamientos de materiales naturales tales como arcillas,
lutitas y algunas rocas silíceas.
El Fly Ash es una Combustión producto del carbón y es ampliamente usado en
la industria petrolera como una Puzolana. Este es la única puzolana respaldado
por ambas especificaciones tanto la API como ASTM.
Cuando el cemento Portland se hidrata, el hidróxido de calcio es liberado. Este
químico por sí mismo no contribuye en la dureza o en el estrechamiento del
agua y puede ser removido mediante la lixiviación. Cuando el Fly Ash está
Pet-219 Arturo López G. Página 27
presente en el cemento, se combina con el hidróxido de calcio, ambos
contribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.
El Fly Ash tiene una gravedad específica de 2.3 a 2.7, dependiendo de la
fuente, comparado con la gravedad específica del los Cementos Portland de 3.1
a 3.2. Esta diferencia en gravedad específica da como resultado una lechada de
cemento Portland de peso más liviano que las lechadas de consistencia similar
hechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la
API para el Fly Ash).
Cementos Puzzolánicos con Cal.- Los cementos puzzolánicos con cal o cal –
silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, y
pequeñas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con
agua para producir formas de Silicato de Calcio. A bajas temperaturas sus
reacciones son más lentas que reacciones similar con Cementos Portland, y
además generalmente son recomendadas para cementaciones primarias a
temperaturas superiores a los 140 ºF.
Pet-219 Arturo López G. Página 28
Las características de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores de
la retardación, peso liviano, económicos, y poseen una dureza estable a altas
temperaturas.
Cementos Plásticos o con Resina.- Los cementos plásticos o con resinas son
materiales especialmente usados selectivamente para taponamientos de
agujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementación para
disposición de desechos. Son usualmente mezclas de agua líquida con resinas,
y un catalizador mezclado con un Cemento API Clase A, B, G, o H. La única
propiedad de estos cementos es que cuando la presión es aplicada a la lechada
la fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un
sello dentro de la formación. Estos cementos son especialmente usados en
pozos con volúmenes relativamente pequeños. Son efectivos a temperaturas
que van de un rango de 60 a 200 ºF.
Cementos de Yeso.- Los cementos de yeso son usados para trabajos de
remediación de una cementación. Normalmente, están disponibles en:
1. Una forma semihidratada de yeso (CaSO4 * ½H2O) y
2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 *
2H2O).
Las únicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse
rápidamente, su alta dureza temprana, y su expansión positiva
(aproximadamente 0.3%). Los cementos de yeso son mezclados con Cementos
API Clase A, G, o H en un rango de 8 a 10% de concentración para producir las
propiedades tixotrópicas. Esta combinación es particularmente útil en pozos
someros para minimizar los recursos de emergencia después de su
desplazamiento (Ver figura 3.16).
Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material
de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo donde
no hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la pérdida de circulación,
los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volúmenes iguales de
cementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble y
permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen
propiedades de ubicación muy rápidas y pueden ubicarse prematuramente
durante el desplazamiento. (Ver sección 3.6, concerniente a la pérdida de
circulación).
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Cementos Diesel – oil.- Para controlar el agua en la perforación o en la
producción de pozos, las lechadas de Cementos Diesel – Oil son
frecuentemente usadas. Estas lechadas están básicamente compuestas de
Cementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosén con un
agente activo en superficie. Los cementos diesel – oil tienen tiempos de
bombeabilidad ilimitados, y no se ubicarán a menos que sean desplazados en
una zona con asientos de agua: allí la lechada absorbe agua y sitúa un cemento
denso y duro.
La función del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario para
humedecer las partículas de cemento. Algunas composiciones de cemento
diesel – oil contienen un anión surfactante cuyo efecto es extender la reacción o
tiempo de espesamiento para permitir una penetración adicional a la formación.
El cemento diesel – oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo de
agua, pero también puede ser usado para reparar fugas en la cañería, para
combatir algunos problemas de pérdida de circulación, para taponar canales
detrás de la tubería y para controlas la penetración de la lechada. (Ver figura
2.5).
FIGURA 2.5.- EL PASO DE FLUJO DE AGUA ES CERRADO USANDO CEMENTO DIESEL OIL
Cementos Expansivos.- Para algunas condiciones de fondo de pozo es
deseable tener un cemento que se expandirán a través del filtrado de lodo y de
Pozo productor
de agua y de
petróleo
Squeeze con
lechada de
cemento Diesel oil
El pozo produce
sólo petróleo
Pet-219 Arturo López G. Página 30
la tubería. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composiciones
que se expanden ligeramente cuando se ubican. Estas reacciones que causan
esta expansión son similares al proceso descrito en la literatura de cementación
como Ettringite. Ettringite es el proceso de formación de un cristal que toma
lugar entre los sulfatos y el aluminato tricálcico componente en el Cemento
Portland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 *
3CaSO4 * 32H2O) son tipo Portland a los cuales se les ha añadido un Anhídrido
Sulfoaluminato de Calcio (4CaO * 3Al2O3 * SO3), sulfato de calcio (CaSO4), y cal
(CaO).
FIGURA 2.6.- CRISTALES ETTRINGITE EN EL CEMENTO
Concurrentemente hay tres tipos de Cementos expansivos comerciales:
1. Tipo K.- Los cuales contienen Sulfoaluminato de calcio como
componente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de los
fabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, la
reacción creada por la hidratación de expansión es aproximadamente de
0.05 a 0.20%.
2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cemento
de alto C3Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un
10 a 15% de yeso. Las características expansivas son similares a
aquellas del tipo K.
Pet-219 Arturo López G. Página 31
3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la añadidura de pequeñas
cantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producir
fuerzas expansivas.
Hay otras formulaciones de cemento expansivo:
a) API Clase A (cemento Portland) conteniendo de un 5 a 10% de formas
semihidratadas de yeso. (Las características expansivas de los cementos
API Clase A y Clase H contienen yeso – sulfato de calcio – son
comparadas en la Tabla 2.12)
b) Cemento API Clase A, G, o H conteniendo cloruro de sodio en
concentraciones que van de un rango de 5% a la saturación.
La expansión es causada por las reacciones del silicato de cloro (Ver
Sección 3.9 para una discusión de otros beneficios de la sal.)
c) Cementos Puzzolánicos. Fuerzas expansivas son creadas cuando el
álcali reacciona con un cemento Clase A, G, o H para formar cristales de
Sulfoaluminato.
En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificación
en los estándares de la API para medir las fuerzas expansivas de los cementos.
La mayoría de los laboratorios usan la prueba expansiva de bar, empleando un
molde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento. La fuerza expansiva es
medida cortamente después de la ubicación del cemento por una base de
referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansión
máxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidráulica también han sido
usadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos.
Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementos
con alto contenido de alúmina fabricados con la mezcla de bauxita
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(aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertos
con crisol hasta que esté licuado. Dos de los más ampliamente usados
cementos con alto contenido de alúmina son los llamados Lumnite (fabricado
por Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra y
Francia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star
Lafarge Inc.). los análisis de estos materiales difieren de los cementos Portland
porque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricación del
Cemento Portland.
Los análisis típicos de estos cementos refractarios muestras que contienen
aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeñas cantidades de Silicato y
Hierro. Los Aluminatos de Calcio en estos cementos producen un
endurecimiento rápido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque de
químicos corrosivos.
Los cementos con alto contenido de alúmina son usados en pozos con
combustión in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 ºF
durante el proceso de quemado.
Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer las
condiciones individuales de cada pozo, pero las características de retardación
se diferenciarán de los cementos Portland. La adición de Cemento Portland a
los Cementos refractarios causarán una ubicación rápida además, cuando
ambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de forma
separada.
Cementos de Látex.- Mientras que el Cementos de látex es a veces clasificado
como un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos API
Clase A, G, o H con látex líquido o en polvo. Estos látex con químicamente
conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones de
feniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtrado
de una lechada de cemento en los pozos. El Látex líquido es añadido en
relaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El látex en polvo no
Pet-219 Arturo López G. Página 33
congela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportado
al lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el látex líquido son mostradas
en la tabla 2.13.
Cementos de Congelación Permanente.- Los problemas especiales aparecen
en el conductor de cementación y en la superficie de la cañería en medios
ambientes congelados. A través del Ártico hay formaciones con cojinetes de
hielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden ser
descritos como suelos congelados en algunas áreas y en otros como bloques
de hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente conveniente
usarlo para una colocación rápida, con un cemento con calor de hidratación
bajo que no derretirá el suelo congelado (Ver sección 14.10 – Ambientes
Congelados).
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FIGURA 2.7.- ÁREAS DE CONGELACIÓN PERMANENTE EN NORTE
AMÉRICA.
Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso y
de cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla de
cemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicará a los15ºF antes
de su congelamiento. Para la superficie de la cañería estas lechadas son
normalmente diseñadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, aún
así el desarrollo de dureza es un poco rápido y varía un poco a temperaturas
entre 20 y 80 ºF.
1.1. SUMARIO
En las últimas dos décadas, la estandarización de los cementos y su uso en los
campos ha sido grandemente simplificada. El número de clases API ha sido
reducido al punto que las Clases API G y H son las más ampliamente usadas.
Aproximadamente el 80% de los cementos usados en pozos en países no
comunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dos
clases. Aproximadamente el 65% del cemento hecho en los Estados Unidos es
el API Clase H (mayormente en las operaciones de la Costa del Golfo y en las
del Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido en
California y en áreas de montañas Rocky. El resto de cemento usado en pozos
son el Clase A (10%) o el Clase C (10%).
Congelación
permanente
Congelación
discontinua
Temperatura anual
Media
Pet-219 Arturo López G. Página 35
En operaciones internacionales, la mayoría del cemento usado en pozos es el
API Clase G (Canadá, Europa, Medio Este, Sud América, y el Este Lejano). Los
Cementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo el
mundo.
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TEMA II
ENSAYOS BASICOS RECOMENDADOS POR EL API
Competencia :El alumno tiene el conocimiento necesario del muestreo de los
aditivos, para la preparación de lechada en el laboratorio, analiza e interpreta los
diferentes ensayos sobre la lechada o el cemento fraguado. Analiza la Importancia
de cada uno de los ensayos básicos y los puede modificar de acuerdo a las
necesidades de la operación de cementación.
MUESTREO
Cuando se muestrea una determinado lote de cemento, tenemos que tomar una
muestra representativa del lote, por ejemplo se recomienda sacar muestra de 1
saco por cada 50 sacos de cemento.
El ASTM nos indica cual es la muestra más apropiada para el cemento. Para
efectuar ensayos simples se requiere de 11 kg de muestra, para ensayos completos
se necesita 107 kg; es recomendable llevar a laboratorio por lo menos un 25% más
de lo requerido.
Una vez que la muestra llega a laboratorio, es muy usado el método del cuarteo
para separar la muestra con la que se va realizar los ensayos.
En la mesada del laboratorio, se coloca una plancha de plástico.
Plancha Plástica
1 2
3 4
Mezclar
1+4
5 6
7 8
Muestra de cemento
Pet-219 Arturo López G. Página 37
Con la muestra seleccionada realizar los ensayos, siempre debe guardarse
muestras por cualquier reclamo que exista y sea necesario repetir el trabajo en un
segundo laboratorio.
PESO DE LA MUESTRA PARA LOS ENSAYOS
Métodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.
Cantidad para Ensayo Doble Kg.
Estabilidad 0.5 0.5
Finura 0.5 0.5
Contenido de Agua 1.1 1.1
Cantidad de Lechada 1.1 1.1
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Métodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.
Cantidad para Ensayo Doble Kg.
Presión Atmosférica 1.1 42.5
A Presión 1.1 42.5
Tiempo de Bombeabilidad
1.1 6.8
Tiempo de 1.1 6.8
Permeabilidad 1.1 1.1
Pérdida de Filtrado 1.1 1.1
Propiedades Reológicas 1.1 1.1
Durante el curso veremos los de mayor utilidad
2.1.- PREPARACIÓN DE LA LECHADA
EQUIPOS RECOMENDADOS POR EL API
- Balanza que pese con una precisión de 0.2 grs para pesar la masa de
cemento
- Los volúmenes de agua deben medirse en probetas
- Mezcladora de 2 velocidades.
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- Las muestras del cemento deben ser tamizadas por una malla # 30. Todo
material retenido debe ser separado y expresado en % P/P.
- El agua y el cemento para ensayos de referencia debe estar libre de CO2
deben tener una temperatura de 80 oF + 5 oF.
El % de agua que debe ser agregado es el que se indica en la tabla del
API.,para cada tipo de cemento.
COMPOSICIÓN DE LA LECHADA
Cemento Clase API
Agua por Peso de Cemento %
Galón Agua por saco
A y B 46 5.19
C 56 6.32
D,E,F y H 38 4.29
G 44 4.97
J *
*Lo recomienda el fabricante.
Veamos un ejemplo para cemento clase “A”
1 Sc = 94 Lb de Agua = 0.46 x 94 = 43.24 Lb
¼ Gal
Cuchilla
4000 – RPM- 12000
La Lechada se prepara en la mezcladora que
tiene una capacidad de ¼ gal. ( ≈ 1 lt.) El
recipiente es de material resistente a la
corrosión, las cuchillas deben cambiarse
cada vez que pierda el 10% de su peso.
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La densidad es:
D = M/V V agua = M/D = 43.24 Lb/8.33 lb/gal USA = 5.19 gal.
Para Bolivia:
110 Lb x 0.46 = 50.6 Lb. Donde: V = 50.6 Lb/8.33 Lb/gal = 6.07 gal (
Bolivia)
Nota:
El agregado de bentonita al cemento requiere del agregado de agua; por cada 1%
de bentonita, tenemos que agregar 5.3 % de agua. (Este valor puede variar con la
calidad de la bentonita). Siempre es necesario realizar un ensayo piloto.
Por ejemplo para lechadas preparadas con cemento clase A y que tiene un 6% de
bentonita, cuanto es el agua total que hay que agregar a la lechada.
% = (46 + 5.3 x 6)/100 = 77.8%
COMO SE PREPARA LA LECHADA
En el laboratorio de cemento tenemos:
CLASE DE CEMENTO
Volumen Lechada
Componentes A B
C D, E F, H
G
Gr. Gr Gr. Gr.
Agua 355 383 327 349
600 cc. Cemento 772 684 860 792
Forma de preparar
¼ Gal
4000 – RPM- 12000
Colocar el agua + 4000 RPM
En + -15 seg agregar el cemento.
-Subir las RPM a 12000 y agitar 35 seg.
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2.2.- DETERMINACIÓN DE AGUA LIBRE
La lechada preparada como se indicó, debe ser colocada en un consisto metro
atmosférico (base agua – baño maría)
20 `minutos ( 80 ° F )
Nivel Lechada
Paletas
Lechada
Nuevamente
mezclar a
12000 RPM a
35 seg.
Colocar en
probeta de
250 cc
Agua
Libre
Lechada
Dejar 2 Hrs. en reposo a 80° F
Eje con rotación
rotacion
Pet-219 Arturo López G. Página 41
El agua libre se la extrae con una pipeta o se la puede medir en la misma probeta. (
la probeta taparla con un papel )
Para los cementos clase G y H, no debe exceder al 1.4 %. Para los otros tipos de
cemento no hay requisitos. Para los pozos horizontales el agua libre debe ser =
0 cc. Se consigue agregando aditivos principalmente reductor de filtrado
2.3.- ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
El cemento requiere de una determinada resistencia a la compresión para soportar
una cañería.
En forma resumida indicaremos como se realiza este ensayo API.
PROCEDIMIENTO:
La lechada se la prepara como se la indico anteriormente, se usa moldes
recomendados por el ASTM, una prensa hidráulica recomendada por el API, Baños
para colocar la lechada de cemento en los moldes (envejecimiento), se introduce
los moldes en forma íntegra, hay dos tipos de baños:
1.- Un recipiente abierto a la presión atmosférica donde se introduce los moldes con
cemento, la temperatura es de 180 oF + 3 oF, debe contar con un sistema de
homogenización de temperatura.
2.- Un recipiente cerrado donde se coloca los moldes con la lechada, a To 380 oF
(193 oC) y la presión de hasta 3000 psi.
PERIODO DE CURADO
Es el tiempo transcurrido desde que los moldes son sometidos a las temperaturas
hasta que se saca los mismos para el ensayo de compresión.
Para los moldes curados a presiones atmosféricas, el periodo de curado comienza
cuando los moldes son colocados a los baños de curado y termina curado, se saca
los moldes para el ensayo de resistencia a la compresión.
Si la presión de curado es mayor a la atmosférica, el periodo de curado comienza
una vez alcanzada la presión referida.
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El periodo especificado de curado es de 8, 24 Hrs. con excepción del cemento “J”, que es de 12, 24
hrs, 7 días.
Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, lo cual
es necesario para soportar la cañería. Muchos trabajos de investigación han
demostrado que un anillo de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia a
la tensión puede soportar hasta 200 pies de cañería, aun bajo condiciones de pobre
adherencia del cemento.
Debido a que el ensayo de resistencia a la compresión son mejor analizados que la
resistencia a la tensión, tenemos como regla que la R.T es de 8 a 10 veces mayor
que la resistencia a la compresión. Ejemplo:
10 psi de R. T. = 100 psi de R. Compresión
Baño de Curado
Molde lechada
Presión aplicada prensa
Hidraulica
4000 Lb / pulg2. / Min.
Molde Curado
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En la industria petrolera se acepta que 500 psi de resistencia a la compresión,
garantiza continuar con las operaciones después de realizar la cementación.
Entonces con la resistencia a la compresión del cemento fraguado nos
contestamos la pregunta ¿Qué tiempo debemos esperar para continuar
operaciones luego de realizado una cementación de una cañería?
Debemos esperar el tiempo en que la resistencia a la compresión es de 500 psi. En
ingles se dice “WOC” time
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El gran problema de determinar la resistencia a la compresión en la prensa
hidráulica es que es destructiva y además es dificultoso que todos los moldes
salgan iguales uniformes.
Hoy en día se mide la resistencia a la compresión en el analizador ultrasónico del
cemento “UCA” “Ultra Sonic Cement Analyzzer”
Con este aparato determinamos el desarrollo de la resistencia a la compresión de
las lechadas en forma continua una única muestra es sometida a baja presión y
temperaturas, simulando las condiciones de fondo de pozo (temperatura y presión)
Se coloca la lechada de cemento a ser ensayada, se ajusta a las condiciones de
fondo de pozo. Se hace pasar una señal acústica a través de la muestra del
cemento. Así como la resistencia del cemento se incrementa con el tiempo de
fraguado, más rápida será la velocidad de la señal acústica atravesando la muestra.
Una computador con sistema Windows con el software mide los tiempos de transito
de la señal en función del tiempo o interpolar los valores de la resistencia de la
compresión.
Mediante este método pueden conocer el tiempo en alcanzar el fragüe inicial (50
psi), podemos alcanzar el fragüe final o cualquier otro valor intermedio que
deseemos.
Hay aparatos que permiten trabajar hasta con 8 muestras simultaneas; pero con
tiempo de 999 horas; 20000 psi y 400 oF.
Es importante mencionar que el software que tiene computadoras fue desarrollado a
partir de ensayos distintos con la prensa hidráulica.
Señal acústica Computador
Control presión
Manta
calefactora
Transmisor Ultrasónico
Lechada
250 cc.
Receptor
ultrasónico
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Cemento clase “H”– 35% Silica Floor (Aditivo) Densidad = 15.0 lb/gal Temp. = 350 ° F Presión = 3500 Psi
4 8 12 16 20
2000
500
Tiempo (Hrs)
Psi
4 8 12 16 20
2000
500
Tiempo (Hrs)
Psi Cemento clase “H” 0% Silica Floor
Densidad = 15.6 lb/gal Temp. = 350 ° F
Presión = 3500 Psi 15.6 lb/gal
Retrogresión del cemento
por efecto de To
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FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO
DE 2 PULGADAS.
Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, lo
cual es necesario para soportar la cañería en el pozo.
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Para decidir cuánto tiempo se esperará para que el cemento se fragüe (para
seleccionar un tiempo WOC), es importante:
1. Conocer cuán fuerte debe ser el cemento antes de que la perforación
pueda empezar, y
2. Entender las características de desarrollo de la dureza de los cementos
en uso común.
Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8
y conocer qué temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la
fuerza. Para aplicar la información de dureza o fuerza del laboratorio
apropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener
algún conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHST´s en
la mayoría de las áreas geográficas han sido razonablemente bien definidos
mediante el uso de datos isotérmicos de superficie con profundidades y
gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados mediante
estudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.
La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no
igualará a la temperatura de formación, de hecho, esto incluso no tiene un valor
constante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo
las temperaturas del fluido de perforación, lechada de cemento y el fluido
desplazado, tanto como el calor de hidratación del cemento.
Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener
la cañería está basada en el estudio y la experiencia del campo:
1. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la
cañería durante la perforación, y con un incremento de la densidad de la
lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerza
compresiva es disminuido.
2. La densificación incrementa tanto la dureza como el calor de hidratación
del cemento.
3. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultarán
un débil cemento fraguado y por eso se deben evitar alrededor de la
parte baja de la cañería.
4. Con la selección de los cementos apropiados y con buenas prácticas de
cementación, el tiempo WOC para cañería de superficie pueden ser
reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas y
de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.
Pet-219 Arturo López G. Página 49
TÉCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA
La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medición
de la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva
ilimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza
compresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por más de 40
años para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherencia
del cemento a la cañería y/o a la formación. Correlaciones comparativas han
sido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerza
compresiva para producir la relación mostrada en la figura 4.9.
Una técnica más nueva y más popular para predecir la fuerza y los tiempos
WOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acústicas y ultrasónicas.
El analizador de cemento ultrasónico (UCA) continuamente monitorea la dureza
desarrollada por cualquier composición de cemento dada (figura 4.10). Una
lechada simple es desplazada en una célula que está bajo condiciones que
simulan la presión y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidad
ultrasónica del cemento son empezadas durante el estado fluido y continuado
durante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza parcial o final
desarrollada.
Pet-219 Arturo López G. Página 50
FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE
CEMENTO FRAGUADO.
FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASÓNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRÁFICOS PARA
EL DESARROLLO DE LA DUREZA.
FUER
ZA D
E A
DH
EREN
CIA
– P
SI
FUERZA COMPRESIVA – PSI
No es bueno una fuerza compresiva mayor a los 4 000 psi
- Cemento Puro - Cemento con 2% de cloruro de calcio - Cemento gel 4%
Pet-219 Arturo López G. Página 51
Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta
que la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del
fraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador
de gráficos vs. Tiempo en cualquier punto de interés (figura 4.11).
FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO
FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASÓNICO.
Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal Fu
erz
a C
om
pre
siva
(p
si)
Tiempo (días)
Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal 4% bentonita – 2% cloruro de calcio – 13.5 lbm/gal
Fue
rza
Co
mp
resi
va (
psi
)
Tiempo (días)
Pet-219 Arturo López G. Página 52
El UCA funciona con poca atención aparte del operador desde el inicio hasta el
final. La misma información de los estándares API sobre las pruebas para
aplastar la fuerza compresiva requeriría la curación de una multitud de
especímenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin
garantía de que la primera prueba sería lo suficiente corta o la prueba final lo
bastante larga para proveer con exactitud la información crítica del trabajo (ver
figura 4.12).
Las investigaciones han demostrado que una capa de cemento en un
anillo de 10 pies, teniendo solamente 8psi de resistencia a la tensión,
puede soportar más de 200pies de cañería, aun bajo pobres condiciones
de adhesividad del cemento. Al fijar la cañería de superficie cuando sean
requeridas elevadas cargas de trepano para retirar el equipo de flotación,
se ejerce una carga adicional a través de la cañería y la capa de cemento.
La Tabla 4 muestra las longitudes mínimas de cañería, y medidas de
portamechas que pueden ser soportados por una columna de cemento de
10 pies con una resistencia a la tensión de 8 psi.
TABLA - 4
Longitud de la cañería y medida de portamecha soportados por una columna de cemento
de 10 pies de longitud con 8psi de resistencia a la Tensión
Casing Portamechas -Medida (Pulg) Longitud Casing
(Pies)
Medida (Pulg) Libraje (lb/ft) OD ID
7
8-5/8
10-3/4
13 3/8
17,00
24,00
32,75
48,00
4-3/4
6-1/4
6-3/4
9
2
2-1/4
2-7/8
3-1/4
94
67
72
50
Pet-219 Arturo López G. Página 53
2.4.- TIEMPO DE BOMBEABILIDAD O DE ESPESAMIENTO
Una de las mayores preocupaciones cuando vamos a realizar una cementación es
conocer porque tiempo puede estar bombeable la lechada, para contestar a esta
pregunta el API, nos recomienda el ensayo de determinación del tiempo de
bombeabilidad, el cual se realiza el consistometro presurizado en cual podemos
simular las condiciones de F.P, ( 500 °F y hasta 40000 psi)
El consistometro es esencialmente un recipiente cilíndrico que contiene la lechada
dentro de este cilindro hay unas paletas estacionarias, todo está encerrado en una
cámara de presión, que tiene un aceite mineral recomendado por el API, esta
cámara está provista de un sistema de calentamiento que eleva la temperatura en 5
°F / min, el recipiente gira a 150 rpm, la consistencia de la lechada está indicada por
la deformación de un resorte calibrado que está conectado a la paleta que está en
contacto con la lechada. Mientras aplicamos calor y presión la lechada va ganando
consistencia que se transmite al resorte este resorte lo transforma en voltios.
Él limite de bombeabilidad de la lechada es cuando el equipo alcanza las 100 Bc (
Unidades de Barden, o unidades de consistencia), el equipo estos valores los va
graficando en forma automática y nos da el grafica mostrado en la parte inferior.
Se sabe que cuando tenemos 11 Voltios corresponde a las 100 Bc
También conocemos que cuando tenemos 8 voltios tenemos 70 Bc
Las recomendaciones especificas de Tb, depende del tipo de trabajo, condición del
pozo, del volumen de lechada que se va bombear, por ejemplo cuando las cañerías
a cementar no pasan de 3000 m, el tiempo de bombeabilidad suficiente es de 3.0 –
3.5 horas, con este tiempo tenemos un factor de seguridad adecuado, en cambio
otros cementaciones, por ejemplo para colocar tapones de cemento solo
necesitamos 90 a 120 minuto de tiempo de bombeabilidad.(el tiempo de
bombeabilidad se puede modificar con aditivos).
Pet-219 Arturo López G. Página 54
En la foto mostramos el consistometro presurizado.
Pet-219 Arturo López G. Página 55
COLOCAR UNA COPIA DE UN TIEMPOD DE BOMBEABILIDAD
Importante es saber que la temperatura para la determinación del tiempo de bombeabilidad
es la temperatura de circulación y no la estática de fondo de pozo, lo que se hace es
conocer la temperatura estática de fondo de fondo pozo y luego de graficas que relacionan
la temperatura estática y la de circulación calculamos de la circulación para realizar el
ensayo API, hay que considerar el gradiente térmico de la zona.
( Se utiliza la temperatura de circulación, por que como vamos a ver el próximo tema,
antes de bombear la lechada se tiene que circular para acondicionar el lodo por lo menos
unas 6 horas como mínimo y esto hace que la temperatura en el fondo de pozo sea la de
circulación, ver grafico a en la parte inferior).
Pet-219 Arturo López G. Página 56
2.5.- AGUA PARA PREPARAR LA LECHADAS
La función principal del agua en una lechada de cemento es humedecerlo y
transportar la lechada al EA. Muchos trabajos de cementación han salido mal por
las impurezas que tenía el agua. Idealmente el agua para preparar la lechada
debería estar limpia y clara libre de químicos solubles , arena ,limo , material
Pet-219 Arturo López G. Página 57
orgánico soluble , material alcalino o cualquier otro contaminante ; esto no siempre
es posible dado que las fuentes de agua en los pozos es de distintas fuentes , sin
embargo aguas hasta con 500 ppm de sólidos suspendidos puede ser utilizada
sin problemas.
Los materiales inorgánicos tales como /( Cl- , CO3= ,CO3H- , SO4
= , OH- )
,pueden acelerar el frague del cemento , la velocidad de aceleración depende
de la concentración .
El agua de mar como contiene de 30000 a 43000 ppm de sólidos solubles acelera el
frague , esto puede ser neutralizado usando aditivos para retardar el frague.
Las impurezas del agua originan en las lechadas espuma lo que dificultad
alcanzar la densidad requerida. El agua potable es lo recomendado siempre
que las condiciones lo permitan.
Por ser tan importante el agua RECORDAR QUE LOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN
EN LOS LABORATORIOS DEBEN REALIZARSE CON EL CEMENTO QUE TENEMOS
EN CAMPO Y CON EL AGUA QUE VAMOS A UTILIZAR PARA PREPARAR LA
LECHADA EN EL POZO.
CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA
En la cementación primaria, la lechada de cemento debe tener una viscosidad o
cedencia que permita el desplazamiento del lodo más efectivo del EA y nos
permita una buena adherencia entre la formación y la cañería.. Para alcanzar
esto, la mayor parte de las lechadas son mezcladas con una cantidad de agua
que proporcionará un volumen fraguado igual al volumen de mezcla sin la
separación libre de agua. El tamaño de partícula, área de superficie, y todos los
aditivos influencian en la cantidad de agua requerida para que la mezcla
alcance una viscosidad particular en una lechada dada. Hay rangos de
viscosidad para lechadas de cemento dadas y rangos de viscosidad que indican
cuán espesa puede ser una mezcla y permanecer bombeable bajo condiciones
de pozo dadas para el fraguado. Estas cantidades de agua son dadas en
términos específicos, definidas como sigue:
Pet-219 Arturo López G. Página 58
Agua Máxima.- es la cantidad de agua para la mezcla de cualquier
composición de cemento que dará un volumen al fraguado igual al volumen de
la lechada con más de 1½% de agua libre separada. Esto es medido mediante
una prueba de asentamiento (figura 4.5) con unos 250 ml graduados después
que la lechada ha sido agitada en un probador de tiempo de espesamiento
atmosférico. El agua máxima es la cantidad usada para la mayoría de las
cementaciones porque el máximo rendimiento o “fill-up” (llenado) es necesario
para cada saco de cemento.
FIGURA 4.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO API CON CEMENTO API
“CLASE G” A DISTINTAS RELACIONES AGUA DE MEZCLA – CEMENTO
Agua Normal.- Es la cantidad de agua mezclada que alcanzará una
consistencia de 11 Bc´s (unidad de consistencia) medida en un probador de
tiempo de espesamiento atmosférico después de 20 minutos de agitación. La
API usa unidades de consistencia porque los valores obtenidos no son
verdaderos valores de viscosidad (poise). Bc´s están basados en un torque o
resistencia en lugar de la separación de agua. El agua normal es a veces
llamada “agua óptima” porque provee una buena bombeabilidad a la lechada.
Agua Mínima.- Es la cantidad de agua mezclada que dará una consistencia de
30 Bc´s luego de 20 minutos de agitación. Esta nos dará una lechada bastante
espesa que puede ser usada, por ejemplo, para controlar pérdidas de
circulación.
Cemento API Clase A
Pet-219 Arturo López G. Página 59
La relación agua – cemento, volumen de la lechada, y volumen del fraguado
están cercanamente relacionadas al tamaño de partícula o área superficial de
un cemento (ver tabla 4.6). Para la mayoría de las Clases API, el tamaño de
partícula y los requerimientos de agua para obtener ciertos niveles de dureza,
retardación, bombeabilidad, etc., son específicos. Los estándares de la API no
clasifican el grado de fineza de los cementos Clase G y H, pero especifican la
cantidad de agua mezclada y el agua libre deducida, la cual es controlable
mediante el grado de fineza del cemento.
En una columna de cemento, el exceso o agua libre puede juntarse en
cavidades en lugar de separarse y migrar a la cima de la columna. Las pruebas
realizadas en una columna de cemento de 16 pies, con 1 pulgada en el espacio
anular mostró que un cemento con un área superficial de 1 500 cm2/g, mezclado
con una lechada de densidad 15.4 lbm/gal, formó un tapón sólido de cemento
por encima de la columna. Cuando el cemento era mezclado con más agua
(15.1 lbm/gal), el agua libre separada entraba en cavidades horizontales de
agua limpia cuyo diámetro era de ½ a 1½ pulgadas. Las cavidades empiezan a
formarse alrededor de 15 minutos después de que la lechada de cemento fue
introducida a la tubería.
Pet-219 Arturo López G. Página 60
Esto debe ser enfatizado ya que un incremento en el contenido de agua
permitirá un tiempo de bombeabilidad más largo y aumenta el asentamiento
del cemento, el agua nunca debe ser incrementada a menos que el cemento
sea mezclado con bentonita o un material similar para justificar el exceso de
agua. El exceso de agua siempre produce un cemento más débil con baja
resistencia a la compresion
EFECTO DEL AGUA DE MEZCLADO SOBRE EL CEMENTO
Tipo ensayo : 2000 m – cementación de cañería de 9 5/8”
Tiempo de curado : 24 horas
Temperatura curado : 95 °F
presión de curado : 5000 psi
Tipo de agua Tiempo de bombeab. Res. Compresión
( Hrs : min ) (Psi )
Agua corriente 2 :34 2150
Agua corriente
+ 2200 ppm CO3= 1:18 2300
Agua de mar 1:52 2610
2.6.- GRANULOMETRIA ( MOLIENDA DEL CEMENTO )
Hay muchas metodologías para determinar la granulometría del cemento ,
vamos a mencionar algunas
Pet-219 Arturo López G. Página 61
TAMIZACION (API)
Malla 20 Tamaño de la partícula 850 micrones
Malla 325 Tamaño de la partícula 44 micrones
TURBIDIMETRO- WAGNER (ASTM)
MICROSCOPIA
Se elaboran curvas granulométricas con rayo Láser
DETERMINACIONES ANALÍTICAS DE TAMAÑO DE PARTICULA
Técnicas comunes
Analíticas
Tamaño de partículas
Micrones
Dimensión medida
Microscopia Electrónica 0.001 a 5 Área proyectado
Diámetro estadístico
Microscopia de Barrido 0.1 a 100 Área proyectado
Diámetro estadístico
SEDIMENTACION
Método de pipetas 3 a 60 Diámetro de Stokes
Método de centrifuga 3 a 10 Diámetro de Stokes
RASTREO O BARRIDO DE
FLUJO
Contador Coulter 1 a 100 Volumen proyectado
Contador HYAC 2 a 100 Volumen proyectado
Fotómetro 0.3 a 10 Volumen proyectado
Pet-219 Arturo López G. Página 62
Veamos una curva granulometría de un cemento API G , fabricado por Loma Negra
Argentina. ( ver tamaño más grande las partículas)
La actividad química del cemento, por lo tanto la capacidad de adquirir el poder
aglomerante, cohesivo y el desarrollo de la resistencia del cemento fraguado
depende la superficie de reacción que aumenta a medida que disminuye el tamaño
de la partícula del cemento.
Estudios de investigación han mostrado que una partícula se hidrata a solo
0.1 mm, esto significa que partículas de cemento con diámetros mayores a 0.2
mm, en el centro de la partícula no ocurrirá la hidratación del cemento por lo
tanto esto es como un material inerte.
Pet-219 Arturo López G. Página 63
Es importante entender lo del tamaño de la partícula, porque nos
hace entender que no debemos utilizar cementos que presentan
bolas, terrones etc, dado que no podremos tener una buena
lechada.
2.7.- DENSIDAD DE LAS LECHADAS
La densidad de la lechada es una propiedad muy importante, debemos medirla en
el campo de la manera más exacta posible. Las lechadas de cemento pueden
prepararse en gran rango de densidad, va depender de cada situación de los pozos
( principalmente, sí la cañería a cementar estará en formaciones con presiones
porales subnormales, o anormales). En nuestro país en un mismo pozo se utiliza
lechadas más livianas que el agua y lechadas densificadas con baritina y/o
hematita.( los mega campos San Alberto , Sábalo , Margarita )
Pet-219 Arturo López G. Página 64
Veamos el siguiente cuadro
Lechada cemento
lb/gal
Vol. Aproximado
Agua – gal/saco
Aditivo Concentración
Lbs/saco de cto
6.0 –10.0 6.0 N2 *
9.0 –10.0 9 - 11 Esferas , vidrio
plásticas
30 –40
11.0 25 Tierras diatomeas 40
12.0 13 Bentonitas
+diatomeas
12 + 1
13.0 10.5 Bentonita 8
14.0 6.0 Puzzolanas 50
15.0 5.8 Ninguno 0
16.0 4.4 Ninguno 0
17.0 4.0 Dispersante 1
18.0 4.0 Dispersante +
baritina
1 + 12
19.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+28
20.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+46
21.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+71
ES IMPORTANTE INDICAR QUE YPFB EN EL AÑO 1988 EN EL CAMPO PARAPETY ,
CON LA COMPAÑÍA DOWEL SCHLUMBERGER INTENTO PREPARAR UNA LECHADA
CON DENSIDAD DE 23 LB /GAL , DENSIFICADO CON HEMATITA , LA OPERACIÓN
FUE UN FRACASO POR QUE NO SE LOGRO TENER UNA DENSIDAD PERMANENTE
LE FALTABA GELES A LA LECHADA PARA SUSPENDER A LA HEMATITA.
Pet-219 Arturo López G. Página 65
La densidad se puede medir con la balanza de lodo , con la balanza presurizada de
Halliburton , los camiones tienen un densímetro Nuclear.
Cuando medimos la densidad de la Lechada con la balanza de lodos, tenemos una
medición por defecto, esto se debe a que las lechadas atrapan mucho aire cuando
se las está preparando. La balanza presurizada de Halliburton nos da una lectura
más real de la lechada de cemento, en realidad es una variante de la balanza de
lodos, con la salvedad que con una bomba manual se llena la tasa de la balanza
obligando a desalojar el aire de la lechada, sin embargo es más dificultoso su uso. (
ver fotos )
Pet-219 Arturo López G. Página 66
Los camiones de las compañías de servicios de cementación tienen un densímetro
Nuclear incorporado al camión, que puede medir la densidad a medida que sé esta
bombeando la lechada al pozo ( Da una medida más exacta de la densidad que los
otros instrumentos ya mencionados, ver la tabla de la parte inferior)
La densidad de la lechada durante la cementación se la muestra en una
pantalla digital y la registra en una cinta, esto trabajo con una fuente
radiactiva de Cesio -137, el cual está fijado en la línea de descarga donde la
lechada está sometida a altas presiones, el aire entrampado es minimizado y
de esta manera tenemos una medida más exacta de la densidad de la lechada.
Veamos ahora para una misma lechada como varia el valor en función como
midamos la densidad.
Pet-219 Arturo López G. Página 67
Densidad teórica
en lb/gal
Balanza de lodo
Lb/gal
Balanza
presurizada lb/gal
Densímetro
Nuclear
11.1 9.90 10.9 11.2
13.3 12.8 13.2 13.4
19.0 18.2 18.3 19.1
19.5 18.3 19.2 19.5
2.8.- CONTROL DE FILTRADO
El control de filtrado de las lechadas de cemento es muy importante en pozos
profundos, durante la cementación de Liner, para efectuar cementaciones a presión
SQUEZZE, o cuando vamos a cementar la cañería de producción, la lechada que
esta frente a la zona potencialmente productora de hidrocarburos debe tener un
bajo filtrado.
La perdida de filtrado de una lechada en una zona permeable puede originar debido
a la perdida de agua, que la lechada levante su reología, va originar
inmediatamente un revoque grueso, que puede cambiar el tipo de flujo de la
lechada. Los factores que influyen en la perdida de filtrado de la lechada es la
presión, temperatura, la permeabilidad del revoque, la permeabilidad del reservorio.
El API ha especificado lo siguiente:
El equipo donde se realiza el ensayo es muy parecido al equipo donde se
realiza el ensayo de filtración para el lodo HPHT
El filtrado es el volumen de agua que se obtiene, después de 30 minutos que
la lechada a sido sometida en la celda de filtración a 1000 psi, y la
temperatura fijada por nosotros.
Ver la figura de abajo que -+ nos explica como se realiza el ensayo.
Pet-219 Arturo López G. Página 68
Para una lechada de cemento sin aditivo para controlar el filtrado, el valor de su
filtrado API es mayor a 1000 cc, en estos casos se observa que una vez que uno
aplica los 1000 psi a la lechada que está en la celda esta se deshidrata
completamente en menos de un minuto.
Se acepta la siguiente formula empírica para estimar la perdida de filtrado de una
lechada en un determinado tiempo.
FT x 5.477
F30 = -------------
T1/2
F30 = Filtrado a 30 minutos
FT = Filtrado en un tiempo T
Pet-219 Arturo López G. Página 69
El control de filtrado se lo realiza agregando a la lechada aditivos que se
llaman reductores de filtrados en una concentración del orden del 0.6 al 2.0
%. Para cementar zonas productoras un valor optimo del valor de filtrado es
de 50 a100 cc.
Además es importante indicar que el filtrado de la lechada es muy alcalino ph
> 12, esto origina que si el matriz de la arena productora tiene arcilla, la va a
dispersar y generar finos, lo q trae como consecuencia el daño a la formación
produciendo baja producción de hidrocarburo
CONTROL DE FILTRADO
El control de filtrado en la lechada de cemento es muy importante en la
cementación de liners profundos y en cementaciones Squeeze. La pérdida de
filtrado a través de un medio permeable causarán un incremento en la
viscosidad de la lechada y una rápida disposición del revoque de lodo,
restringiendo así el flujo. Los factores que influencian la pérdida de filtras de
las lechadas de cemento son el tiempo, presión, temperatura y
permeabilidad. Para medir las características de filtración de las lechadas
de cemento las especificaciones de la API estandarizaron una prueba de
30 minutos a 100 o 1 000 psi.
El procedimiento de la API usa un filtro ensamblado (figura 4.20A y 4.20B) que
consta de una armazón, un cilindro, y una malla de 325 mesh sostenida por una
malla de 60 mesh como un medio de filtración. Una camisa de calefacción hace
posible el simular las temperaturas de formación. Para simulas el
desplazamiento al fondo de pozo, las lechadas pueden ser bombeadas por un
probador de Tiempo de espesamiento a una cierta presión o sin presión en un
tiempo dado antes de que éste sea removido o vertido dentro de una celda de
filtrado.
Pet-219 Arturo López G. Página 70
FIGURA 4.20A.- EQUIPO DE PRUEBA API PARA PÉRDIDA DE FLUIDO PARA MEDIR LOS FLUJOS
DE FILTRACIÓN DEL CEMENTO.
FIGURA 4.20B.- PRUEBA DE FILTRACIÓN DE LAS LECHADAS DE CEMENTO (IZQUIERDA: LA
PÉRDIDA RÁPIDA DE AGUA DEJA UN REVOQUE DE LODO GRUESO; DERECHA: EN 30 MINUTOS
DE PÉRDIDA DE AGUA CONTROLADA DEJA UNA LECHADA CON REVOQUE DELGADO.
Una versión más nueva del Estándar API para la cámara de pérdida de fluido es
un dispositivo de agitamiento que permite la medición de la pérdida de fluido de
una lechada de cemento a condiciones de fondo de pozo después de un
simulado tiempo de desplazamiento. Luego la lechada es colocada dentro de la
Pet-219 Arturo López G. Página 71
cámara, se le aplica presión y la lechada es agitada y calentada
simultáneamente a BHCT y mantenida allí durante el tiempo de desplazamiento
necesario. La temperatura máxima de operación es de 400 ºF y la presión es
usualmente de 1 000 psi. Después de un tiempo de bombeo simulado, la
cámara es invertida y se inicia la prueba de pérdida de fluido. Se le aplica una
presión diferencial a través del medio del filtro y el volumen filtrado es recogido.
Si la temperatura de la prueba de más de 200 ºF, el filtrado debe ser recogido
de una o dos formas:
1. Bajo presión (usualmente 100 psi), o
2. Con un serpentín enfriador que condensa el vapor a agua antes de su
recolección.
Una vez es recogido el filtrado, un valor API de pérdida de fluido es determinado
por las mismas técnicas usadas por la prueba de pérdida de fluido estático.
Se consigue normalmente controlar la filtración de una lechada de cemento
mediante la adición de polímeros de cadenas largas en concentraciones de 0.6
a 1.0 % por peso del cemento. (Ver tablas 3.26 y 4.15).
Las lechadas de cemento que tienen valores de pérdida de fluido de laboratorio
de 50 a 150 ml en 30 minutos son comúnmente usadas en cementaciones
Squeeze. En la cementación de liners profundos, la pérdida de fluido API puede
llegar a los 300 ml.
Pet-219 Arturo López G. Página 72
2.8.- PERMEABILIDAD
Aunque se dé sólo un leve énfasis a la permeabilidad del cemento
fraguado durante el diseño de la lechada de cemento, hay formas de
medirla tanto para agua como para gas. El API ha especificado un sistema
estándar que involucra el uso de un permeábilimetro (figura 4.19).
FIGURA 4.19.- DISPOSITIVO PARA MEDIR LA PERMEABILIDAD DE UN CEMENTO API.
Agua
Pipeta Medidora
Mercurio
Cápsula Retenedora
Cilindro Retenedor
Base Retenedora
Argolla en O
Molde (ver detalles)
Regulador de Presión
Pet-219 Arturo López G. Página 73
Los cementos fraguados tienen muy poca permeabilidad – de hecho más bajas
que las formaciones mayormente productoras. Datos han mostrado que a
temperaturas menores de 200 ºF la permeabilidad del cemento decrece con el tiempo y la
temperatura. Después de 7 días de curado, la permeabilidad es usualmente
muy baja como para medirla.
La permeabilidad del cemento fraguado con gas es normalmente mayor que la
con agua, pero las medidas de formación son menos confiables porque es difícil
de obtener buenas muestras representativas para medir el flujo de gas. Los
cementos que se han fraguado en un tiempo de 3 a 7 días tienen una
permeabilidad de gas menores de 0.1 md. La dolomita y la caliza tienen una
permeabilidad aproximada de 2 a 3 md y las calizas pelíticas usualmente tienen
una permeabilidad muy baja. La arenisca tiene una permeabilidad de gas dentro
de un rango de 0.1 a 6 000 md.
Los resultados están presentados por la Ley de Darcy
K = 14700 Q µ L / A P
K = Permeabilidad, en md
Q = Velocidad de flujo , ml/seg
µ = Viscosidad del agua , cp
L = longitud de la muestra , cm
A = Área de la sección cruzada de la muestra
P = Presión diferencial , psi
Pet-219 Arturo López G. Página 74
TEMA III
ADITIVOS DE CEMENTACION
Competencia: El alumno analiza y determina que aditivos debe tener la lechada
para conseguir alguna propiedad especial, que le garantice una operación de
cementación exitosa.
3.1.- INTRODUCCION
Los pozos en la industria petrolera
cubren un amplio rango de
condiciones de profundidad y
temperatura más que en cualquier
otro tiempo en la historia. Los
componentes de la cementación
están regularmente para (1)
condiciones bajo congelamiento en
las zonas de congelamiento en
Alaska y Canadá. (2) temperaturas
arriba de 500ºF en pozos profundos
(3) temperaturas de 450ºF a 500ºF en
pozos de vapor (4) temperaturas de
1500 a 2000 ºF en pozos de
inundación de fuego . Rango de
presiones atmosféricas de 30 000 PSI
en pozos extremadamente profundos.
Ha sido posible moldear el amplio
rango de condiciones solo atraves del
desarrollo de aditivos para modificar
la disponibilidad del cemento Pórtland
para los requerimientos de cada pozo
individualmente.
Hoy en día hay más de 60 aditivos
usados con variadas clases de API
de cemento para proveer condiciones
optimas a la lechada para cualquier
condición de fondo de pozo .
Con la llegada del cemento básico (
API clase G y H ) y el equipo de
mezcla de cemento a granel , el uso
de aditivos se ha vuelto más flexible y
simple. Las lechadas de cemento
ahora pueden ser modificadas para
específicos requerimientos de pozo
alrededor del mundo.
Prácticamente todos los cementos en
su uso corriente son polvos para flujo
libre que han sido mezclado seco
con el cemento antes de transportarlo
al pozo. Como sea es necesario, la
mayoría de ellos están dispersados
en la mezcla con agua en el lugar del
trabajo o adquisición de las
compañías de servicio en una forma
líquida.
Dependiendo de cómo sean
seleccionados los aditivos pueden
afectar las características de la
lechada de cemento en varias
formas. Algunos ejemplos.
Pet-219 Arturo López G. Página 75
1.-Densidad con rango de 6 a 21
lb/gal
2.-Fuerza compresiva con rango de
200 a 20 000 PSI
3.-Tiempo de frague puede ser
acelerado o retrasado para producir
cemento que va a ser fraguado con
pocos segundos o poco fluido con un
máximo de 36 horas
4.-Las filtraciones de cemento
pueden ser bajadas un poco como 25
cm3/30 min. Cuando sean medidos
en una malla de 350 mesh y una
diferencial de presión de 1000 PSI.
5.- Las propiedades de flujo pueden
variar en un amplio rango
6.-Puesto el cemento puede variar su
resistencia a la corrosión por
densificación o por variantes en su
composición química
7.- Productos granulares fibrosos,
celulósicos puede agregarse alas
lechadas para controlar las pérdidas
de circulación
8.-Elasticidad puede ser puesta en
los cementos por incorporación de
fibras muy finas en la lechada de
cemento. (Actualmente se está
usando en los mega campos)
9.- La permeabilidad puede ser
controlada en bajas temperaturas de
pozo por densificación y temperaturas
debajo de 230 ºF por densificación y
el uso de silica flour.
10.-Los costos pueden ser reducidos
dependiendo de los requerimientos
del pozo y las propiedades deseadas.
11.-El frague del cemento puede ser
expandido un poco con el uso de
cloruro de sodio o yeso o ambos
12.-el calor de hidratación (el calor
liberado durante el proceso de frague
) puede ser controlado con el uso de
arena o bentonita en combinación
con el agua.
Los aditivos de cementación están
clasificados:
1.-Aceleradores
2.-Aditivos livianos
3.-Aditivos pesados
4.-Retardantes
5.-Agentes de pérdida de
circulación
6.-Agentes de control de filtrado
7.-Reductores de fricción
8.-Materiales especiales
ACELERADORES DE CEMENTO
Las lechadas de cemento para ser
usadas a poca profundidad,
formaciones de baja temperatura
pueden requerir una aceleración de
tiempo de sedimentación y para
Pet-219 Arturo López G. Página 76
incrementar rápido la fuerza
particularmente las temperaturas de
las formaciones esta debajo de 100ºF
.usando aceleradores , cemento
básico , y una buena práctica
mecánica en unas 4 horas la fuerza
de 500 PSI puede ser desarrollada.
Esta fuerza es generalmente
aceptada como la mínima para la
ligación y soportar la tubería.
Los aceleradores de uso común
están tabulado en la tabla.
Cemento + material pesado 16 a 21
Cemento densificado 16 a 17
Cemento + sal 15 a 17
API case G o H 15 a 16
Pozzolan + cemento 13 a 15
Cemento + bentonita 12 a15
Cemento + esferas 8 a 13
Cemento + nitrogeno 6 a13
Peso de la lechada #/gal
ACELERADOR MONTO USADO
Cloruro de calcio 2 a 4
Cloruro de sodio 3 a 10
Yeso en forma semihidratada 20 a 200
Silicato de sodio 1 a 7.5
Dispersantes de cemento 0.5 a 1
Agua de mar ---
Pet-219 Arturo López G. Página 77
CLORURO DE CALCIO.-el cloruro
de calcio es el más usado y el más
efectivo de los aceleradores .es un
material muy higroscópico y
disponible en forma de hojuela y
polvo en la forma
Regular tiene 77% de cloruro de
calcio., y en la forma de hojuela tiene
un 96% de anhídrido. En el anhídrido
la forma de hojuela es un uso más
general por que puede absorber
humedad sin quedar lleno de grumos
y es más fácil almacenarlo.
Normalmente de 2 a 4%de cloruro de
calcio basado en el cemento es
usado dependiendo de las
condiciones del pozo. En algunas
instancias el 4% de cloruro de calcio
es usado con mezcla de cementos
requiriendo altos relación de agua
donde grandes volúmenes de agua
diluye la concentración de los
aceleradores. Las concentraciones de
cloruro de calcio en exceso de 6wt%
de cemento no ofrece ninguna
ventaja.la reacción ante estas
concentraciones con cementos a
bajas temperaturas es impredecible.
CLORURO DE SODIO.- cloruro de
sodio comúnmente llamado sal es un
efectivo acelerador para los cementos
mas trabajados una concentración de
1.5 a 5.0 wt% de cemento. Dos de
3.5 % dan una máxima aceleración,
excepto cuando la lechadas de alto
relación de agua está siendo usada.
bajos porcentajes de los
aceleradores de cloruro de sodio ,
pero altas concentraciones que son
usadas para saturar las mezclas de
agua que retardaran el frague del
cemento . Aunque el cloruro de sodio
no produce el grado de aceleración
que se consigue con el cloruro de
calcio puede ser usado cuando
alguna aceleración es deseada y el
cloruro de calcio no está disponible.
CEMENTO YESO.-el cemento yeso
está compuesto principalmente por
semihidratacion del sulfato de calcio.
Es usado como acelerador para los
cementos Pórtland con
concentraciones arriba del 100%
basado en cemento. Tiempo de
sedimentación son cortos como de 5
minutos puede ser obtenido con
cierta mezcla de Pórtland-yes
Pet-219 Arturo López G. Página 78
EFECTO DEL CLORURO DE CALCIO DESPUES DEL
TIEMPO DE BOMBEABILIDAD DE LA CLASE A DE API
Agua 5.2 gal/sx
densidad de la lechada 15.6 lb/gal
Cloruro de calcio Api prueba cementacion de cañerias
(%) 1000 pies 2000pies 4000pies
0.0 4:40 3:36 2:25
2.0 1:55 1:30 1:04
4.0 0:50 0:47 0:41
Api prueba de cementación SQUEEZE
0.0 3:30 2:49 1:52
0.2 1:30 1:20 0:54
0.4 0:48 0:43 0:37
EFECTO DEL CLORURO DE CALCIO EN LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION CEMENTO API CLASE A
Agua ------ 5.2 gal/sx
Densidad de la lechada----------15.6 lb/gal
Pet-219 Arturo López G. Página 79
Fuerza compresiva a temperatura y tiempo indicado
Ca Cl2 0psi- 60ºF- hora 0psi-80ºF-hora 800psi-95ºF-
hora
(%) 6 12 24 6 12 24 6 12 24
0 20 70 940 75 405 1.930 235 1.065 2.710
2 460 785 2.290 850 1.540 3.980 1.170 2.360 4.455
4 755 955 2.420 1.095 1.675 3.980 2.225 2.325 4.550
EFECTO DE CLORURO DE SODIO DESPUES
DEL TIEMPO DE BOMBEABILIDAD DEL CEMENTO API CLASE A
Agua --------- 5.2 gal/sx
Densidad de la lechada----------15.6 lb/gal
Cloruro de sodio API prueba de cementacion de cañeria para la simulación de fondo de pozo
(%) 1 000 2 000 4 000 6 000
0.0 4:30 4:12 2:30 2:25
2.0 3:05 2:27 1:52 1:13
4.0 3:05 2:35 1:35 1:20
SILICATO DE SODIO.- el silicato de
sodio es utilizado principalmente para
acelerar las lechadas de cemento que
contienen carboximetil hidroxiyetil
celulosa retardante
CEMENTOS CON DISPERSANTES
Y AGUA REDUCIDA.-las lechadas
de cemento pueden ser aceleradas
por densificación. Esto está hecho
por adición de reductores de fricción y
una suma amenazadora de mezcla
de agua.
Pet-219 Arturo López G. Página 80
La lechada que se densifica
comúnmente es la de API clase A , G
o H con 0.75 a 1.0 % de dispersantes
mezclados a 17.5 lb / gal a una
relación de agua de 3.4 gal/sx
cuando la lechada es usada para la
desviación de un tapón la adición de
15 lb a 20 lb de arena por saco de
cemento mezclado a 18 lb /gal con la
misma relación de agua puede
producir una fuerza temprana
elevada. El largo tiempo de
bombeado es necesario por la
temperatura y la profundidad retardan
lo que podemos usar. En general la
lechada puede conseguir una relativa
fuerza buena dentro de 8 horas esta
designado a una temperatura de
fondo de pozo cuando se designa un
tiempo de bombeo de 1:30 a 2 horas
la información indica el tiempo de
sedimentación o la densificación del
cemento.
AGUA DE MAR el agua de mar es
usada extensivamente para la mezcla
de la lechada de cemento en zonas
marinas. Esto contiene arriba de
23000 ppm de cloruro que actúa
como acelerador. El agua de mar de
las áreas abiertas del océano o el
océano es muy uniforme como sea,
porque puede ser diluida por aguas
frescas de los ríos, agua de mar
cerca de la orilla puede no producir la
aceleración deseada.
El efecto del agua del océano
después del tiempo de sedimentación
y las fuerzas compresivas de la
lechada de clase A y H de cemento
comparada con esta agua frescas
están mostrados en la tabla. Donde
las temperaturas de fondo de pozo es
estática excede los 160ªF la lechada
de cemento mezclada con el agua de
mar deberían ser convenientemente
retardantes.
Pet-219 Arturo López G. Página 81
EFECTO DEL CLORURO DE SODIO DESPUES
EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CEMENTO CLASE API A
Agua ----5.2 gal/sx
Densidad de la lechada--------15.6 lb/gal
Fuerza compresiva (psi) de temperatura y tiempo indicado
Cloruro de sodio 80ºF-0psi 95ºF-800psi 110ºF-1600psi
(%) 12 24 48 12 24 48 12 24 48
0 405 1.930 3.920 1.065 2.710 4.820 1.525 3.680 5.280
2 960 2.260 3.250 1.590 3.200 3.900 2.600 3.420 4.350
4 1.145 2.330 3.500 1.530 3.150 3.825 2.575 3.400 4.125
PROPIEDADES DEL YESO (SEMIHIDRATADO) Y
YESO / CEMENTO CLASE A
Yeso semihidratado-------------100lb
Agua 4.8 gal/sx
Densidad 15 lb / gal
Volumen 9.3 gal
Tiempo de frague 60 a 180 ºF 50 a 60 minutos
Fuerza 1 hora después del frague 2500 psi
50 / 50 yeso / API cemento clase G
agua 5 gal/sx
Pet-219 Arturo López G. Página 82
densidad 15.3 lb/gal
tiempo de frague 12 a 20 minutos
tiempo de depositacion a 80ºF 0:23
fuerza compresiva 70ºF
2 horas 685
4 horas 725
8 horas 730
24 horas 1.080
EFECTO DE DENSIFICACION EN TIEMPO DE BOMBEABILIDAD
DEL CEMENTO API CLASE G
Agua dispersante densidad de la lechada volumen de la lechada Tb
(gal /sc) % lb/gal Pie3/sc hr:min
5.20 ------- 15.6 1.18 2:15
3.78 1.0 17.0 0.99 1:40
3.38 1.0 17.5 0.93 1:15
ANALISIS DEL AGUA DE MAR
Compuestos golfo de mexico alaska trinidad golfo persico golfo de suecia
isla sable
Pet-219 Arturo López G. Página 83
Cloruro 19.000 16.600 19.900 23.000 22.300
18.900
Sulfatos 2.500 2.000 2.400 3.100 3.100
2.260
Bicarbonatos 127 140 78 171 134
140
Carbonatos 12 0 27 24 11
Sodio y potasio 10.654 9.319 11.170 13.144 12.499
10.690
Magnesio 1.300 1.080 1.300 1.500 1.570
1.199
Calcio 400 360 408 520 464
370
Solidos disueltos 33.993 29.499 35.283 41.359 40.078
33.559
PH 8.2 8 8.3 8.2 8.2
7.3
Gravedad especifica 1.026 1.023 1.027 1.031 1.03
1.022
Temperatura ºF 75 71 70 74 75
Las concentraciones en mg/lt
ADITIVOS LIVIANOS
Lechada de cemento, cuando es
preparada con API cementos de
clase A , B, G, O H usando la medida
recomendad de agua , tendremos
una densidad de la lechada con 15lb /
gal de exceso.
Muchas formaciones no soportan las
largas columnas de cemento de esta
densidad. Consecuentemente los
aditivos son usados para disminuir la
densidad de la lechada. Los aditivos
también se crean para hacer que la
lechada sea más barata, incremente
el rendimiento de la lechada, y
algunas veces para bajar la perdida
de filtrado. La densidad de las
lechadas de cemento puede ser
Pet-219 Arturo López G. Página 84
reducida agregándole agua, o
agregando sólidos de baja gravedad
específica, o agregándole ambos.
Los materiales usados en los
cementos con aditivos livianos están
mostrados en la tabla en orden de su
efectividad.
BENTONITA.- bentonita-sodio
montmorillonita-es una arcilla coloidal
de wyoming y sur de Dakota. Imparte
propiedades de viscosidad y
tixotropía para agua fresca por
elevación de unas 10 veces su
volumen original. Bentonita ( o gel)
fue uno de los primeros aditivos
usado en los cementos de los pozos
petroleros para bajar la densidad de
la lechada e incrementar su volumen .
Las especificaciones del API para la
bentonita para su uso en cementos
esta dad en la tabla. La bentonita
puede agregarse a cualquier clase de
cemento en concentraciones de 1 a
16wt% de cemento.cuando la mezcla
seca con el cemento requiere
aproximadamente 1.3 gal de agua por
cada 2% de bentonita. El efecto de
1% de pre hidratación de bentonita es
lo mismo que 3.5 wt% de mezclado
seco. Con 8 a 12 % de gel de
cemento , dispersantes son algunas
veces usados para reducir la
viscosidad y obtener flexibilidad en la
cantidad de agua que debemos usar .
los efectos de la bentonita en la
composición y propiedades de la
lechada de cemento clase H están en
la tabla.
La bentonita es usada en la
formulacion de las siguientes clases
de cementos:
1.-mezclado de gel y cemento
2.-bentonita premezclada
(prehidratada)
3.-cemento modificado
4.-gel elevado de cemento de sal
los altos porcentajes de bentonita en
los cementos reducen la fuerza
compresiva y el tiempo de
sedimentación de ambos
regularmente y retardan los
cementos. Bentonita y el agua
también disminuyen la resistencia a
ataque químicos de las formaciones
de agua .
Desde que las especificaciones del
API para ambos las clases API de
cementos y la bentonita establecen
solo requerimientos mínimos, las
propiedades de diferentes marcas
o diferentes cantidades de la
misma marca de cada cemento o
bentonita pueden variar.
Pet-219 Arturo López G. Página 85
COMPARACION DE EFECTOS DEL AGUA DE MAR Y AGUA FRESCA EN TIEMPO DE BOMBEABILIDAD Y
RESISTENCIA A LA COMPRESIVA DE LOS DE CEMENTO API CLASE A Y H
Relación de agua 5 gal / sx
Tiempo de curado 24 horas
Tiempo de bombeabilidad Resistencia a la compresión psi
A fondo de pozo presión y temperatura de curado
API cemento clase A 6 000 8 000 0psi-50ºF 1600psi-110ºF
3000psi-140ºF
Agua fresca 2:25 1:59 435 3.230
4.025
Agua de mar 1:33 1:17 520 4.105
4.670
API cemento clase H
Agua fresca 2:59 2:16 380 1.410
2.575
Agua de mar 1:47 1:20 460 2.500
3.085
Pet-219 Arturo López G. Página 86
Tabla 3.10 – Resumen de aditivos alivianadores de cemento.
Tipo de material Cantidad usualmente usada
Bentonita 2 al 16 %
Tierra diatomeas 10,20,30, y 40%
Gilsonita 1 a 50 lbs / sc de cemento
Carbón 5 a 50 lb/sc de cemento
Perlita expandidad 5 a 20 lb /sc de cemento
Nitrógeno 0 a 70% depende de la presión y
temperatura
Microesfera 1 a 104 lb / saco de cemento
Puzzolana 74 lb/sc de cemento
Silicato de sodio 1 a 7.5 lb /saco cemento
Pet-219 Arturo López G. Página 87
Bentonita prehidratada. Donde el
equipamiento a granel no es
disponible para la mezcla seca,
puede ser necesario añadir bentonita
a el agua (esto es pre hidratación).16
(Ver fig. 3.3B) El gel puede
prehidratarse en casi 30 minutos al
menos que sea mezclado con un alto
esfuerzo de corte tipo mezclado (en
cualquier caso es mejorar más este
máximo rendimiento en menos de 5
minutos). Dejando el gel a prehidratar
por 24 horas antes de añadir cemento
puede incrementarse la separación
de agua libre de la lechada.
Cementos modificados. “Cementos
modificados” son compuestos de
regular cemento Pórtland, de 8 a 25%
de bentonita, y dispersante de
lignosulfonato de calcio.13 Para más
detalles de la composición y
propiedades, ver las tabla 3.13.
La función del lignosulfonato de calcio
en alto gel en una lechada de
cemento es de dispersante y
retardador. En adición a alivianar,
bajo costo, e incremento de
rendimiento, la lechada de cemento
modificada tiene una baja perdida de
filtrado proveía por la mezcla de
cementación por tandas usando un
alto porcentaje de esfuerzo y no
están mezclados a través de los
inyectores de mezclado estándar. Los
cementos modificados son usados
primordialmente para terminación
permanente de pozos y múltiples
columnas de terminación.
Las clases de cemento API D y E no
son recomendados para la
preparación de cementos modificados
ya que contienen dispersante de
lignito, el cual es un químico
retardador.
Cementos salados con alto gel.
Cementos salados con alto gel 15
consiste de cemento Pórtland, de 12
a 16% de bentonita, 3,0 a 7,0% de
sales inorgánicas (cloruro de sodio,
preferiblemente), y 0,1 a 1,5 % de
agente
dispersante (lignosulfonato de calcio).
La sal actúa tanto como acelerador y
dispersante, y el lignosulfonato
provee retardación y dispersión. Al
hacer disolver la sal mezclándola con
agua es más efectivo. La
composición y propiedades de la
comúnmente usada en cementos
salados con alto gel están expuestos
en la tabla 3.14. Porque las
propiedades del dispersante tanto de
sal y retardador, las lechadas de
cementos salados con alto gel son
muy bombeables fácilmente sin
embargo la relación de agua
recomendada es generalmente baja
que está usualmente asociada con lo
anteriormente mencionado de
cantidades de bentonita (12 a 16%).
Pet-219 Arturo López G. Página 88
Tierra diatomea. La tierra de un
grado especialmente diatomea puede
ser usada para hacer cementos
livianos, porque este requiere de un
alto porcentaje de agua, este dará a
conocer alrededor de las mismas
propiedades de los cementos que
contendrán bentonita, pero es mucho
más caro. Es inútil en los estratos en
el hecho de que cuando es usado en
altos porcentajes no incrementa la
viscosidad de la lechada como lo
hacen las arcillas expansivas como la
bentonita. La tabla 3.15 da una lista
de las propiedades de las lechadas
de cemento obtenidas con tierra
diatomea.
Gilsonita. En una lechada de
cemento, la gilsonita actúa como
aditivo alivianador y como único
agente de pérdida de circulación (ver
sección 4.9 para adelantar la
discusión de la perdida de circulación
y la figura 3.3C). la gilsonita es una
asfaltita natural que está inerte en las
lechadas de cemento 18. Está
graduada en partículas finas desde ¼
de pulgada. Cuando está seca
presenta una densidad de 50
lbm/pie3, requiere agua de casi 2
gal/pie3, y tiene una gravedad
específica de 1,07. Porque de esta
baja gravedad específica, la gilsonita
es especialmente buena para reducir
la densidad. También, a diferencia de
la perlita, no absorbe agua bajo
presión.18,19 El cemento gilsonítico,
por lo tanto, tiene alta resistencia a
algunas
que otras series de cemento del
mismo peso de lechada conteniendo
otras viables ligeras o aditivos de
control de pérdida de circulación. La
gilsonita no hace significantes
cambios al tiempo de bombeo que de
las demás clases de cemento API.
Datos en la tabla 3.16 muestra la
composición y propiedades de las
lechadas de cemento gilsonítico
preparadas con cementos clase A,B o
G.
Perlita expandida. La perlita es un
material volcánico que es minada,
triturada, tamizada y expandida con
calor se forma un producto celular de
extremado bajo peso de volumen.
Estuvo originalmente manufacturado
por creación de concreto liviano.
Entonces es usado en cementos para
pozos
de petróleo, normalmente con una
pequeña cantidad de bentonita (2 a
6%) para ayudar a prevenir la
segregación de partículas de perlita
conteniendo abierto y cerrados los
poros y matriz. Descendiendo de las
paredes del pozo, los pozos abiertos
colmados con agua y algunos poros
aglomerados, errados y llenos con
agua. La densidad final depende de
cuantos poros permanecen cerrados
y de cuanta agua es inmovilizada en
los poros abiertos. Porque de esta
agua presa, las lechadas de cemento
Pet-219 Arturo López G. Página 89
contienen perlitas son mezcladas con
fuerza que aparecen en excesiva
cantidad de agua que permite que la
lechada de cemento permanezca
bombeable bajo las condiciones del
pozo.
Nitrógeno. Es usada adelante del
cemento para ayudar a reducir la
presión hidrostática en el fondo del
pozo durante la cementación (1)
introduciendo el nitrógeno dentro del
flujo del lodo de perforación delante
de la lechada, (2) parando la
circulación e introduciendo un “slug”
de nitrógeno cuando el pozo está
lleno de lodo circulando, o (3)
introduciendo en nitrógeno en el
sistema de cementación que en
etapas separadas a la espuma a la
lechada la hace más liviana.
Las lechadas de cemento espumoso
con nitrógeno proporciona suficiente
resistencia compresiva mientras que
ayudando a evitar un “fallback”
(rompimiento del cemento en las
formaciones débiles que es un
resultado del alto peso de la columna
de cemento) y perdida de circulación
(cemento fluyendo en los canales de
la fractura o zonas permeables y no
extendiéndose hacia la superficie).
El cemento espumoso es creado
cuando un gas es química y
físicamente estabilizado dentro de
una lechada de cemento ordinaria.
Para la lechada usada la espuma
debe contener un alto pH tolerante a
espumante surfactante y espuma
estabilizadora y tener que transportar
continuamente un mecanismos
efectivos produciendo espuma esta
imparte la suficiente energía y
mezclado con gas presurizado a
preparar con burbujas de gas del
tamaño correcto. La cualidad de la
lechada de cemento espumosa
depende de la profundidad del pozo,
temperatura, y densidad deseada en
el fondo del pozo.
Pet-219 Arturo López G. Página 90
La configuración Job-site, es casi la
misma para un trabajo de
cementación regular. El generador de
espuma esta insertado a la línea de
descarga de la lechada que está
conectada a la boca de pozo, y la
unidad de nitrógeno está conectado
al generador de espuma. La lechada
de cemento es mezclada en una
manera normal, y surfactantes
espumosos y estabilizadores son
inyectados en la lechada esta es
sacada por la bomba de
desplazamiento del camión.
El cemento espumado puede
ser usado como un cemento primario
o como un cemento de recuperación
para llenar las zonas de pérdidas de
circulación o reparar cañerías
dañadas donde el flujo de la salmuera
ha corroído cañerías sin
cementación. Densidades tan bajas
como 6.0 lb/gal son alcanzables
usando nitrógeno como agente
espumante. Mientras que el cemento
nitró-geno-espumoso es usado
principalmente para control de
densidad de fondo de pozo, también
provee buenas propiedades de
aislación. (Tabla 3.17 y fig. 3.6)
Micro-esferas de alta resistencia.-
Las micro-esferas de alta resistencia
o burbujas de vidrio pueden ser
añadidas al sistema de cementación
para producir lechadas con
densidades tan bajas como 8.0
lbm/gal.25-27 Estas lechadas pueden
desarrollar una resistencia a la
compresión adecuada para
temperaturas debajo de 60°F como
también puede proveer buenas
propiedades de aislación. (Fig. 3.7)
Las aplicaciones para las micro-
esferas son (1) pozos termales que
requieren una mínima densidad de
los componentes del cemento con
efectivas propiedades de aislación;
(2) formaciones incompetentes sobre
y fuera de la costa requieren
densidades de cemento menores que
11 lbm/gal; (3) formaciones frías (28 a
80°F) que necesitan densidades
Pet-219 Arturo López G. Página 91
mínimas de cementación; y (4)
rellenado de plataforma marina.
La mezcla de micro-esferas consiste
de esferas de diámetro pequeño,
huecas, inorgánicas y fundidas
compuestas en su mayoría de
silicona y óxidos de aluminio. La
ligereza del aditivo deriva de la
encapsulación de aire en las esferas;
las resistencias a la compresión de
lechadas con micro-esferas están en
exceso de 6,500 psi.
Pet-219 Arturo López G. Página 92
Las propiedades de las lechadas con
micro-esferas de concentraciones variables
en cementos API clase H se encuentran en
la Tabla 3.18 y 3.19.
3.4 ADITIVOS DE LA BARRA PESADA
Para contrarrestar presiones altas
frecuentemente encontradas en pozos
profundos, son requeridas lechadas de
cemento de alta densidad. Para
incrementar la densidad de la lechada de
cemento, un aditivo debe (1) tener una
gravedad específica en el rango de 4.5 a
5.0, (2) tener un bajo necesidad de agua,
(3) no reducir significativamente la
resistencia del cemento, (4) tener muy poco
efecto en el tiempo de bombeabilidad del
cemento, (5) mostrar un rango uniforme de
tamaño de partícula de serie en serie, (6)
ser químicamente inerte y compatible con
otros aditivos, y (7) no interferir con los
registros de pozos.
Los materiales más comunes usados para
aumentar el peso del cemento se
encuentran en la Tabla 3.20. Por esto las
hematitas han sido las más usadas por
acomodarse mejor a los requerimientos y
alcanzar la gravedad específica efectiva
más alta. Las propiedades específicas de
estos agentes y las cantidades requeridas
para obtener un peso específico están
dadas en la Tabla 3.21.
Pet-219 Arturo López G. Página 93
TABLA 3.20 - ADITIVOS DE CEMENTOS
PARA CEMENTOS PESADOS
Cantidad usada
Material (wt% de cemento)
Hematita 4 a 104
Ilmenita 5 a 100
Baritina 10 a 108
Arena 5 a 25
Sal 5 a 16
Cementos con dispersantes
y agua reducida 0.05 a 1.75
TABLA 3.18 - PROPIEDADES DE MICRO-ESFERAS EN CEMENTOS API CLASE H
Conductividad
Densidad a Yield a termal k
Micro-esferas Agua 2,000 psi 2,000 psi (BTU/hr-pie-°F)
(lbm/saco) (Gal/saco) (lbm/gal) (cu pies/saco) Húmedo Seco
0 4.3 16.4 1.06 0.75 -
15 5.0 14.0 1.43 0.47 0.19
35 6.8 12.0 2.06 0.40 0.16
53 8.9 11.0 2.68 0.38 0.13
82 13.5 10.0 3.86 0.31 0.13
104 17.5 9.5 4.83 0.24 0.12
145 25.8 9.0 6.73 0.23 0.08
Pet-219 Arturo López G. Página 94
TABLA 3.19 - DENSIDAD EFECTIVA DE LAS MICRO-ESFERAS
EN LA LECHADA DE CEMENTO PARA VARIAS PRESIONES
Volumen Volumen
Presión Densidad Absoluto Presión Densidad Absoluto
(psi) (g/mL) (gal/lbm) (psi) (g/mL) (gal/lbm)
atm 0.603 0.1991 10000 1.052 0.1141
400 0.660 0.1818 12000 1.085 0.1106
1000 0.698 0.1720 15000 1.153 0.1041
2000 0.743 0.1615 17500 1.221 0.0983
4000 0.817 0.1470 20000 1.311 0.0916
6000 0.905 0.1326 22500 1.335 0.0899
8000 0.987 0.1216 - - -
3.5 RETARDADORES DE CEMENTO
En las perforaciones actuales, las
temperaturas de fondo de pozo de
170 a 500°F o más se encuentran
sobre un rango de profundidad de
6,000 a 25,000 pies. Para prevenir
que el cemento fragüe muy rápido,
deben ser añadidos retardadores
para preservar las lechadas de
cemento, que pueden ser colocadas
de manera segura hasta solo 8,000
pies. La creciente temperatura
acelera el fraguado más que la
creciente profundidad (presión). Los
retardadores deben ser compatibles
con varios aditivos usados en
cementos como también con el
mismo cemento.
Los retardadores en cementos
comercialmente hábiles (Clases D y E
por ejemplo) están compuestos tales
como “lignins” (sales de ácidos
lignosulfonicos), gomas, almidón,
ácidos orgánicos débiles, y derivados
de celulosa. Algunas veces estos
retardadores no son totalmente
compatibles con retardadores
añadidos por las compañías de
Pet-219 Arturo López G. Página 95
servicio, por lo que los cementos
deben ser probados antes de ser
usados. Este es un problema de
compatibilidad que induce al
desarrollo de los cementos API
clases G y H, que no tienen permitido
contener retardadores químicos
cuando son fabricados. Estos
cementos básicos pueden ser usados
en 8,000 pies inicialmente, y
responder bien a los retardadores
para usarlos en profundidades tan
grandes como 30,000 pies.
Retardadores Lignin. Los
retardadores lignin – Lignosulfonados
de calcio y lignofulfonados de sodio y
calcio – son derivados de la madera.
Estos son generalmente usados por
encima de un rango de 0.1 a 1.0 wt %
de un saco de cementos de 94-lbm
(Tabla 3.23).
Los retardadores lignin han sido
usados muy exitosamente retardar
todas las clases de cementos API en
profundidades de 12,000 a 14,000
pies o en rangos de temperatura de
fondo de pozo de 260 a 290°F. (Ver
Tabla 3.24) Estos también han sido
usados para incrementar la
bombeabilidad de los cementos API
clase D y E en pozos de altas
temperaturas (300°F y más altas),
pero para este propósito no son tan
efectivos como los lignosulfonados
modificados con ácidos orgánicos.
Carboxymethyl Hydroxyethyl
Cellulose (CMHEC). (CMHEC), un
derivado soluble de madera, es un
retardador altamente efectivo.28
Puede ser usado en
concentraciones arriba de 0.70%
sin la adición de agua extra para
controlar la viscosidad de la
lechada. Por lo tanto, debe ser
añadido de 0.8 a 1.0 gal de agua
por saco de cemento por cada por
ciento de retardador usado. El
rango de uso es usualmente de 0.1
a 1.5 wt % de la composición
básica de cementación, incluso
una concentración más alta puede
ser necesaria para retardar a altas
temperaturas sobre 300°F.
CMHEC es compatible con todas
las clases de cementes API, tanto
para retardar y, en algunos
lugares, para controlar pérdida de
fluidos.
Pet-219 Arturo López G. Página 96
TABLA 3.21 - INFORMACION DE VARIOS MATERIALES
PARA AL AUMENTO DE PESO DE LOS CEMEMENTOS API
CLASES D, E o H
Comparacion de cantidades requeridas
Libras por Saco de
Cemento
Pes de lechada Arena Hierro
(lbm/gal) Hematita Baritina Ottawa Arsenate
16.2 - - - -
17.0 12 22 28 12
17.5 20 37 51 21
18.0 28 55 79 31
18.5 37 76 - 41
19.0 47 108 - 52
Propiedades Físicas
Gravedad específica 5.02 4.23 2.65 6.98
Requerimiento de agua
(por ciento de agua) 3 22 0 19
Gravedad específica
efectiva con agua 4.49 2.67 2.65 3.57
Volumen absolute de
aditivo y agua
(gal/lbm) 0.0275 0.0548 0.0456 0.0400
Pet-219 Arturo López G. Página 97
Agua salada saturada. El agua
saturada con sal y
Mezclada con cemento seco provee
suficiente bombeabilidad para colocar
cementos API clase A, G o H en
profundidades de 10,000 a 12,000
pies y temperaturas de 230 a 260°F.
(Ver Fig. 3.8)
Para cementar a través de secciones
de sal, las lechadas están
generalmente saturadas con sal, pero
para muchas arcillas y arenas
bentoníticas que son sensibles al
agua fresca, usualmente son
adecuadas más baja concentración
de sal.29,30
3.6 ADITIVOS PARA CONTROLAR
LA PERIDAD DE CIRCULACIÓN
La “pérdida de circulación” (algunas
veces llamadas “pérdidas de retorno”)
son definidas como la pérdida por
fracturas inducidas de casi todos los
fluidos de perforación o lechadas de
cementos usadas en perforación o
cierre de pozo.31-33 Esto no debería
ser confundido con el decrecimiento
del volumen resultado de filtración, o
el volumen requerido para rellenar un
pozo nuevo. Usualmente hay dos
pasos para combatir la pérdida de
circulación.34-36 El primero es reducir
la densidad de la lechada, y el
segundo es añadir un material puente
o taponante. Otra técnica es añadir
nitrógeno al sistema de lodo. Para
mayor información de materiales para
controlar la pérdida de circulación, ver
Tabla 3.25.
Pet-219 Arturo López G. Página 98
3.7 ADITIVOS DE CONTROL DE
FILTRACIÓN PARA CEMENTO
La perdida de filtrado (ver
sección 4.15) de lechadas de
cementos es reducida con aditivos
para (1) prevenir la deshidratación
prematura o perdida de agua en
zonas porosas, particularmente en
cementaciones de LINERS, (2)
proteger formaciones sensibles, y (3)
mejorar cementación forzada. Una
lechada pura de cementos de clase
API G o H tiene unos 30 minutos de
pérdida de filtrado API en exceso de
1000 cc
Las funciones principales de
los aditivos de control de filtración son
(1) formar películas, las cual
controlan el flujo de agua de la
lechada de cemento y previenen la
rápida deshidratación, y (2) mejorar la
distribución del tamaño de las
partículas las cuales determinan
cuanto cemento liquido es retenido o
atrapado en la lechada (ver tabla 3.26
para una lista de Aditivos de control
de filtración en uso corriente)
Los dos materiales de
control de filtración más
ampliamente usados son
polímeros orgánicos
(celulosa) y reductores de
fricción.
El alto peso molecular de los
compuestos de celulosa producirá
Pet-219 Arturo López G. Página 99
baja perdida de agua en todos los
tipos de composiciones de
cementación a concentraciones de
0.5 a 1.5 % en peso (ver tabla 3.27).
El requerimiento de agua, sin
embargo, puede haber sido ajustado
para producir la viscosidad deseada;
i.e.., Un cemento API clase A
requerirá 5.6 en vez del usual
5.2galones de agua por saco.
Los dispersantes, o reductores
de fricción, son comúnmente
agregados a lechadas de cementos
para controlar la perdida de filtrado
por dispersión y empacamiento de las
partículas de cemento y de esta
manera densificando la lechada. Esto
es especialmente efectivo cuando la
relación agua cemento es reducido.
El efecto que la densificación de la
lechada de cemento tiene sobre su
pérdida de filtrado es mostrado en la
tabla 3.28
3.8 CEMENTOS DISPERSANTES, O
REDUCTORES DE FRICCION.
Los agentes dispersantes son
agregados a las lechadas de
cementos para mejorar su propiedad
de flujo. Las lechadas dispersadas
tienen bajas viscosidades y pueden
ser bombeadas en turbulencia a
bajas presiones, por eso minimizando
los horsepower y reduciendo los
cambios de pérdida de circulación y
deshidratación prematura. Los
dispersantes bajan el punto cedente y
la resistencia de gel de la lechada
(tabla 3.29 lista algunos dispersantes
comúnmente usados; tabla 3.30
ilustra el efecto de los dispersantes
en la rata de flujo critico – la rata de
flujo requerido para alcanzar
turbulencia – de la lechada.).
Los dispersantes comúnmente
adheridos a lechadas de cementos
son polímeros, agentes de pérdida de
fluido en cemento gel, y sal (cloruro
de sodio). Estos son usados a baja
temperaturas porque retardan el
cemento solo adelgazado. (Ver tabla
3.31) lignosulfonatos de calcio –
mezclas de ácidos orgánicos –
retardan substancialmente y son
generalmente usados a altas
temperaturas.
POLÍMEROS (DISPERSANTES, O
ADELGAZANTES).
Los manufacturados en forma
de polvo producen propiedades útiles
y poco usuales en los cementos
especiales. Estos no
significantemente aceleran o retardan
muchas lechadas, pero estas reducen
notablemente la viscosidad aparente
(ver figura 3.9). Son bien adecuados
por encima a un rango de
temperatura de 60 a 300 °F. A pesar
de su propiedad de reducción de
Pet-219 Arturo López G. Página 100
viscosidad, los polímeros causan
excesiva separación de agua libre o
asentamiento de partículas de
cemento de la lechada salvo usados
en excesiva cantidad. Son
compatibles con casi todos los tipos
de cementos especiales excepto
aquellos que contengan altas
concentraciones de sal. Si bien los
polímeros adelgazan tales lechadas
inicialmente y parecen ser efectivas,
son incompatibles con la sal, las
cuales pueden causarse el flocular, y
después de 10 o 20 minutos de
mezclado causan un rápido
incremento en la viscosidad.
SAL (CLORURO DE SODIO).
Sal común, en adición para
actuar como un agente densificante,
un acelerador, y un retardador puede
también actuar como un adelgazante
(dispersante) en muchas
composiciones de cementación
(figura 3.10). Esta es especialmente
efectiva para reducción de la
viscosidad aparente de las lechadas
que contienen bentonita, diatomita, o
pozzolanas.
3.9 USOS DE CEMENTOS DE SAL.
La sal es usada en lechadas
de cemento para unir el conjunto de
cemento más firmemente a las
secciones de sal. (Figura 3.11), y
lutitas y hacer que el conjunto de
cemento se expanda. Las muestras
en la figura 3.11 muestran que la
lechada de agua fresca ha disuelto
parte de sal evitando un enlace entre
la roca y el cemento y ensanchando
el hueco. Donde la lechada saturada
de sal ha sido usada, los enlaces han
sido conseguido y el hueco no ha
sido ensanchado. Esta ilustrado que
en cementación a través de
secciones de sal, mejores resultados
pueden ser conseguidos con la
cementación y para prevenir puente
anular y la pérdida de circulación que
pueda resultar (figura 3.12) una lutita
que es sensible al filtrado de cemento
puede en realidad llegar a ser tan
blanda siendo humedecida antes los
conjuntos de cementos que fluirán,
creando canales atrás de la funda de
cemento de una perforada a otra. Las
lechadas de cementos que contienen
5 a 20% de sal han probado efectiva
en el campo en la minimizando
derrumbamiento y canalización de la
lutita (un análisis de un filtrado típico
de lechadas de cemento salida es
dada en la tabla 3.32).
Cuando el agua salada es
mezclada con cemento, algunas
veces ocurre espumado, haciendo
difícil controlar el peso de la lechada
y el volumen. Esto puede ser evitado
con la adición de agentes
antiespumantes al agua de mezcla o
por mezclado seco de sal con el
cemento. El mezclado seco también
Pet-219 Arturo López G. Página 101
elimina residuos en el control de sal
en el pozo.
El uso de sal seca en lechada
de cementación produce efectos
similares en las propiedades de
cemento de todas las clases API y en
aquellos cementos pozzolanicos y
cementos bentoniticos.
Aunque la sal generalmente usada es
cloruro de sodio, el cloruro de potasio
es también usado (ver tabla 3.33), y
en algunos casos puede ser más
efectivo en bajas concentraciones.
Esta no tiene significantemente
diferentes efectos en las lechadas de
cementos excepto en altas
concentraciones, donde la viscosidad
de la lechada se vuelve excesiva.
Pet-219 Arturo López G. Página 102
Tabla 3.34 – Aditivos Especiales de cementacion
ADITIVO
DECONTAMINANTES DE LODO
FLUOR SILICA
TRAZAS RADIOACTIVAS
INDICADORES
HIDRACINA
FIBRAS
GYPSUM
CANTIDAD RECOMENTADA
1.0% *
30 – 40%*
variable
0.1 a 1%* 0.2 6gal/1000bbl de lodo
0.3 0.125 a 0.5%* 0.4 4 a 10%*
*Porcentaje sobre el peso del cemento
Pet-219 Arturo López G. Página 103
Tabla 3.35 – Permeabilida del cemento API clase H hidratado
Tiempo de Curado: 3 dias a 320°F Tiempo de Curado: 28 dias a
320°F
Silica
%
Bentonita
%
Hematita
%
Resistencia a la
comprensibilidad
PSI
Permeabilidad
md
Resistencia a la
comprensibilidad
PSI
Permeabilidad
md
0
20
30
40
0
30
40
0
30
40
0
0
0
0
4
4
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
28
45
50
2.165
9.950
8.325
8.165
590
4.275
3.750
2.205
9.905
8.525
0.031
0.001
0.001
<0.001
0.548
<0.001
<0.001
0.030
<0.001
<0.001
2590
5.450
5.390
11.330
370
3.050
4.140
1.600
4.015
8.450
4.580
<0.001
<0.001
<0.001
9.720
<0.001
<0.001
3.890
<0.001
<0.001
Pet-219 Arturo López G. Página 104
ADITIVOS ESPECIALES PARA
CEMENTACIÓN:
Los aditivos usualmente utilizados
en las lechadas de cemento están
listados en la tabla 3.34
Decontaminantes del lodo:
El formaldehído o una mezcla de
formaldehído y cromato de sodio
son algunas veces usadas para
minimizar el efecto de retardo de
cementación de varios químicos
agregados al lodo de perforación en
el evento la lechada de cemento
llega a contaminarse al mezclarse
con el fluido de perforación.
Un descontaminante de lodo
consiste en una mezcla de 60:40 de
formaldehído y cromato de sodio
que neutralizan ciertos químicos del
lodo. Este efecto se presenta frente
a tan, lignitos, almidón, celulosa,
lignosulfonato, lignosulfonaro de
hierro y cromo, lignitos de cromo y
lignosulfonato de cromo.
Los descontaminantes del lodo son
usados primordialmente en pozo
abierto, de trabajos de playback y
trabajos de linner, para cementación
secundaria y para la finalización de
una cementación primaria.
Fluor silicato:
Silicato fino o fluor silicato es
usualmente utilizado en la
composición del cemento para
ayudar a prevenir una pérdida de
resistencia. Investigaciones han
demostrado que si se excede a
temperaturas de los 230 °F todos los
cementos manufacturados pierden mucha
de su resistencia a la compresibilidad; y a
la más alta temperatura el mejor de los
cementos pierde su resistencia.
Esta pérdida de resistencia, la cual es
acompañada por un incremento en la
permeabilidad, es causada por la
formación de un elevado hidrato de silicato
cálcico en el cemento posicionado..
Añadiendo una rata máxima de agua,
materiales tales como la bentonita
aceleran la perdida de resistencia.
El fluor silicato puede ser adherido a
todas las clases de cementos API, para
prevenir la perdida de resistencia con
el tiempo y las altas temperaturas.
La cantidad optima de silica para controlar
la resistencia es de 30 a 40%, el fluor
silicato (-200 mesh) necesita / requiere un
40% de agua. (40 lbm, o 4.8 galones de
agua por cada 100 lbm de fluor silicato).
Donde se requiere lechadas pesada (17 –
20 LPG), silicatos gruesos tienen un rango
de tamaño particular entre –50 hasta +150
mesh son frecuentemente requeridos.
Tabla 3.37 – Indicadores o pigmentos
para colorear el cemento
Material 5
usado
Agua /
cemento
Contacto
color
Lechada
de
cemento
color
Pet-219 Arturo López G. Página 105
Indicadores
Fluorescente
Phenoftaleina
Azul de metilo
0.1
0.1
0.1
Verde
Rojo
violáceo
azul
verde
Violeta
azul
Pigmentos
Oxido negruzco
Oxido
amarillento
Oxido rojo
ferruginoso
0.1
0.1
0.1
Verde debil
Amarillo
debil
Rojo debil
Plomo
oscuro con
trazas
negras
Verde oliva
palido
Marron
claro con
lineas
anaranjado
Trazas radioactivas:
Las trazas radioactivas son
adheridas a las lechadas de
cemento como marcadores que
pueden ser detectados por registros
de pozo. Estas deben ser usadas
para determinar la localidad de los
topes de cemento y la calidad y
disposición de una cementación
secundaria.
Los isótopos comúnmente usados
para fondo de pozo tienen un rango
de vida de 8 a84 días. La selección
apropiada de la traza, el tiempo
requerido para retornar al pozo para
una reconocimiento – medición
puede ser programado.
Los isótopos radioactivos son controlados
en varias agencias de estados, y no
pueden ser usados indiscriminadamente.
Colorantes – marcadores de cemento:
Pequeñas cantidades de indicadores
pueden ser usadas para identificar un
cemento de la clasificación especifica del
API o un aditivo mezclado en la
composición del cemento.
Cuando los indicadores son usados en el
fondo de pozo, cualquiera de las dos, ya
sea una dilución y/o una contaminación de
Pet-219 Arturo López G. Página 106
lodo pueden oscurecer o nublar los
colores, haciéndolos inefectivos. En
la tabla 3.37 están listados alguno
de los materiales más usados como
aditivos indicadores.
Naturalmente al ocurrir una
oxidación mineral y/o los pigmentos
de color producidos
Sintéticamente deberían ser
sustituidos por los indicadores.
Para que sea efectivo, ellos deberán
ser cuidadosamente seleccionados
para dar una dispersión más
uniforme en el sistema.
La cantidad requerida depende del
tipo de pigmento y del color elegido.
Por ejemplo una dosis de pigmento
igual a 0.1 wt% del cemento
producirá el color deseado, pero
más color deberá ser agregado para
producir un contraste más profundo
más una contaminación en el fondo
del pozo podría ocurrir.
Hidracina
La hidracina es un aditivo usado
para tratar la columna de lodo
situada encima del cemento y
minimizar los problemas de
corrosión en la porción no
cementada del hoyo. Una libra de
hidracina (2.85 lbm del 35% de la
solución) es requerida para remover
1 lbm de oxigeno disuelto. La
Corporación Investigativo de
California recomienda usar 6
galones con una solución de 35%
de hidracina para 100 bbl de lodo.
Siendo la hidracina un removedor de
oxigeno esta debe ser manipulada con
extrema precaución.
Antes de realizar un trabajo con hidracina,
un adaptador especial debe ser colocado
en la boquilla de succión de la bomba
desplazadora para añadir y mezclar la
hidracina con el lodo de perforación para
ser bombeado inmediatamente al
cemento. En determinadas cantidades la
hidracina a ser utilizadas, el volumen de
lodo calculado teóricamente para colocar
detrás de la cañería deberá ser
incrementada en un 20%. La hidracina es
costosa ($), por lo tanto la cantidad a
utilizar deberá ser calculada
cuidadosamente. Como fuera, un exceso
de esta en el lodo no es físicamente
perjudicial. Luego de completar el trabajo,
las bombas, líneas y los contenedores
deberán ser inmediatamente lavados y
limpios con agua.
Fibra sintética en el cemento
Materiales de fibra sintética, como ser la
Fibra Tuf, son frecuentemente adheridos a
cementos en pozos petrolíferos en
concentraciones de 1/8 a ½ lbm por saco
para reducir el efecto de fractura miento o
una parcial destrucción de la perforación,
por esfuerzos en los portamechas u otras
fuerzas en el fondo de pozo. Los
materiales de fibra sintética transmiten los
esfuerzos localizados más frecuentemente
hacia fuera del cemento y esto provee una
resistencia al impacto y fracturamiento.
(Vea la figura 3.13). La fibra más utilizada
es el nylon. Esta tiene diversos grosores
desde 1plg, la cual es resistente, e imparte
un alto corte y esfuerzo de tensión.
Pet-219 Arturo López G. Página 107
Aditivos Gypsum
Cerca de 4 a 10% de gypsum es
adherido a cualquier cemento
Pórtland para lograr – alcanzar:
1. una rápida selección para combatir la perdida en la circulación
2. una gelificacion o propiedades tixotrópicas y
3. expansión de las propiedades del cemento ya colocado
Añadiendo de 30 a 50% de gypsum
a cualquier cemento Pórtland
producirá un rápido colocado en 12
a 20 minutos siempre y cuando la
lechada este en circulación. Esto ha
sido efectivamente realizado para
sellar en zonas de pérdida de
circulación, en pozos someros
donde esfuerzos son necesarios
para dar estabilidad al hoyo.
Para formaciones inconsolidadas,
altamente permeables, fracturadas
o cavernosas, de 5 a 10% de
gypsum es adherido a la lechada de
cemento Pórtland ya que así se
causara una rápida gelificacion
cuando esta permanezca en un
estado estático. Esta propiedad
tixotrópica ayuda que la lechada
atraviese las formaciones
permeables. La lechada soportara
su propia columna de peso si la
circulación es detenida y luego no
se caerá hacia la zona de pérdida
de circulación. El gypsum es usado
principalmente en pozos con
profundidades menores a 600 pies.
Al añadir gypsum al cemento API
clase A, G, H en concentraciones de
3 – 6% el cual reaccionará con el
aluminato tricalcico y expandirá el cemento
ya posicionado. Estas propiedades de
expansión otorgan al cemento una
adherencia entre la tubería y la formación,
resultando un mejor sello frente al gas o
migraciones de fluidos hacia el anular. Una
expansión típica está ilustrada en la figura
3.15.
Aditivos tixotrópicos
Los aditivos tixotropicos son adheridos y
mezclados en la lechada de cemento para
tener una rápida gelificacion de dicha
lechada. Son usados para controlar
pérdidas de circulación, para prevenir
retrocesos, derrumbes en la columna del
anular y para minimizar una migración de
gas por una rápida u creciente fuerza de
gel. Él término tixotrópico es aplicado en
sistemas de cementación que adquieren
elevadas fuerzas de gel en cortos periodos
de tiempo sí el cemento esta en un estado
estático.
Los diferentes tipos de aditivos tixotrópicos
son los siguientes:
1. Orgánico: comprenden 2 sistemas que adquieren cualidades tixotrópicas por el entrecruzamiento de un polímero contenido en un aditivo de lodo perdido en la mezcla de cemento
2. Inorgánico: una débil vinculación entre una fina división, componentes cristalinos sólidos de la mezcla de cemento
Usualmente se le adhieren a estas
mezclas gypsum en un porcentaje de 5 a
8%, en los cementos API clase A o H.
Pet-219 Arturo López G. Página 108
Mezclas adheridas para prevenir
una invasión de gas:
La adición de varios aditivos al
cemento está permitida para
prevenir la migración de gas durante
la colocación de la lechada de
cemento.
Investigaciones han demostrado
que detrás del cemento entre el
estado fluido y el estado ya
colocado se encuentra el factor de
control que permitirá la entra de
gas. Durante esta fase de transición
cualquier reducción de volumen
(causada por una hidratación del
cemento y pérdida de fluido hacia
formaciones permeables) y el
crecimiento – restitución del gel son
las causas principales de la perdida
de presión hidrostática asociada con
la columna de cemento.
Una vez esto sucede, el gas podría
entrar al anular si la presión
hidrostática hubiese sido reducida
hasta el punto donde el sobre
balanceo es perdido. Una gradación
de la densidad del cemento,
eliminación del agua libre, control de
pérdida de fluido, control de tiempo
de engrosamiento y mantenimiento
de la presión de fondo han sido
utilizadas con éxito limitado (menor
invasión de gas) para resolver
problemas de invasión de gas.
Los 3 métodos más utilizados para
prevenir o eliminar una invasión de
gas han sido a través del uso de
lechadas de cemento compresibles
(contenedoras de gas) y altamente
tixotrópicas, y el control de la
perdida de fluido conjuntamente con el
sistema de cementación.
Las lechadas de cemento compresibles
utilizan un aditivo que funciona
incrementando la comprensibilidad de la
lechada de cemento de modo que la
pérdida de volumen puede ser
parcialmente compensada por medio de la
expansión del gas entrante. Esto ayuda a
prevenir la reducción de la presión poral en
la lechada de cemento por debajo de la
presión de la formación gasífera. Durante
el estado de transición.
Las lechadas tixotrópicas están basadas
en lograr altas fuerzas de gel en cortos
periodos de tiempo. Cuando una lechada
altamente tixotrópica es usada, se
desarrolla rápidamente una fuerza estática
de gel que resulta en un único y pequeña
perdida de volumen y una correspondiente
perdida de presión. Luego el gas, no podrá
entrar y cortar hacia arriba el cemento
ubicado en el anular. Con el uso de la
lechada de cemento compresible y
altamente tixotrópica, una buena rata de
problemas de invasión de gas es resuelta
exitosamente.
El control de filtrado fue una de las
primeras consideraciones reconocidas
para minimizar el efecto de invasión de
gas. Cualquier pérdida de filtrado de la
lechada de cemento hacia el fondo del
pozo corresponderá a un decrecimiento de
la presión hidrostática. Esta pérdida de
filtrado es un contribuyente a la reducción
de volumen en fondo de pozo, resultando
en una reducción de volumen trayendo
una deshidratación de la lechada de
cemento frente a zonas altamente
permeables. Si este puente deshidratado
fue formado antes de la finalización del
Pet-219 Arturo López G. Página 109
tiempo de transición del cemento
puede proveer un bloque
presurizado que podría prevenir la
transición de presión hidrostática
arriba y al fondo del pozo.
Como resultado una invasión de gas
podría ocurrir. Al tiempo que el gas
fluye podría ocurrir con lechadas
que tuvieran una baja pérdida de
fluido evaluada cuando otros
métodos de prevención de invasión
del gas al anular son usados. Es
recomendable que cualquier
lechada a través de una zona de
deslizamiento potencial debería
tener una pérdida de fluido API con
una evaluación menor a 100 cm3
por cada 30 minutos o menos.
Espaciadores y lavadores:
Los espaciados y lavadores
conforman dos funciones
importantes en el proceso de una
cementación primaria:
1. minimizan la contaminación del cemento por fluido de perforación
2. Desplazan la el fluido de perforación de la porción de cemento en el anular una vez hecho esto una base competente de cemento puede formar un sello hidráulico efectivo.
Se pensaron en los términos que
son usualmente intercambiables,
espaciadores y lavadores no son lo
mismo. Un espaciador es usado
para separar fluidos incompatibles
(fluido de perforación y cemento),
pero es compatible con ambos. Un
lavador se corre inmediatamente
después que el cemento es colocado para
proveer un espacio eficaz y ligante.
Los espaciadores son en base aceite o
agua. Espaciadores base aceite son más
compatibles con algunos lodos de
perforación y no dañan el agua de las
arcillas y lutitas sensitivas, de todos
modos, el cemento se une mejor hacia las
formaciones húmedas con agua. La
mayoría de los espaciadores usados son
en base agua.
Los lavadores son líquidos de baja
viscosidad (base agua) usados para
proveer un desplazamiento eficaz. Ambas
agua fresca y agua de mar pueden ser
utilizadas y son efectivas como los
espaciadores químicos si la hidrostática
permite el uso de grandes volúmenes de
agua. Por que el agua no ofrece un grado
de control de pérdida de fluido y podría
causar daño en formaciones sensitivas, los
mejores lavadores son mezclas químicas:
1. Sistemas reactivos: critica rata de circulación baja , previene el retroceso en la cementación, ayuda a prevenir la perdida de circulación e imparte un sello hidráulico.
2. Dispersantes y surfactantes: rompen las fuerzas de gel del lodo y crean flujo turbulento
3. Lechadas de barrido – pequeñas mezclas, estas lechadas preparadas para la perforación para la lechada primaria.
Las siguientes consideraciones deben ser
aplicadas cuando se selecciona un
programa espaciador:
1. compatibilidad 2. tiempo de contacto 3. El resultado sobre la formación
húmeda con agua si se usara un espaciador / lavador.
Pet-219 Arturo López G. Página 110
Un regla aceptada generalmente
para determinar las cantidades de
lavados químicos, espaciadores o
lavadores a usar es igual a la
cantidad para obtener 500 a 1000
pies de material en el anular.
Ordinariamente esto provee un
tiempo de contacto de 4 a 6
minutos, dependiendo del tamaño
del hoyo y la cañería y la rata de la
bomba. Si dos lavadores son
utilizados, la misma cantidad de
cada uno resultara en dos veces el
tiempo de contacto. Los volúmenes
luego pueden ser reducidos, si la
experiencia en el área especifica lo
indica. Básicamente, el propósito de
estos fluidos es el de separar
materiales incompatibles y ayudar a
controlar las presiones de
circulación manteniendo la
viscosidad de los fluidos uniformes.
Si un volumen muy pequeño es
utilizado, la mayor parte del podría
ser perdido en un entremezclado
normal en las interfaces del fluido
antes que el fluido abandone la
tubería, dejando una cantidad
infectiva del anular donde es
necesario.
SUMARIO
La tabla 3.38 es un sumario de los
aditivos de cementación más
comunes, sus usos y beneficios, y
los cementos a los cuales pueden
ser adheridos. La figura 3.18 nos
muestra lo mayores y menores
efectos de los aditivos sobre las
propiedades físicas del cemento,
mientras que la figura 3.19 muestra a
cuantificación de la mayores mezclas
utilizadas en los cementos.
Pet-219 Arturo López G. Página 111
Tabla 3.38 – Sumario de Aditivos de cementacion de pozos petrolíferos
Tipo del
aditivo
Uso Composición
química
Beneficios Tipo de Cemento
Aceleradores Reducen del tiempo de WOC
Se colocan en la superficie de
la tubería
Se colocan en tapones de
cemento
Combaten perdida de
circulacion
Clorhidrato de calcio
Clorhidrato de sodio
Gypsum
Silicato de sodio
Dispersantes
Agua de mar
Colocación
acelerada
rápida y temprana
resistencia
Todas las clases
API
Puzonlanicos
Sistemas diesel
Retardadores Incrementan el tiempo de
engrosamiento para el
colocado
Reducen la viscosidad de la
lechada
Lignosulfonatos
Ácidos orgánicos
CMHEC
Lignosulfonatos
modificados
Incrementan el
tiempo de
bombeabilidad
Mejores
propiedades de
fluido
Cementos API: D,
E, G, H
Puzolanicos
Sistemas diese
Aditivos
reductores de
peso
Reducen el peso
Combaten la perdida de
circulación
Bentonita – atapulguita
Gilsonita
Tierra diatomeas
Perlita
Puzolanas
Micro esferas (esferas
de vidrio)
Nitrógeno (cemento
espumantes)
Peso más liviano
Economía
Mejor llenado
Menor densidad
Todos cementos
API
Puzolanicos
Sistemas diesel
Aditivos aumenta
el peso
Combate las altas presiones
Incrementan el peso de la
lechada
Hematita
Limonita
Baritina
Arena
dispersantes
Mayor densidad Cementos API D, E,
G , H
Aditivos para el
control de
perdida de
circulación
Taponamiento
Incremento del llenado
Combate perdida circulación
Rápidos sistemas de colocado
Gilsonita
Cáscara de nuez
Hojuelas de celofán
Cemento gypsum
Bentonita / diesel
petróleo
Fibra de nylon
Aditivos tixotropicos
Fractura taponadas
Columna de fluido
más liviana
Zonas fracturadas
presurizadas
Tratamiento de
perdida de
Todos cementos
API
Puzolanicos
Sistemas diesel
Pet-219 Arturo López G. Página 112
circulación
Aditivos para el
control de filtrado
Cementacion presurizada
Colocación de largos liners
Cementacion en formaciones
sensitivas con agua
Polimeros
Dispersantes
Cloruro de sodio
lignosulfonatos
Reduce la
deshidratación
Menor volumen de
cemento
Mejor llenado
Todos cementos
API
Puzolanicos
Sistemas diesel
dispersantes Reducción de la potencia
hidráulica
Densificación de las lechadas
de cemento para
taponamiento
Imparte propiedades de flujo
Ácidos orgánicos
Polímeros
Cloruro de sodio
lignosulfonatos
Lechadas delgadas
Decrecimiento
perdida de fluido
Mejor remoción
del lodo
Mejor colocación
Todas cementos
API
Puzolanicos
Sistemas diesel
Cementos
especiales o
aditivos
Sal
Cementacion primaria
Coluro de sodio
Mejor adherencia
hacia la sal, arenas
y esquisto
Todos cementos
API
Fluor silica
Alta temperatura de
cementacion
Dióxido de silicona
Resistencia
estabilizada
Menor
permeabilidad
Todos cementos
API
Lodo kil
Neutralización del
tratamiento del lodo con
químicos
Para –Formaldehído
Mejor adherencia
Gran resistencia
Cementos API
A,B,C,G,H
Trazas
radioactivas
Modelos de trazas de flujo
Localización de influjo
Sc 46
-
Todos cementos
API
Limo puzolanica
Cementación a altas
temperaturas
Reactores de Limo -
Silica Menor peso
economía
-
Limo silica Cementacion a altas
temperaturas
Reactores de limo silica Menor peso
-
Cemento gypsum Tratamiento con condiciones
especiales
Sulfato de calcio Mayor resistencia -
hidromita Tratamiento con condiciones
especiales
Liquido potenciado con
látex Mejor adherencia Cementos API
A,B,G,H
Pet-219 Arturo López G. Página 113
Control de filtrado
Aditivos
tixotropicos
Recubierta en zonas de
perdida de circulación
Aditivos orgánicos
Aditivos inorgánicos
rápida colocación
y/o gelificacion
Menor retroceso
Reduce la perdida
de circulación
Todos cementos
API
Espaciadores de
lodo
Minimizan la contaminación variable Distribución
uniforme del
cemento
Todos los sistemas
de cementacion
Lavadores de lodo Ayudan en el desplazamiento
del lodo de perforación
Separan fluidos incompatibles
variable Mejor remoción del
lodo
Reduce la perdida de
circulación
-
Pet-219 Arturo López G. Página 114
TEMA IV
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO
Competencia: El estudiante conoce y entiende el efecto que tiene la T y P, sobre la
lechada y el cemento fraguado. La importancia de la temperatura de circulación; cómo
afecta la contaminación con el fluido de perforación a la lechada y el cemento
fraguado. Sabe para qué es el valor de la resistencia a la comprensión.
4.1. INTRODUCCIÓN
Antes de que la lechada sea bombeada al pozo, una variedad de pruebas de
Laboratorio puede ser realizada para asegurar un adecuado desplazamiento y ayudar
en la predicción de la ejecución y comportamiento de la lechada cuando esta es
bombeada y después de su desplazamiento. En la recopilación de esta información,
profundidades de terminación, temperaturas de pozo, condiciones del agujero, y
problemas de perforación deben ser considerados en el diseño de la composición del
cemento. Los siguientes factores afectarán en el diseño de la lechada de cemento:
1) Profundidad del Pozo
2) Temperatura del Pozo
3) Presión de la Columna de Lodo
4) Viscosidad y Contenido de Agua de las lechadas de cemento
5) Tiempo de Espesamiento o de Bombeabilidad
6) Fuerza del Cemento requerida para sostener la Cañería
7) Características del agua disponible para el mezclado
8) Tipo de fluido de perforación y de aditivo para el fluido de perforación
9) Densidad de la lechada
10)Calor de Hidratación
Pet-219 Arturo López G. Página 115
11)Permeabilidad del Cemento Fraguado
12)Control de Filtración
13)Resistencia a las Salmueras de Fondo de pozo
4.2. PRESION, TEMPERATURA Y TIEMPO DE BOMBEABILIDAD
Existen dos influencias básicas en el comportamiento de la lechada de cemento en el
fondo del pozo son la temperatura y la presión. Afectan en cuánto tiempo la lechada
será bombeable y cuán bien estos factores desarrollan la fuerza necesaria para
sostener la tubería. La temperatura tiene una influencia más pronunciada. Como la
temperatura de formación incrementa con la profundidad, la lechada de cemento se
deshidrata, se fragua más rápido y desarrolla la dureza más rápidamente. También, el
tiempo de bombeabilidad (o espesamiento) decrece, la fig., 4.1 muestra como estos
factores afectan el tiempo de bombeabilidad.
FIGURA 4.1.- EFECTO DE LA PROFUNDIDAD (TEMPERATURA) SOBRE EL
TIEMPO DE BOMBEABILIDAD EN EL CEMENTO API CLASE H
La presión impuesta por la carga hidrostática de los fluidos del pozo sobre la lechada de
cemento también reduce la bombeabilidad del cemento. En pozos profundos, la presión
hidrostática más la presión de superficie durante el desplazamiento pueden exceder los
Cemento API Clase H
CO
ND
ICIO
NES
DE
CA
ÑER
ÍA A
PI
Tiempo de Espesamiento – horas
Cemento API
Clase H con
2% de Cloruro
de Calcio
Pet-219 Arturo López G. Página 116
20000 psi (tabla 4.1). La influencia de la presión en la bombeabilidad de los cementos
está ilustrada en la tabla 4.2.
BOMBEABILIDAD = ESPESAMIENTO
Los gradientes de temperaturas varían en diferentes áreas geográficas. En el Oeste de
Texas y en Nuevo México, los gradientes están alrededor de 0.8 ºF/100 pies de
profundidad, mientras que a lo largo de Texas y la Costa del Golfo de Luisiana tienen un
rango superior a 2.2 ºF/100 pies de profundidad. Estimaciones de las temperaturas
estáticas de fondo de pozo (BHT´s) puede ser obtenida de estudios realizados durante
la registración y las pruebas de perforación. Las temperaturas de circulación de
fondo de pozo (BHCT´s) son obtenidas del registro de temperaturas obtenidas por
la sarta de tubería durante los viajes de acondicionamiento del lodo antes de que
la cañería quede ubicada. De tales datos la relación de BHST´s vs. BHCT´s puede ser
obtenida para determinar la bombeabilidad de la lechada de cemento.
Pet-219 Arturo López G. Página 117
Los estudios dedicados a la temperatura en toda la Costa del Golfo de Texas y Luisiana
en 1950 han formado las bases del cronograma de pruebas y las especificaciones del
cemento de la API por más de 20 años. Los cronogramas están basados en las
temperaturas de fondo de pozo, ºF= 80 ºF + 0.015 * profundidad (pies). (Ver figura 4.2).
El efecto de enfriamiento del desplazamiento del lodo baja la temperatura de circulación
del agujero considerablemente durante la cementación de la cañería. Durante una
cementación Squeeze, hay menos enfriamiento porque hay menos fluido procedente de
la lechada en el pozo. Por eso, la composición de la cementación, tiene
bombeabilidad más larga durante la cementación de la cañería que durante la
cementación Squeeze a la misma profundidad.
El tiempo que le toma a la lechada de cemento en llegar al fondo del pozo depende del
tamaño de la cañería y del caudal de desplazamiento. Estos factores fueron estudiados
y se hizo una investigación mediante la API en 1962. Como resultado, los cronogramas
probados fueron revisados para compensar los caudales de desplazamientos altos en
pozos de moderada a extrema profundidad.
FIGURA 4.2.- TEMPERATURA APROXIMADA DE LOS POZOS DE LA COSTA DEL GOLFO DE EE.UU.
Las tablas 4.3 a la 4.5 listan los datos usados como base para las Especificaciones
del Tiempo de Espesamiento de la API y un típico procedimiento de prueba para el
Tiempo de Espesamiento usado por un Liner a los 14 000 pies en los Estándares
API 10 a diferentes gradientes de temperatura.
Pozos Estáticos Normales
B.H.T. = 80 + 0.015 * profundidad
Cementación
Squeeze
Temperatura de
Descarga de Lodo
Temperatura de Succión de Lodo
Profundidad del Pozo – pies
Tem
pe
ratu
ra º
F
Cementación de
Cañería
Pet-219 Arturo López G. Página 118
Con la actividad de perforación incrementada en los años 1980, datos adicionales
apoyaron la precisión de las temperaturas de circulación API usadas en las
profundidades de pozos a lo largo de la Costa del Golfo en los EE.UU.
Pet-219 Arturo López G. Página 119
La
Figuras
4.3
ilustra la
medida
de
Tempera
tura de
circulaci
ón vs.
Las
temperat
uras de
Circulaci
ón de la cañería API o Linner. Esto fue preparado por los valores medidos de
temperaturas de fondo vs. Temperaturas obtenidas mediante la interpolación de
tablas de la API. La distribución relativamente uniforme de puntos a través de una
línea sólida, donde las medidas y las temperaturas de la API son iguales, parece
indicar una correlación razonable de los dos valores.
FIGURA 4.3.- TEMPERATURAS DE CEMENTACIÓN DE CAÑERIA MEDIDAS VS. TEMPERATURAS DE
CAÑERÍA API EN POZOS DE LA COSTA DEL GOLFO EN EE.UU.
Un argumento similar, en la figura 4.4 muestra la temperatura Squeeze medida vs. La
temperatura Squeeze API indica buena correlación, además los puntos están más
• Medido vs. API
Medido = API
Temperatura de Circulación medida, ºF
Tem
pe
ratu
ra d
e C
ircu
laci
ón
AP
I, º
F
Pet-219 Arturo López G. Página 120
ampliamente dispersos y las temperaturas Squeeze medidas son generalmente más
altas en pozos profundos que aquellos mostradas por las pruebas de procedimiento API.
FIGURA 4.4.- TEMPERATURAS SQUEEZE MEDIDAS VS. TEMPERATURAS SQUEEZE API EN POZOS DE
LA COSTA DEL GOLFO EN EE.UU.
En el diseño de las lechadas de cemento para condiciones de pozo específicas, el
caudal de desplazamiento de la lechada para 1 000 pies de profundidad, según los
caballos de fuerza requeridos por el pozo, caudales de desplazamiento, volúmenes de
lechada, y la relación entre el tamaño del agujero y de la cañería son usados como base
para determinar el tiempo de bombeabilidad esperado a dar la composición de la
cementación. Los datos de dureza están basados en las temperaturas y presiones del
pozo e indican el tiempo requerido por el cemento para alcanzar la fuerza suficiente
para soportar la cañería.
4.3. MECANISMO DE HIDRATACIÓN DE CEMENTO
El mecanismo de hidratación del cemento está influenciado por el contenido de agua,
las mezclas, tiempo de agitamiento, temperatura, y presión. Dos condiciones que no
pueden ser modificadas por el diseño son la presión y temperatura de fondo de pozo,
siendo la temperatura la más crítica. Las medidas del tiempo de espesamiento son
conducidas en la lechada de cemento por la BHCT y la presión de circulación de fondo
de pozo (BHCP). El tiempo de espesamiento debe ser suficiente para desplazar la
• Lo medido vs. API
Lo medido = API
Temperatura Squeeze Medida, ºF
Tem
pe
ratu
ra S
qu
ee
ze A
PI,
ºF
Pet-219 Arturo López G. Página 121
lechada de manera segura y permitir una dificultad de trabajo inesperada. El factor de
seguridad necesario en cada trabajo varía. Para liners y cañerías de producción, todo el
trabajo de cementación raramente toma más de 60 a 90 minutos en ser completado.
Cualquier tiempo extendido por más de 60 minutos sería esencialmente un factor de
seguridad. Hay otro factor de seguridad inherente en la medida del tiempo de
espesamiento. La prueba de la lechada es elaborada en función al BHCT y se realiza
hasta que la reacción de hidratación ocurre. En realidad, la mayoría de los cementos
experimentarán algún tipo de enfriamiento mientras son bombeados por el
espacio anular. Bajo las condiciones actuales del pozo, esto proveerá un factor de
seguridad más alto en la bombeabilidad.
Los cambios en las propiedades físicas de los cementos después del desplazamiento
influencian en el tiempo de espera del cemento (WOC), en la adherencia, soporte de la
cañería, y el éxito total en el trabajo de cementación. Debido a que la temperatura tiene
un cierto efecto en estas propiedades, la relación entre el BHCT y el BHST en la
hidratación del cemento son importantes.
Bajo condiciones estáticas el desarrollo de la fuerza gel es rápido en la lechada de
cemento, el desarrollo de la fuerza gel es un producto secundario del proceso de
hidratación y señala el punto al cual la lechada de cemento empieza a cambiar de un
verdadero fluido hidráulico que transmite toda la presión hidrostática a un material
fraguado sólido que tiene una fuerza compresiva medible. Este periodo de cambio es
llamado fase de transición. Durante esta fase, la lechada de cemente gana
continuamente fuerza gel, el cual permite a una restricción de presión potencial para dar
lugar en el llenado con cemento del espacio anular. El siguiente cambio que sucede es
el tiempo de fraguado de la lechada de cemento. Este es el punto donde la primera
fuerza compresiva empieza a desarrollarse. Esto señala el final del el tiempo WOC.
(Ver figura 3.17).
4.4. RESISTENCIA DEL CEMENTO PARA SOSTENER LA TUBERÍA
El cemento requiere de muy poca dureza temprana para sostener la sarta de cañería
(tabla 4.7). Otro estudio ha mostrado que 10 pies de anular cementado que tiene sólo 8
psi de resistencia a la tensión puede soportar más de 200 pies de cañería de tamaños
y pesos ligeros, incluso bajo condiciones de pobre adherencia.
En el fraguado de la cañería de superficie, cuando altos pesos del trépano son
necesarios para perforar el equipo flotante, una carga adicional debe ser soportada por
la cañería y el cemento. La tabla 4.7 muestra la longitud mínima de cañería y el tamaño
Pet-219 Arturo López G. Página 122
de Drill collar que puede teóricamente ser sostenida por 10 pies de cemento de 8 psi de
resistencia la tensión.
Debid
o a
que
en la
prueb
a de
la
durez
a del
ceme
nto
(figur
a 4.8)
el cemento está usualmente sometido a la compresión, los valores deben ser
convertidos de fuerza compresiva a fuerza tensión. Como regla general, la fuerza
compresiva es cerca de 8 a 10 veces más grande que la tensión o adherencia. Los 8 psi
de fuerza tensión serían equivalentes a 80 a 100 psi de fuerza compresiva.
Esto debe ser realizado con un intervalo de tiempo desde la hora en el que primer
cemento se fragua hasta que desarrolle 100 psi de fuerza compresiva
Debe tomarse en cuenta que el intervalo de tiempo a partir del tiempo cuando el
cemento empieza a fraguarse hasta que desarrolle una fuerza compresiva de 100 psi
puede ser relativamente corto. Campos diferentes - procesos de terminación,
materiales, condiciones de curado – no pueden ser pozos bastante conocidos o
controlados para establecer un tiempo de curado infalible. Además se debe aplicar un
razonable factor de seguridad. Es generalmente aceptado por la industria y por los
cuerpos reguladores que una fuerza compresiva de 500 psi es adecuada para la
mayoría de las operaciones, y mediante una buena utilidad de prácticas de
cementación un operador de ser capaz de perforar de manera segura adhiriendo a la
perforación los requerimientos mínimos de dureza.
Pet-219 Arturo López G. Página 123
FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO DE 2
PULGADAS.
Para decidir cuánto tiempo se esperará para que el cemento se fragüe (para seleccionar
un tiempo WOC), es importante:
3. Conocer cuán fuerte debe ser el cemento antes de que la perforación pueda
empezar, y
4. Entender las características de desarrollo de la dureza de los cementos en
uso común.
Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8 y
conocer qué temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la fuerza. Para
aplicar la información de dureza o fuerza del laboratorio apropiadamente y para
establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener algún conocimiento de
temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHST´s en la mayoría de las áreas
geográficas han sido razonablemente bien definidos mediante el uso de datos
isotérmicos de superficie con profundidades y gradientes de temperatura aceptadas.
Los resultados son verificados mediante estudios conducidos de temperatura en
agujeros superficiales interconectados. En las mayorías de las áreas la temperatura de
formación a la profundidad de la cañería de superficie es igual a la temperatura de
superficie mas 2 ºF/100 pies de profundidad.
La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no igualará a la
temperatura de formación, de hecho, esto incluso no tiene un valor constante. Esto es
gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo las temperaturas del fluido
Pet-219 Arturo López G. Página 124
de perforación, lechada de cemento y el fluido desplazado, tanto como el calor de
hidratación del cemento.
Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener la
cañería está basada en el estudio y la experiencia del campo:
5. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la
cañería durante la perforación, y con un incremento de la densidad de la
lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerza
compresiva es disminuido.
6. La densificación incrementa tanto la dureza como el calor de
hidratación del cemento.
7. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultarán
un débil cemento fraguado y por eso se deben evitar alrededor de la
parte baja de la cañería.
8. Con la selección de los cementos apropiados y con buenas prácticas de
cementación, el tiempo WOC para cañería de superficie pueden ser
reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas y
de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.
4.5. TÉCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA
Pet-219 Arturo López G. Página 125
La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medición de la
fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva ilimitada (figura
4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza compresiva del cemento
fraguado ha sido ampliamente usada por más de 40 años para establecer el tiempo
WOC, esto no refleja la verdadera adherencia del cemento a la cañería y/o a la
formación. Correlaciones comparativas han sido hechas en el laboratorio de adherencia
arbitrada y pruebas de fuerza compresiva para producir la relación mostrada en la figura
4.9.
Una técnica más nueva y más popular para predecir la fuerza y los tiempos WOC es un
dispositivo no destructivo que usa ondas acústicas y ultrasónicas. El analizador de
cemento ultrasónico (UCA) continuamente monitorea la dureza desarrollada por
cualquier composición de cemento dada (figura 4.10). Una lechada simple es
desplazada en una célula que está bajo condiciones que simulan la presión y
temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidad ultrasónica del cemento son
empezadas durante el estado fluido y continuado durante el fraguado inicial a cualquier
punto deseado de dureza parcial o final desarrollada.
FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE CEMENTO
FRAGUADO.
Pet-219 Arturo López G. Página 126
FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASÓNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRÁFICOS PARA EL
DESARROLLO DE LA DUREZA.
Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta que la
prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del fraguado inicial
y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador de gráficos vs. Tiempo
en cualquier punto de interés (figura 4.11).
Pet-219 Arturo López G. Página 127
FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO
FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASÓNICO.
El UCA funciona con poca atención aparte del operador desde el inicio hasta el final. La
misma información de los estándares API sobre las pruebas para aplastar la fuerza
compresiva requeriría la curación de una multitud de especímenes a veces
preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin garantía de que la primera prueba
sería lo suficiente corta o la prueba final lo bastante larga para proveer con exactitud la
información crítica del trabajo (ver figura 4.12).
Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal
Fue
rza
Co
mp
resi
va (
psi
)
Tiempo (días)
Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal 4% bentonita – 2% cloruro de calcio – 13.5 lbm/gal
Fue
rza
Co
mp
resi
va (
psi
)
Tiempo (días)
Pet-219 Arturo López G. Página 128
FIGURA 4.12.- COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE FUERZA DE UN CEMENTO CONVENCIONAL
TRITURADO VS. LOS RESULTADOS DE UN ANALIZADOR ULTRASÓNICO POR ENCIMA DEL
RANGO DE DENSIDAD.
4.6. SENSIBILIDAD DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Y DE LOS ADITIVOS DE LOS
FLUIDOS DE PERFORACIÓN
Un problema significativo en la cementación de pozos petroleros es el efecto de
remoción de los fluidos de perforación durante el desplazamiento. La
contaminación y la dilución por el lodo pueden dañar el sistema de cementación,
como también los químicos del lodo y del revoque de lodo. (Ver tabla 4.10)
Resultados de Pruebas Atmosféricas Densidad: rango de 12.7 a 19.6 lbm/gal
Material: rango de 16% de Bentonita, 75% de puzzolano a 93 % de hematita
Fue
rza
Co
mp
resi
va –
psi
(Val
or
cuan
do
est
á ap
last
ado
)
Fuerza Compresiva (Ecuación de tiempo de Tránsito)
Pet-219 Arturo López G. Página 129
Alguna contaminación de este tipo ocurre durante la mayoría de los trabajos, pero
probablemente la mayoría sucede cuando un tapón de cemento está ingresando en el
sistema de lodo que es altamente tratado con químicos. El volumen de cemento en
relación al volumen de lodo es pequeño, y el grado de contaminación del lodo nunca es
conocido, la suavidad en el cemento utilizado como un tapón que es re perforado es un
signo de contaminación. (Ver capítulo 10, Tapones de cemento para pozos abiertos).
La mejor forma de combatir efectos perjudiciales en los aditivos del lodo de perforación
es usar tapones más limpios y espaciadores o niveladores. Los tapones limpios ayudan
a eliminar la contaminación dentro de la cañería y los niveladores ayudan a limpiar el
espacio anular entre la cañería y la formación, los espaciadores o colchones lavadores,
consisten de agua, soluciones de ácido, fosfatos, mezclas de cemento y agua, y
lechadas con bentonita sin tratamientos y arcilla con agua. Para sistemas de lodos de
emulsión inversa o directa, niveladores de diesel oil – ambos pesados o sin pesar- son
efectivos.
Pet-219 Arturo López G. Página 130
4.7. MEDICIONES DE LA REOLOGÍA DEL CEMENTO
Las lechadas de cemento presentan un comportamiento no Newtoniano y sus
características son descritas mediante uno o dos modelos reológicos matemático: el
modelo plástico de Bingham o el modelo Exponencial. El viscosímetro de Fann modelo
35 mide datos de velocidad de corte/ esfuerzo cortante que son introducidos para
cualquiera de los dos modelos reológicos.
En el modelo plástico de Bingham la curva es una línea recta con lecturas de 600 y 300
revoluciones/minuto. La viscosidad plástica es definida como la diferencia entre las
lecturas a 600 y 300 revoluciones/minuto. El punto de yield es definido como la
diferencia entre las lecturas a 300 rev/min y la viscosidad plástica. El modelo
Exponencial requiere usar las lecturas de 600, 300, 200 y 100 rev/min para establecer la
curva de Velocidad de corte/ esfuerzo cortante de los cuales los valore de n (pendiente
de la curva) y k (curva interceptada) pueden ser determinados. Con estos valores es
posible calcular la relación entre el Número de Reynolds y la Velocidad (ver capítulo 11).
Para medir las propiedades reológicas de las lechadas de cemento, como indicación
directa, comúnmente se usa el viscosímetro rotacional. Este es potenciado por una
doble velocidad, un motor con 3 engranajes, para obtener velocidades rotarias de 600,
300, 200, 100, 6 y 3 rev/min. (Ver figura 4.15). El instrumento de medición consiste de
dos partes integrales: una camisa exterior y una bobina interior. Durante la prueba, la
camisa exterior es rotada a cierta revolución de asentamiento por minuto constante.
Esta rotación de la camisa causa un torque en la bobina interior que es medida por
medio de un cuadrante elástico de torsión. La lectura inicial a 600 rev/min es tomada
después de 60 segundos de rotación continua. La velocidad de la pieza giratoria del
motor (rotor) es cambiada con cada lectura sucesiva más baja en intervalos de 20
segundos con medidas siendo tomadas justo antes de cambiar a la siguiente velocidad
de asentamiento más baja. Las lecturas de asentamiento a 6 rev/min son usadas para
desarrollar la curva de Velocidad de Corte/ Esfuerzo de corte.
Pet-219 Arturo López G. Página 131
FIGURA 4.15.- VISCOSÍMETRO ROTACIONAL
4.8. PERDIDA DE CIRCULACIÓN
En los materiales seleccionados y usado para controlar la pérdida de circulación, se
debe tomar en cuenta dos factores importantes:
1. El material debe ser de un tamaño que pueda ser manejable por el equipo de
bombeo, y
2. Las formaciones abiertas deben ser lo bastante pequeñas para permitir al
material retener y sellar.
Cuando las formaciones abiertas son muy largas que los agentes sellantes son
relativamente inefectivos, esto puede ser necesario para diseñar cementos semisólidos
o de asentamiento rápido. Para un informe más detallado de pérdida de circulación y los
materiales usados para controlarlo, ver sección 3.7, Aditivos para Controlar la Pérdida
de Circulación. La efectividad de estos materiales ha sido establecida no sólo por las
pruebas de laboratorio, sino también por los resultados obtenidos en los Campos en los
que se han usado. (Ver figura 4.16).
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FIGURA 4.16.- CELDA DE PRUEBA PARA PÉRDIDA DE CIRCULACIÓN
4.9. CALOR DE HIDRATACIÓN
Cuando el cemento es mezclado con agua, una reacción exotérmica ocurre en el cual
un calor considerable es liberado. Mientras mayor sea la masa de cemento, mayor será
la evolución del calor. En laboratorio, dicho calor es medido con un calorímetro, consiste
de un frasco aislado vacío que contiene un termocupla unida a un registrador. El
incremento de la temperatura es registrado en intervalos específicos hasta que se
observa la máxima temperatura. El calor de hidratación (a veces llamado calor de
reacción o calor de solución) es influenciado por el grado de fineza, la composición
química del cemento, por aditivos, y por el ambiente de fondo de pozo. Mientras mayor
sea la temperatura de formación, más rápida será la reacción y más rápida la evolución
del calor. (Ver figura 4.17).
Tapa de aluminio y bronce con un sello circular y un área con relieve para prevenir presión excepto cuando la tapa está correctamente cerrada.
Camisa Lucite para la observación de los sellos
Válvula de Bola
Ranura de Prueba
Unión para la cámara de la ranura, puede ser removida con presión sobre la cámara para cambiar ranuras cuando la válvula está cerrada
Soporte de colchón perforado
Pet-219 Arturo López G. Página 133
FIGURA 4.17.- CALOR DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO API CLASE A BAJO CONDICIONES DISTINTAS
DE PRESIÓN Y TEMPERATURA.
El calor de hidratación de los componentes del cemento puro ha sido estudiado bajo
condiciones controladas de laboratorio. Algunos de los resultados son mostrados en la
tabla 4.13 y tabla 4.14 comparando el calor de hidratación de cementos con diferentes
composiciones.
Tiempo – horas
Tem
pe
ratu
ra -
ºF
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En la mayoría de los agujeros el espacio anular es de ½ a 2 pulgadas, excepto en las
zonas lavadas. En una cañería superficial típica, el calor de hidratación produce una
máxima temperatura que alcanza de 35 a 45 ºF. (Ver figura 4.18).
FIGURA 4.18.- RESULTADO DE LA RELACIÓN DE TEMPERATURA/TIEMPO DEL CALOR DE
HIDRATACIÓN DE UNA LECHADA USADA EN CAÑERÍA SUPERFICIAL
4.10. RESISTENCIA A LAS SALMUERAS DE FONDO DE POZO
La susceptibilidad de los cementos a la corrosión por las aguas de formación ha sido
objeto de muchas investigaciones. Formaciones salinas que contienen sulfato de sodio,
sulfato de magnesio, y cloruro de magnesio están entre las que tienen más agentes de
Tiempo después de Bombear el tapón – horas
Tem
pe
ratu
ra -
ºF
Profundidad del Estudio: 550 pies Peso de la Lechada: 15.4 lb/gal Temperatura del Agua de Mezcla: 74 ºF Temperatura de Formación: 65 ºF
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fondo de pozo destructivos. Tales salmueras son encontradas en el Oeste de Texas,
Kansas, en el Mar del Norte, y otras áreas productoras de petróleo.
Los sulfatos, generalmente considerados como las sustancias químicas más corrosivas
del cemento, reaccionan con la cal y el aluminato tricálcico en los cementos para formar
cristales grandes de sulfoaluminato de calcio. Estos cristales requieren de más espacio
poral que el que el cemento fraguado puede proporcionar, por eso causan una
expansión excesiva y una deterioro eventual. La figura 4.21 muestra cómo este cristal
crecido ha causado una expansión de 12 pulgadas al final de la prueba de palanca del
cemento API clase A que ha sido usado para curar en una solución del 5% de sulfato de
sodio.
FIGURA 4.21.- ATAQUE DE LOS SULFATOS AL CEMENTO FRAGUADO API CLASE A.
Los estudios de las aguas de formación corrosivas tienen enfatizado particularmente la
susceptibilidad de la masa o del concreto del cemento fraguado. El ion de sodio es
considerado como más detrimental que el ion de magnesio y a menudo se lo usa para
las pruebas de laboratorio.
Así parecen ser tres reacciones químicas distintas donde el sulfato de sodio reacciona
en el cemento fraguado:
Na2SO4 + Ca(OH)2 2NaOH + CaSO4 * 2H2O,
Na2SO4 + 3CaO * Al)2O3 * H2O 3CaO * Al2O3 * 3CaSO4 * H2O + NaO * Al2O3 + NaOH
Y Na2O * Al2O3 + H2O 2NaOH + 2Al(OH3)
En estas reacciones, se forman el sulfoaluminato de calcio y el aluminato de sodio, y
luego de la hidrólisis se forman se transforman en sodio y en hidróxidos de aluminio. El
sulfoaluminato de calcio formado a temperatura ambiente contiene 31 moléculas de
agua. Por eso el producto es una molécula larga y se considera la mayor expansión y
desintegración a ser causada por la deposición de este material en el cemento
fraguado.
Pet-219 Arturo López G. Página 136
El flujo de ataque en un cemento endurecido por la solución de sulfato de sodio o sulfato
de magnesio es guiado en cierta medida por la concentración de estas sales en el agua
de formación. Para ambos compuestos, sin embargo, parece haber una concentración
limitada que aparte de incrementar la concentración aumenta el flujo de ataque sólo
ligeramente.
La temperatura también influencia en la resistencia a los sulfatos de un cemento
endurecido. De las investigaciones hechas a altas y bajas temperaturas, se concluyó
que el ataque de los sulfatos es más pronunciado a temperaturas de 80 a 120 ºF,
mientras que a temperaturas de 180 ºF se vuelve insignificante. Esta conclusión es
apoyada por la observación de que los problemas de campo son más comunes en
pozos someros, donde las temperaturas son más bajas que en pozos profundos, donde
las temperaturas pueden exceder los 200 ºF. Un cemento que es resistente al ataque de
los sulfatos a bajas temperaturas es muy probablemente usado en pozos con altas
temperaturas. Bajos contenidos de aluminato tricálcico (Ca3Al) incrementa la resistencia
a los sulfatos del cemento. Además, en los tipos de cementos API clasificados como
Moderadamente Resistente a los Sulfatos (MSR) y Altamente Resistente a los Sulfatos
(HSR) en base al contenido de Ca3Al del cemento (MSR = 3 a 6% en peso de Ca3Al;
HSR = 0 a 3% en peso de Ca3Al. Ver Capítulo 2)
Se puede notar que la corrosión electrolítica más que la corrosión química ha sido
responsable del debilitamiento y el fracaso de algunas sartas de tuberías. La mayoría de
las investigaciones muestran que una capa uniforme de cemento fraguado
competentemente ofrece una excelente protección contra la corrosión electrolítica a la
cañería. Teóricamente, una corriente de 1 amperio al abandonar una tubería lleva con
ella 20 lbm de metal por año; por lo tanto, es bastante evidente la importancia de una
capa uniforme de cemento permanente.
4.11. TÉCNICAS DE INDENTIFICACIÓN DE CALIDAD DEL CEMENTO Y ANALISIS
DE LA MEZCLA
El microscopio es usualmente usado en la identificación del análisis de la mezcla y para
detectar las diferencias entre varias clases de cemento API (ver figura 4.22). Estas
diferencias reflejan parámetros fundamentales que son únicos en cada cemento y
proporcionan técnicas de análisis estándar químicos y físicos. Estos parámetros
también han sido relacionados a las propiedades de respuesta de la lechada de un
cemento particular en una forma cualitativa.
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FIGURA 4.22.- SISTEMA DE MICROSCOPIO DE LABORATORIO PARA PROYECTAR MUESTRA DE
CEMENTO PULIDO EN UNA PANTALLA de TV.
Con las muestras pulidas y sólidas, la morfología, o estructura, de los componentes
internos de un grano de cemento pueden ser usadas para predecir el desarrollo del
cemento. La observación de la forma y calidad de varios de los componentes (C3S, C2S,
C3A, C4AF) pueden determinar si el cemento fue correctamente quemado, o si las
cantidades relativas de los componentes es correcto, o si la muestra de cemento estuvo
sujeta a una hidratación prematura como resultado del almacenamiento. (Ver figura
4.23).
Muchas ventajas pueden ser obtenidas al usar un microscopio antes de probar un
diseño de Campo a ser usado antes de la ejecución del trabajo. Una ventaja es que el
microscopio es una rápida y muy útil herramienta para estimar la calidad del cemento
antes de usarlo en una prueba. Una vez se han desarrollado datos base adecuados que
involucran a diferentes cementos, especialmente de una misma fuente, un cambio en la
calidad del cemento es fácilmente detectada. Una decisión puede ser tomada para
continuar con el uso o no del cemento, hacer los ajustes necesarios en la mezcla, etc.
La otra ventaja ganada por el uso del microscopio antes de realizar las pruebas de
laboratorio es que hayan desarrollado su capacidad de estimar la actividad del cemento
y además sugerir un punto de inicio mejor para niveles adicionales. Esto debe reducir el
número de pruebas necesarias para obtener el tiempo de espesamiento necesario.
Básicamente, las técnicas de microscopio son buenos controles de calidad, son técnicas
de ahorro de tiempo que pueden ser muy útiles en operaciones de Campo.
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FIGURA 4.23.- MUESTRAS DE CEMENTO API CLASE H TIPICAMENTE PULIDAS. (ARRIBA: PARTÍCULA
NORMAL DEL CEMENTO CLASE H QUE TIENE CRISTALES DISTINTOS, LIMPIOS Y AFILADOS. ABAJO
PARTICULA DE CEMENTO CLASE HA POBREMENTE QUEMANDA, FORMA Y TAMAÑO IRREGULAR).
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4.12. CONCLUSIONES
Muchos factores deben ser considerados en los diseños de las lechadas de cemento
para uso en fondo de pozo. Los laboratorios de campo operados por las compañías
petroleras, organizaciones de servicio, y fabricantes de cemento están disponibles
alrededor del mundo para ayudar proporcionando los datos necesarios. En pozos
críticos, los datos de prueba deben ser obtenidos de los mismos materiales de
cementación a ser usados en el desarrollo del trabajo; de otra forma, las
recomendaciones no son enteramente confiables. La tabla 4.16 es un resumen de
las pruebas usadas en el diseño de la lechada de cemento.
TEMA
V
ACON
DICIONAMIENTO DEL POZO, ACCESORIOS PARA BAJAR
CAÑERÍA
Competencia: El alumno tiene la capacidad de decidir si las condiciones del pozo van
a garantizar la bajada de la cañería; si las propiedades del lodo son las requeridas para
minimizar los problemas durante la bajada de la cañería y la circulación del lodo con
Pet-219 Arturo López G. Página 140
cañería en fondo pozo. Evalúa durante la bajada de cañería los parámetros que le
indican, el funcionamiento de los accesorios y la operación de bajada en general
Importante :
En la perforación de un pozo una de las operaciones más importante que tenemos
es la preparación del pozo para bajar la cañería; que está directamente
relacionado con la estabilidad del pozo, la que depende principalmente del tipo y
calidad de lodo que estamos circulando en él; la selección de los accesorios que
llevara la cañería también es importante, para tener una circulación sin problemas
con la cañería en fondo de pozo. Para el ingeniero petrolero entender lo que es la
estabilidad del pozo es necesario e imprescindible. Por todo esto el alumno debe
realizar las preguntas que crea conveniente para tener bien claro este concepto.
Primeramente vamos a ver lo que significa estabilidad del pozo :
5.1.- PREPARACION DEL POZO PARA BAJAR CAÑERIA
Acondicionar el lodo debidamente. Esto significa tener geles frágiles lo más bajo posible, debe bajarse la viscosidad ‘plástica y punto cedente a los valores más bajo posible sin que significa afectar la estabilidad del pozo, tener un buen control de filtrado y además mínima cantidad de sólidos de formación (< 5 %). Asegurase que lo geles del lodo sean frágiles antes de tomar decisión de bajar la cañería, no autorizar bajar la cañería si lo geles son progresivos. Ver grafica que debe elaborar en boca de pozo el químico. Los geles son progresivos cuando el lodo tiene alta concentración de sólidos indeseables (hacer trabajar eficientemente los equipos de control de sólidos especialmente centrifugas, dilución debe ser la última alternativa). También puede ser una contaminación de iones carbonatos, bicarbonatos y/o sulfatos.
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En la carrera de reconocimiento debe circularse en fondo de pozo hasta que las zarandas estén limpias, se recomienda bombear un bache viscoso para tener una mejor respuesta en la limpieza del pozo. Debe el ingeniero estar observando la zarandas al retorno del bache viscoso de ser necesario se puede enviar un segundo bache.
Si tenemos algún problema al sacar o bajar el arreglo de reacondicionamiento del pozo (arrastres o resistencias), esto debe eliminarse antes de bajar la cañería.
Debe realizar carreras de reconocimiento para ver si estos problemas se solucionaron, debe circular un fondo pozo para observar si tenemos derrumbe, o viene el lodo cortado con gas, o con agua de formación, si tenemos perdidas de lodo, antes de correr la cañería debemos superar estos problemas.
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Anotar los puntos de arrastre y/o resistencia al estar sacando la sarta del pozo, estas profundidades serán importantes para cuando estemos bajando la cañería, o cuando estemos moviendo la cañería en el fondo del pozo, para romper gel.
Durante las carreras de registros, registrar la temperatura de fondo de pozo, temperatura estática. Nos sirve para luego trabajar con grafico temperaturas estáticas vs temperaturas de circulación, calcular la temperatura de circulación.
Medir la sarta de perforación mientras se saca hta del pozo.
Para tener una cementación exitosa hay que tener :
El agujero tiene que tener de 2 a 3 “ de diámetro mayor que el diámetro externo de la cañería que vamos a bajar ( para esto es importante la selección del lodo)
Las paredes del agujero cercanas a las del trepano, sin irregularidades
El agujero no tiene que tener patas de perro severas.
El agujero estable sin problemas, sin pérdida de circulación, sin corte de gas o agua
Con la cañería en fondo de pozo, tratar de mover cañería, empezar a circular con
caudal mínimo, luego ir aumentando hasta alcanzar el caudal con que se desplazara la lechada. ( operación llamada rompiendo geles)
Deben participar los alumnos con comentarios. UNA VEZ QUE HEMOS LLEGADO A LA PROFUNDIDAD PROGRAMA CON LA CANERIA (3 A 5 METROS ANTES DEL FONDO DEL POZO). PROCEDER A BAJAR LA REOLOGIA DEL LODO DE MANERA QUE NOS ASEGURE LA ESTABILIDAD DEL POZO. CUANDO LAS PROPIEDADES DEL LODO EN EL CAJON CHUPADOR Y EN EL FLOW LINE (TRAMPA DE LA ZARANDA EL LODO ESTA ACONDICIONADO). PROCEDER A CEMENTAR.
5.2.- CONDICIONES ADVERSAS QUE AFECTAN A LA CEMENTACION
AGUJERO
PERFORADO
INADEACUADAMENTE
Diámetro del agujero pequeño, patas de perro, irregular,
inestabilidad del agujero, mala selección de
Accesorios
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LODO MAL
ACONDICIONADO
Alto geles, plástica y cedente, alto filtrado, grueso
revoque, alta sólidos indeseables, incompatibilidad de la
lechada con el lodo.
PERDIDA DE
CIRCULACION
Zonas de pérdidas no selladas antes de la cementación,
excesiva pérdida de cargas en él EA causa pérdida del
cemento. Los Raspadores quitan el LCM
PRESION ANORMAL Complica la perforación del pozo, las lechadas tienen
que ser densificadas y con aditivos de control de gas, es
más difícil mover la cañería
PRESION
SUBNORMAL
Hay problemas de pega por diferencial, lechadas de
baja densidad, resistencia la compresión reducida
ALTAS
TEMPERATURAS
Gelificación del lodo y frague rápido del cemento sí se le
aditiva retardadores, problemas con las herramientas de
fondo pozo, retrogresión de la resistencia a compresión.
REQUISITOS PARA UNA CEMENTACION EXITOSA
Buen lodo, pozo estable, valores tixotrópicos y reológicos bajos sin afectar al pozo Movimiento de la cañería durante la operación de reacondicionamiento del lodo Bombear lo más que se pueda de preflujos, cuanto sea práctico. Utilizar cuanto centralizadores sean prácticos para centralizar la cañería. Diseño apropiado de la reología de la lechada. El flujo turbulento mejora la posición de la lechada en él EA. Prevenir la contaminación lodo – cemento Conocer las limitaciones de la presión de fractura de la formación.
METODOS PARA EVALUAR LOS TRABAJOS DE CEMENTACION
Prueba de presión del zapato. Prueba de temperatura CBL –Cement Bond Logging Inspección del trazador
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5.3.- -DISPOSITIVOS, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN
Elementos de Flotación
Zapatos
Collares
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Collares Diferenciales
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Centralizadores
Accesorios Doble Etapa (DV Tool)
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Torpedo y Juego de tapones de Cementación
Cabezas de Cementación
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Equipos de Cementación
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SECCION VI-DISPOSITIVOS, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN
RESUMEN DE LOS DISPOSITIVOS Y HERRAMIENTAS PARA CEMENTACIÓN
Equipos de Flotación Aplicación Ubicación
1.- Zapatos Guías * Guiar la cañería Primer caño extremo
* Evitar derrumbes inferior
2.- Collares flotadores Prevenir retorno cemento Hasta 6000 pies en la *
Mantener presión diferencial primera unión de
*Asientos de tapones de goma cañería
Mayor profundidad,2 o
3 uniones arriba del
fondo
Equipos de Llenado Automático
1.- Zapatos flotadores * Igual que los anteriores, Igual que los
Excepto que el llenado está anterior.
Gobernado por la presión
Hidrostática del anillo.
Dispositivos de Etapas
1-2 Etapas *Cuando se necesitan 2 o más Zonas críticas y de
2-3 Etapas secciones a cementar separa- acuerdo al gradiente
das de fractura.
Cabezas de Cementación
1.- Simples * Ubicación y largada de En la superficie
2.- Dobles tapones de goma caño superior.
*Derivaciones para bombear
distintos fluidos.
Tapones de Goma
1.- Inferior * Separar mecánicamente la Entre los fluidos
2.- Superior lechada del lodo y del fluido del pozo y el
de desplazamiento cemento.
Centralizadores de Casing.
1.- Varios tipos *Centralizar cañería en Pozos derechos1/200
el anillo pies s/zonas prod.
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Pozos desviados, de –
pende de la desviación
Rascadores o Limpiadores de pared
1.- Rotativos * Remover el lodo y revoque En zonas productivas
2.- Recíprocos del lodo en la pared del pozo y 50 a 100 pies arriba.
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TEMA VI
CEMENTACION PRIMARIA – PLANIFICACIÓN
Competencia: El Estudiante analiza y programa una cementación primaria, realiza un
análisis de riesgo de fractura durante la cementación. Evalúa si las propiedades de la
lechada y de los preflujos a usar en la operación son los requeridos. Calcula y estima
el tiempo de operación mínimo de trabajo, usa factores de seguridad.
6.1. CEMENTACION PRIMARIA
Una de las operaciones más importantes que se realiza en un pozo petrolífero es la
Cementación Primaria . Principalmente cuando se cementa la cañería de producción, ya
que es una operación irreversible. El objetivo es conseguir una completa aislación en el
anular, obtener un sello hidráulico entre el cemento y la cañería, el cemento y la
formación, eliminando al mismo tiempo la posibilidad que en el anular nos quede
canales de lodo y/o gas. Tenemos que tener en cuenta en que debemos colocar todo
nuestro profesionalismo cuando planificamos una cementación primaria , dado que si
fallamos en la cementación primaria el pozo nunca será igual a lo que pudo haber sido.
Smith dice que una operación de cementación “es una cadena de tres eslabones”
1.- Filosofía de una cementación
2.- Conocimiento
3.- Control de calidad
Aunque los tres son distintos y separados, uno depende de los otros. En el esquema de
abajo mostramos que representa estos eslabones.
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ESTO SE CONOCE COMO LA PIRAMIDE DE UNA CEMENTACION EXITOSA DE
SMITH
6.2.- PLANIFICACION DE UNA CEMENTACION
La programación de una operación de cementación comienza, semanas, y en algunos
caso meses antes de iniciar la perforación del pozo, y finaliza mucho después de haber
corrido los registros para ver la calidad de la cementación (CBL , VDL )
El proceso de desplazamiento del lodo durante una cementación no trata solo de
utilizar un mejor pre flujo , una mayor presión de bombeo , un mayor número de
centralizadores , mucho movimiento de la cañería en el fondo , ni tener menores valores
reológicos en el lodo ; si no que se trata de todo esto y mucho más. Cuando se realiza
una cementación debemos considerar todo el proceso. No es trabajo que puede ser
monitoreado por una sola persona; es un esfuerzo de equipo que necesita incluir
a la gerencia de perforación, a los supervisores de perforación, a los ingenieros
de perforación, de servicios. La disponibilidad de nueva tecnología no produce
automáticamente utilidad. El puente necesario entre la tecnología y la utilidad es
el profesionalismo con el cual se hace uso de la nueva tecnología y la utilidad es
el profesionalismo con el cual se utiliza la nueva tecnología.
En el campo debe establecerse una fluida comunicación entre el supervisor de
cementación y el de perforación, esto exige un esfuerzo extra que debe tener como
finalidad manejar varias medidas de control necesarias para la obtención de buenos
resultados. Ambos deben aplicar los conceptos de ingeniería. El ingeniero o supervisor
de cementación en lo que hace al diseño de la lechada, su mezclado, pre flujos y
desplazamiento. El ingeniero o supervisor de perforación generalmente está pensando
Pet-219 Arturo López G. Página 157
en una perforación del pozo segura y rápida, tan barata como sea posible. Su interés
principal es minimizar los días necesarios para llegar a la zona de interés productivo; sin
embargo es importante mencionar que el objetivo más importante para el ingeniero
de perforación es entregar un pozo sin cavernas y patas de perro, tan cercano al
diámetro del trepano y con las paredes estabilizadas.
6.3. LAS PRINCIPALES FUNCIONES DE UNA CEMENTACIÓN
1.- EVITAR FLUJO DE FLUIDOS ENTRE FORMACIONES
2.- UNIR LA CAÑERÍA A LA FORMACIÓN, SOPORTARLA Y REFORZARLA.
3.- EVITAR CONTAMINACIONES DE ZONAS ACUÍFERAS, QUE PUEDAN SER
USADAS PARA USO DOMESTICO, PROTEGER DE OTROS ESTRACTOS
ZONAS PETROLÍFERAS, GASIFERAS QUE NO ESTAN EN PRODUCCIÓN.
4.- AYUDA A EVITAR SURGENCIAS DESCONTROLADAS DE ALTA PRESIÓN
DETRÁS DE LA CAÑERÍA.
5.- PROTEGER A LAS CAÑERÍAS DE AGUAS CORROSIVAS Y CORRIENTE
ELECTROLITICAS.
6.- SELLAR ZONAS DE PERDIDA DE CIRCULACIÓN Y FORMACIONES
PROBLEMÁTICAS Y CONTINUAR LA PERFORACIÓN.
7.- PROTEGER A LAS CAÑERIAS DE SEGURIDAD, INTERMEDIAS DURANTE
LA PERFORACIÓN DEL POZO. LAS CAÑERÍAS LIBRES A MENUDO
PRESENTAN ROTURAS.
8.- PROVEE UNA BASE PARA LA FRACTURA EN LAS OPERACIONES DE
FRACTURAMIENTO EN LAS CEMENTACIONES A PRESIÓN.
6.4.- TÉCNICAS DE CEMENTACION DE CAÑERÍAS
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La mayoría de las cementaciones primarias se efectúan bombeando la lechada
por la cañería, alojándose esta en el anular desde abajo. Sin embargo, existen
algunas técnicas especiales para casos atípicos.
Entre las distintas técnicas podemos citar:
1.- Cementación a través del casing (técnica de desplazamiento normal)
2.- Cementación por etapas (para pozos que poseen gradientes de fracturas críticos)
3.- Cementación por medio de una cañería interior al casing (empleada en la
cementación de cañerías de gran diámetro)
4.- Cementación por medio de tubing bajado por el anular (empleada en la cementación
de casings de superficie).
5.- Cementación por circulación inversa (aplicable en la cementación de formaciones
críticas).
6.- Cementación de fragüe retardado (se la efectúa en formaciones críticas con la
intención de mejorar el emplazamiento)
7.- Cementación con múltiples cañerías (empleada en la cementación de tubings de
pequeño diámetro)
1.- Cementación a través del casing
En la cementación de cañerías de conducción, superficie, protección y producción se
utiliza el método de cementar a través del casing en una sola etapa. El cemento se
bombea por el interior del casing, los dispositivos de flotación (cuando se los emplea) y
de allí al anular, empleando tapones inferior y superior. Existen varios tipos de cabezas
de cementación, así como también adaptadores que permiten rotar o reciprocar la
cañería durante la operación.
2.- Cementación por etapas.
Son cementaciones primarias que se llevan a cabo en 2 o más etapas. Se ejecutan en
pozos que requieren una columna de cemento alta en los cuales las formaciones
débiles no soportan las presiones hidrostática que aparecen durante la operación.
Una desventaja de este método es aquel casing no puede moverse una vez finalizada la
primer etapa. Esto incrementa la posibilidad de canalización, no obteniéndose, en
general, una remoción completa de todo el revoque.
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3.- Cementación por medio de una cañería interior al casing
Cuando se cementa una cañería de gran diámetro, es como hacerlo a través de una
cañería que se baja por dentro de la misma. Este procedimiento reduce el tiempo de la
cementación, así como también el volumen de cemento requerido para bombear al
tapón. De esta forma se evita tener que maniobrar con la gran cantidad de cemento que
representa al volumen de todo el casing si la cementación se efectuara a través del
mismo por el método convencional.
Esta técnica emplea dispositivos de flotación, guía y deflexión especiales, juntamente
con adaptadores de cierre para cañerías de pequeño diámetro.
La cementación por una cañería interior al casing permite el uso de tapones de
pequeños diámetro y en los casos en que se bajen válvulas para contra presiones, es
posible, tan pronto como el tapón es fijado, desenroscar la cañería interior y sacarla del
pozo.
4.- Cementación por medio de tubing por anular.
El bombeo de cemento a través de tubing o de cañerías de pequeño diámetro bajados
al pozo entre casings o entre casing y formación es un método comúnmente empleado
en la cementación de casing de superficie a fin de obtener tope de cemento con la
superficie. A veces esta técnica se emplea para reparaciones de pozos. Tal el caso de
casings que resultan dañados cuando arena y gas, a gran presión, acometen contra los
mismos desde pozos lindantes. En tales circunstancias el casing debe ser reparado
cementando el anular.
5.- Cementación por circulación inversa.
Consiste en bombear el cemento por anular, desplazando los lodos hacia el interior del
casing y de ahí a la superficie.
Este trabajo requiere modificaciones en la cabeza de cementación, los dispositivos de
flotación y llenado diferencial.
Este método se emplea cuando no es posible bombear la lechada en régimen turbulento
sin producir fractura en las zonas débiles por encima del zapato. Esto permite en un
rango amplio de lechadas, emplazar el cemento más pesado o retardarlo en la porción
más baja del casing, y la lechada más liviana o acelerada en la porción superior.
Un inconveniente de este método es que el final del desplazamiento de cemento no
puede ser detectado como una presión. Esta dificultad puede conducir a errores en el
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cálculo del volumen anular requiere, por tanto, disponer de suficiente lechada y de un
volumen de lodo suficiente para llevar a cabo el completo emplazamiento del cemento.
Para asegurar el cementado del zapato, un exceso de 300 pies de cemento por encima
del zapato (dentro de casing) es normalmente aceptado.
El corrido previo de un caliper, ayuda notablemente a calcular con mayor precisión el
volumen de cemento más exceso que deberá emplearse en la cementación.
Durante la cementación es fundamental llevar un control a cada instante de los
volúmenes bombeados.
6.- Cementaciones con cemento de frague retardado.
La técnica de cementación de pozos con lechadas con fragüe retardado permite obtener
un anillo de cemento más uniforme alrededor del casing que el que se obtendrá
comentando por los métodos convencionales.
El cemento es emplazado bombeándolo a través de la sarta de perforación al anular, el
mismo se halla retardado y se le adiciona un control de filtrado. Una vez llenado el pozo,
se desenrosca la sarta y se baja el casing o liner a cementar hasta el fondo del pozo
dentro del cemento aun sin fraguar.
Después que el cemento a fraguado, se lo rota y se lo trabaja con los métodos
convencionales.
Esta técnica se emplea cuando se bajan múltiples tubings (o múltiples cañerías de
producción) en un mismo pozo.
Cuando el casing es bajado en la lechada, el lodo que queda en el anular se mezcla con
la misma, lo cual a menudo no es deseable que ocurra, por lo tanto, lo más común es
confinar al lodo en bolsillos o canales.
Este método permite prolongar la reciprocación del casing, con lo cual se obtendrá un
anillo más uniforme de cemento.
Una desventaja en cuanto a costos es que al ser el tiempo de espera del cemento
(WOC time) mucho mayor que el de los métodos convencionales, el equipo debe
permanecer muchas más horas en espera de fragüe.
Los cementos utilizados en esta técnica contienen generalmente 6 a 8 % de bentonita,
dispersante y control de filtrado, suficiente retardador como para obtener tiempos de
fragüe de 18 a 36 horas.
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TEMA VII CÁLCULOS BÁSICOS – BALANCE DE MATERIA
Pet-219 Arturo López G. Página 162
Competencia: El estudiante analiza los materiales a utilizar y calcula la cantidad de
cada uno de ellos; utiliza diámetros promedios o factores de seguridad para calcular los
volúmenes de lechadas que necesita para una determinada operación de cementación.
7.1.- BALANCE DE MATERIA – CALCULOS PARA PREPARAR UNA LECHADA.
7.1.1.- Para lechadas con agua y cemento
Cemento
Agua
BALANCE DE MASAS
Masa Cemento + Masa de agua = Masa de lechada (se conserva la masa )
BALANCE DE VOLUMENES
Volumen de Cemento + Volumen de Agua = Volumen de Lechada (se mantiene
los volúmenes )
La densidad de la lechada será =Dl = Masa lechada / Volumen lechada , (lb / gal)
Ml Vl
Cemento A (lbs) A(lbs )/ G.E x 8.33 (lb/gal)
Agua X (%) A/100 X (%) A/100xG.Ex 8.33
Ml = Masa Lechada = A + XA/100 = A ( (100 + X) /100 )
Vl = Volumen lechada = A/3.14 x 8.33 + XA/ 100 x 8.33 = A/8.33 (1/3.14 + X/100)
= A/8.33 ((100 + 3.14 X)/3.14 x 100) =
= (A/8.33 x 3.14 x 100) (100 + 3.14 X)
Ml
Camión mezclador
Blender
LECHADA
Pet-219 Arturo López G. Página 163
Dl = ----------- = 26.16( ( 100 + X) / (100 + 3.14 X))
Vl
GE = Gravedad especifica del cemento
A = lbs de cemento que tiene cada saco
Es importante analizar la ecuación de arriba, porque nos dice que la densidad de la
lechada depende de dos variables , X ( que corresponde al % de agua que se le
agregara a la lechada ) y 3.14 (GE ) , que es la gravedad especifica del cemento.
IMPORTANTE
TODOS LOS ADITIVOS QUE SE AGREGA A UNA LECHADA , INCLUSO EL AGUA
(%) , ESTAN REFERIDOS A LA MASA DEL CEMENTO .
RENDIMEINTO DE LA LECHADA ( RL )
RL = Volumen del cemento + Volumen de agua
= A/8.33 x 3.14 (( 100 + 3.14X) / 100 )
El rendimiento de la lechada depende de X y A (de la cantidad de lbs cemento
que tenga el saco )
7.1.2.- Lechadas con cemento, bentonita y agua
Vamos a preparar una lechada con cemento clase A, los sacos del cemento
son de 110 lbs. , llevara un 10 % de bentonita.
Ml Vl
Cemento 110 (lbs) 110lb/ 3.14 x 8.33 (lb/gal) 11lb
4.2 gal
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Bentonita 10 x 110 /100 10 x 110 /100 /2.6 x 8.33
Agua (46 + 5.3 x 10) 110 lb/100 (46 + 5.3 x 10) 110 lb/100 x 8.33
5.3 Corresponde al 1 % de bentonita
2.6 Corresponde a la gravedad específica de la bentonita
Ml = 110 lb + 11lb + 108.9 lb = 229.9 lb
Vl = 4.2 gal + 0.507 gal + 13.07 gal = 17.77 gal
Dl = 229.9 lb / 17.77gal = 12.93 lb/gal
RL = 17.77 gal/ sc = 0.423 bbl /sc
Ejercicio # 1. Cementación de una cañería de superficie
El objetivo del ejercicio, es cementar una cañería de 13 .375 “ ( OD ) , ID = 12.78” ,
del fondo pozo a superficie. Utilice un cemento clase A, de 110 lb /sc , de 15.6 lb
/gal de densidad , se asumirá que se corrió registros de caliper en este pozo.
108.9 lb 0.507 gal
13.07 gal
Pet-219 Arturo López G. Página 165
Zapato de 13.325” en 495 m , Collar flotador en 485 m
Tramo , m DH , pulgada DHi2 xi DHi
2
500 - 450 19.5 380.25 19012.5
450 - 400 19.0 361.00 18050.00
400 - 350 20.5 420.25 21012.50
350 - 300 22.0 484.00 24200.00
300 - 250 22.0 484.00 24200.00
250 - 200 23 529.00 26450.00
200 - 50 23 529.00 26450.00
50 - 0 19 361.00 18050.00
Hay que calcular la cantidad de cemento y agua que necesitamos:
Pet-219 Arturo López G. Página 166
1.- Calcular el diámetro promedio del agujero abierto
a) DH = ∑ xi DHi / ∑ xi b) DH = ∑ xi DHi / ∑ xi 1/2
= 19.1 “ = 20.19 “
Usaremos el valor de b)
2.- Calcular el volumen de la lechada por zonas
Zona 1 = (ID2cg / 314 ) x L(m) = (12.782 / 314 ) x 10 = 5.20 bbl
Zona 2 = ((D2H /314) ) x L(m) = (( 20.192 – 13.3252 )/314)) x 5 = 6.49 bbl
Zona 3 = ((D2H– OD2
cg) /314) ) x L(m) = (( 20.192 – 13.3252 )/314)) x 445 = 324.17 bbl
Zona 4 = ((ID2cg - OD2
cg) /314) )x L = ((202 - 13.3252 )/314)) x 50 = 28,99 bbl
Volumen total de lechada = zona 1 +zona 2+ zona 3 +zona 4 = 365 bbl
3.- Calcular el % de agua que tiene la lechada
De :
Dl = 2.16 ((100 + X )/ (100 + 3.14 X))
Reemplazando el valor de la densidad en la ecuación superior
Calcular el valor de X , X = 46.46 %
4.- Calculo del rendimiento de la lechada
Para esto debemos realizar el balance de masa
Pet-219 Arturo López G. Página 167
Ml Vl
Cemento 110 (lbs) 110lb/ 3.14 x 8.33 (lb/gal)
Agua 46 .66 x 110 lb/100 46.46 x 110 lb/100 x 8.33
Ml = 110 lb + 51.1 lb = 161.1 lb
Vl = 4.2 gal + 6.13 gal = 10.32 gal /sc
RL = 10.32 gal /sc = 0.245 bbl /sc
4.- Calculo del número de sacos para cementar la cañería
# sacos = Volumen de lechada / RL = 365 bbl / 0245 bbl /sc = 1490 sacos
5.- Barriles de agua que necesitamos para la lechada
Bbl agua = gal agua /sc x # sacos =6.13 gal /sc x 1490 sc =9133.7 gal = 217.5 bbl
6.- Explicar que puede haber ocurrido, si la terminar la cementación (cuando llega
el tapón superior al collar flotador) , en superficie se observa que se votaron al
campo 50 bbl de lechada. ¿
7.- Ídem anterior, pero se observa que la lechada solo llego hasta los 50 metros
(no circulo lechada en superficie) , ?
Ejercicio # 2
Es un ejemplo real de cálculo de la cementación de cañería intermedia.
Normalmente se utiliza dos tipos de lechadas. Una que se coloca en el fondo de
pozo (lechada principal de FP a 1850 m) , otra que se coloca de 1850 m hasta
superficie llamada lechada liviana extendida o removedora.
En un programa de cementación hay que presentar la siguiente información de
acuerdo a las tablas siguientes.
51.1 lb
4.2 gal
6.13 gal
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DATOS GENERALES DEL POZO
Equipo HP 122
Pozo PLM – B5
Diámetro del trepano 12 . 25 “
D – Promedio del pozo 12.25” + 50%
Profundidad medida 2250 m
Profundidad vertical 2245 m
Diámetro cañería 9 .625 “
Ultimo zapato pozo 85 m Cañería 13.325 “
Temperatura estática 155 155 *F
Temperatura circulación 130 *F
CARACTERISTICAS DE LA CAÑERIA
Diámetro externo 9.625 “
Diámetro interno 8.921”
Grado K-55
Rosca Buttres
Peso 36 lbs /pie
Intervalo 0 - 2245 m
Colapso 2020 psi
Reventamiento 3520 psi
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Tensión 755000 lbs
INFORMACION LECHADA LIVIANA 10 % BENTONITA
Tipo de cemento Clase A COBOCE /110 lb/sc
Densidad Lb/gal ?
Rendimiento Bbl ?
Requerimiento de agua Gal /sc ?
Tiempo bombeabilidad 5.5 hrs
Sin Aditivos
INFORMACION DE LECHADA PRINCIPAL
Tipo de cemento Clase A COBOCE /110 lb/sc
Densidad 15.6 Lb/gal
Rendimiento Bbl ?
Requerimiento de agua Gal /sc ?
Tiempo bombeabilidad 5.0 hrs
Retardador ( HR-S) 0.5 % GE = 1.57
Antiespumante ( Dair ) 0.25 % GE = 1.35
PROPIEDADES DEL LODO
Tipo de lodo B.E.X
Densidad 9.0 Lb/gal
Pet-219 Arturo López G. Página 170
Viscosidad plástica 20 Cp
Punto cedente 15 Lpcpc
PROPIEDADES DE LOS ESPACIADORES
Agua
Densidad 8.33 Lb/gal
Volumen 40 bbl
PROCEDIMIENTO OPERACIONAL
A. PREPARACION PREVIA
1.- Una vez que la cañería está en el pozo, medirla y calibrar. Verificar peso y
grado.
2.- Limpiar roscas
3.- Verificar que todos los accesorios que vamos a utilizar en la bajada de la
cañería sean los correctos y estén en buen estado.
B.- BAJADA DE LA CAÑERIA
1.- Conectar enroscando el zapato guía. A la primera pieza de cañería de 9 .625 “,
luego entre la segunda y tercera pieza colocar el collar flotador, continuar bajando
cañería hasta llegar a los 2245 m, colocar los centralizadores donde corresponde.
2.- Una vez la cañería está en el F.P , colocar la cabeza de cementación . Trate de
circular, iniciando a bajo caudal, moviendo la cañería. Circular y acondicionar
lodo.
C.- CEMENTACION
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1.- Probar las líneas de superficie con 4000 psi con agua.
2.- Largar el tapón inferior de limpieza, desplazarlo con 5 bbl de agua, luego
chequear si bajo el tapón, luego bombear los 35 bbl de agua restantes.
3.- Mezclar y bombear la lechada liviana X bbl a 6 a 8 bpm ?
4.- Mezclar y bombear la lechada principal Y bbl a 6 a 8 bpm
5.- Soltar el tapón superior. Desplazar con agua Z bbl a 8 bpm
6.- Asentar el tapón superior con 3000 psi
7.- Desfogar y observar si hay devolución de agua hacia el camión, con esto se
verifica el trabajo del collar flotador.
8.- Esperar frague +- 8 horas
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CALCULOS
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A.- CAPACIDADES
INFORMACIÓN SACADA DE TABLAS
Cap. CSG 9.625” = 0.0773 bbl/pie
Cap. Agujero, 12 .25” = 0.1428 bbl /pie
Cap. Agujero , 12 .25” - OD 9.625” = 0.0558 bbl /pie
Cap. ID CSG 13.325” - OD 9.625” = 0.0597 bbl /pie
B.- VOLUMENES
B.1.- Volúmenes de lechada principal
V 1 = 0.0773 bbl /pie x 20 m x 3.281 pie/m = 5.07 bbl
V 2 = 0.1458 bbl /pie x 5m x 3.281 pie/m x 1.5 (factor seg. ) = 3.59 bbl
V 3 = 0.0558 bbl/pie (2245m – 1850 m) 3.281 pie/m x 1.5 = 108.44 bbl
Volumen de lechada principal = V1 +V2+V3 = 117.13 bbl
B.2.- Volúmenes de lechada liviana
V 4 = 0.0558 bbl/pie (1850m – 85 m) 3.281 pie/m x 1.5 = 484,70 bbl
V 5 = 0.05970 bbl/pie x 85 m x3.281 pie/m = 16.64 bbl
Volúmenes de la lechada liviana = V 4 + V5 = 500.8 bbl
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C.- BALANCE DE MATERIALES PARA LA EXTENDIDAD
Ml Vl
Cemento 110 (lbs) 110lb/ 3.14 x 8.33 (lb/gal)
Bentonita 10 x 110 /100 10 x 110 /100 /2.6 x 8.33
Agua 46 + 5.3 x 10 110 lb/100 46 + 5.3 x 10 110 lb/100 x 8.33
Ml = 110lb + 11lb+ 108.9lb = 229.9 lb
Vl = 4.2 gal + 0.507 gal+ 13.07 gal = 17.78 bbl
Ahora calculemos la densidad de la lechada.
Dl = Ml / Vl = 229.9 lb/ 17.78 gal = 12.93 lb/gal
Rl = 17.78 gal/sc = 0.423 bbl/sc
Llevar estos valores a las tablas iníciales
C.1. - Materiales para la lechada extendida
# sacos cemento = Volumen lechada extendida / Rlp
= 501.2 bbl / 0423 bbl/sc = 1184 sacos
# sacos de bentonita = % bentonita x Masa de cemento
=( 0.10 x 1184 sac x 110lb /sac ) 1saco / 100lb = 130.2 sacos
Gal agua = Gal agua /sc x # sacos cemento
= 13.07 gal /sc x 1184 sacos = 15474.8 gal = 368.4 bbl
D.- BALANCE DE MATERIALES PARA LECHADA PRINCIPAL
Lo primero que tenemos que realizar es calcular a partir de la densidad de la lechada él
% de agua X
11lb
108.9 lb
4.2 gal
0.507 gal
13.07 gal
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Dl = ------ = 15.6
Calculando X , es = 46.2 % , ahora podemos calcular el rendimiento de la lechada
principal.
Generalmente la influencia de los aditivos en la densidad y volumen de la lechada es
despreciable, pero lo calcularemos con los aditivos.
Ml Vl
Cemento 110 (lbs) 110lb/ 3.14 x 8.33 (lb/gal)
Agua 46.2) 110 lb/100 46.46 x 110 lb/100 x 8.33
HR – 4 0.5 x 110lb/100 (0.5 x 110lb/100)/1.57x 8.33
D- Air 0.25 x 110lb/100 (0.25 x110lb/100)/1.35 x 8.33
Ml = 110 lb + 50.82 lb + 0.55 lb + 0.275 lb = 161.64 lb
Vl = 4.2 gal + 6.10 gal + 0.04 + 0.02 = 10.36 gal /sc
RL = 10.36 gal /sc = 0.250 bbl /sc
D.1. - Materiales para la lechada principal
# sacos cemento = Volumen lechada principal / Rlp
= 117.13 bbl / 0.250 bbl/sc = 476 sacos
Lbs de HR -4 = (0.5 /100)( 476 sacos) ( 110lbs /sc)
= 261.8 lbs
Lbs D-air = 80.25/100)(476 sacos) 110lbs /sc)
50.82
lb
4.2 gal
6.10 gal
0.55 lb
0.04 gal
0.275 lb
0.02 gal
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= 131 lbs
RESUMEN DE MATERIALES PARA REALIZAR LA CEMENTACION DEL POZO
Materiales Lechada Extendida Lechada Principal Total
Cemento clase A 1184 476 1660 sacos
Bentonita,sacos 130 0 130
Agua 368.4 69.13 437.53 bbl
HR -4 0 261.8 261.8 lbs
D-air 0 131 131 lbs
E.- VOLUMEN TEORICO DE DESPLAZAMIENTO
Vdt = Cap9.25” x Prof. Collar flotador = 0.0773 bbl /pie x 2225 m x 3.281 pie /m = 564.3bbl
E1.- Compresibilidad
Por lo general las compañías de servicio de cementación no consideran la compresibilidad del agua; pero si es importante hacerlo cuando estamos cementando con lodos base aceite, la razón es que el hidrocarburo es mucho más comprensible que el agua. Ahora vamos a trabajar con el factor de compresibilidad del agua para calcular el volumen de desplazamiento real. Volumen de comprensibilidad = VC = Vdt x Pm xFc Fc = Factor de
comprensibilidad agua = 2.6 x 10-6
Pm = Presión media = ( PhEA + Pdesb. ) /2
PhEA = Presión en el EA
Pdesb = Presión de desbalance el collar flotador
PhEA = 0.052 x 3.281 ( 375 m x 15.6 lb/gal + 1850mx 12.93 lb/gal ) = 5079psi
Pdesb = PhEA - Phd = 5079 psi - 3162 psi = 1917 psi
Phd = 0.052 x 3.281 pie /m x 2225m x 8.33 lb/gal = 3162 psi
Pm = ( PhEA + Pdesb. ) /2 = ( 5079 psi + 1917 psi )/2 = 3498psi
VC = Vdt x Pm x Fc = 564.3 * 3498* 2.6 * 10-6 = 5.1 bbl
El Volumen de desplazamiento real es :
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Vdr = Vdt + VC = 564.3 + 5.1 = 569.4 bbl
F.- PESO DE LA CAÑERIA EN EL AIRE
Pca = 2245 m x 3,281 pie/m x 36 lb /pie = 265170.9 lbs
F1.- PESO CAÑERIA LODO
Pcl = Ff x Pca = 0.862 x 265170.9 = 228577 lbs
Ff = 1 – ( Dl/65.4) = 1 – 9 /65.4 = 0.862
G.- VOLUMEN DESPLAZADO POR LA CAÑERIA
Información que sacamos de tablas. Csg – 9 .625” ( 36 lb /pie) = 0.0131 lb/pie
VD = 0.0131 bbl /pie x 2245 m x 3.281pie/m = 95.7 bbl
H.- PRESION MAXIMA PARA ROMPER CIRCULACION EN EL F.P ( PMC)
Calcularemos usando la presión de fractura. En 2100 m la densidad de fractura es de 13.5 lb /gal
PMC = 0.052 x3,281 ( 13.5 – 9.0 ) 2100 m = 1612 psi
I.- DENSIDAD EQUIVALENTE EN F.P AL TERMINAR LA CEMENTACION
DEQ = PHea / 0.052 x 2245 m x 3.281 = 5106 psi // 0.052 x 2245 m x 3.281 = 13.3 lb /gal
J.- PRESION MAXIMA PARA ASENTAR EL TAPON
PMAX = ( Rtx 0.75 - Pcl + Pdesb x Ai ) / Ai
=( 755000 x 0.75 – 228577 x 62.50) 62.50 = 7334 psi
Ai = π/4 x d2 = (3.1416/4) (8.921”2) = 62.5
K.- CALCULO APROXIMADO DEL TIEMPO DE OPERACION
Actividad Volumen , bbl Caudal bpm Tiempo , minutos
1.- Preparar y bombear la
Lechada extendidad
501 6 84
2.- Idem para lechada
principal
117.2 6 20
3.- Largar el tapon superior 10
Pet-219 Arturo López G. Página 178
4.- Desplazar con agua 569.4 8 71
TIEMPO DE OPERACION 185 MINUTOS
3,05 hr: min
Recordar que los tiempos de bombeabilidad de las lechadas es mayor a 300 minutos.
PROGRAMA DE CEMENTACION
CASING DE 30” @ 80 m.
POZO SABALO 7
BLOQUE SAN ANTONIO
Fecha: 13 de AbrilL 2010
Revisión 02
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INDICE
Consideraciones Generales Gráfico del Pozo Programa de Cementación Cálculo de Flotación y Pesos Procedimiento Operativo de Cementación Graficas de Simulación Pruebas de Laboratorio Precios Estimados del Trabajo1
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CONSIDERACIONES GENERALES PRE-FLUJO – Agua Fresca Como pre-flush bombear 50 Bbl de agua fresca que actuarán como fluido lavador y espaciador. El volumen total de espaciadores se ha calculado para un tiempo de contacto de 10 minutos. PRE-FLUJO PARA PERDIDA DE CIRCULACION.- Sistema Flow Guard L Debido a que durante la perforación se ha evidenciado pérdidas de circulación parciales y totales, se recomienda bombear como pre-flujo el sistema Flow Guard L. Este pre-flujo tiene una reacción química entre sus componentes, Cloruro de Calcio y Silicato de Sodio formando un precipitado Silicato de Calcio, y con el calcio del filtrado del cemento, el cual reduce la permeabilidad de la zonas de pérdida. Los fluidos que componen el sistema FlowGuard L son: Solución de CaCL2 al 10% 20 bbl Agua fresca 5 bbl Flow Guard 20 bbl Agua fresca 5 bbl MEZCLAS DE CEMENTO La lechada de cemento a usar es una mezcla de cemento puro aditivada con cloruro de calcio como acelerador de fragüe, el cual será agregado al agua de mezcla; la densidad de la lechada es de15.6 ppg. El tiempo de bombeabilidad de la mezcla está dirigido para minimizar el WOC, dos horas más que el tiempo de operación (incluido reversa). El volumen de cemento se ha calculado considerando como diámetro del hueco 36” con un exceso de 100%. De la experiencia de pozos off-set con problemas similares de pérdida de circulación, se recomienda bombear el cemento en dos fases: 1. CEMENTACION CON TAG-IN – 150 bbl de Lechada de Cmto Para asegurar un buen cemento en el fondo, bombear una parte del volumen total e la lechada por directa (150 bbl), de acuerdo al programa a través del zapato tag-in de 30”.
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Con esto se pretende evitar inducir pérdidas al aumentar la presión hidrostática en el fondo por la altura de cemento. La lechada de cemento a usar será acelerada con 1.5% de cloruro de calcio. 2. TOP JOB – 100 bbl de Lechada de Cmto Para completar el anillo y asegurar un buen cemento que soporte la cañería en superficie, después de desconectar el stinger y sacar herramienta, y proceder a realizar el Top Job. La lechada de cemento a usar será acelerada con 2% cloruro de calcio.
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PROGRAMA CEMENTACION DE CSG DE SUPERFICIE DE 30”
Datos del Trabajo
Profundidad del casing: 80 m Diámetro del casing: 30” Peso del casing: 23429 ppf Tipo de lodo: Base agua Peso del lodo: 9.0 ppg BHST: 90 ºF BHCT: 85 ºF Tamaño de hueco: 36” Pre-Flujos Pre-flujo: 50 bbl Agua Fresca Pre-flujo: 50 bbl Sistema Flow Guard L
Solución de CaCl2 10% 20 bbl Agua Fresca 5 bbl Flor Guard L 20 bbl Agua Fresca 5 bbl
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CALCULOS DE FLOTACIÓN Y PESOS - CEMENTACION C/TAG-IN
Bajada de Casing: Durante la bajada del casing, cuando se utiliza ZAPATO FLOTADOR, es nesario llenar el Casing desde superficie para evitar la “FLOTACION”, principalmente cuando se trata de cañerías de diámetro grande, para poder prevenir presiones que puedan colapsar el casing, debido a la presión hidrostática del lodo de perforación. Peso sobre el stinger: La presión aplicada desde superficie actúa sobre el área de flujo del zapato (9.62 pulg2 ) tendiendo a levantar el Drill Pipe y desenchufar el Stinger. El peso a ser aplicado sobre el zapato debe entonces ser igual a:
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Pr = Pr. max en sup (psi) * 9.62 pulg2
De la simulación del trabajo tenemos que:
Pr. max en sup = 300 psi
Entonces: Pr = 300 (psi) * 9.62 (pulg2) = 2886 lbs En la generalidad de los casos, alrededor de 10,000 lbs es usualmente suficiente. Colapso de Casing: La presión aplicada desde superficie actúa hacia abajo en el Sondeo y en la parte externa del Casing tendiendo a colapsarlo. Se debe verificar la presión de resistencia al colapso del casing.
Presión de colapso p/csg 30” , 234.51 lb/pie, X-56, = 770 psi * 85% de Factor de seguridad = 654 psi
El momento más crítico para que se dé esta situación es al final del desplazamiento, cuando se tiene completamente llena la columna del anular con cemento. Entonces:
P max permisible en Sup = P colapso – ( PH anular – PH casing ) De acuerdo al programa, en función a la posición final de los fluidos el cálculo de las presiones hidrostáticas serian los siguientes:
PH anular = 15.8 lpg x 0.052 x 80 x 3.281 = 216 psi PH casing = 9 lpg x 0.052 x 80 x 3.281 = 123 psi
Luego:
Pr. max permisible en Sup = 654 – (216 – 123) = 561 psi Observamos que en las condiciones presentes, la presión máxima permisible a desarrollar en superficie no debe exceder a 561 psi, para no correr riesgos de colapsar el casing. Fuerza de Flotación: Por otro lado, es necesario hacer el siguiente balance de fuerzas en el zapato, para determinar si el casing flotará al final del trabajo, y de ser así es necesario asegurar el mismo contra la estructura del equipo. Fuerza resultante = Peso del casing + Peso del fluido dentro del casing – Fuerza de empuje Peso del casing = 80 mts * 3.281pie/mts * 234.51 lbs/pie =
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Peso del fluido dentro del casing = 123 psi * 3.1416 * (28.5 pulg)2 / 4 = 78,466 lbs ↓ Fuerza de flotación = 216 psi * 3.1416 * (30 pulg)2 / 4 = 152,681 lbs ↑
Luego: Fuerza resultante = 61,554 + 78,466 –152,681 = -12,661 lbs ↑
Por lo analizado, el casing flotará, con una fuerza ascencional de 12,661 lbs, por consiguiente, se debe anclar el casing contra la estructura del equipo de perforación, para prevenir el movimiento del mismo.
PROCEDIMIENTO OPERATIVO DE CEMENTACIÓN
1. Bajar CSG 30” con zapato flotador doble válvula para Tag-in. Armar líneas de tratamiento de 2” hasta la cabeza de pozo, dejar todo listo para conexión final.
2. Tener en cuenta velocidad de entubación, para evitar efecto pistón y no inducir pérdidas de circulación por sobre-presión.
3. Bajar Stinger con HW 5.5” de 61.6ppf; hasta zapato flotador, enchufar en el mismo asentando peso de acuerdo a las consideraciones de presión adjuntas +-10,000 lbs. Probar circulación antes de cementar.
4. Realizar reunión técnica y de seguridad con el Company Man y todo el personal involucrado en la operación. Discutir los datos del trabajo, límites de presión, procedimientos de seguridad ymedio ambiente (disposición de los fluidos de desecho de la cementación) y asignar responsabilidades.
5. Verificar volúmenes y adecuado abastecimiento de agua para regímenes de trabajo programados.
6. Proceder a mezclar el agua para la lechada de cemento y pre-flujo Flow Guard L. Coordinar el inicio y el tiempo de mezcla con el Company Man.
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7. Asegurarse que el área de cementación se encuentre apropiadamente acordonada y que letreros de “alta presión” sean colocados en el lugar.
8. Probar líneas con 1500 psi, registrar durante 5 minutos.
9. Bombear 50 bbl de Agua, @ 3 BPM.
10. Bombear 50 bbl del “Sistema Flow Guard L” @ 3 BPM, como sigue:
11. Mezclar y bombear lechada de cemento 15.6 @ 3 BPM hasta observar retorno a superficie o 150 bbl de lechada de cemento como máximo.
12. Desconectar stinger, levantar 5 metros y bombear 5 bbl de agua.
13. Sacar herramienta.
14. Bajar tubería de PVC de 1.5” por anular y conectar a líneas de BJ para realizar Top Job.
15. Mezclar y bombear lechada de cemento 15.6 @ 3 BPM 100 bbl de lechada de cemento, y observar retorno por ante pozo.
RECOMENDACIONES
El supervisor de BJ junto con el company man, verificarán la conexión del stinger en el zapato flotador tag-in de 30”.
Controlar el retorno de fluidos por el anular durante el desarrollo del trabajo.
FASE 1 – CEMENTACION TAG-IN
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PROGRAMA DE CEMENTACION
CASING DE 20”
Profundidad 1425 nMD
POZO SABALO 7
BLOQUE SAN ANTONIO
Fecha: 18 de Mayo 2010
Revisión 03 – Versión Final
PROGRAMA DE CEMENTACION
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CASING 20” @ 1425m DATOS DEL POZO Profundidad pozo: 1428 m MD ( 1400 m TVD) Ultimo Casing OD: Casing 30” @ 79m (ID 28.5”) Tipo de Lodo: Base agua Peso de Lodo: 8.8 ppg BHST: 138°F BHCT: 104°F Bit Size: 24” Casing: 20", 129.45 ppf, X-56, ID 18.75 XLF FLUIDOS PROPUESTOS PARA EL TRABAJO Espaciador – Lodo con material obtura Se bombearan 200 Bbls. de Lodo Viscoso con abundante material obturante previo al bombeo del colchón programado para la cementación. Espaciador Mecánico: MCS-W Spacer viscoso (100 bbl, densidad 8.4 ppg)
El espaciador mecánico MCS-W Spacer viscoso, es preparado con un polímero de viscosidad media, bajo en residuos, su función es la de desplazar el lodo inmóvil de las cavernas del espacio anular, dejando acuohumectada las aredes del hoyo para mejorar la adherencia del cemento a formación.
Debido a las continuas pérdidas de fluido no se densificara este espaciador para no incrementar el ECD, como material sellante se usará BJ–Fiber como obturante para reducir la pérdida de circulación.
El volumen de espaciador recomendado (100 bbl) ha sido calculado en función de cubrir un espacio anular de ~500 pies de espacio anular, para un tiempo de contacto de ~20 minutos para el caudal esperado en el desplazamiento (5 bpm).
Preflujo: Agua Fresca (20 bbl) Se recomienda enviar agua fresca como separador entre espaciador mecánico y la lechada, a fin de evitar la contaminación entre ambos. Mezclas de Cemento El cemento a utilizar es clase “A”. CEMENTACION CON TAG-IN
Se es está recomendando el uso de dos mezclas de cemento, una de relleno de baja densidad 12.5 ppg (1000sx), y una principal de densidad 15.6 ppg (1000sx), esta última para asegurar un buen cemento en el zapato.
Debido a las condiciones del pozo, de continuas pérdidas de circulación a lo largo de la sección perforada, la mezcla principal se ha diseñado con propiedades tixotrópicas, de tal manera que desarrollen un pronto esfuerzo de gel para evitar que migren a través de los estratos altamente permeables.
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Las mezclas de cemento han sido aditivitas en función de lograr una reología adecuada para el bombeo, y con un tiempo de espesamiento suficiente para el bombeo de mezcla y el desplazamiento, considerando un factor de seguridad de dos horas adicionales al tiempo de operación como mínimo. horas adicionales al tiempo de operación como mínimo.horas adicionales al tiempo de operación como mínimo.
2. TOP JOB Está previsto el bombeo de un top-job para completar el anillo y asegurar un buen cemento que soporte la cañería en superficie. Entonces, después de desconectar el stinger y sacar herramienta, se procederá a realizar el trabajo de Top Job. La lechada de cemento a usar será de densidad 15.6 ppg aditivada con cloruro de calcio para acelerar su fragüe. Centralización y Canasta de Cementación Se recomienda 1 centralizador en el zapato y 1 centralizador entre cañerías (20” en 30”) por encima del zapato de 30”. La canasta de cementación será colocada a ~70m. Los centralizadores y canasta se recomienda fijarlos con 2 stop collar. Diámetro de Hueco Para efecto de cálculo de topes y volúmenes de cemento estamos asumiendo un diámetro de hueco en calibre de 24”. Esto será corroborado con el registro Caliper. Temperatura La temperatura se ha estimado a partir de la información de los pozos off-set, donde la BHST es de ~138ºF, que corresponde a una grad. Temp. de 1.26ºF/100 pies, lo que nos da que para 1425m una BHCT de 104ºF, con la cuál se han corrido los ensayos de laboratorio para la lechada de cemento y espaciador.
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Procedimiento de Cementación – Casing de 20”
1. Al bajar la cañería se recomiendaubicar un centralizador sobre el zapato y uno
sobre la primera junta. Colocar la canasta de cementación a 70m de superficie. 2. Tener en cuenta velocidad deentubación para evitar efecto pistón, para no inducir
pérdidas de circulación por sobre presiones. Llenar con fluido cada caño. 3. Cuando se comience a entubar, iniciar la preparación de preflujos y agua de
mezcla de las lechadas. Coordinar el inicio y el tiempo de mezcla con el Company Man.
4. Bajar Stinger con 3 tiros de HW 5.5” de 61.6ppf y el resto drillpipe de 5” hasta zapato flotador, enchufar en el mismo asentando peso +-10,000 lbs. Probar circulación antes de cementar.
5. Realizar reunión técnica y de seguridad con el Company Man y todo el personal involucrado en la operación. Discutir los datos del trabajo, límites de presión, procedimientos de seguridad y medio ambiente (disposición de los fluidos de desecho de la cementación) y asignar responsabilidades.
6. Verificar volúmenes y adecuado abastecimiento de agua para regímenes de trabajo programados.
7. Asegurarse que el área de cementación se encuentre apropiadamente acordonada y que letreros de “alta presión” sean colocados en el lugar.
8. Probar líneas con 3000 psi, registrar durante 5 minutos. 9. Iniciar el bombeo del lodo con material obturante con las bombas del RIG.
200 bbl Lodo
10. Luego, cerrar la línea de lodo, abrir la línea de cemento. 11. Iniciar el bombeo con las bombas de BJ.
100 bbl de MCS-W Spacer densidad 8.4 ppg
20 bbl de Agua Fresca densidad 8.4 ppg
437 bbl de Lechada de Relleno densidad 12.54 ppg
246 bbl de Lechada Principal densidad 15.6 ppg
12. Desplazar 65 bbl de lodo a 5 bpm y 10 bbl a 2 bpm. Dejar de desplazar 5 bbl para
dejar cemento sobre el zapato (4m). Presión teórica final 1180 psi a 2 bpm. 13. Desconectar stinger y verificar funcionamiento de la válvula del zapato. 14. Sacar herramienta. 15. Bajar dos líneas de tubería de PVC de 1.5” por anular y conectar a líneas de BJ
para realizar Top Job. 16. Bombear 40 bbl de agua a modo de preflujo, para remover lodo floculado. 17. Mezclar y bombear 100 bbl (414 sx) de lechada de cemento 15.6 observar
retorno por ante pozo. 18. Realizar operaciones previas a la perforación del cemento, considerando un
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tiempo estimado de fraguado de cemento de 24 horas (WOC). RECOMENDACIONES
Verificar el tally de la cañería y sondeo a usar con el company man.
Verificar el cálculo del volumen de desplazamiento, de acuerdo al tally real de los HW y Drill pipe bajados.
Controlar el retorno, permanentemente durante toda la operación.
Observar presiones máximas a desarrollar.
Tiempo de operación desde la mezcla de cemento 3 hrs 30 min. CHECK LIST ANTES DEL TRABAJO DE CEMENTACION:
Verificar las cantidades de cemento y aditivos en el pozo. Hacer una inspección final del equipo antes de iniciar la operación.
Realizar una inspección a las líneas de cementación, linea de desfogue y lavado,
líneas para hacer la reversa, mangueras de alimentación de cemento, agua y
Realizar la calibración de los instrumentos, presión, densidad y caudal.
Realizar una reunión de coordinación con los representantes de las compañías involucradas en la operación (Company man, RIG, lodos, etc) donde se discutirá
el procedimiento, se dará detalles del trabajo, volúmenes, límite de presión, procedimiento de seguridad y medio ambiente, planes de contingencia, y asignación de tareas.
Verificar el volumen de agua de mezcla para el trabajo.
Iniciar la mezcla del espaciador y aditivos en el agua de mezcla con la
autorización del company man.
Restringir y señalizar el área.
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GRAFICA DE OPERACIÓN: SIMULADOR CemFacts
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TEMA VIII CEMENTACION POR ETAPAS Y PREFLUJOS
Competencia: El alumno analiza, sugiere las propiedades que debe tener un
determinado preflujo, calcula el volumen requerido de cada uno de estos fluidos y
además conoce de la importancia que estas propiedades de los preflujos que deben ser
determinadas en campo.
1.0.- Porque es necesario cementar una cañería por etapas
2.0.- Los accesorios para cementar por etapas
3.0.- La importancia de los pre flujos
4.0.- Propiedades de los colchones y lavadores químicos
5.0.- La importancia de la limpieza del pozo con los pre flujos
6.0.- Diseño de los pre flujos y características
7.0.- Ensayos de compatibilidad de los pre flujos, con la lechada y el lodo
8.1- POR QUE ES NECESARIO CEMENTAR UNA CAÑERIA EN ETAPAS
Hasta ahora hemos visto que para cementar el caño guía, la cañería superficial y la
intermedia, se lo realiza del fondo a superficie, estos para conseguir entre otras cosas:
- Asegurar la cañería
- Evitar la contaminación de las aguas superficiales, y de fluidos entre sí.
- Para soportar las otras cañería que bajan al pozo
Las profundidades a las que bajamos estas cañerías no son tan largas , si lo fuesen ,
hemos visto que se pueden diseñar dos tipos de lechadas , una lechada extendida con
bentonita y la que se coloca en fondo del pozo llamada lechada principal . Las lechada
utilizadas hasta la fecha fueron preparadas con agua y cemento, y aditivos básicos,
tenemos que recordar que a medida que se profundiza el pozo tenemos aumento de la
temperatura de fondo y de la presión que actúan sobre la lechada, esto hace que
tengamos que agregar aditivos a la lechada para obtener las propiedades que se
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requiere para realizar la cementación de la cañería, principalmente la de producción.
Lógicamente estas lechada con aditivos tienen un mayor costo. $us / bbl.
Para cementar una cañería de 7 “ de producción a 4500 metros, vamos a tener los
siguientes problemas:
- No podemos pensar en cementar la cañería de Fondo pozo a superficie, dado
que tenemos la posibilidad de fracturar la formación, debido al alto valor de la
presión hidrostática generada por la larga columna de cemento en el EA.
- No es económico utilizar una lechada con alto valor $us/bbl, del fondo del
pozo a superficie.
- Técnicamente tratar de cementar de fondo a superficie, hace que podamos
encontrar los siguiente problemas.
Canalización del cemento
Formación de anillos de cemento
Perdidas de circulación
Es antieconómico
Los tres primeros puntos , van originar gastos excesivos dado que tenemos que realizar
cementaciones correctivas a presión ,, lo que va encarecer el costo el pozo . Quizás lo
más importante de entender es que una cementación a presión, no siempre es
recomendable, dado que trabajos de investigación han mostrado que las mismas
producen daño al reservorio. Para evitarse estos problemas, es que estas cañerías
deben cementarse por etapas.
¨ Las cementaciones por etapas(todas son cementaciones primarias), se efectúan en
una 2da , 3era etapas , según sea las condiciones del pozo”
Las cementaciones se las realiza, cuando vamos a cementar largas cañerías y/o
cuando tenemos zonas con bajos gradientes de fractura, tenemos que tener disponible
por lo menos la siguiente información:
a) Información de los diámetros del pozo , cañerías anteriores , las longitudes ,
desviación , temperatura y presión de F.P , los gradientes de fractura , como también la
litología del pozo, el diámetro promedio del pozo lo conocemos luego de correr el
registro del calapé , con esto vemos que volumen de lechada necesitamos , que
régimen podemos desplazar la lechada durante la cementación , temperatura definirá
que tipo de cemento se utilizara , la presión define la densidad de la lechada , con la
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desviación del pozo vemos que podeos calcular la cantidad de centralizadores, siempre
debe colocarse centralizadores en :
- Entre la primera y segunda pieza
- En la cañería adyacente al intervalo donde el pegamiento diferencial es
probable.
- En la zonas donde tenemos curvas , incremento de desviación
- Antes de ingresar a la arena de interés, y al salir.
b) Tener suficiente información del lodo :
- Densidad máxima del lodo
- Valor del filtrado , iones en el filtrado
- Reologia y geles
- Tipo de lodo base agua , aceite
c) Tener datos de compatibilidad del lodo y de la lechada con los colchones
separadores.
8.2.- LOS ACCESORIOS PARA CEMENTAR POR ETAPAS
En forma resumida indicaremos los pasos para realizar una cementación por
etapas:
0.- Lodo del pozo acondicionado
1.- Preparar y colocar zapato guía según diseño en primera pieza de CSG -7”
2.- Bajar dos piezas de cañería de 7”
3.- Armar y bajar el collar diferencial , con asiento para tapones
4.- Continuar bajando N piezas de cañería.( colocar centralizadores de acuerdo al
programa )
5.- Armar y colocar collar doble etapa (CDE) , profundidad definida
6.- Continuar bajando N´ piezas de cañería para llegar a profundidad programada
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7.- Una vez que la cañería esta en F.P, largar bolilla para convertir collar diferencia
el collar flotador.
8.- Circula y acondicionar lodo para efectuar cementación de primera etapa
9.- Termina la cementación de la primera etapa, largar torpedo para abrir CDE, y
circular lodo por CDE, acondicionar lodo.
10.- Realizar cementación de segunda etapa.
Veamos como se lo plantearía el ejercicio.
Ejercicio # 3
Cementar la cañería de producción de 7 “, en dos etapas.
Profundidad de pozo 4500 m
Diámetro de trepano 8.5 “
Diámetro promedio 9.5 “
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Cañería de 7” lbs/pie 26
Diámetro interno cañería 6.36”
Collar doble etapa en 2550m
Collar diferencia en 4475 m
Información de la lechada principal
Cemento clase G Loma negra
Densidad lb /gal 15.6
Filtrado , cc 70 Con aditivo
Resistencia la
compresión , 8 horas
1200 psi
Bombeabilidad , hrs: min 4: 20
Información de la lechada secundaria
Cemento clase G Loma negra
Densidad lb /gal 15.6
Filtrado , cc N/c
Resistencia la compresión ,
8 horas
900 psi Cloruro de
calcio
Bombeabilidad , hrs: min 4: 20 3:40
Preflujos :
- Como colchón químico utilizamos agua + pirofosfato de sodio
- Como Espaciador utilizamos Spacer -3000
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Accesorios a usar:
Zapato guía, collar diferencial, Tapones superior e inferior, collar doble etapa , con sus
accesorios torpedo , centralizadores y cabeza de cementación.
8.3.-PREFLUJOS EFECTIVIDAD DE REMOCION DEL LODO
La eliminación efectiva del fluido de perforación es un requisito previo para el éxito
de la operación de cementación (Fig. 36a y 36b).
Cuando la lechada de cemento fragua, el lodo que queda en el pozo puede impedir la
formación de un sello hidráulico, lo cual a su vez puede generar fenómenos
adversos tales como:
Producción de fluidos no deseados,
Perdida de hidrocarburos a zonas de baja presión.
Existencia de presión detrás de la cañería de revestimiento.
Corrosión acelerada de la cañería de revestimiento.
La solución de estos problemas demanda gastos adicionales y generalmente
inesperados. Además del estado general y de la calidad del pozo, entre estos factores
que afectan la eliminación del lodo se encuentra el acondicionamiento del mismo,
los procedimientos de desplazamiento, la geometría del pozo y la centralización de la
cañería de revestimiento.
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Fig. 36a: Deficiente Fig.37b: Eficiente
Desplazamiento del lodo desplazamiento del lodo
8.4 LIMPIEZA DEL POZO
Para tener un pozo limpio, se debe controlar y optimizar las propiedades del lodo
(viscosidad plástica, punto cedente, gel), se debe pensar en la utilización de
raspadores (escariadores) para poder remover la película de lodo (revoque) que
se forma en las paredes del pozo.
También se debe mantener más de un 95% del volumen del pozo en movimiento, este
porcentaje no se podrá obtener si la cañería se encuentra apoyada hacia alguno
de los lados del pozo, este factor se conoce como Stand Off (Fig.37).
Si se tiene un Stand Off menor a 75% el desplazamiento del lodo del anular no
será eficiente, para esto se debe tener un eficiente desempeño de los
centralizadores, además es muy conveniente una vez bajado el revestimiento, rotarlo y
moverlo arriba hacia abajo (reciprocar) (Fig. 38), es o facilitara la remoción del lodo
así como el revoque del mismo.
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También se deberá tener un registro estricto del calibre del pozo, para poder
identificar posibles cavernas que imposibiliten una buena limpieza del pozo, para
calcular el volumen exacto de lechada necesaria para la cementación.
Fig.37: Stand Off
4.1.2.- Acondicionamiento del lodo
Previo a la operación de cementación, se debe acondicionar las propiedades del
lodo, esto significa bajar la viscosidad plástica y punto cedente sin comprometer la
estabilidad del pozo.
Incompatibilidad entre lodo y lechada de cemento:
La incompatibilidad es cuando dos fluidos forman una mezcla y experimentan
indeseables reacciones químicas. Ejemplo de incompatibilidad en la lechada de
cemento y lodo (Fig. 39).
El cemento y el lodo son incompatibles porque existe abundante calcio en el cemento y
eso ocasiona la floculación de las arcillas de lodo.
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Efectos de la incompatibilidad:
- Altas presiones de desplazamiento.
- Llenado incompleto del anular.
- Baja resistencia a la compresión.
- Pobre adherencia del cemento.
- Pobre aislamiento zonal.
- Influjo de gas o fluido.
- Terminación de trabajo prematuro o fallado.
-
Fig. 39: Incompatibilidad entre lechada de cemento y fluido de
perforación (Lodo)
Número de Erodabilidad
Para obtener un exitoso trabajo en la cementación de un pozo, el fondo del
mismo debe estar apropiadamente acondicionado para romper los esfuerzos de
geles de los fluidos que están ubicados en el espacio anular, para alcanzar una
mayor facilidad en el desplazamiento de este y cualquier partícula de fluido
deshidratado del anular.
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Se debe remover al máximo el revoque del filtrado antes de desplazar la lechada
de cemento al espacio anular y así garantizar una buena adherencia entre las interfaces
cemento-formación y cemento-cañería.
La Erodabilidad es la medida de cuán fácil o difícil es remover el fluido de
perforación parcialmente deshidratado y el revoque del mismo de las paredes del
pozo. (Fig. 40).
Fig. 40: Lodo difícil de ser removido
Matemáticamente, el número de erodabilidad es calculado por la siguiente
ecuación:
Ed = 600 / ly
Donde:
Ed = Numero de Erodabilidad
y = Mínima fuerza requerido para remover el fluido de perforación bajo las
condiciones de fondo de pozo (lb/100 ft)2.
Dependiendo del número de Erodabilidad, los sistemas de lodo pueden ser clasificados
de la siguiente manera.
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- Sistemas de lodo difícil de ser removido, si: Ed 5
- Sistemas de lodo moderadamente difícil de ser removido, si: 5 Ed 10
- Sistemas de lodo moderadamente fácil de ser removido, si: 10 Ed 20
- Sistemas de lodo fácil de ser removido, si 20 Ed 30
- Sistema de lodo bastante fácil de ser removido, si: Ed > 30
Los pre flujos funcionan como espaciadores, minimizan el mezclado interfacial en
el interior y anular de la cañería (Fig. 41) , tienen varias características,
dependiendo del sistema de lodo y de sus varias funciones, algunos contiene
aditivos para adelgazar el lodo, penetrar y aflojar el revoque de fluido de perforación.
8.- COMO FUNCIONAN LOS PREFLUJOS
Fig. 41: Los pre flujos evitan el
mezclado de la lechada de
cemento con el lodo
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Colchones químicos y mecánicos
Durante los pasos previos a la cementación de una cañería de revestimiento, una
cuadrilla de cementación bombea una serie de fluidos por la cañería para
desplazar el fluido de perforación del interior al espacio anular existente (Fig.41).
El primer fluido bombeado suele ser un colchón químico lavador seguido por un
colchón mecánico que separa el fluido de perforación de la echada de cemento.
La densidad y viscosidad de los colchones químicos son similares a la del agua o
petróleo, se puede utilizar agua, diesel o petróleo como fluido base para los
lavadores químicos. Si se bombean delante de la lechada de cemento,
contribuyen a la eliminación del lodo porque lo diluyen, reducen su densidad y lo
dispersan.
Los colchones químicos pueden formularse de manera al que eliminen tanto los
fluidos de perforación base agua como los fluidos base aceite. Los colchones
químicos tienen baja viscosidad, se bombean en condiciones de flujo turbulento.
Para lodos base aceite, los surfactantes utilizados en los colchones químicos y
mecánicos, modifican la mojabilidad de la cañería de revestimiento y de la
formación alrededor del pozo, que pasa de la condición de mojada con petróleo a
mojada con agua. Esto contribuye a mejorar la adherencia del cemento.
Los espaciadores son químicamente compatibles tanto con el fluido de perforación
como con la lechada de cemento durante el desplazamiento. El desplazamiento
total del fluido de perforación por el espaciador es crucial para el
establecimiento del aislamiento zonal, un desplazamiento incompleto puede conducir a
la formación de un canal de lodo continuo en la zona de interés, creando vías de
comunicación entre las distintas zonas. Esta comunicación conduce a la
producción de fluidos no deseados, la perdida de hidrocarburos e incluso la
migración de los fluidos hacia la superficie.
Las propiedades de los espaciadores para un trabajo en particular siempre deben
estudiarse de manera que resulte compatible con el lodo y el cemento.
El grado de eliminación del lodo y la presencia de canales se vinculan más
comúnmente con la geometría, la rugosidad y las cavernas del pozo, así como la
viscosidad y la densidad de los fluidos contenidos en el mismo.
Las funciones principales de los espaciadores son:
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- Servir de barrera entre el fluido de perforación y la lechada de cemento,
eliminando así la contaminación entre ambos.
- Limpiar el fluido de perforación de la cañería de revestimiento y de la formación
eliminando así cualquier impedimento de buena adherencia.
- Actuar como agente mojante para dejar aquohumectado la cañería de
revestimiento y las formaciones.
- Mejoran la calidad de adherencia entre las interfases cañería-cemento y
cemento-formación.
Para que un espaciador sea efectivo, debe entrar dentro de ciertos márgenes de
densidad y compatibilidad. El espaciador debe ser más denso que el lodo, pero
no tan denso como la lechada de cemento. El margen recomendado debe ser de
1 a 1.5 LPG en cada sentido. Esta diferencia le permite al espaciador separar los
dos fluidos (lechada y lodo) e impedir que se contaminen uno al otro.
Tiempo de contacto:
Tiempo de contacto es el periodo de tiempo que el flujo de un espaciador
químico o mecánico atraviesa un punto en particular en el espacio anular durante
el desplazamiento, un tiempo de contacto de 10 minutos o mayor proveerá una
excelente remoción del lodo, el volumen de fluido para proveer un específico
tiempo de contacto es:
Vt = tc x qd x 5.615 , Vt = Pie 3
8.7.- Evaluación de la cementación:
La cementación exitosa de las cañerías de revestimiento es una operación difícil
que requiere de una planeación apropiada del trabajo en función de las condiciones
del pozo. Las causas de los malos trabajos de cementación pueden ser clasificadas
en dos categorías:
- Problemas de flujo de origen mecánico.
o Cañerías mal centralizadas.
Pet-219 Arturo López G. Página 216
o Agujeros derrumbados.
o Pre flujos ineficientes.
o Régimen de flujo incorrecto.
Estas condiciones se caracterizan por una remoción incompleta del lodo en el
espacio anular del cemento.
- Degradación de la lechada de cemento durante la etapa de curado o
o Experimentos de laboratorio confirmados por pruebas de campo han
demostrado que la presión diferencial entre la presión de poro del
cemento y la presión de formación es la causa de muchas fallas en las
cementaciones. Este efecto se debe a la migración de gas dentro de
la lechada antes de completarse el curado, la estructura de poros de la
lechada es parcialmente destruida y el gas genera una red de poros
tubulares los cuales crean permeabilidades al gas. Este cemento gaseoso, a
pesar de soportar la cañería, no es capaz de proporcionar un sello
apropiado para el gas de la formación.
Ya sea que la causa de la mala cementación sea de origen mecánico o de presión, el
resultado afectara el aislamiento hidráulico entre las formaciones, la cual es la
función principal de una cementación primaria.
Un programa de evaluación de la cementación deberá ser capaz de de terminar
no solo la calidad de la operación de cementación o la necesidad de trabajos de
reparación, sino analizar también las causas de las fallas con el fin mejorar el
programa de cementación de futuros pozos en el mismo campo.
4.3.1.- Registro de adherencia de cemento “CBL”
Es denominado así por las siglas en ingles de Cement Bond Log, o en español,
Registro de Adherencia de Cemento, consiste en utilizar una curva de amplitudes
acústicas para valorar la integridad de la adherencia del cemento. (Fig.43).
Un CBL mide la amplitud de la señal sónica pasando por una cañería, esta
señal se reduce donde la cañería está bien cementado, la amplitud es registrada
Pet-219 Arturo López G. Página 217
en milivoltios, entre más grande sea el relleno de cemento en el anular, más débil es la
señal en el receptor.
- Amplitud atenuada: < que 10mV, indica buena adherencia cemento-
revestimiento.
- Amplitud alta: > que 10mV, indica mala adherencia.
Los siguientes puntos tienen una gran incidencia en resultado de un registro de
adherencia de cemento.
1.- Una buena adherencia hidráulica hacia la formación depende del íntimo
contacto entre el cemento y la formación.
2.- Una capa de lodo espeso en la interfase cemento/formación reducirá
considerablemente la adherencia hidráulica.
3.- Altas fuerzas de adherencia pueden ser espectadas en formaciones muy
permeables si el revoque del lodo tiene una uniforme extensión.
5.- El fracaso en remover lodo puede ser más perjudicial para la adherencia a la
formación que para la adherencia a la cañería.
4.3.2.- Registro de densidad variable “VDL”:
Es denominado así por las siglas en ingles de Variable Density Log, o en
español, Registro de densidad variable.
El principio del registro de densidad variable se expresa en la Fig.44:
El tren de onda completo es mostrado en la película como franjas claras y
oscuras, el contraste depende de la amplitud de los picos positivos.
Pet-219 Arturo López G. Página 218
Fig. 44: Principio del registro VDL
La evidencia de una buena adherencia cañería –cemento será cuando E1 sea
pequeño, salto de ciclo en TT y VDL sin contraste.
Al contrario cuando la cañería este sin cemento será evidenciado cuando E1 sea grande
lo que implicara un amplitud al a en el CBL., TT constante, franjas de VDL bien
contrastadas.
El registro de densidad variable es opcional y complementa la información
proporcionada por el CBL.
Pet-219 Arturo López G. Página 219
Pet-219 Arturo López G. Página 220
TEMA IX REOLOGÍA –MODELOS REOLOGICOS
Competencia : El alumno analiza y determina si una lechada
puede ser representada por los modelos reológicosde Bingham o
el exponencial . Conoce de la importancia de la reología en las
perdidas de cargas y en la selección de las unidades de bombeo
que necesita.
VISCOSIDAD: RESISTENCIA INTERNA QUE UN FLUIDO OFRECE AL FLUJO.
ESFUERZO DE CORTE: FUERZA DE FRICCION QUE SE EJERCE CUANDO UNA
LAMINA DE FLUIDO SE DESLIZA SOBRE OTRA. (FUERZA
POR UNIDAD DE AREA).
VELOCIDAD DE CORTE: VELOCIDAD RELATIVA DE DOS LAMINAS DE FLUIDO
DIVIDIDO POR LA DISTANCIA ENTRE LAMINAS
(VELOCIDAD POR UNIDAD DE LONGITUD)
VISCOSIDAD SE DEFINE COMO: μ = ESFUERZO DE CORTE
VELOCIDAD DE CORTE
LA UNIDAD DE VISCOSIDAD NORMALMENTE ES EL CENTIPOISE
Pet-219 Arturo López G. Página 221
TIPOS DE FLUIDOS
Pet-219 Arturo López G. Página 222
MODELOS Y CURVAS DE FLUENCIA
Pet-219 Arturo López G. Página 223
Pet-219 Arturo López G. Página 224
FLUIDOS NEWTONIANOS
MODELO PLÁSTICOS DE BINGHAM
Pet-219 Arturo López G. Página 225
Pet-219 Arturo López G. Página 226
MODELO LEY DE POTENCIA
Pet-219 Arturo López G. Página 227
Pet-219 Arturo López G. Página 228
FLUJO TAPON
CARACTERÍSTICAS:
1. VELOCIDADES DE FLUJO MUY BAJAS.
2. PERFIL DE VELOCIDADES RECTO.
3. BAJOS ESFUERZOS SOBRE EL FLUIDO.
Pet-219 Arturo López G. Página 229
FLUJO LAMINAR
CARACTERÍSTICAS:
1. VELOCIDADES DE FLUJO MODERADAS.
2. EL FLUIDO FLUYE EN UNA LINEA RECTA PARALELA AL CENTRO DE LA CAÑERÍA.
3. VELOCIDAD EN LAS PAREDES IGUAL A CERO.
4. VELOCIDAD MÁXIMA EN EL CENTRO.
5. GENERA MODERADO ESFUERZO SOBRE EL FLUIDO.
Pet-219 Arturo López G. Página 230
FLUJO TURBULENTO
CARACTERÍSTICAS:
1.- VELOCIDADES DE FLUJO ALTAS.
2.- MOVIMIENTO DESORDENADO CON FORMACIÓN DE VORTICES.
3.- PUNTO DE VELOCIDAD MÁXIMA INDEFINIBLE.
4.- GENERA EL MÁXIMO ESFUERZO SOBRE EL FLUIDO.
Pet-219 Arturo López G. Página 231
NUMERO DE REYNOLDS
FLUIDOS NEWTONIANOS
Nº DE REYNOLDS = ρ < v > D = FUERZAS DE INERCIA
μ FUERZAS VISCOSAS
ρ = DENSIDAD DEL FLUIDO
< v > = VELOCIDAD MEDIA DE DESPLAZAMIENTO = Q/A
D = DIÁMETRO DE LA SECCION TRANSVERSAL AL FLUJO
μ = VISCOSIDAD
Re<100 FLUJO TAPON
100< Re<2100 FLUJO LAMINAR
Re>3000 FLUJO TURBULENTO
(ENTRE Re 2100 y 3000 EXISTE UNA ZONA DE TRANSICIÓN DONDE NO SE
CONOCE EL COMPORTAMIENTO REAL DEL FLUIDO)
VELOCIDAD CRITICA = VELOCIDAD A PARTIR DE LA CUAL ENTRAMOS
EN TURBULENCIA
Pet-219 Arturo López G. Página 232
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
REYNOLDS MODIFICADO = Rem = 1,86 ρ . v2-n'
K' . (96/De)n'
VELOCIDAD CRITICA Y CAUDAL CRITICO
½-n'
Vc = 2100. (96/De)n' . K'
1,86 . ρ
Qc = Vc . De2 =
17,15
FLUJO EN CAÑERIA
Qmin = 0.05828 D2 (Nre.crit x K’ (96/D)n’ /1,86 .ρ )(1/2-n’ ) = bpm
FLUJO EN ANULAR
Qmin = 0.05828 (Dh2 – Dp2 ) (Nre.crit x K’ (96/Dh)n’ /1,86 .ρ )(1/2-n’ ) = bpm
Pet-219 Arturo López G. Página 233
TEMA X CEMENTACION A PRESION (SQUEZZE)
Competencia: El estudiante conoce las dos técnicas de cementación a presión, analiza
y determina las ventajas y desventajas; interpreta la prueba de inyectividad y programa
la cantidad de cemento que utilizara, realiza el balance de presiones en la operación
del Squezze.
10.1- Tapones balanceados
10.2.- Aplicaciones de las cementaciones a presión - SQUEZZE
10.3.- Técnicas a baja y alta presión
10.4.- Deshidratación de la lechada
10.5.- Prueba de inyectividad
10.6.- Ejercicios de aplicación
10.1- Tapones balanceados
Un tapón de cemento es un pequeño volumen de cemento colocado en el pozo por
diversas razones. En la vida de un pozo de perforación de exploración de petróleo, gas
, agua , pozo de alivio , pozo seco ; un tapón de cemento va ser requerido. Para pozos
verticales y de poca desviación, normalmente se utiliza la técnica de tapón
balanceado , utilizando la tubería disponible n pozo , un colchón lavador
,espaciador , ahora que sabe que es necesario colocar por debajo del tapón un gel
, para evitar que el tapón decante.
Para pozos con alta desviación se utilizan otras técnicas , como ser :
- METODO BOMBEAR Y EXTRAER
- METODO BOMBEAR Y EXTRAER MODIFICADO
Pet-219 Arturo López G. Página 234
Los tapones de cemento pueden colocarse en agujero abierto, o en cañería.
Veamos en agujero abierto.
10.1.1.- PARA CONTROLAR LAS PÉRDIDAS DE LODOS
Las pérdidas de circulación de lodo pueden ser restituidas con tapones de
cemento principalmente las lechadas tixotrópicas. Como sabemos primero
debemos tratar de controlar la perdida con las técnicas, que se recomiendan en
lodos ( Baches viscosos + obturantes )
10.1.2.1-1
10.1.2.- TAPONES PARA SIDE TRACK
La colocación de los tapones de cemento, son muy útiles en la perforación direccional,
hay veces resulta difícil conseguir el ángulo deseado para ingresar al reservorio.
Pet-219 Arturo López G. Página 235
También cuando por razones de inestabilidad de pozo, o por presión diferencial la hta
de perforación se queda aprisionada, entonces el tapón es necesario para efectuar un
Side Track , ver en la parte inferior.
Es necesario considerar y tener en cuenta que cuando el lodo en pozo sea base aceite ,
tendremos problemas de adherencia entre el tapón de cemento y la formación , es
necesario que los pre flujos , adicionalmente a las funciones que debe tener debe llevar
un aditivo que cambie la mojabilidad de la formación ( de aceite a acuoso ) ; también
debe ser aditivada para tener una perforabilidad más lenta que la de la formación ( el
tapón debe ser más difícil de perforar , esto facilita que el trepano fácilmente ingrese a
la formación para hacer el nuevo agujero ).
Pet-219 Arturo López G. Página 236
10.1.3.- PARA AISLAR ZONAS DEPLETADAS
En los pozos en producción, mucha veces hay que aislar las zonas que ya están
depletadas , o sin producción , esto para prevenir migraciones de hidrocarburo de otro
nivel.
10.1.4.- TAPONES PARA ABONDONAR LOS POZOS Veamos cómo se debe abandonar un pozo , todos los pozos tienen un tiempo
productivo luego deben ser abandonados de acuerdo al “REGLAMENTO DE NORMAS
TECNICAS Y SEGURIDAD PARA LAS ACTIVIDADES DE EXPLORACION Y
EXPLOTACION DE HIDROCARBUROS”
En Bolivia a la fecha hay más de 300 pozos para su abandono.
Pet-219 Arturo López G. Página 237
10.2.- PROCEDIMIENTO DEL TAPON BALANCEADO NORMAL Se usa para pozos no muy profundos verticales con desviaciones de hasta 20º , el éxito
disminuye con la profundidad del pozo.
1.- Probar todas las líneas con presión desde el camión mezclador hasta la cabeza de
cementación con agua.
2.- Bajar el sondeo o tubería hasta la profundidad deseada.
3.-Bombear agua por delante ( 5 o 10 bbl )
4.- Mezclar y bombear la lechada de cemento
5.- Bombear agua por detrás
6.- Realizar el desplazamiento de la lechada (se recomienda dejar por lo menos ½ bbl
sin desplazar para mejorar el escurrimiento de la lechada)
7.- Terminado de desplazar desfogar , abrir las líneas de retorno de fluido hacia el
camión , y observar.
Pet-219 Arturo López G. Página 238
8.- Sacar la cabeza de cementación, sacar el sondeo hasta estar por lo menos 100 m ,
por encima del tapón de cemento.
9.- Circular por inversa, si se puede, para limpieza del sondeo.
10.- Sacar tubería y esperar frague.
COMENTARIOS Las líneas debemos probar para saber si tenemos alguna fuga. El agua que envía por
delante es para evitar la contaminación de la lechada con el fluido que hay en el pozo, la
cantidad la fijamos nosotros, el agua por detrás tiene el mismo objetivo, pero además
nos sirve para balacear el agua por delante, como veremos.
Referente al volumen de lechada a preparar, tenemos que considerar dos cosas:
Primero .- Que altura necesitamos del tapón de cemento
Conociendo la altura , y el diámetro del pozo , podemos calcular el volumen de lechada.
Segundo.- La disponibilidad de cemento
Conocido los sacos de cemento disponibles en boca de pozo, se puede calcular el
volumen de lechada que es posible preparar.
Pet-219 Arturo López G. Página 239
Ejercicio # 3
Deseamos colocar un tapón de cemento en un agujero abierto de Dp =7.5” , en el tramo
2100 -2200 m. La tubería con la que colocaremos el tapón es de , OD = 4.5 “ y ID =
3.782”.
La zona es permeable y por experiencia del campo vamos asumir un 20 % de exceso
de lechada. Bombearemos 5 bbl de agua por delante.
Dl = 15.6 lb /gal
Rl = 1.15 pie3 /sc
Cap.EA = ( 7.52 – 4.52 ) /314 = 0.1136 bbl /m
Cap. Tub = 3.7822 / 314 = 0.0445 bbl / m
Cap. Aguj = 7.52 / 314 = 0.179 bbl /m
Pet-219 Arturo López G. Página 240
1.- Calcular el volumen de lechada que se necesita para colocar el tapón.
Vl = Cap. Agujero x Ltapon x % exceso = 0.179 bbl / m x 100 m x 1.2 = 21.5 bbl
2.- Conocido el volumen de lechada, calcular los sacos de cemento que necesitamos:
# sacos = ( 21.5 bbl ) / ( (1.15 pie 3 /sc ) (bbl / 5.61 pie3) ) = 105 sacos
3.- Conociendo el agua por delante calculemos la altura de agua en el EA
h ( agua –dela) = 5 bbl / Cap EA = 5 bbl / 0.1136 bbl /m = 44 m
Ahora podemos conocer el agua que hay que bombear por detrás de la lechada:
h ( agua – detrás) = h ( agua – dela) x Cap . Tub = 44 m x 0.0455bbl/m =
Pet-219 Arturo López G. Página 241
= 2.0 bbl
4.- Cual la altura de la lechada con la tubería en la lechada
H( Cto ) = Vl / ( Cap EA + Cap Tub ) = 21.5 bbl / ( 0.1136 bbl /m + 0.0455 bbl//m ) =
135 m
5.- Calcular que volumen de fluido va a utilizar para desplazar la lechada.
Vdesp = Cap . Tub x Ltope Cto = 0.0455 bbl/m x 2065 m = 94 bbl
Observamos los dibujos y vemos que :
Vdesp real = Vdesp - Agua por detras – 1 bbl (escurrimiento)
= 94 bbl – 2 bbl – 1 bbl = 91 bbl
6.- Dejar balancear.
Terminado de bombear los 91 bbl de fluido, dejar balancear. Sacar la tubería hasta 1950
m.
7.- Circular por inversa por lo menos 184 bbl de fluido, para limpiar la tubería.
8.- Espera frague. Continuar operaciones.
10.3.- CEMENTACIONES A PRESION SQUEZZE La tecnología de las cementaciones a presión ha mejorado desde que se conoce mejor
la mecánica de fractura de las rocas, y de las propiedades de filtración de las lechadas,
cuando las estamos presurizando sobre un medio permeable como las arenas. Las
cementaciones a presión se usan para:
1.- Control de la relación gas /petróleo, aislando la zona productora de líquidos de la
zona adyacente de gas.
2.- Control de elevada relaciones de agua o gas. Las arenas acuíferas o gasíferas
pueden ser sometidas a presión por debajo de la zona petrolífera, para ayudar a
decrecer la relación agua / petróleo o gas.
3.- Para repara las perdidas en cañerías. Una perdida en una cañería puede repararse
Pet-219 Arturo López G. Página 242
forzando a una lechada a pasar atraves de la fisura de la cañería ( usamos un packer y
se lo ancla encima de la fisura )
4.- Para controlar las pérdidas de circulación del lodo ( usar lechadas tixotrópicas )
5.- Para evitar la migración de fluidos dentro de la zona productora ( Block – Squezzing)
6.- Para colocar tapones en los pozos de producción, para aislar zonas depletadas. 7.- Para corregir cementaciones primarias deficientes 8.- Para colocar tapones para abandonos de pozos 10.3.1.- TERMINOLOGIA
Las cementaciones a presión ( Squezze –Pressure ) generalmente están definidas por
la presión aplicada.
La técnica de alta presión involucra la rotura de la formación y el bombeo de la
lechada o el filtrado de la lechada en la formación hasta alcanzar en superficie un valor
determinado de presión que debe ser mantenido sin retorno de fluido en superficie.
Pet-219 Arturo López G. Página 243
La técnica de baja presión, involucra colocar la lechada en el intervalo a cementar, y
en la aplicación de una presión suficiente para formar un revoque de cemento
deshidratándolo sobre los baleos realizados, las fisuras existentes en la formación. No
se fractura la formación.
Alta presión Baja Presión Ps + PHt > Pf Ps + PHt < Pf Ps = Presión aplicada en superficie
PHs = Presión hidrostática dada por la salmuera
PHl = Presión hidrostática dada por la lechada
PHt = Presión hidrostática total en el punto A. PHt = PHl + PHs
Pf = Presión de fractura
Presión de fractura
Es la presión necesaria para facturar la formación en las operaciones de alta presión,
este valor hay que alcanzar antes de comenzar a inyectar la lechada. Si la formación es
Pet-219 Arturo López G. Página 244
permeable, el filtrado de la lechada ingresara hacia la formación a cualquier valor mayor
a la presión de formación.
Gradiente de fractura
Generalmente referida como la presión por pie de profundidad para que se inicie la fractura, se necesita menos presión para extender una fractura que para iniciarla. Presión de fondo de pozo ( Bottom –Hole ) Es la presión ejercida en fondo del pozo durante la operación de Squezze. Es la presión
superficie más la presión hidrostática de los fluidos, menos la presión perdida por
fricción. Para fracturar debemos superar este valor
Existen dos metodos para realizar un Squezze :
a) METODO DE BRADENHEAD O SONDEO LISO Fue el primer método usado, no usa packer , en este método la lechada de cemento es
bombeada atraves del sondeo liso , o tubería desplazando el fluido al EA. Luego que la
lechada se ha ubicado en el lugar requerido (calculada por desplazamiento) , hay que
levantar la tubería por encima del tapón de cemento, se cierra la BOP y se continua con
el bombeo de la lechada , esta o el filtrado de la lechada ingresa por los baleos.
La operación -+ se la realiza de la siguiente manera
1.- Prueba de inyectividad ( P.I)
1.1.- Bajar la tubería o el sondeo hasta el baleo inferior
1.2.- Si el fluido que hay en el pozo es con sólidos, cambiar por un fluido libre de sólidos
como son las salmueras ( ClNa , ClK , Cl2Ca , HCOONa, HCOOK , BrNa )
1.3.- Cerrar BOP , realizar la P.I. , registrar P , Q y t
1.4.- Si ve necesario terminada la operación circular por inversa
Este ensayo es muy importante para saber si la formación admite fluido,
adicionalmente nos permite estimar los sacos de cemento que se requieren para
la cementación.
2.- Cementación
Pet-219 Arturo López G. Página 245
2.1.- Con los sacos calculados luego de la P.I. , preparar la lechada y proceder a
balancear el tapón de cemento frente a los baleos( bombear agua por delante y detrás)
2.2.- Sacar los tiros de tubería hasta estar por encima del tapón de cemento
2.3.- Circular por inversa para limpiar la tubería, si es posible, si hacerlo Por directa.
2.4.- Cierre la BOP y aplique por directa la presión necesaria para inyectar la lechada o
el filtrado de la lechada dentro de los baleos.
2.5.- Al alcanzar la presión final, se sugiere baja hasta la base del cemento y circula por
inversa, para eliminar la lechada en exceso, realmente esto no es aconsejable dado que
puede lavarse los baleos.
2.6.- Sacar la tubería del pozo, espera frague
2.7.- Bajar arreglo con trepano para re perforar el Cto por encima y entre los baleos.
2.8.- Probar el Squezze
Pet-219 Arturo López G. Página 246
Luego baja un arreglo con trepano para reperforar el cemento y probar el squezze.
Ventajas de utilizar esta técnica.
Es bastante sencillo , no requiere de otra herramienta que no sea la tubería.
La lechada siempre es posible colocarla frente al baleo.
Desventajas
No es posible utilizarla si tenemos otros baleos por encima de los que tenemos
que cementar.
Existe la posibilidad que el fluido se contamine con la salmuera o el fluido que
hay en el pozo.
La presión que aplica para inyectar actúa sobre toda la cañería.
La presión máxima a aplicar está restringida y depende del estado de la cañería.
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10.4.- DESHIDRATACION DE LA LECHADA
Durante la deshidratación del cemento. El agua contenida en el cemento es inyectada a
la formación y se forma un revoque ( torta del filtrado) de partículas sólidas en la cara de
la formación. Si se ejerce una presión excesiva se producirá fractura y algo de lechada
se forzada a la fractura producida.
10.5.- PRUEBA DE INYECTIVIDAD
En toda operación de cementación a presión debemos conocer:
- La presión de fractura (Pf)
- La presión que se puede aplicar en superficie(Ps)
- La presión hidrostática total de los fluidos ( PHt )
- La presión perdida por fricción ( que es dificultoso su cálculo )
Siendo que la P.I , se la realiza a bajo caudales / ¼ , ½, ¾ , 1 bpm ) , se acepta que
este valor es despreciable.
Cuando realizamos la P.I, también se determina la presión de admisión (o instantánea),
es decir después de fracturar a la formación paramos las bombas , en el tiempo tb , la
presión caerá , pero se seguirá observando admisión a una menor presión que la de
fractura, hasta que la formación vuelva al equilibrio.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Pre
sió
n, p
si
Caudal, bpm
Presión vs Caudal
A
B
Presión de fractura
Presión de admision
Pet-219 Arturo López G. Página 248
Con la formula anterior la presión de fractura calculada será menor que la real, en un
valor igual a las pérdidas de cargas ΔP, esta diferencia es como un factor de seguridad,
que nos permite aplicar la máxima presión en superficie sin fracturar la formación.
Hay que tener en cuenta que las rocas tienen una cierta elasticidad definida, que
cuando aplicamos presión los poros pueden dilatarse y comenzar a admitir más fluido.
Cuando ocurre la fractura real la roca admite fluido a esa presión, pero al quitar la
presión la roca sigue admitiendo.
Con la información obtenida en la P.I , podemos calcular los sacos de cemento que
necesitamos para la operación del Squezze.
Primer método
Es un método utilizado para la técnica de alta presión, donde es necesario fracturar la
formación para lograr admisión. La P.I la realizamos a ¼ ,1/2, ¾ y 1 bpm , hasta
conseguir fracturar la formación y tener una presión de admisión constante , ósea
buscamos una presión de fractura superior y una de admisión inferior.
# sacos = ( Pf – Padm ) / 1.5
Segundo método
Es usado en campos donde tenemos mucha experiencia (campos de producción), se
utiliza una formula empírica la cual depende de una constante C, que es determinada
de la experiencia en el área, es usada cuando vamos a trabajar con baja presión.
La P.I la realizamos a ¼ ,1/2, ¾ y 1 bpm , el aumento e caudal es sin desfogar , los
datos se los va tabulando.
Prueba Q , bpm Presion , Psi V , bbl t , tiempo
1 Q1 P1 V1 T1
2 Q2 P2 V2 T2
3 Q3 P3 V3 T3
4 Q4 P4 V4 T4
# sacos = C x ( P/Q) C = 80000 para campo Caranda
C = 99000 para campo La Peña
Lo que se hace es ir calculando los # de sacos para cada prueba, y luego :
Pet-219 Arturo López G. Página 249
# sacos = ∑ # sacos / # pruebas
Tercer método
Es usado cuando una cementación primaria fue deficiente, con los registros de CBL, se
detecta canales, en los tramos del pozo; en estos casos mucha veces se baja un
retenedor de cemento, se lo ubica entre las profundidades que no tienen cemento y se
procede a cementar por circulación. El volumen de cemento se calcula de acuerdo al
área sin cemento detectado con el CBL
Algunas reglas de campo
1.- El volumen de lechada no debe exceder la capacidad de la tubería
2.- Usar dos sacos de cemento , por cada pie de punzados.
3.- El volumen mínimo puede ser preparado con 100 sacos, si la admisión es de 2 bpm
después de la fractura, otras veces puede usarse 50 sacos
4.- El volumen de lechada no debe ser tan grande que no pueda ser reversado
10.5.1.- Como Probamos un Squezze
Realizado el Squezze hay que reperforar el cemento que queda entre los baleos, luego
verificar que haya buen sello.
Prueba de Presión
Si no existen otros punzados en el pozo , se cierra la BOP , y procedemos a presurizar
la cañería hasta alcanzar la presión final del Squezze o mas ,tenemos que observar si la
presión se mantiene. Esta prueba no es segura, ya que por alguna razón algún baleo
pudo quedar lleno de lodo el cual puede soportar la presurización de la cañería, pero
luego puede dejar pasar los fluidos desde la formación al pozo.
Prueba Semiseca
Bajar un probador de formación, con la finalidad de eliminar la PH, por encima de los
baleos o zona a chequear, al abrir la válvula no debe ingresar fluido de formación.
Pet-219 Arturo López G. Página 250
También se puede bajar packer y pistonear para eliminar la PH afín de tener una
diferencial de presión a favor de la formación, si ingresa fluido el Squezze no fue bueno.
Correr un CBL
CEMENTACIONES A PRESION CON PACKER
En este tipo de cementación además del sondeo, necesitamos un elemento llamado
packer , cuya función es delimitar el área de aplicación de presión. Solo como
información general indicaremos las partes más representativas de los packer ( en la
industria existen especialistas en packer , empresas de servicios )
1.- Cuñas
Proporciona el agarre del packer con la pared de la cañería, de manera que podamos
aplicar peso, tensión a la sarta, para expandir las gomas del packer.
2.- Gomas
Se expanden contra la pared de la cañería y proporcionan un sello de manera de aislar
el pozo en una zona superior y otra inferior, referidas la packer.
3.- Mandril
Elemento que proporciona la conexión del packer a la tubería , además permite
enroscar otros elementos por debajo del packer, pescadores , tubería cola , etc.
4.- By – pass
Es un dispositivo que permite la comunicación de la parte superior e inferior del packer
cuando está abierto, esta posición es necesaria tanto cuando se baja y se saca el
packer del pozo, esto evita las contra presiones y los vacios que podrían dañar a la
formación. Además es importante que se lo cierre antes de que las gomas formen un
sello y se lo abra antes de mover el packer, para igualar las presiones por encima y por
debajo del packer, esto permite que las gomas vuelvan a su posición original.
5.- Cuñas superiores
Están presentas en los packer de peso como el POSIETRIVE, la presión aplicada por
debajo del mismo tiende a levantar al packer, por eso vienen provistos de unas cuñas
superiores que actúan hidráulicamente afín de conseguir mayor agarre contra la pared
de la cañería ,cuando mayor es la diferencia de presiones , se evita el desanclaje del
packer.
Los packer pueden ser recuperables y no recuperables. Los recuperables se
pueden bajar varias veces al pozo. POSIETRIVE , JHONSON, RETRIVAMATIC.
Packer reperforables o retenedores de cemento.
Solo pueden anclarse una sola vez, aíslan el pozo en dos zonas, la comunicación entre
Pet-219 Arturo López G. Página 251
la parte inferior y superiores atraves de un Singer, el cual se inserta en el packer y abre
una válvula. Cuando el trabajo termina se saca el Stinger y la válvula se cierra
automáticamente reteniendo la presión por debajo del mismo.
Tapones
Un tapón difiere de un packer en que ya no solo aísla el EA, entre la tubería y la
cañería, si no que separa completamente el pozo en dos partes, es decir impide la
comunicación entre la parte superior e inferior del tapón. Los tapones pueden ser
permanentes y recuperables, lo permanentes pueden bajarse con caño o cable y se los
deja hasta que son reperforables. En realidad son prácticamente iguales a los
retenedores de cemento, aunque en lugar de una válvula tienen un tornillo tapón. Los
tapones recuperables, se los recupera con pescadores.
TEMA XI LECHADAS PARA CEMENTACION A PRESION
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Competencia : El estudiante conoce las propiedades de las lechadas y puede
programar una cementación a presión.
1.0.- Propiedades y características de las lechadas para el Squezze
2.0.- Temperatura de circulación y temperatura estática
3.0.- Teorías erróneas sobre cementación a presión
4.0.- Programa de cementación a presión
REQUERIMIENTO DE UNA CEMENTACION A PRESION
Muchos trabajos se definen por las presiones requeridas para obtener un sello. La
técnica de alta presión utiliza una salmuera para determinar la presión de fractura de la
formación. Para este objetivo no puede utilizar el lodo por que dañaría a la formación.
Después de la rotura la lechada de cemento se coloca cerca de las formación y es
bombeada a bajos caudales, a medida que bombeo continua la presión de inyección
empieza a subir hasta que la presión en superficie, nos indica que ya se ha producido la
deshidratación de la lechada o el ingreso de la lechada. La presión es
momentáneamente mantenida para verificar las condiciones estáticas y luego liberada
para determinar si el cemento se mantiene en su lugar. El exceso de lechada por afuera
de los punzados debe ser reversado.
Si la presión deseada no se obtiene. Se emplea el método de hesitación, o nuevas
etapas. Ello involucra preparar baches con 30 o 100 sacos de cemento colocarlos frente
a la formación y esperar que estemos cercanos al frague y repetir la operación tantas
veces sea necesario. Ver grafica
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La técnica a baja presión está considerada como el método más eficiente en base al
desarrollo de los aditivos de control de filtración y del uso de packer recuperables. Con
esta técnica se evita la fractura. Se usa la hesitación, la lechada es colocada en una
sola etapa, pero con periodos alternos de bombeo y espera. El control de filtrado
determina que se forme un revoque dentro de los baleos, mientras que el cemento
permanece fluido al interior de la tubería
Y cañería.
La pérdida de filtrado de las lechadas puras sin aditivos es muy alta y se produce una
deshidratación instantánea antes que la lechada haya cubierta toda la zona de trabajo.
El resultado puede ser un tapón de cemento atraves de las perforaciones abiertas en la
parte superior, dejando las perforaciones inferiores sin lechada
11.1.- DISEÑO DE LA LECHADA CONSIDERAR T y P
Como en las cementaciones primarias al T y P , tienen mucha importancia en la
determinación del Tb. En el caso de las presiones solo afecta a la deshidratación de la
lechada; las temperaturas encontradas en la cementaciones a presión son mayores que
las de la cementación primarias, porque sabemos que el pozo no es circulado, por esto
no hay disminución de la temperatura. En la tabla inferior mostraremos como son
diferentes la temperatura estática de la de circulación
Tabla basada en simulaciones de API
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100
Tíempo en minutos
Presión Vs tiempo
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TEMPERATURA DE CIRCULACION ºF
Profundidad pies
T estática de F.P ,ºF
Cañería Squezze Liner
2000 110 91 98 91
6000 170 113 136 136
8000 200 125 159 125
12000 260 172 213 172
16000 320 248 271 248
Tiempo de bombeabilidad Prof = 8000 pies Cañería = 125 ºF Squezze = 159 ºF Control de filtrado Tiempo de bombeabilidad , hrs : min % Cañería Squeeze 0:0 2:16 1:15 0:40 4:0 2:16 0:60 5:32 4:15 0:8 6:15 4:58 TIPOS DE CEMENTOS
Para la mayoría de las cementaciones a presión se pueden utilizar los cementos clase
A, G y H. los cuales pueden usarse hasta los 6000 pies y donde las temperaturas
estáticas no excedan a 170 ºF. Para pozos más profundos los clase G y H deben ser
utilizados con retardadores , en base a nuestro tiempo estimado de trabajo.
11.2.- CONTROL DE FILTRADO DE LA LECHADA
La filtración es importante para el diseño de una lechada que se va a utilizar para un
Squeeze. Cuando la lechada es inyectada sobre un medio poroso , la presión diferencial
fuerza la agua separarse de las partículas sólidas y formar un revoque más o menos
blando , que puede ser eliminado por un chorro de agua , pero que no es bombeable , y
se necesita altas presiones para forzarla a que ingrese atraves de los pequeños
orificios. El espesor del revoque dependerá de la permeabilidad del revoque y de la
formación.
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La pérdida de filtrado de una lechada sin aditivo es de 600 cc a 2500 c en 30 minutos.
Algunas veces la deshidratación es tan rápida que no se puede medir. El valor del
filtrado debe ser reducido < 100 cc , con el agregado de aditivos para controlar el
filtrado.
11.3.- HOMOGENIZACION DE SU DENSIDAD
Siendo que para realizar un Squeeze necesitamos poco volumen de lechada, por lo
general la homogenización de la densidad de la lechada se consigue fácilmente en un
mezclador de 50 bbl.
11.4.- TEORIAS ERRONEAS SOBRE LOS SQUEZZE
Existen tres teorías predominantes con respecto a las cementaciones a presión, que
contribuyen a aplicaciones erróneas y procedimientos inadecuados.
1.- Que todo el cemento ingresa a la formación, esta primera idea errónea en primer
lugar enfatiza la cantidad de lechada a bombear atrás del caño y la cantidad de presión
a aplicar, siendo que estos factores afectan muy poco los resultados. La verdad es que
en operaciones de baja presión es el filtrado de la lechada y no el cemento el que
ingresa a la formación. Cuando la formación es fracturada por exceso de la presión de
fractura, entonces si el cemento penetra en la fractura producida.
2.- Que la presión aplicada durante la inyección automáticamente abre todos los baleos.
En realidad es raro encontrar todos los baleos abiertos y por lo tanto receptoras de
fluido. Alcanzar esta finalidad requiere un gran esfuerzo de presión.
3.- Que se forma un aplastamiento o cuña horizontal (tabla) única de cemento alrededor
del agujero. Los resultados más bien indican que como todo el cemento no entra en la
formación, el filtrado de la lechada lo hace atraves de las perforaciones. Cuando la
formación es fracturada, la lechada puede ingresar en una serie de cuñas irregulares.
La orientación de estas fracturas dependen de la fuerza de compresión en la zona a
ser tratada, en mucha veces es de NE a SE
11.5.- PROGRAMA DE TRABAJO
Pet-219 Arturo López G. Página 256
Es la etapa más importante de la operación. Deben estudiarse las condiciones del pozo
y los objetivos cuidadosamente establecidos, por tanta la cementación a presión puede
ser complicada y cara, en el planteo hay que tener en cuenta.
1.- ¿Por qué una cementación a presión ¿( estamos aislando una zona , reparando una
cañería, llenado un anillo)
2.- Si no vamos a usar el método de sondeo liso. Que herramienta vamos a usar
3.- ¿ Packer recuperable o tapón recuperable ¿
4.- ¿ A qué distancia debemos fijar el packer de la zona de interés?
5. Usaremos el método de alta o baja presión.
6.- ¿Cómo bombearemos la lechada?
7.- ¿ Qué clase de fluidos hay en el pozo , agua , acido , lodo , etc.?
8.- ¿Qué tipo de lechada vamos a preparar , que propiedades son importantes ¿
9.- ¿ Que equipos adicionales necesitamos , que tiene de especial el pozo , hay alguna
restricción ¿
10.- ¿Cuales son las condiciones del pozo? , temperatura, presión.
11.- ¿Se fracturara la formación ¿Cual es el gradiente de fractura ¿
12.- ¿Cual es tiempo de WOC ¿
13.- ¿Es necesario ensayar el trabajo?
Debemos esforzarnos en mejorar las condiciones del pozo antes y durante las
operaciones. La cañería y la tubería deben estar limpias tanto como se a posible (libre
de parafinas, incrustaciones, residuos rebarbes de punzados). Las válvulas de cabeza
de pozo deben ser probadas y la BOP a las presiones que se esperan durante el
trabajo.
Si el Squeeze se efectúa atraves de la cañería es necesario probar la resistencia
interna y la resistencia de las uniones a menos que la cañería esta cementada hasta
superficie. Si la cañería no está cementada hasta superficie deben hacer cálculos de
los esfuerzos críticos en los puntos donde se aplicara presión. Si la operación se hace
atraves de la tubería estos cálculos hay que realizarlos para la tubería y la cañería.
Verificando las presiones de colapso.
RESUMEN
CEMENTACION FORZADA
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Si la cementación forzada puede ser considerada como una ciencia
La cementación forzada es una forma de arte
La cementación forzada depende firmemente de:
o La experiencia en el área donde trabajas
o La experiencia y el grado de habilidad de quien este a cargo de las
operaciones del equipo mezclador.
o Cualquiera de estos dos factores puede marcar la diferencia.
CEMENTACION FORZADA
Definición
Objetivo
Terminología
Presión alta vs presión baja
Tipos de presurizaciones
Razones para presurizar
cementos squeeze
Técnicas de Asentamiento
Herramientas
CEMENTACION FORZADA
(PRESURIZACION): DEFINIDA
PRESURIZACION O SQUEEZING
Proceso de aplicar presión hidráulica para forzar la lechada de cemento a
un punto especifico en un pozo, y la aplicación de deshidratar la lechada ya
sea en formaciones vacías o contra una zona porosa o permeable.
-mediante baleos
-mediante grietas inintencionadas o agujeros en las tuberías
-en agujero abierto
DESHIDRATACION DEL CEMENTO
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DEFINICION
• Básicamente una lechada de cemento se compone de partículas de
cemento y agua.
• Las partículas de un cemento ´´regular’’ son muy grandes para penetrar la
permeabilidad de la formación
• Las partículas de cemento ´´ultra fino’’ son lo suficiente pequeñas para
penetrar la permeabilidad.
DESHIDRATACION DEL CEMENTO
CONTINUACION
• Las partículas son separadas del agua bajo una presión diferencial
• A este proceso se le llama deshidratación
• El revoque de filtro de las partículas solidas se forma en la superficie de la
formación
• Si se ejerce excesiva presión, la formación fracturara y parte de la lechada
será forzada hacia las fracturas durante la operación de squeeze
OBJETIVO DEL SQUEEZE
• Obtener una presión de sello del fluido
Entre la cañería y la formación
-Llenar con cemento los baleos, fracturas y canales detrás de la cañería o de la
formación
-Llenar con cemento espacios vacíos, fracturas y formaciones no consolidadas
para prevenir el influjo de fluidos dentro del pozo productor o detener la perdida
de fluidos en el pozo hacia una ‘zona ladrona´´
TERMINOLOGIA
• Presión de fractura
Presión requerida para fracturar la formación, realizarla a una alta presión
squeeze
• Presión de bombeo
Presión por encima de la presión poral y por debajo de la presión de
fractura a la cual se bombea fluido dentro de la formación para una baja
presión squeeze
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• Taza de inyección
Taza a la cual se puede empezar un trabajo de alta presión squeeze,
seguida por fracturamiento.
Taza a la cual la formación tomara fluido por debajo de la presión de
fractura, para realizar un trabajo de baja presión squeeze
•Gradiente de fractura
Psi/pie de profundidad requerido para fracturar la formación
• Presión de tratamiento de fondo de pozo (PTFP)
Presión ejercida en la formación durante un trabajo squeeze, es la suma de
la presión de tratamiento de superficie (PTS) mas la presión hidrostática,
menos la presión de fricción
•Método de hesitación
Con algo de cemento en la formación, se detiene el bombeo por unos
minutos, se apaga y enciende, mientras se desplaza
• Funcionamiento del Squeeze
La presión squeeze final alcanzada durante el bombeo continuo sin la
totalidad del cemento fuera de la formación
SQUEEZES DE ALTA PRESION
• Proceso
Se fractura la formación
Se bombea la lechada de cemento hacia las fracturas hasta alcanzar y
mantener una presión de superficie.
-esta presión es decidida por un operador a cargo
• Ventajas
Agranda pequeños canales
Permite una mejor penetración de baleos
• Desventajas
Utiliza mas cemento que un trabajo de baja presión
Descontrol en la orientación de la fractura
• Aplicaciones
Lodo en el agujero
Zonas pequeñas
Sin vacios para llenar
Necesidad de bombear un gran volumen de lechada a la zona
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TRABAJOS DE BAJA PRESION
• Proceso
Se establece una taza de inyección que permite el tiempo suficiente para
conseguir la mezcla de cemento y bombearlo a la formación sin exceder la
presión de tratamiento de fondo. en pozos poco profundes con volúmenes
menores, se puede tomar la taza de medio barril por minuto o menos
• Ventajas
Usa menos cemento
No empeora la fractura natural
• Desventajas
Toma mucho tiempo el desplazamiento de grandes volúmenes
El cemento no llega tan profundo en la formación
• Aplicaciones
Presurización de una zona de interés
Llenado de espacios vacios
Pozos de baja presión de fondo de pozo
Zona de baja permeabilidad
Formación fracturada naturalmente
NOTAS EN PRESIONES DE SQUEEZE
• Historicamente-squeeze de alta presión
Presión final de squeeze relativamente alta
-7000 psi (50 Mpa) no es conocida
• Éxito no garantizado
• Hoy es mas común el trabajo de baja presión
TIPOS DE SQUEEZE
• Squeeze para baleo
• Squeeze para el tope de liner
• Squeeze para grietas de cañerías
• Squeeze para zapato
• Squeeze para agujero abierto
• Squeeze para baleo
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Reparar falla del trabajo de cementación primaria
-canalización
-vacio en el anular debido al llenado insuficiente
Excluir la formación de agua de una zona
Abandono temporal de una zona productiva
Abandono permanente de una zona play-out
Aislar una zona-’’tapon squeeze’’
• Squeeze para tope de liner
Cierre del flujo de gas al espacio anular
-entre el tope de liner y la parte superior de la cañería
Reparar falla del trabajo de cementación primaria
-canalización
-llenado inadecuado
• Squeeze para grietas de cañerías
Reparar la cañería por partes o dividir las uniones
Reparar agujeros causados por la corrosión
• Squeeze para zapato
Desplazamiento total de la cementación primaria
Cemento canalizado
Asentamiento de cañería en arenas débiles no consolidadas
• Squeeze para agujero abierto
Remediando la perdida de circulación (salida)
Sello de flujo de agua, petróleo o gas dentro del pozo (influjo) ‘’squeeze de
ahogo’’
CEMENTOS SQUEEZE
• La mayoria de las operaciones squeeze para baleos se la realiza con
cemento clase G o H, dependiendo donde suceda
Muchos operadores prefieren densificar el cemento
Se recomienda control de perdida de fluido
• Se usan lechadas livianas para realizar sqeeze de perdida de circulación
Para los problemas de mayor perdida de circulación, es común usar un
squeeze llamado ‘’gunk’’; esto puede ser una de las muchas variaciones
entre el cemento diesel oil en lugar de agua
También se puede usar flujo Guard-L
-mitad silicato de sodio líquido y mitad agua, bombeada en secuencia con
espaciadores de agua fresca para contactar el cloruro de calcio agua abajo, pero
Pet-219 Arturo López G. Página 262
no antes
• En los últimos 25 años, ha habido un incremento continuo del uso de
aditivos para perdida de fluidos en los cementos squeeze, especialmente en
baleos y fracturas de cañería.
Siguiendo algunos ejemplos de varias aplicaciones de cemento para alta
perdida de fluido (que tienen poco o nada de aditivos para perdida de
fluido) y cemento de baja perdida de fluido (con una gran cantidad de
aditivos para perdida de fluido)
Cemento Squeeze para Alta Perdida de Fluido
• Realizar
Deshidratar rápidamente
Colocar cerca del pozo productor
Ocasionar nudos en la cañería en los baleos
•No Realizar
Penetrar al pozo entre las fracturas, etc
Sellar
-Fracturas
-Canales Largos
-Largos intervalos de baleo
Cemento Squeeze para baja perdida de fluido
• Realizar
Deshidratar muy lentamente
Penetrar todas las vías disponibles
Sellar mejor y mas lejos del pozo productor
•No Realizar
Formar revoques de filtrado espesos
Formar nudos apreciables en los baleos
Se considera buen control de perdida de fluido entre 50 a 150 cc⁄30 minutos
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Cemento Squeeze para Baja Perdida de fluido
Técnicas de Asentamiento
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Técnicas de Desplazamiento
• Sin herramienta
Método bradenhead
-Trabajo terminado abierto de sarta incluso con baleo de fondo
-Colocar el cemento igual que el tapón balanceado
-Ubicar fuera del cemento, cerrar el espacio anular en superficie
-Desplazar
• Con herramienta
Método Bullhead
-Colocar el packer, presión
-bombear
-Mezclar cemento
-Desplazar
Método Spot
-Circular el cemento abajo cerca del final de la sarta de trabajo
-Observar los retornos por detrás del espacio anular
-Cerrar la herramienta, atrapar la presión en el anular
-Desplazar
• Con herramientas (cont)
Squeeze de circulación
-Colocar la herramienta entre dos ubicaciones de baleos
-Circular la lechada fuera del baleo de fondo, por detrás del baleo de tope
-cementar (plantar) la sarta de trabajo y la herramienta en el agujero
CALCULO DE LAS PRESIONES DE INYECCION
La selección de la presión final a alcanzar en una operación a presión es muy
importante porque ello define cuando el trabajo ha finalizado. Hay muchas maneras de
estimar la presión final, pero la experiencia en un determinado yacimiento es la
probablemente la mejor.
Si el cemento se deshidrata dentro la cañería, la presión aplicada solo se ejerce en la
cañería. Si la operación es exitosa y la presión aplicada es alta para esa profundidad,
hay una tendencia a considerar esa presión como la mínima presión final requerida
para un buen trabajo. Sin embargo, un trabajo exitoso puede a menudo ser obtenido
con una menor presión.
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Por seguridad se asume que cualquier presión aplicada por debajo del packer es
aplicada también al exterior de la cañería, por cuanto puede existir un canal que
trasmita esa presión por arriba del packer, se debe considerar siempre la máxima
presión de colapso que soporta la cañería .
Para conseguir un buen trabajo de cementación debemos tener en cuenta :
1.- La mayoría de las cementaciones a presión usan control de filtrado, para buscar
reducir la deshidratación de la lechada de cemento.
2.- Las elevadas presiones de trabajo que antes eran consideradas para el éxito de un
trabajo, ahora son indeseables cuando se usa una lechada con control de filtrado.
3.-Si se producen una fractura durante la operación, grandes volúmenes de lechada
deben bombearse antes de conseguir el cierre.
4.- La técnica de baja presión, reduce la cantidad de lechada necesaria para la
operación.
5.- Una manera efectiva de eliminar las partículas que están taponando los punzados es
circular una solución acida antes de realizar el Squeeze.
6.- El WOC , en las operaciones de Squeeze son menores a 24 horas.
Ejercicio # 4
Tenemos disponible 100 sacos de cemento clase A, mas aditivos para controlar el
filtrado. Por detrás bombeamos 2.5 bbl de agua. hay que cementar 50 pies de baleos de
4830 pies a 4880 pies. El gradiente de presión del tramo de trabajo es de 0.70 psi /pie.
El pozo tiene una salmuera de 10 lb /gal.
Datos :
Dl = 15.6 lb/gal
Rl = 1.15 pie3 / sc
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1.- Primero calculamos los barriles de lechada que podemos calcular con los 100 sacos de cemento. 100 sacos x 1.15 pie3 / sacos x 1bbl / 5.61 pie3 = 20.5 bbl = Vl 2.- Calcular la altura de la lechada en cañería sin tubería H( sin tubería ) = Vl / Cap. 7” = 20.5 bbl / 0.039 bbl/pie = 525.6 pies 3.- Calcular el volumen de lechada entre baleos Vlb = 0.039 bbl /pie x ( 4880 -4830 )pies = 1.17 bbl 4.- Calcular cual es volumen de lechada que se puede inyectar Vliny = Vl - Vlb - 1 = 20.5 bbl – 1.17 bbl – 1bbl (Vol. dejamos sobre baleos) Vliny = 18.33 bbl 5.- Calcular la altura de lechada con la tubería adentro.
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H( con tubería) = Vl /( cap. EA + cap. Tub) = 20.5 bbl /(0.035 + 0.00384) = 527.8 pies 5.1.- Calcular el volumen de agua que se bombeara por delante. Agua – delante (bbl) = Agua x detrás x Cap. EA /Cap. Tub = 2.5 bbl x 0.0335 / 0.0384 = 21.8 bbl Altura de agua en EA = 21.8 bbl / 0.0335 bbl/pie = 650.7 pies
6.- Con que volumen de salmuera desplazo la lechada Vdespz = Cap. Tub x Prof tope agua EA = 0.00384 bbl /pie x 3651.2 pies = 14.02 bbl 7.- Cual es el tope del tapón de cemento una vez se termine de inyectar Tope cto= (Vlb + 1 ) / Cap. 7” = ( 1.17 +1 )/ 0.039 = 55.6 pies Entonces tope cemento esta en : 4880 pies – 55.6 pies = 4824.4 pies
8.- Cual es la altura del agua en la cañería antes de comenzar a inyectar la lechada.
Lechada
Tope agua EA 3651.5 pies
4830 pies
4880 pies
Cto a 4302.2 pies
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Agua total = agua delante + agua detrás = 21.8 bbl + 2.5 bbl = 24.3 bbl H( agua total) = 24.3 bbl / 0.039 bbl /pies = 623 pies Cálculos de las presiones
a)La presión en 4880 pies antes de iniciar la inyección de la lechada.
Ph (4880´ ) = Phs + Phl + Phagua = 1940.3+ 426.4 + 269.8 = 2636.5 Psi
Phs = 0.052 x 10 lb/gal x Ls = 0.052 x 10 x 3731.4 = 1940.3 Psi
Ls = 4880 pies – altura lechada en csg 7” – Altura de gua total
Ls = 4880 pies – 525.6 bbl – 623 pies = 3731.4 pies
Phl = 0.052 x 15.6 lb/gal x 525.6 pies = 426.4 Psi
Phagua = 0.052x 8.33 lb/gal x 623 pies = 269.8 Psi
Ahora revisar la información que nos dieron el Gf = 0.79 psi/pie
Podemos calcular Pf = 079 psi /pie x 4880 pies = 3855,2 Psi
La técnica del sondeo liso solo se utiliza para baja presión, no tenemos que fracturar la
formación. Entonces se acepta que a la presión de fractura podemos disminuir 300 psi
para no fracturar. Tenemos entonces :
Pf = Psuperficie + P Htotal
Psuperficie = Pf – 300 - P Htotal
Psuperficie = 3855.2 -300 – 2636.5 = 918.7 Psi
b)La presión en 4880 pies terminada la inyección de la lechada.
Idem que para a)
Ph (4880´ ) = Phs + Phl + Phagua = 269.8 psi + 45.1 psi + 2184.7 =2499.6 Psi
La altura de agua es constante cambia la de la lechada y de la salmueras.
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Phagua = 0.052x 8.33 lb/gal x 623 pies = 269.8 Psi
Phl = 0.052 x 15.6 lb/gal x 55.6 pies = 45.1 Psi
Phs = 0.052 x 10 lb/gal x Ls = 0.052 x 10 x 4201.4= 2184.7 Psi
Ahora presión en superficie:
Psuperficie = 3855.2 -300 – 2499.6 = 1055.6Psi
Se puede ver que al terminar la operación, se tiene mayor presión aplicada en
superficie.
Ejercicio # 5
Veamos un ejercicio de una cementación con packer.
Pet-219 Arturo López G. Página 270
A.- ¿ Cuál será la presión que se va a requerir para sacar por reversa un barril de
lechada?
Para esto lo primero que tenemos que hacer, es ver cuál es la diferencia de
presión que hay entre los dos fluidos que tenemos en el pozo.
Es necesario conocer la longitud que ocupa un barril de fluido en la tubería.
= 1 bbl / Cap. Tub. = 1bbl / 0.00384 bbl /pie = 260.4 pies
Entonces
ΔP = factor ( Dl – Df ) xL = 0.052 ( 15.8 – 8.50)x 260.4 = 99 Psi
Significa que para reversar un barril de lechada necesitamos 99 psi.
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B.- ¿Cuál es la presión mínima de la bomba para sacar por reversa la lechada de
cemento , cuando está ubicada en el baleo inferior , pero que todavía no ha
ingresado lechada a la formación.
Analizaremos los volúmenes de fluido que podemos tener en el pozo, para esto
consideremos, la tubería y la cámara.
Volumenes
En 1 (tubería) , = Cap. Tub x Lt = 0.00384 bbl/pie x 6100 pies = 23.4 bbl
En Cámara, = Cap. Csg 7” X Lc = 0.04.04 BBL/PIE X 160 pies = 6.5 bbl
El volumen de la cámara es importante porque nos indica cuanto de lechada
quedara en la cámara terminada la operación.
Nos permite conocer antes de inyectar la lechada atraves de los baleos cuanto de
lechada tenemos en tubería.
Vlt = Vl – Vlc = 20.5 bbl – 6.5 bbl = 14 bbl
Para responder a la pregunta tenemos que reversar 14 bbl de lechada.
La presión será = 14 bbl x 99 psi/bbl = 1386 psi
C.- ¿Cual es la presión hidrostática en el baleo inferior, teniendo en cuenta que
todavía no ingreso lechada a la formación¿
En base a la respuesta anterior averiguamos cuanto de altura tiene la lechada en
la tubería.
= 14 bbl / Cap.tub = 14 bbl / 0.00384 bbl / pie = 3646 pies
El resto de la tubería estará con salmuera:
6100 pies = Ls + Ll = Ls + 3646 pies
Ls = 6100 pies – 3646 pies = 2460 pies
Ahora calculamos la presión hidrostática en 6260 pies.
Pet-219 Arturo López G. Página 272
Ph(6260 pies ) = Phtl +Phts +Phlc = 2996 + 1087.3 + 131.5 = 4214.8 psi
Phtl = Presión hidrostática en tubería dada por la lechada.
= 0.052 x 15.8 x 3646 = 2996 Psi
Phts = Presion hidrostática en tuebria dada por la salmuera
= 0.052 x 8.5 x 2460 pies = 1087.3 Psi
Phlc = Presion hidrostática en la cámara dada por la lechada
= 0.052 x 15.8 x 160 pies = 131.5 Psi
D.- ¿ Cuánto de lechada ingreso a la formación, si terminado de bombear la
lechada desplazo con 13 bbl de salmuera para alcanzar la presión final y terminar
la operación.
Empezamos a preguntarnos, ¿ qué volumen de lechada tengo al terminar la
operación en la tubería ¿
Cap. Tubería = Lechada (tubería ) + Salmuera tubería
Lechada tubería = Vlt= 23.4 bbl – 13 bbl = 10.4 bbl
Cuanto de lechada tenemos en la cámara = 6.5 bbl
Volumen lechada ingresada = Vl – Vlt – Vlc = 20.5 bbl – 10,4 bbl – 6.5 bbl
= 3.6 bbl
Ingresaron a formación 3.6 bbl de lechada
TEMA XII CEMENTACION PARA POZOS HORIZONTALES
Pet-219 Arturo López G. Página 273
Competencia: El estudiante analiza y evalúa con criterio las propiedades de las
lechadas para cementar en pozos horizontales
1.0.- Cementación de pozos horizontales
2.0.- Las propiedades más importantes de la las lechadas
3.0.- problemas más comunes en cementación de pozos horizontales
12.1.- CEMENTACION EN POZOS HORIZONTALES
Las técnicas usadas en la cementación de pozos horizontales han generado cambios
notables con respecto a las normalmente utilizados en pozos verticales , en lo referente
a su diseño y desplazamiento.
En estos pozos debemos considerar la excentricidad del agujero, cañería ( Standoff) y
los esfuerzos que se originan por la alta inclinación, lo que hace critico la eficiencia en el
desplazamiento de los fluidos del agujero , por lo tanto los factores como : propiedades
del lodo , régimen de desplazamiento , centralización y el diseño de la lechada son
determinantes para lograr los objetivos buscados.
Normalmente se utiliza una combinación de lechada de barrido de larga longitud y baja
densidad , seguida de una lechada principal con corta longitud de,alta densidad y agua
libre cero; si fuera posible desplazarlas a 25 bpm , se necesitara un programa especial
de centralización y de equipos de flotación.
12.2.- LAS PROPIEDADES MÁS IMPORTANTES
Factores críticos
Para tener éxito en la cementación de una cañería con alta inclinación u horizontal,
debemos tener claro las dificultades que tenemos:
1.- El desplazamiento o remoción del fluido de perforación antes de la cementación es
mucho más difícil que para los pozos verticales. Por consiguiente debemos trabajar
mucho en los pre flujos.
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Como observamos en el agujero y la cañería hay decantación de sólidos. En los pozos altamente desviados u horizontales, las fuerzas que actúen forzan a la
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cañería hacia el lado inferior del agujero como se muestra en la figura inferior.
La limpieza en estas condiciones se afecta principalmente por la tolerancia entre la
cañería y el agujero, ya que ocurrirá una canalización en esa zona será dificultoso
limpiar. La información de muchas operadoras indican que con una tolerancia de 4 cm y
Standoff del 75 % , se puede lograr una buena cementación y evitar la canalización de
la lechada.
12.3.- DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO
12-3-1.- PRUEBA DE AGUA LIBRE
El agua libre en una mezcla de cemento y su posterior acumulación en la parte superior
del EA, es considerado como una de las causas principales para las fallas de la
cementación en pozos horizontales.
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Lo anterior nos indica que las lechadas deben tener agua libre igual a cero. Esto se
consigue agregando aditivos, generalmente reductores de filtrado, además el filtrado de
estas lechadas debe ser menor de 75 cc.
12.3.2.- DECANTACION DE SOLIDOS
Tener agua libre igual a cero, no es la única solución para cementar una cañería con
alta desviación u horizontal. Tenemos que asegúranos que la lechada no presente
decantación de sólidos. Por esta razón en el ensayo de agua libre debemos observar si
cemento asentado en la probeta 8 si se observa eso hay que aumentar el gel a la
lechada con aditivos.
12.3.3.- CONTROL DE FILTRADO
El control de filtrado es crítico , dado que una lata perdida de filtrado en zonas
permeables , va a causar deshidratación de la lechada y aumento de su viscosidad ,
formara un revoque grueso sobre la formación , el cual restringe el flujo , esto puede ser
crítico especialmente en zonas donde tenemos baja tolerancia entre la cañería y la
formación –
12.3.4.- REGIMEN DE FLUJO
Debido a que estas lechadas tienen agua libre igual a cero, filtrado bajo, no hay
decantación de sólidos, llevan aditivos y por lo tanto tienen alta reologia, esto hace que
sea dificultosos por desplazarlas en flujo turbulento sin fracturar la formación. Para estos
trabajos es tratar de bombear al mayor caudal posible sin que se fracture la formación.
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12.3.5.- SIMULACION DEL TRABAJO
Todas la compañías de servicios una vez definidas las propiedades de la lechada , usan
simuladores con las condiciones de P y T , esperadas en fondo de pozo , además en los
mismos prueban los pre flujos.
12.3.6.- ACCESORIOS DE CEMENTACION Equipos de flotación
También la compañías de servicios tienen centralizadores especiales , accesorios
especiales.
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CONTENIDO DEL PROGRAMA
I. DATOS PARA EL DISEÑO
II. ESPACIADOR QUIMICO Y MECANICO
III. CANTIDAD DE CEMENTO Y ADITIVOS
IV. REPORTE DE LABORATORIO
V. SECUENCIA DE BOMBEO
VI. POTENCIAL DE FLUJO DE GAS
VII. PRESIONES DE BOMBEO Y ECD’S (GR/CC)
VIII. CENTRALIZACIÓN
IX. SIMULACIÓN DE LOS PARÁMETROS HIDRÁULICOS
X. PROCEDIMIENTO OPERATIVO
XI. ANALISIS DE RIESGO
XII. PLAN DE CONTINGENCIAS
XIII. LECCIONES APRENDIDAS
XIV. MANEJO DEL CAMBIO
XV. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD
XVI. LAYOUT
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Tipo Cantidad Unidad
Lavador 60 bbl
Densidad 8.4 Lbs/gal
VP na Cpoise
YP na Lb/100ft2
Tipo Cantidad Unidad
Espaciador 80 bbl
Densidad 11.5 Lbs/gal
VP 27 Cpoise
YP 20 Lb/100ft2
I. DATOS PARA EL DISEÑO
Cañería de 13 3/8”:
Profundidad Etapa Diámetro Grado Libraje Conexión
M (MD) pulgadas Lb/ft
0 - 42 Cañería 20” k-55 94.0 BTC
0 – 752 Cañería 13 3/8’’ k-55 68.0 TSH Blue
Profundidad
Vertical:
Desviación
máxima:
Zapata
Anterior:
Tope de
cemento:
591.83 m
67.80° Inc., 2.83°Azim.
20” @ 42 m
12.5 ppg @ Superficie 15.6 ppg @ 500
Ultima Cañ.
cementada: 20”, K-55, 94 ppf, BTC
Gradiente de
Fractura: 14 ppg @ 591 m
Presión de Poro: 8.3 ppg @ 591 m
Gradiente de
Temperatura: 2.5 ºF/100 ft
Distancia collar – 12 m (6.4 bbl)
zapata:
BHST:
129°F 591 m
Diámetro Trépano:
Registro de Calibre Deq = 18.4”
BHCT:
Fluido del
pozo:
109°F @ 591 m
WBM Bentonita Ext.
9.2 ppg. YP/PV = 20/25
Propiedades Reologicas
II. ESPACIADOR QUIMICO Y MECANICO
Mud Flush III
Deseables del lodo para
la cementación
Actúa como dispersante para las
partículas de arcilla y como un
surfactante para remover químicamente
el fluido de perforación y dejar toda la
superficie del pozo humedecida con agua.
Tuned Spacer III
Puede ser diseñado para cualquier tipo de
lodo y su reología puede ajustarse para
cada aplicación específica ayudando a
desplazar completamente el lodo de
perforación mediante la erosión del
revoque del lodo en las paredes del pozo.
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Reporte Espaciador “Tuned Spacer III”
[Escribir texto]
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[Escribir texto]
Pet-219 Arturo López G. Página 282
[Escribir texto]
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Tópico Cantidad Unidad
Densidad 15.6 Lb/gal
Longitud 250 m
Cemento A 550 sacos
Volumen 136 bbl
Rendimiento 1.39 Cf/Sk
Requerimiento 5.92 gps
III. CANTIDAD DE CEMENTO Y ADITIVOS
Lechada de Relleno Lechada Principal
Tópico Cantidad Unidad
Densidad 12.5 Lb/gal
Longitud 500 m
Cemento A 589 sacos
Volumen 256 bbl
Rendimiento 2.47 Cf/Sk
Requerimiento 14.14 gps
Aditivos Lechada Principal
Porcentaje Aditivos Cantidad
0.012 gps D-AIR 3000L 7 GAL
0.35 % bwoc Halad-322 212 LBS
0.2 gps Halad-300L 110 GAL
0.23 % bwoc Versaset 139 LBS
5.92 gps Agua 78 BBL
Aditivos Lechada de Relleno
Porcentaje Aditivos Cantidad
0.012 gps D-AIR 3000L 7 GAL
3 % bwow Bentonita 2081 LBS
0.3% bwoc SCR-100 195 LBS
14.14 gps Agua 199 BBL
Aditivo para control de perdidas: El Well Life 734 (Fibra) se lo tendra en locacion para utilizarlo como contingencia en caso de que el pozo presentara perdidas de circulacion durante el acondicionamiento del lodo. Colocar el WellLife 734 al vuelo en la lechada de relleno en el rango de 0.5 lb/bbl.
gps = galones/sacos
bwoc = por peso de cemento bwow = por peso de agua
[Escribir texto]
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Informe Laboratorio: Lechada Principal
[Escribir texto]
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Tiempo de Bombeabilidad: Lechada Principal
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Resistencia a la Compresión: Lechada Principal
EN PRUEBA DE LABORATORIO
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Informe Laboratorio: Lechada de Relleno
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Tiempo de Bombeabilidad: Lechada de Relleno
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Resistencia a la Compresión: Lechada de Relleno
EN PRUEBA DE LABORATORIO
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V. SECUENCIA DE BOMBEO
Description Stage No. Density (ppg)
Rate (bbl/min)
Yield (ft³/sk)
Water Req. (gal/sk)
Volume (bbl)
Bulk Cement (lb sacks)
Duration (min)
WBM 1 9.20 8.00 0.00 0.00
Mud Flush III 2 8.40 5.00 60.00 12.00
Tuned Spacer III 3 11.50 5.00 80.00 16.00
Bottom Plug
Lead Slurry CUR-1008D Csg 1338 4 12.50 5.00 2.4700 14.140 256.00 588.74 51.80
Tail Slurry CUR-1008D Csg 13 38 5-1 15.60 5.00 1.3900 5.910 136.00 549.34 27.20
Shutdown 5-2 1.3900 5.910 0.00 0.50
Top Plug/Start Displacement
WBM 6-1 9.20 8.00 340.00 42.50
WBM 6-2 9.20 2.00 16.64 8.32
Total: 891.64 158.32
Nota: Aplicar 397 psi en caso de que las válvulas de los accesorios de flotación no funcionen
correctamente
VI. POTENCIAL DE FLUJO DE GAS
Gas Flow Potential 1.50 at Reservoir Zone Measured Depth 750.00 m
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VII. PRESIONES DE BOMBEO Y ECD’S
ECD medida @ 750 m en MD
Time (mins)
Liquid Volume In (bbl)
Pump Output (hp)
Surface Pressure In (psi)
Surface Pressure Out (psi)
ECD @ Frac Zone (ppg)
Free Fall Height (ft)
0.00 0.0 0.00 52.96 0.00 9.57 0.00
7.28 36.4 16.23 60.98 0.00 9.56 0.00
14.46 72.3 20.35 57.01 0.00 9.56 0.00
23.49 117.4 15.92 20.81 0.00 9.56 0.00
30.66 153.3 19.49 0.00 0.00 9.56 24.69
40.49 202.4 19.49 0.00 0.00 9.56 136.32
50.31 251.6 19.49 0.00 0.00 9.56 234.93
60.14 300.7 19.49 0.00 0.00 9.56 317.90
69.97 349.9 19.49 0.00 0.00 9.48 403.01
79.80 399.0 19.49 0.00 0.05 9.53 423.70
87.36 436.8 18.84 0.00 0.00 9.70 466.30
97.18 485.9 18.84 0.00 0.00 10.08 483.41
107.00 535.0 18.84 0.00 0.00 10.51 484.27
107.20 535.0 0.00 0.00 0.06 10.49 489.34
107.40 535.0 0.00 0.00 0.04 10.48 492.78
109.27 549.1 31.80 0.00 0.00 10.58 447.45
115.53 599.3 31.80 0.00 0.00 10.88 300.99
121.80 649.4 31.80 0.00 0.00 11.20 154.20
128.07 699.5 31.80 0.00 0.00 11.54 5.83
134.33 749.7 55.50 121.00 0.00 12.14 0.00
140.60 799.8 87.17 282.62 0.00 13.04 0.00
146.87 849.9 111.43 406.47 0.00 13.60 0.00
151.82 878.6 24.03 444.41 0.00 13.67 0.00
158.32 891.6 25.31 470.46 0.00 13.81 0.00
158.50 892.0 25.33 971.01 0.00 13.81 0.00
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VIII. CENTRALIZACIÓN
Measured Depth
(m) Deviation
(°) Azimuth
(°) Restoring Force
(lbf) Standoff at Centralizer
(%) Standoff Between Centralizer
(%)
112.00 7.5 11.3 5,934 64.3 0.0
136.00 12.3 9.0 3,641 51.8 20.2
160.00 13.5 10.7 581 95.8 91.2
184.00 14.5 7.7 1,469 89.0 85.4
208.00 17.1 7.1 1,843 71.3 59.1
232.00 19.1 4.7 1,653 76.5 68.8
256.00 21.8 2.4 1,548 88.3 76.8
280.00 24.4 1.8 569 95.9 88.5
304.00 26.2 1.7 506 96.1 94.9
328.00 28.9 355.4 818 94.1 88.2
352.00 31.3 347.3 394 97.0 91.9
376.00 34.2 356.2 595 95.6 94.4
400.00 36.3 351.0 1,186 91.0 83.2
414.00 36.8 349.6 979 62.9 61.1
426.00 37.8 347.2 550 72.3 71.6
438.00 39.5 357.0 540 72.5 72.1
450.00 40.7 354.1 720 69.0 68.3
462.00 42.1 351.9 782 67.6 66.9
474.00 43.4 350.2 944 64.0 63.3
486.00 44.5 350.7 1,169 59.1 58.1
498.00 45.2 350.5 1,324 55.7 54.5
510.00 45.8 350.5 1,429 53.4 52.1
522.00 46.3 350.4 1,456 52.8 51.4
534.00 46.9 358.5 1,346 55.2 53.9
546.00 48.0 358.4 1,353 54.4 53.2
558.00 48.9 358.4 1,432 52.6 51.3
570.00 49.8 358.2 1,436 52.6 51.2
582.00 50.9 0.1 1,423 52.8 51.5
594.00 52.4 0.4 1,481 51.6 50.3
606.00 53.6 1.2 1,572 49.6 48.2
618.00 54.8 2.2 1,633 48.3 46.8
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Pet-219 Arturo López G.
Measured Depth
Deviation
Azimuth
Restoring Force
Standoff at Centralizer
Standoff Between Centralizer (m) (°) (°) (lbf) (%) (%)
630.00 56.0 2.3 1,686 47.1 45.6
642.00 57.2 2.3 1,740 46.0 44.4
654.00 58.4 2.3 1,791 44.8 43.2
666.00 59.5 2.4 1,841 43.8 42.1
678.00 60.7 2.4 1,889 42.7 41.0
690.00 61.9 2.5 1,935 41.7 39.9
702.00 63.1 2.5 1,980 40.7 38.9
714.00 64.3 2.6 2,023 39.8 38.0
726.00 65.5 2.6 2,064 38.9 37.0
738.00 66.7 2.6 2,103 38.1 36.1
750.00 67.8 2.68 1,070 60.5 50.8
Al tratarse de pozos con alto grado de desviación Halliburton recomienda seguir los análisis de centralización con el objetivo de conseguir el stand off
más alto posible. En este caso se trata de reducir los puntos de apoyo de la cañería con la cara baja del pozo con el fin de minimizar la canalización.
Halliburton calculo un stand off promedio de 60% con el uso de 25 centralizadores centek y 17 centralizadores tipo bow convencional.
Intervalos de Centralización:
Top MD Bottom MD Cent. A No. of Cent. A in Interval
Centralizer Frequency
Joint Frequency
(m) (m) 112.00 426.00 Bow Spring 13 3/8” x 17 17 1 2
½” 450.00 750.00 Centek SII 13 3/8” x 17 25 1 1
½” TOTAL Centralizers 42
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Pet-219 Arturo López G.
Especificaciones del Centralizador Bow Spring & Centek
APLICACIONES CENTRALIZADORES
CENTEK BOW SPRING
CURVA STANDOFF
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DRAG
TORQUE
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Pet-219 Arturo López G.
IX. SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
POSICION FINAL DE LOS FLUIDOS
La presión en el Espacio Anular es mayor con 397 psi comparado con la presión en el interior de
la Cañería.
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
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Pet-219 Arturo López G.
RESUMEN DE BOMBEO
CAUDAL DE ENTRADA VS SALIDA
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
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JERARQUÍA REOLÓGICA
PERFIL DE TEMPERATURA
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
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DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCUALCION
PRESIONES DE BOMBEO
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SIMULACIÓN TRIDIMENSIONAL DISPLACE 3D
ANALISIS TOC “500 m” (Standoff Avg. 60%)
SIMULACION 3D SIMULACION 2D
Se observa canalización en la
cara alta del pozo y bastante
interface Cemento/Cemento y
Cemento/Spacer
VISTA EN PLANTA EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO
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Pet-219 Arturo López G.
La Figura en 3D y en 2D nos muestra ilustrativamente una fuerte canalización en la cara baja del pozo. El stand off calculado por Halliburton no pudo llegar al 100% como
se desea debido a que en este análisis se esta considerando un agujero de mayor diámetro (18.4” en la parte no registrada de 750 m a 531.75 m) al nominal. El centralizador centek tienen un OD nominal de 17.5” (en calibre) lo que quiere decir que
a medida que incrementa el diámetro del agujero disminuirá el porcentaje de stand off. La figura “Vista en Planta” nos muestra que a los 500 m la cara baja del pozo estará
conformada por una interface de cemento de lechada de relleno con lechada principal.
La figura o curva de “Eficiencia de desplazamiento” nos muestra la proporción porcentual de lechada principal y lechada de relleno a los 500 m. en donde en ese
punto se tendrá un 72% de lechada principal y un 28% de lechada de relleno.
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Pet-219 Arturo López G.
X. PROCEDIMIENTO OPERATIVO 1. Bajar la cañería de 13 3/8” hasta la profundidad programada de +/- 750 m.
Instalando los siguientes accesorios:
1a.- Zapato Flotador 13 3/8”, 68 ppf, K-55, TSH Blue
1b.- 1 pieza de cañerías 13 3/8’’
1c.- Collar Flotador 13 3/8” 68 ppf, TSH Blue NR (No Rotativos)
1d.- 1 Canasta de Cementación ubicada a 20 m de la base del antepozo con 2 Stop Rings en cada extremo.
1e.- XX piezas de cañería hasta superficie.
1f.- 25 centralizadores Centek y 17 Bow Spring , 17.5”x 13.375”,
ubicados según gráfico Stand off.
1f.- 50 Stop Collar Centek ubicados en el centro de cada centralizador y
19 Stop Rings en medio de cada centralizador tipo Bow. 2. Cargar Tapón Inferior y Superior en la Cabeza de Cementación e instalar el
acople rápido (Quick Latch) sobre la cupla de la cañería de 13 3/8”. Conectar
líneas superficiales de Bombeo.
Nota: Tener en locación Cross Over de 13 3/8” TSH Blue Pin x 13 3/8” BTC Box para colocar la cabeza de cementación.
Nota: Se recomienda que la cabeza de cementación este ubicada no mayor a 2
m con respecto a la mesa rotaria.
3. Armar conexiones en superficie con Y hacia las líneas de Bombeo de Halliburton y
hacia el Stand Pipe para que tanto las bombas del equipo como las bombas de Halliburton puedan conectarse a la entrada de la cabeza de cementación de 13
3/8”. 4. Una vez en fondo, Circular el pozo con bombas del equipo de perforación
subiendo el caudal gradualmente hasta llegar al máximo caudal posible sin exceder el G.F (16 ppg). Recomendable 8 bpm o mayor. Asegurarse de tener el
control de la densidad de entrada igual a la de salida. Observar que la presión de circulación este estabilizada. Circular para acondicionar el lodo, mínimo con dos
volúmenes fondo-arriba para acondicionar el pozo a las siguiente propiedades: YP <=20, Mantener un perfil de Geles 10’ & 10” no progresivo (Plano). En caso de no poder acondicionar lodo por las condiciones del pozo, bombear 200 bbl de lodo
con baja reología (mínima posible sin comprometer estabilidad del pozo).
5. Efectuar reunión de seguridad, cuidado ecológico y acuerdos entre representantes
de personal PLUSPETROL, HALLIBURTON Y compañías asociadas a la operación durante la circulación.
6. Parar circulación, cerrar válvulas Lo-torc del manifold en cabeza de cementación de
13 3/8” e inmediatamente efectuar prueba de presión con agua a las líneas superficiales de Halliburton con 1000 psi por encima de la máxima presión de operación por el tiempo de 5 min.
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Pet-219 Arturo López G.
7. Iniciar Mezcla de lechada de relleno en RCM.
8. Bombear 60 bbl de Mud Flush III de 8.4 ppg @ 5 bpm.
9. Bombear 80 bbl de Tuned Spacer III de 11.5 ppg @ 5 bpm.
10.Parar Bomba y Liberar Tapon Inferior
11.Mezclar lechada de relleno en RCM (on fly) y bombear 256 bbl con densidad de
12.5 ppg @ 5 bpm.
13.Mezclar lechada principal en RCM (on fly) y bombear 136 bbl con densidad de
15.6 ppg @ 5 bpm.
14.Parar Bombeo y Liberar Tapón Superior.
15.Iniciar desplazamiento según el siguiente esquema de bombeo:
Description Stage No. Density Rate Volume Duration
(ppg) (bbl/min) (bbl) (min)
WBM 6-1 9.20 8.00 340.00 42.5
WBM 6-2 9.20 2.00 16.64 8.32
Total: 356.64 50.82
16.Observar la presión final de circulación (500 psi). Y presurizar 500 psi por
encima de la misma al observar tope tapón. Desfogar presión contabilizar volumen en cajones de desplazamiento del cementador y verificar la efectividad del equipo de flotación.
Nota: Se recomienda completar el desarrollo de mínimo 500 psi de esfuerzo compresivo (verificar grafica UCA) del cemento antes de bajar a reconocer el
tope de cemento y colgar la cañería.
Nota: El volumen de desplazamiento se ajustara en locación en acuerdo con el representante del cliente dependiendo de la profundidad del collar flotador..
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Pet-219 Arturo López G.
ANALISIS DE RIESGOS T I C K ET # S A P S O # F EC H A D EL A N A L I S I S B A S E
SA NTA CRUZ-BOLIIV A EM P L EA D O # H . E. S N O M B R E D EL EM P L EA D O R EP R ES EN T A N T E D EL C L I EN T E P S L
CEMENTA CION C O M P A Ñ Í A / O P ER A D O R A
PLUSPETROL BOLIV IA CORPORA TION S.A . C A M P O
CURICHE P O Z O #
CUR-1008D ; CUR-X1007D ; CUR-100 T I P O D E T R A B A J O
CEMENTA CION DE LA CA ÑERIA INTERMEDIA
Come nta rios: D
A
T
O
S
E V A L U A C I O
N D E L
R I E S G O
E X I S T E N T E
E X I S T E N C O N T R O L E S Y C O N T R A M E D I D A S Y / O
R E C O M E N D A C I O N E S P A R A D I S M I N U I R E L R I E S G O
INCL UIR L A E S TIMA DA DE TE RMINA CIO N
(DA TO S IMP O RTA NTE S DE RE CO ME NDA CIO NE S )
EVA L U A C I O N
D EL R I ES G O
D ES P U ES D EL
C O N T R O L Y/ O
R EC O M EN D A C I O S
E
V
P
R
O
C
P
R
S
E
V
P
R
O
C
P
R DESCRICION DE LA ACTIV IDAD CAUSA EFECTOS A ccidente de Transito vehicular Mal estado de la carretera/camino
Mal estado del tiempo
Conductor sin dormir las 8 horas
necesarias
Conductor con problemas de salud o
phisocologicos.
Por ef ecto de un accidente se
pueden perder vidas humanas,
Perdida de quipo o material P I D 2 1 Manejar con mucha precaucion
2 Salir con la suf iciente anticipacion
3 V iajar con aconpañante (escolta)
4 Completar el Gerenciamiento de V iaje
5 Realizar la prueba de alcoholemia al salir de la
base
1 Uso de Equipo de Protección Personal.
2 V erif icar el ajuste correcto del ensamblado de las
lineas.
3 Seguir los procedimientos seguros de ajuste de
lineas a altas presiones, uniones 1502 y sus
compatibilidades.
4 A segurar las lineas de bombeo y manif old,
envolviendolas con cable 3/8", sujetnado las
terminaciones con grapas.
5 Registar/Inspección periodicamente de las lineas
de alta presión.
6 Realizar los reemplazos y destruccion de
1 V erif icar datos con el cliente.
2 V erif icar datos con Hmta. BHCT
3 Correr Well Cat
4 Corroborar pruebas de laboratorio.
II D 3
Personal expuesto a contacto
con f luido a alta presión, o a
contacto violento con partes de
la tubería de superf icie.
Mal ajuste o desgaste de las uniones
y componentes. V ibración de la linea. El personal puede suf rir
contusiones y heridas en los
ojos y la piel
El personal puede suf ir golpes
por desprendimiento de objetos
que pueden causarle la muerte
P I D 2 II D 3
Estimacion inadecuada de la
temperatura Datos incorrectos. Frague retardado de cemento,
f rague acelerado de cemento
causando incrementos
repentinos de presion.
DC II C 2 II D 3
Circulacion durante cementacion. Excesos de V olumen. Perdidas
durante circulacion. Falta de
material por exccesos. No circular cemento a
superf icie. DC II C 2 1 Correr baches trazadores durante circulacion de
acondicionamiento.
2 Correr registros de calibre de 4 brazos.
3 Tener excesos de cemento en locacion.
II D 3
A ltas presiones de Bombeo. Exceder la presion de colapso
de la Cañeria. Colapso de la cañeria. DC II C 2 1 Realizar calculos de hidraulica.
2 Establecer maximas presiones de Bombeo con
representante del cliente.
3 Colocar corte de presion en la unidad de bombeo.
II D 3
Baja ef iciencia de desplazamiento Caudal de bombeo, acondicionamiento
del lodo. Pobre aislamiento zonal, mala
adherencia de cemento
f ormacion. DC II C 2 1 Mantener altos caudales en f uncion a la
gradiente de f ractura.
2 Uso de Tuned Spacer III como espaciador. II D 3
Mala centralizacion. Cantidad inadecuada de
centralizadores. Canalizacion, aislamiento zonal
inaecuado. DC II C 2 Posicion ef ectiva de centralizadores, 100 % Stand
Of f , modelar excentricidad, simulacion I cem y D3D. II D 3
Punto cedente del lodo
demasiado alto. Pobre acondicionamiento del lodo. Canalizacion, aislamiento zonal
inaecuado, mala adherencia
cemento-f ormacion. DC II C 2 1 A condicionamiento del lodo previo a la
cementacion. V p/yp=20/10
2 Densidad de entrada igual a la densidad de
salida.
3 V olumes de espaciadores adecuados para
garantizar la limpieza.
II D 3
Migracion de f luidos. A islamiento zonal inadecuado. Presiones inesperadas en
anular, comunicacion entre
zonas. DC II C 2 1 Lechadas expandibles.
2 Uso de barreras mecanicas, Sw ell Packer. II D 3
Se pierde retorno en sarandas
durante desplazamiento. Perdidas de volumen hacia f ormacion. Topes de cemento indeseados. DC II C 2 1 Disminuir el caudal de bombeo sin comprometer
tiempo bombeable. II D 3
Retornos tempranos de baches y
lechadas en superf icie. Canalización, Falta de circulación
para romper el
lodo gelif icado, exceso de revoque,
f alta de
centralización, Rotura de tuberia.
Mala distribucion de cemento en
el entorno de la cañeria,
aislamiento zonal incompleto. DC II C 2 1 V erif icar pesos de cañeria.
2 Controlar tiempos de retorno durante
acondicionamiento del lodo.
3 A justar paramentros reologicos del lodo.
4 Controlar volumenes de retorno
permanentemente.
II D 3
Sobre desplazamiento (lavar
Zapato) V olumen de desplazamiento
incorrecto. Zapato sin cemento, cemento
contaminado, problemas para
perf orar siguiente seccion. DC II C 2 1 Revisar ID con representante del cliente.
2 V erif icar calculos de volumen para
desplazamiento.
3 Considerar Shoe Track adecuado.
4 Considerar Norma A PI 5CT para calculo de
II D 3
El equipo de f lotacion no f unciona
al terminar el desplazamiento. Daño u obstruccion del la valvula
f lotadora. Ingreso de cemento hacia el
interior de la tuberia. DC II C 2 1 V erif icar f uncionamiento de los accesorios de
f lotacion al bajar cañeria.
2 Contar en locacion con accesoros Back Up.
3 Bombear nuevamente el retorno de f luido
obtenido en las cajas del equipo de cementación y
desf ogar bruscamente para activar las mismas, si
el intento es negativo dejar el pozo cerrado con la
cabeza de cementación hasta que el cemento
comience a pasar del estado líquido al gelif icado
II D 3
Pa rticipa nte s:
XI. ANALISIS DE RIESGO
NOMBRE FIRMA NOMBRE FIRMA
NOMBREREP DEL CLIENTE FIRMA REP. DEL CLIENTE
BLANCO
P Personal E Equipo DT Tiempo Perdido DC Datos ENV Medio A mbiente I Entrelace
Re v.B , 8 d e Ma rzo d e l 2 0 0 8 FO _ B O L _ HA L _ MS _ HS E _ 0 0 2
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Pet-219 Arturo López G.
XII. LECCIONES APRENDIDAS
Si bien no se realizo una cementación de 13 3/8” a 750 m en los pozos off set CUR-1005 y CUR-1003 es bueno recalcar algunas buenas prácticas que se tomaron en relación al alto grado de desviación que presentaron estos pozos como ser:
Optimizar la calidad de agujero perforado para mejorar el standoff de la cañería y
así reducir la canalización.
En función de la circulación del pozo incrementar los caudales de bombeo al
máximo posible sin exceder la gradiente de fractura para mejorar la distribución de fluidos en la cara baja de pozo.
Las ayudas mecánicas de rotación y reciprocación de la cañería durante el trabajo
de cementación ayudan a desplazar el lodo que se queda en la cara baja del pozo y que sea removido por espaciadores y cemento.
Correr herramientas de temperatura BHCT III de Halliburton con el fin de
conseguir la temperatura exacta de circulación para el diseño óptimo de las lechadas y no asumir el dato.
Reducir las propiedades reologicas del lodo a lo mínimo posible para tener una
mejor eficiencia de desplazamiento del lodo en el pozo. Propiedades deseadas VP/PC = 25/20 y los geles deben ser planos es decir que la lectura de gel a 10 seg. no sea el doble de la leída a 10 min.
Circular el pozo por lo menos 2 fondos arriba al caudal de cementación.
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Pet-219 Arturo López G.
XIII. MANEJO DEL CAMBIO
La presente propuesta está diseñada por información suministrada por el cliente, presentando la solución a los requerimientos del mismo, basada en la “Buenas Prácticas de Cementación” editadas por Halliburton.
En caso de alguna inconformidad con esta propuesta, realizar las modificaciones a continuación:
Fecha
Descripción
Justificación Nombre y firma Rep. del cliente
Aviso: Este programa se basa en prácticas de ingeniería, pero debido a condiciones variables de pozo y cualquier otra información que puede estar relacionada, Halliburton no ofrece ninguna garantía, expresa o implícita, en cuanto a la exactitud de los datos o de cualquier cálculo o las opiniones expresadas en este documento . Usted acepta que Halliburton no será responsable por cualquier pérdida o daño, ya sea por negligencia o de otro tipo que surja de o en relación con dichos datos, cálculos y opiniones.
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XIV. PLAN DE CONTINGENCIAS Y SUGERENCIAS.
1. Retornos anticipados. En caso de tener retornos tempranos en superficie, reducir el caudal ya que es probable que se tengan elevadas presiones de bombeo por efecto de la canalización del cemento (Seguir la centralización calculada por Halliburton Stand Off > 60% y de ser posible ejecutar Movimientos de reciprocación de la cañería 1-0.5 m / 3 cpm). Continuar con el desplazamiento hasta sacar todo el cemento de la cañería y luego realizar una evaluación para cuantificar el volumen de cemento retornado.
2. Pérdidas de Circulación durante la cementación. En caso de perder
retorno de fluido a superficie se tendrá en locación WellLife – 734 para agregar a la lechada principal y/o esapaciador. Disminuir el caudal sin comprometer el tiempo bombeable de la lechada (asegurarse de que todo el
cemento haya salido al espacio anular), cuantificar las pérdidas mediante tiempos y volumen físico recuperado en piletas del equipo.
3. Mal Funcionamiento del Equipo de flotación. En este caso se recomienda
dejar pozo cerrado con el equipo de cementación hasta que el cemento comience a pasar del estado líquido al gelificado – se recomienda que el fragüe inicial sea por lo menos de 100 psi de esfuerzo compresivo. Verificar esto con las muestras en superficie.
4. Norma API 5CT. Complementando con un cálculo del volumen de
desplazamiento la Norma API 5CT hace referencia a las consideraciones que se tiene de los IDs de las cañerías la cual toma un margen de un 1% en relación
al volumen total de desplazamiento, rediseñar el volumen de desplazamiento en función a su consideración. Ajustar este desplazamiento en pozo con el tally
final.
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XV. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD.
Después de instalar las líneas superficiales de bombeo realizar las pruebas de presión correspondientes con una presión acorde a la que se piensa manejar durante la operación. (1000 psi por encima de la máxima presión de operación es suficiente).
Verificar con el representante del cliente y establecer las maximas presiones durante la operación para no exceder las limitantes de reventamiento, Colapso, Tension de la cañeria, presion de fractura y poro de la formacion.
Deberán señalarse las zonas de alto riesgo durante la operación.
Todo el personal que intervenga en la operación deberá contar con equipo de protección adecuado como guantes, botas, overol y casco.
Todo el personal que intervenga en la operación y tenga injerencia en el
manejo de fluidos de tratamiento, deberá contar además del equipo de protección antes señalado con mascarillas y lentes de protección personal (Según JSA elaborado
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Pluspetrol Bolivia Corporation S.A. Servicio de Cementación y Provisión de Accesorios de Cementación
Pozo CUR-1008D, CUR-X1007D, CUR-1009D C.P. No. 23/2013
XVI. LAYOUT
CUR-1008D
13 3/8"Cañeria Intermedia
90 cf Ste ady Flow
1400 cf Ve rtical Silo
TK 180 Bbl
Tune Space r III / M ud Flus h III
Clas s A Ce ment BM 100 Bbl
Agua de M e zcla Tail
1400 cf Ve rtical Silo Clas s A Ce ment
TK 3 TK 200 Bbl Agua de M e zcla Lead
[Escribir texto]
[Escribir texto]
CONTENIDO DEL PROGRAMA
I. DATOS PARA EL DISEÑO
II. ESPACIADOR QUIMICO Y MECANICO
III. CANTIDAD DE CEMENTO Y ADITIVOS
IV. REPORTE DE LABORATORIO
V. SECUENCIA DE BOMBEO
VI. POTENCIAL DE FLUJO DE GAS
VII. PRESIONES DE BOMBEO Y ECD’S (GR/CC)
VIII. CENTRALIZACIÓN
IX. SIMULACIÓN DE LOS PARÁMETROS HIDRÁULICOS
X. PROCEDIMIENTO OPERATIVO
XI. PLAN DE CONTINGENCIAS
XII. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD
XIII. LAYOUT
XIV. ANALISIS DE RIESGO
XV. MANEJO DEL CAMBIO
XVI. LECCIONES APRENDIDAS
XVII. ANEXOS
[Escribir texto]
[Escribir texto]
Tipo Cantidad Unidad
Lavador 60 bbl
Densidad 8.4 Lbs/gal
VP na Cpoise
YP na Lb/100ft2
Tipo Cantidad Unidad
Espaciador 70 bbl
Densidad 11.5 Lbs/gal
VP 46 Cpoise
YP 35 Lb/100ft2
I. DATOS PARA EL DISEÑO
Cañería de 9 5/8”:
Profundidad Etapa Diámetro Grado Libraje Conexión
M (MD) pulgadas Lb/ft
0 - 40 Cañería 20” k-55 94.0 BTC
0 – 748 Cañería 13 3/8’’ k-55 68.0 TSH Blue
0 - 1600 Cañería 9 5/8’’ N-80 43.5 BTC TXP
Profundidad
Vertical:
Desviación
máxima:
Zapata
Anterior:
Tope de
cemento:
799 m
83.24° Inc., 2.83°Azim.
13 3/8” @ 748m
12.5 ppg @ 700m 15.6 ppg @ 1300 m
Ultima Cañ.
cementada: 13 3/8’’, K-55, 68 ppf, TSH Blue
Gradiente de
Fractura: 16 ppg @ 799 m
Presión de Poro: 8.33 ppg @ 799 m
Gradiente de
Temperatura: 2.5 ºF/100 ft
Distancia collar – 24m (5.86 bbl)
zapata:
Diámetro
Trépano: 12.25” + 15% exceso
Temperatura Estática: Temperatura
Circulante:
146°F @ 799 m 112°F @ 799 m
Fluido del pozo:
WBM Polimérico 9.2 ppg. YP/PV = 20/25
II. ESPACIADOR QUIMICO Y MECANICO
Mud Flush III
Actúa como dispersante para las
partículas de arcilla y como un
surfactante para remover químicamente
el fluido de perforación y dejar toda la
superficie del pozo humedecida con agua.
Tuned Spacer III
Puede ser diseñado para cualquier tipo de
lodo y su reología puede ajustarse para
cada aplicación específica ayudando a
desplazar completamente el lodo de
perforación mediante la erosión del
revoque del lodo en las paredes del pozo.
[Escribir texto]
[Escribir texto]
Tópico Cantidad Unidad
Densidad 15.6 Lb/gal
Longitud 300 m
Cemento A 281 sacos
Volumen 69 bbl
Rendimiento 1.38 Cf/Sk
Requerimiento 6.07 gps
Lechada de Relleno Lechada Principal
Tópico Cantidad Unidad
Densidad 12.5 Lb/gal
Longitud 600 m
Cemento A 285 sacos
Volumen 126 bbl
Rendimiento 2.48 Cf/Sk
Requerimiento 14.14 gps
Aditivos Lechada Principal
Porcentaje Aditivos Cantidad
0.012 gps D-AIR 3000L 3.4 GAL
0.65 % bwoc Halad-23 201 LBS
0.3 % bwoc Halad-322 93 LBS
6.07 gps Agua 40.6 BBL
Aditivos Lechada de Relleno
Porcentaje Aditivos Cantidad
0.012 gps D-AIR 3000L 3.5 GAL
3 % bwow Bentonita 1007 LBS
0.4% bwoc HR-800 125 LBS
14.14 gps Agua 96 BBL
Nota: Aditivos y cantidades referenciales, estos serán ajustados en función a las
pruebas de laboratorio con agua de pozo, compatibilidad con el lodo y condiciones
de pozo de acuerdo a la temperatura tomada por registro.
gps = galones/sacos
bwoc = por peso de cemento bwow = por peso de agua
IV. REPORTE DE LABORATORIO Informe Laboratorio: Lechada Principal (Referencial)
Tiempo de Bombeabilidad: Lechada Principal (Referencial)
Resistencia a la Compresión: Lechada Principal (Referencial)
Informe Laboratorio: Lechada de Relleno (Referencial)
Tiempo Bombeable: Lechada de Relleno (Referencial)
Esfuerzo Compresivo: Lechada de Relleno (Referencial)
V. SECUENCIA DE BOMBEO
Description Stage No. Density
(ppg) Rate
(bbl/min) Yield
(ft³/sk) Water Req.
(gal/sk94) Volume
(bbl) Bulk Cement
(94lb sacks) Duration
(min)
WBM 1 9.20 8.00 0.00 0.00
Bottom Plug
Mud Flush III 2 8.40 8.00 60.00 7.50
Tuned Spacer III 3 11.50 8.00 70.00 8.75
Lechada Relleno 4 12.50 5.00 2.4800 14.160 125.52 25.10
Bottom Plug
Lechada Principal 5.2 15.60 5.00 1.3800 6.070 69.00 13.8
Top Plug/Start Displacement
WBM 6-1 9.20 8.00 320.00 40.00
WBM 6-2 9.20 5.00 50.00 10.00
WBM 6-3 9.20 2.00 15.00 7.50
Total: 709.53 112.66
VI. POTENCIAL DE FLUJO DE GAS
Gas Flow Potential 4.83 at Reservoir Zone Measured Depth 1600 m
VII. PRESIONES DE BOMBEO Y ECD’S
Time (mins)
Liquid Volume In (bbl)
Pump Output (hp)
Surface Pressure In (psi)
Surface Pressure Out (psi)
ECD @ Frac Zone (ppg)
Free Fall Height (m)
0.00 0.0 0.00 230.16 0.00 10.52 0.000
3.85 30.8 70.45 243.43 0.00 10.52 0.000
7.70 61.6 95.26 253.86 0.00 10.52 0.000
12.59 100.7 83.03 191.43 0.00 10.52 0.000
16.45 131.0 30.06 129.08 0.00 10.43 0.000
24.11 169.3 19.94 46.42 0.00 10.43 0.000
31.78 207.6 14.26 0.00 0.00 10.46 12.189
39.44 245.9 14.26 0.00 0.00 10.45 40.921
45.44 276.0 26.85 0.00 0.00 10.49 74.891
53.21 314.8 26.85 0.00 0.00 10.48 127.645
57.84 346.0 35.08 0.00 0.00 10.46 118.658
62.82 385.8 35.08 0.00 0.00 10.41 79.916
67.79 425.6 35.08 0.00 0.00 10.28 46.412
72.77 465.4 35.08 0.00 0.00 10.25 8.159
77.74 505.2 49.54 73.79 0.00 10.47 0.000
82.72 545.0 62.38 139.35 0.00 10.69 0.000
87.69 584.8 76.17 209.75 0.00 10.97 0.000
92.67 624.6 88.72 273.80 0.00 11.24 0.000
97.31 655.3 50.75 317.98 0.00 11.43 0.000
105.15 694.5 66.24 444.41 0.00 12.18 0.000
109.74 703.7 23.55 437.12 0.00 12.10 0.000
112.87 709.9 24.60 958.67 0.00 12.23 0.000
1,128.00 75.0 2.0 931 71.2 66.9
Measured Depth (m)
Deviation (°)
Azimuth (°)
Restoring Force (lbf)
Standoff at Centralizer (%)
Standoff Between Centralizer (%)
708.00 64.6 2.0 370 86.8 0.0
720.00 66.3 2.3 480 84.7 82.8
732.00 67.6 2.7 659 81.2 78.4
744.00 68.2 2.8 782 78.8 75.1
756.00 68.6 1.3 838 72.9 69.2
768.00 68.8 1.3 864 72.4 68.5
780.00 69.0 1.4 867 72.4 68.4
792.00 69.2 1.4 869 72.3 68.4
804.00 69.4 1.4 872 72.3 68.3
816.00 69.6 1.4 875 72.2 68.3
828.00 69.8 1.4 877 72.2 68.2
840.00 70.0 1.5 880 72.1 68.1
852.00 70.2 1.5 882 72.1 68.1
864.00 70.4 1.5 884 72.1 68.0
876.00 70.7 1.5 887 72.0 68.0
888.00 70.9 1.6 889 72.0 67.9
900.00 71.1 1.6 891 71.9 67.9
912.00 71.3 1.6 894 71.9 67.8
924.00 71.5 1.6 896 71.8 67.8
936.00 71.7 1.6 898 71.8 67.7
948.00 71.9 1.7 901 71.8 67.6
960.00 72.1 1.7 903 71.7 67.6
972.00 72.3 1.7 905 71.7 67.5
984.00 72.5 1.7 907 71.6 67.5
996.00 72.7 1.7 909 71.6 67.4
1,008.00 72.9 1.8 911 71.6 67.4
1,020.00 73.2 1.8 914 71.5 67.3
1,032.00 73.4 1.8 916 71.5 67.3
1,044.00 73.6 1.8 918 71.4 67.2
1,056.00 73.8 1.8 920 71.4 67.2
1,068.00 74.0 1.9 922 71.4 67.1
1,080.00 74.2 1.9 924 71.3 67.1
1,092.00 74.4 1.9 926 71.3 67.0
1,104.00 74.6 1.9 928 71.3 67.0
1,116.00 74.8 2.0 929 71.2 67.0
VIII. CENTRALIZACIÓN
1,564.00 82.6 2.7 518 78.8 76.4
Measured Depth (m)
Deviation (°)
Azimuth (°)
Restoring Force (lbf)
Standoff at Centralizer (%)
Standoff Between Centralizer (%)
1,140.00 75.2 2.0 933 71.2 66.9
1,152.00 75.5 2.0 935 71.1 66.8
1,164.00 75.7 2.0 937 71.1 66.8
1,176.00 75.9 2.1 939 71.1 66.7
1,188.00 76.1 2.1 940 71.0 66.7
1,200.00 76.3 2.1 942 71.0 66.7
1,212.00 76.5 2.1 944 71.0 66.6
1,224.00 76.7 2.1 945 70.9 66.6
1,236.00 76.9 2.2 947 70.9 66.5
1,248.00 77.1 2.2 949 70.9 66.5
1,260.00 77.3 2.2 950 70.8 66.5
1,272.00 77.5 2.2 952 70.8 66.4
1,284.00 77.7 2.2 953 70.8 66.4
1,296.00 78.0 2.3 729 74.9 70.5
1,308.00 78.2 2.3 504 79.1 76.7
1,320.00 78.4 2.3 505 79.0 76.7
1,332.00 78.6 2.3 506 79.0 76.7
1,344.00 78.8 2.4 507 79.0 76.7
1,356.00 79.0 2.4 508 79.0 76.6
1,368.00 79.2 2.4 508 79.0 76.6
1,380.00 79.4 2.4 509 79.0 76.6
1,392.00 79.6 2.4 510 79.0 76.6
1,404.00 79.8 2.5 510 78.9 76.6
1,416.00 80.0 2.5 511 78.9 76.6
1,428.00 80.3 2.5 512 78.9 76.6
1,440.00 80.5 2.5 512 78.9 76.5
1,452.00 80.7 2.5 513 78.9 76.5
1,464.00 80.9 2.6 514 78.9 76.5
1,476.00 81.1 2.6 514 78.9 76.5
1,488.00 81.3 2.6 515 78.9 76.5
1,500.00 81.5 2.6 344 82.0 79.6
1,504.00 81.6 2.6 344 82.0 82.0
1,516.00 81.8 2.7 516 78.8 76.4
1,528.00 82.0 2.7 517 78.8 76.4
1,540.00 82.2 2.7 517 78.8 76.4
1,552.00 82.4 2.7 518 78.8 76.4
Measured Depth Deviation Azimuth Restoring Force Standoff at Centralizer Standoff Between Centralizer (m) (°) (°) (lbf) (%) (%)
1,576.00 82.8 2.8 910 71.6 69.2
1,588.00 83.0 2.8 1,302 64.4 58.3
1,600.00 83.2 2.80 651 76.3 46.2
Halliburton recomienda mantener un Standoff de mínimo 70 % para alcanzar el objetivo de la cementación.
Especificaciones del Centralizador Centek
En el presente programa se propone una Centralización en el cual se utilizan
76 centralizadores tipo Centek. Por el tipo de pozo y la alta desviación que encontramos los centralizadores serán sometidos a gran esfuerzo.
CENTTRALIZADORES CENTEK
- Diseño Flexible - Unidades de una sola pieza
- Excelente Restoring Force
- Maximiza el Stand Off
- Reduce el Torque y el Arrastre
- Absorbe cargas radiales y Axiales
- Bajas unidades de torque para permitir la rotación de la
Tubería
- Permite mayor flujo
CENTRALIZACION (Centralizadores Bow)
DRAG & FORCE (Centralizadores Bow)
IX. SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
POSICION FINAL DE LOS FLUIDOS
La presión en el Espacio Anular es mayor con 205.98 psi comparado con la presión en el interior
de la Cañería.
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
RESUMEN DE BOMBEO
CAUDAL DE ENTRADA VS SALIDA
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
JERARQUÍA REOLÓGICA
PERFIL DE LIMPIEZA
Esta simulación se realizó
utilizando un Número de
Erodabilidad de 30.
SIMULACIÓN DE PARAMETROS HIDRAULICOS
DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCUALCION EN EL FONDO DEL POZO
PRESIONES DE BOMBEO
SIMULACIÓN DE LA EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO EN I-CEM (DISPLACE 3D) EN EL TOPE DE LA LECHADA PRINCIPAL 1300 M
(Esta simulación es considerando exceso, la condiciones finales serán ajustadas con el registro de calibre)
VISTA EN 3D
1300 m. (80% Tail & 18
% Lead)
EFICIENCIA DE DESPLAZAMIENTO @1300m.
Simulación con diámetro de 12.25” con 15 % de Exceso.
Esta simulación fue corrida utilizando el Stand off recomendado por
Halliburton.
X. PROCEDIMIENTO OPERATIVO 1. Bajar la cañería de 9 5/8” hasta la profundidad programada de +/- 1600 m.
Instalando los siguientes accesorios:
1a.- Zapato Flotador 9 5/8”, 43.5 ppf, N-80, BTC, @ 1600 m
1b.- 2 piezas de cañerías 9 5/8’’
1c.- Collar Flotador 9 5/8”, BTC, 43.5 ppf, NR (No Rotativos)
1e.- XX piezas de cañería hasta superficie.
1f.- 76 centralizadores Centek 9 5/8”x 12 1/4”, ubicados según gráfico
Stand off.
1g.-152 Stop Rings distribuidos en el centro de cada centralizador.
2. Cargar Tapón Inferior # 1 en la Cabeza de Cementación e instalar el acople
rápido (Quick Latch) sobre la cupla de la cañería de 9 5/8”. Conectar líneas
superficiales de Bombeo.
Nota: Se recomienda que la cabeza de cementación este ubicada no mayor a 2 m con respecto a la mesa rotaria.
3. Armar conexiones en superficie con Y hacia las líneas de Bombeo de Halliburton y
hacia el Stand Pipe para que tanto las bombas del equipo como las bombas de Halliburton puedan conectarse a la entrada de la cabeza de cementación de
9 5/8”.
4. Una vez en fondo, Circular el pozo con bombas del equipo de perforación
subiendo el caudal gradualmente hasta llegar al máximo caudal posible sin exceder el G.F (16 ppg). Recomendable 8 bpm o mayor. Asegurarse de tener el
control de la densidad de entrada igual a la de salida. Observar que la presión de circulación este estabilizada. Circular para acondicionar el lodo, mínimo con dos volúmenes fondo-arriba para acondicionar el pozo a las siguiente propiedades: YP
<=20, Mantener un perfil de Geles 10’ & 10” no progresivo (Plano). En caso de no poder acondicionar lodo por las condiciones del pozo, bombear 200 bbl de
lodo
con baja reologia (mínima posible sin comprometer estabilidad del pozo).
5. Efectuar reunión de seguridad, cuidado ecológico y acuerdos entre representantes
de personal PLUSPETROL, H ALLIBURTON Y compañías asociadas a la operación
durante la circulación. 6. Parar circulación, cerrar válvulas Lo-torc del manifold en cabeza de cementación de
9 5/8” e inmediatamente efectuar prueba de presión con agua a las líneas
superficiales de Halliburton con 1000 psi por encima de la máxima presión de operación es suficiente por el tiempo de 10 min.
7. Liberar Tapón Inferior # 1, bombear 0.5 bbl de espaciador, verificar indicador de
paso, parar bombeo y cargar Tapón inferior # 2 y Tapón superior. Iniciar Mezcla de lechada en RCM.
8. Bombear 60 bbl de espaciador quimico de 8.4 ppg @ 8 bpm.
9. Bombear 70 bbl de espaciador mecanico de 11.5 ppg @ 8 bpm.
10.Mezclar lechada de relleno en RCM (on fly) y bombear 126 bbl con densidad de
12.5 ppg @ 5 bpm.
13.Liberar Tapón Inferior # 2
14.Continuar mezclando lechada principal en RCM (on fly) y completar 69 bbl con
densidad de 15.6 ppg @ 5 bpm.
15.Parar Bombeo y Liberar Tapón Superior.
16.Iniciar desplazamiento según el siguiente esquema de bombeo:
Description Stage No. Density
(ppg) Rate
(bbl/min) Yield (ft³/sk)
Water Req. (gal/sk)
Volume (bbl)
Duration (min)
Top Plug/Start Displacement
WBM 6-1 9.20 8.00 320.00 40.00
WBM 6-2 9.20 5.00 50.00 10.00
WBM 6-3 9.20 2.00 15.00 7.50
Total: 385.00 57.50
17.Observar la presión final de circulación (480 psi). Y presurizar 500 psi por
encima de la misma al observar tope tapón. Desfogar presión contabilizar volumen en cajones de desplazamiento del cementador y verificar la efectividad del equipo de flotación.
Nota: Se recomienda completar el desarrollo de mínimo 500 psi de esfuerzo
compresivo (verificar grafica UCA) del cemento antes de bajar a reconocer el tope de cemento y colgar la cañería.
XI. PLAN DE CONTINGENCIAS
1. Control adecuado del pozo: Asegurar el control completo del pozo, sin
gasificación ni pérdida de circulación, en caso de presentarse estas condiciones, intentar en primera instancia su control.
2. Coordinar la operación para que se ejecute en forma continua, sin
paros, desde el acondicionamiento final del lodo hasta el asentamiento de tapones en el cople flotador.
3. Reologías del fluido de control: Acondicionamiento adecuado del fluido de
perforación. Es recomendable tener valores de viscosidad plástica y punto de cedencia bajos sin presentar precipitación de sólidos. Recuérdese que un alto porcentaje de éxito radica en la facilidad de los baches y cemento para desplazar el lodo. Se buscan valores de Desarrollo de Gel a 10 seg y 10 min
del orden de 2/3 un valor de otro, así como un espesor de enjarre reducido lo
mismo que la pérdida de filtrado. En caso que el lodo no reúna las mejores características para cementar, acondicionarlo.
4. Temperatura: Determinar la temperatura circulante de fondo más adecuada.
Una sobre valoración nos podría representar cemento sin consistencia a la hora de la inyección y en su defecto al considerar una temperatura menor a la
real se tiene el riesgo de inducir un fraguado prematuro del cemento. 5. Volúmenes de trabajo: Recomendamos el registro CALIPER para el cálculo
de volúmenes. 6. Perdida de circulación: En casó de observar perdida de circulación durante
la introducción de la cañería y/o con la cañería en el fondo considerar agregar material anti pérdida a los espaciadores o durante el desplazamiento reducir el caudal mínimo posible sin comprometer la operación en base al tiempo bombeable de la lechada de cemento y erodabilidad de los fluidos.
7. Considerar como mínimo Espaciadores con un volumen equivalente de
300 m lineales y/o 10 min. de contacto con la formación cualquiera sea mayor
, usar Displace 3D del simulador iCem para optimizar el volumen, de esta manera lograr el efecto químico y mecánico, obteniéndose una mejor remoción
del revoque de lodo de la formación y asegurar una mejor adherencia formación/cemento/cañería.
8. En caso que la cañería no pueda ser bajada hasta la TD programada se
dispondrá en el pozo de una botella de Circulación de 9 5/8” BTC para circular reciprocando e intentar llegar a TD.
9. En caso que los accesorios de flotación no se activen, Bombear el volumen
devuelto contabilizado en los cajones de desplazamiento del equipo cementador (realizar 1 intento) sin sobre desplazar la lechada de cemento. Si se observa retorno franco nuevamente, proceder a cerrar el manifold del
[Escribir texto]
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equipo de cementación y monitorear hasta completar 100 psi de esfuerzo compresivo de la lechada principal.
[Escribir texto]
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XII. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD.
Después de instalar las líneas superficiales de bombeo realizar las pruebas de presión correspondientes con una presión acorde a la que se piensa manejar durante la operación. (1000 psi por encima de la máxima presión de operación es suficiente).
Verificar con el representante del cliente y establecer las maximas presiones durante la operación para no exceder las limitantes de reventamiento, Colapso, Tension de la cañeria, presion de fractura y poro de la formacion.
Deberán señalarse las zonas de alto riesgo durante la operación.
Todo el personal que intervenga en la operación deberá contar con equipo de protección adecuado como guantes, botas, overol y casco.
Todo el personal que intervenga en la operación y tenga injerencia en el manejo de fluidos de tratamiento, deberá contar además del equipo de protección antes señalado con mascarillas y lentes de protección personal (Según JSA elaborado).
XIII. LAYOUT
ANALISIS DE RIESGOS T I C K E T # S A P S O # F E C H A D E L A N A L I S I S B A S E
SANTA CRUZ-BOLIIVA E M P L E A D O # H . E . S N O M B R E D E L E M P L E A D O R E P R E S E N T A N T E D E L C L I E N T E P S L
CEMENTACION C O M P A Ñ Í A / O P E R A D O R A
PLUSPETROL BOLIVIA CORPORATION S.A. C A M P O
CURICHE P O Z O #
CUR-1008D ; CUR-X1007D ; CUR-1009D T I P O D E T R A B A J O
CEMENTACION DE LA CAÑERIA INTERMEDIA Comentarios: D
A
T
O
S
EV A L U A C IO N
D EL R IES G O
EX IS T EN T E
EX IS T EN C O N T R O L ES Y C O N T R A M ED ID A S Y / O
R EC O M EN D A C IO N ES P A R A D IS M IN U IR EL R IES G O
INCLUIR LA ESTIMADA DE TERMINACION (DATOS
IMPORTANTES DE RECOMENDACIONES)
E V A L U A C I O N D E L
R I E S G O
D E S P U E S D E L
C O N T R O L Y / O
R E C O M E N D A C I O N S
E
V
P
R
O
C
P
R
S
E
V
P
R
O
C
P
R DESCRICION DE LA ACTIVIDAD CAUSA EFECTOS Accidente de Transito vehicular Mal estado de la carretera/camino
Mal estado del tiempo
Conductor sin dormir las 8 horas
necesarias
Conductor con problemas de salud o
phisocologicos.
Por efecto de un accidente se
pueden perder vidas humanas,
Perdida de quipo o material P I D 2 1 Manejar con mucha precaucion
2 Salir con la suficiente anticipacion
3 Viajar con aconpañante (escolta)
4 Completar el Gerenciamiento de Viaje
5 Realizar la prueba de alcoholemia al salir de la base
6 Planificar viaje con anticipacion.
II D 3
Personal expuesto a contacto con
fluido a alta presión, o a contacto
violento con partes de la tubería de
superficie.
Mal ajuste o desgaste de las uniones y
componentes. Vibración de la linea. El personal puede sufrir
contusiones y heridas en los ojos y
la piel
El personal puede sufir golpes por
desprendimiento de objetos que
pueden causarle la muerte
P I D 2 1 Uso de Equipo de Protección Personal.
2 Verificar el ajuste correcto del ensamblado de las
lineas.
3 Seguir los procedimientos seguros de ajuste de lineas
a altas presiones, uniones 1502 y sus compatibilidades.
4 Asegurar las lineas de bombeo y manifold,
envolviendolas con cable 3/8", sujetnado las
terminaciones con grapas.
5 Registar/Inspección periodicamente de las lineas de
alta presión.
6 Realizar los reemplazos y destruccion de tuberias que
no pasen las pruebas de inspecciones.
II D 3
Estimacion inadecuada de la
temperatura Datos incorrectos. Frague retardado de cemento,
frague acelerado de cemento
causando incrementos repentinos
de presion.
DC II C 2 1 Verificar datos con el cliente.
2 Verificar datos con Hmta. BHCT
3 Correr Well Cat
4 Corroborar pruebas de laboratorio.
II D 3
Circulacion durante cementacion. Excesos de Volumen. Perdidas
durante circulacion. Falta de
material por exccesos. No circular cemento a superficie. DC II C 2 1 Correr baches trazadores durante circulacion de
acondicionamiento.
2 Correr registros de calibre de 4 brazos.
3 Tener excesos de cemento en locacion.
II D 3
Altas presiones de Bombeo. Exceder la presion de colapso
de la Cañeria. Colapso de la cañeria. DC II C 2 1 Realizar calculos de hidraulica.
2 Establecer maximas presiones de Bombeo con
representante del cliente.
3 Colocar corte de presion en la unidad de bombeo.
II D 3
Baja eficiencia de desplazamiento. Caudal de bombeo, acondicionamiento
del lodo. Pobre aislamiento zonal, mala
adherencia de cemento formacion. DC II C 2 1 Mantener altos caudales en funcion a la gradiente de
fractura.
2 Uso de Tuned Spacer III como espaciador. II D 3
Mala centralizacion. Cantidad inadecuada de centralizadores. Canalizacion, aislamiento zonal
inaecuado. DC II C 2 Posicion efectiva de centralizadores, 100 % Stand Off,
modelar excentricidad, simulacion I cem y D3D. II D 3
Punto cedente del lodo demasiado
alto. Pobre acondicionamiento del lodo. Canalizacion, aislamiento zonal
inaecuado, mala adherencia
cemento-formacion. DC II C 2 1 Acondicionamiento del lodo previo a la cementacion.
Vp/yp=20/10
2 Densidad de entrada igual a la densidad de salida.
3 Volumes de espaciadores adecuados para garantizar
la limpieza.
II D 3
Migracion de fluidos. Aislamiento zonal inadecuado. Presiones inesperadas en anular,
comunicacion entre zonas. DC II C 2 1 Lechadas expandibles.
2 Uso de barreras mecanicas, Swell Packer. II D 3
Se pierde retorno en sarandas
durante desplazamiento. Perdidas de volumen hacia formacion. Topes de cemento indeseados. DC II C 2 1 Disminuir el caudal de bombeo sin comprometer
tiempo bombeable. II D 3
Retornos tempranos de baches y
lechadas en superficie. Canalización, Falta de circulación para
romper el
lodo gelificado, exceso de revoque, falta
de
centralización, Rotura de tuberia.
Mala distribucion de cemento en el
entorno de la cañeria, aislamiento
zonal incompleto. DC II C 2 1 Verificar pesos de cañeria.
2 Controlar tiempos de retorno durante
acondicionamiento del lodo.
3 Ajustar paramentros reologicos del lodo.
4 Controlar volumenes de retorno permanentemente.
II D 3
Sobre desplazamiento (lavar Zapato) Volumen de desplazamiento incorrecto. Zapato sin cemento, cemento
contaminado, problemas para
perforar siguiente seccion. DC II C 2 1 Revisar ID con representante del cliente.
2 Verificar calculos de volumen para desplazamiento.
3 Considerar Shoe Track adecuado.
4 Considerar Norma API 5CT para calculo de
desplazamiento.
II D 3
El equipo de flotacion no funciona al
terminar el desplazamiento. Daño u obstruccion del la valvula
flotadora. Ingreso de cemento hacia el
interior de la tuberia. DC II C 2 1 Verificar funcionamiento de los accesorios de flotacion
al bajar cañeria.
2 Contar en locacion con accesoros Back Up.
3 Bombear nuevamente el retorno de fluido obtenido en
las cajas del equipo de cementación y desfogar
bruscamente para activar las mismas, si el intento es
negativo dejar el pozo cerrado con la cabeza de
cementación hasta que el cemento comience a pasar
del estado líquido al gelificado
II D 3
Participantes:
XIV. ANALISIS DE RIESGO
NO MB RE FIRMA NO MB RE FIRMA
NO MB RE RE P DE L CL IE NTE FIRMA RE P . DE L CL IE NTE
BLANCO
P Personal E Equipo DT Tiempo Perdido DC Datos ENV Medio Ambiente I Entrelace
Rev.B , 8 d e M arzo d el 2008 FO_B OL _HA L _M S _HS E _002
XV. MANEJO DEL CAMBIO
XVI. Lecciones Aprendidas Uso de centralizadores centek de acuerdo a recomendación
Halliburton.
Calibre del pozo: El calibre de pozo es fundamental para obtener una
buena centralizacion y por ende una buena distribucion de cemento en la cara baja (Ref. Caliber y SBT de los anteriores pozos curiche).
El acondicionamiento del lodo es la variable más importante para
lograr un buen desplazamiento del mismo durante la cementación (Eight ways to ensure a successful cement job, Halliburton).
Hay que tomar en cuenta que retornos limpios no significa que todo el sistema se encuentre en movimiento.
Recomendación: Una vez obtenido el caliper y un volumen más exacto del pozo, determinar el volumen de lodo movible y acondicionar. Se recomienda
utilizar fluidos trazadores para controlar el volumen movible. Acondicionar tomando en cuenta estos volúmenes.
Una vez se baje la cañería hasta la profundidad programada, iniciar la
circulación a bajo caudal para ayudar a romper la estructura de los geles del
lodo, aumentar el caudal gradualmente hasta tener presiones estabilizadas y
alcanzar el caudal programado. Acondicionar el lodo a las siguiente propiedades: YP <=20, Mantener un
perfil de Geles 10’ ; 10” & 30’’ no progresivo (Plano EJ: 1,3 y 7). Una
vez acondicionado el lodo tomar en cuenta dos volúmenes del pozo para
circular al caudal programado de la cementación, esto con el fin de mejorar la movilidad del lodo en el sistema.
Evitar tener el pozo estático por periodos largos previo y durante la cementación.
Problema por acondicionamiento inadecuado del lodo inadecuado.
Como se puede observar en la figura superior, al no acondicionar el lodo y realizar las
recomendaciones para lograr una movilidad homogénea del sistema, se presentan los
problemas de canalización obteniendo retornos tempranos en superficie y resultados de una
adherencia – distribución de cemento inadecuada reflejada en el los registros de evaluación.
XVII.ANEXOS
CENTEK SLIDER II