Diseño y Colocación de Tapones Balanceados

Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo

Feb - 2003

ObjetivosAl finalizar este modulo, Ud. sera capaz de:• Identificar el proposito de colocar un tapon de cemento

• Identificar las tres diferentes tecnicas de emplazamiento

• Identificar las ventajas y desventajas de cada tecnica

• Reconocer las consideraciones para ejecutar una operacion

• Seleccionar las propiedades de las lechadas dependiendo de las condiciones para cada tipo de Tapon

• Explicar paso a paso el procedimiento de ejecucion de un Tapon de cemento

• Resolver los calculos para ejecutar un Tapon Balanceado

Feb - 2003

Tapón de Cemento. Introducción.• El tapón de cemento es una operación común de campo.

• Requiere un volumen relativamente bajo de lechada.

• Se coloca en el pozo con distintos propósitos:

– Para desviar el pozo sobre un “Pescado” o para iniciar una perforación direccional

– Para abandonar una zona o abandonar un pozo

– Para curar un problema de pérdida de circulación durante lafase de perforación

– Para proveer un anclaje en caso de pruebas a hoyo abierto

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“Pescados”

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Perf. Lateral y Perf. Direccional

PuntoPunto dede DesvioDesvio

POZO

NUEVO

TAPON DE TAPON DE CEMENTOCEMENTO

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Obturación de Zona Agotada

Zona Depletada

Tapón deCemento

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Cementando durante la Vida Productiva de un Pozo

PetroleoAcuifero

Luego de algunos anos de produccion……..

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Pérdida de Circulación

Drill PipeDrill Pipe

Pozo AbiertoPozo Abierto

Drill PipeDrill Pipe

ZonaZona dede PérdidaPérdidaCEMENT

PLUGTAPON DETAPON DECEMENTOCEMENTO

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Abandono

tapon de cemento

tapon de cemento

tapon de cemento

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Ejemplos de Paises con Regulaciones sobre Perforación y Cementación

Pais Agencia

Abu Dhabi Ministerio del PetroleoAustralia Departamento de MinasAustria Oberste BergbehordeCanada Departamento de Reservas MineralesColombia Ministerio de Minas y PetroleoFrancia Direccion General de MinasAlemania Departamento de MinasIrlanda Comite de Operaciones Costa AfueraItalia Departamento de MinasJapon Regulaciones de Seguridad de Minas y PetroleoLibia Ministerio del PetroleoMalasia Departamento de Geologia y MinasMozambique Ministerio de MinasNoruega Directorio del PetroleoTurquia Administracion PetroleraReino Unido Departamento de EnergiaVenezuela Ministerio de Energia y Minas

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SartaSarta de Testde Test

ZonaZona a sera ser examinadaexaminada

FormaciónFormaciónDébilDébil

TapónTapón dedeCementoCemento

Anclaje para Test

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Técnicas para colocar Tapones

Existen comunmente tres técnicas para colocar tapones decemento:

• Tapones Balanceados

• Dump bailer

• Método de los dos tapones (Plug Catcher)

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Tapón Balanceado

FluidoFluido dedeDesplazDesplaz..

EspaciadorEspaciador

LechadaLechada dedeCementoCemento

BalanceoBalanceo

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Tapón Balanceado

FluidoFluido dedeDesplazDesplaz..

EspaciadorEspaciador

LechadaLechada dedeCementoCemento

Altura deAltura deTapónTapón

BalanceoBalanceo Circ.Circ. InversaInversa

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Método Dump Bailer

WIRELINEWIRELINE

DUMP BAILERDUMP BAILER

LECHADA DE CEMENTOLECHADA DE CEMENTO

LIBERACION ELECTRICA/LIBERACION ELECTRICA/MECANICA DELMECANICA DELDUMPDUMP

TAPON PUENTETAPON PUENTECASINGCASING

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Método Dump BailerVentajas:

• Fácil control de la Profundidad del tapón de cemento.

• Costo relativamente bajo.

Desventajas:

• No es adecuado en caso de tapones profundos.

• Cantidad de cemento limitada al volumen del dump bailer.

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Método de los dos Tapones

1. 1. Corriendo TuberiaCorriendo Tuberia 4. 4. Asentamiento Asentamiento deldel TapónTapón Sup Sup 2. 2. TapónTapón Inferior en el TailpipeInferior en el Tailpipe 5.5. Circulación InversaCirculación Inversa y y SacadaSacada3.3. LimpiezaLimpieza del Tail Pipe dedel Tail Pipe de AluminioAluminio de de Tuberia Tuberia de de PerforacionPerforacion

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Método de los dos tapones: Plug Catcher

Ventajas de este método:

• Aislamiento por delante y por detras del cemento.

• La tuberia es limpiada hasta el fondo del la tuberia de cola.

• Tuberia de cola (Tail pipe) frangible (puede abandonarse si seatora).

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Tecnica de Cementacion con Coiled Tubing

Cemento

Sistema de Lodo para suspender la lechada

Coiled Tubing

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Consideraciones de diseño• Por qué se está colocando un tapón de cemento?

• A qué profundidad se está colocando el tapón?

• A través de que tipo de formaciones será colocado el tapón?

• A qué densidad debería ser mezclada la lechada?

• Cuál es la temperatura de fondo de pozo BHT?

• Qué volumen debería ser bombeado?

• Cuál es el tiempo de espesamiento requerido (TT) ?

• Cómo asegurar que el cemento no se contaminara con lodo?

• Son necesarias la centralización y rotación de la cañería?

• Tiempo de espera de cemento?

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Propiedades de la lechada• Densidad – Liviana para perdidas de circulacion

• Densidad – Alta para Desviar

• Densidad – Homogénea - Mezcla por tandas

• Reologia – Alta para Pérdidas de Circulación

• Reologia – Baja cuando usamos Coiled Tubing

• Resistencia a la Compresion – Mas Alta para Desviacion

• Resistencia a la Compresion – Menos Importante para Perdidas de Circulacion

• Resistencia a la Compresion – Minimo 500 psi

• Tiempo de Espesamiento – Entre 1.5 y 2 horas para colocacion

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Tiempo de Frague y Resistencia a la Compresión

Conc D81Rgal/sk

None

0.04

0.08

Conc D81Rgal/sk

None

0.04

0.08

Prof.(ft)

10,000

10,000

10,000

Prof.(ft)

10,000

10,000

10,000

BHCT(oF)

144

144

144

BHST(oF)

228

228

228

BHST(oF)

228

228

228

THICKENING TIME(hrs:min)

1:20

2:25

3:40

8hrs

3050

2500

1200

Resist. a la Compresión (psi)

16hrs

3500

3000

2200

24hrs

4100

3700

3800

CementoCemento APIAPI Clase Clase GG mezcladomezclado a 15.8a 15.8 ppgppg

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Contaminac. por Lodo vs Rest. a Compresión

** ResistenciaResistencia a laa la Compresión esCompresión es 18hr a 230F18hr a 230F**** Contiene dispersanteContiene dispersante

Cemento Clase H 16.5 lb/gal

Efecto de la Contaminacion con lodo

Contaminacion (% by Volume)

Compressive Strength (psi at 170°F)

Contaminacion

(%)

Lechada Estandar

15.6 lb/gal

Lechada Agua

Reducida17.5 lb/gal

0 5

10 20 50

4,647 3,512 2,619 2,378

245

5,862 5,300 4,538 2,331

471

0 10 40 60

4,082 psi 2,950 psi 2,426 psi

593 psi

8,600 psi 8,237 psi 3,850 psi 2,967 psi

8 hr 16 hr

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Razones de fallas en Tapones de Cemento

• Fraguado insuficiente (Desviaciones).

• Aislamiento pobre (Obturación, abandono).

• Profundidad incorrecta (todos los tapones).

• Fuera de emplazamiento por hundimiento hacia el fondo (todos los tapones).

• Fuera de emplazamiento por zona de pérdida (pérdida decirculación).

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Causas Comunes de fallas en los Tapones

• Lechada no diseñada para suficiente resist. a la compresión.

• Insuficiente tiempo de espera del cemento (WOC).

• Temperatura Estática de Fondo de Pozo imprecisa (BHST).

• Contaminación del Cemento durante el emplazamiento delcemento o el retiro de tubería.

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• Lechada no diseñada específicamente para el problema(pérdida de circulación).

• Volumen de cemento insuficiente.

• Diferencia de densidad entre lechada y fluido del pozo,demasiado alta, provocando el hundimiento del tapón.

Causas Comunes de fallas en los Tapones

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Tapón de Cemento - Conclusiones

• Emplazar el tapón en una formación apta (formación dura).

• Utilizar suficiente cemento.

• Utilizar un tail pipe para intervalos de obturaciones.

• Usar centralizadores en tail pipe donde el pozo no sufre excesivos desmoronamientos.

• Utilizar drill pipe plug y un plug catcher.

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Tapón de Cemento - Conclusiones

• Acondicionar pozo antes de comenzar trabajo, usando lodos debaja PV y bajo YP, pero suficiente peso para controlar el pozo.

• Antes del cemento enviar un colchón viscoso compatible con el lodo (así se previene que el cemento decante en el fondo delpozo)

• Usar espaciador/lavador para combatir efecto decontaminación por lodo. Son útiles las lechadas densificadascon dispersante.

• Permitir suficiente tiempo de frague a la lechada.

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Diverter Tool (Desviación)

8 holes phased at 458 holes phased at 4500

Bull PlugBull Plug

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Centralización de Drill Pipe & Diverter Tool

DRILLPIPEDRILLPIPECENTRALZADOCENTRALZADO

LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG

ESPACIADORESPACIADOR

LODO 9.0PPGLODO 9.0PPG

CEMENTO 16.0 PPGCEMENTO 16.0 PPGDIVERTER TOOLDIVERTER TOOL

9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL

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Colocacion Incorrecta de Lechada

LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG

LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG

ESPACIADORESPACIADOR

13.8lb/gal 13.8lb/gal 15.8 lb/gal15.8 lb/gal17.5 lb/gal17.5 lb/galCEMENTOCEMENTO

BENTONITE PILLBENTONITE PILL

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Exceso de Cemento en Inversa

HH

LL

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Procedimiento - Tapón Balanceado

• Prueba de líneas de tratamiento.

• Bombear espaciador/lavador químico delante de lechada.

• Mezclar y bombear la lechada de cemento.

• Bombear espaciador/lavador químico detrás de la lechada.

• Desplazar la cantidad calculada de fluido dedesplazamiento.

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Procedimiento - Tapón Balanceado

• Desplazar 1/2-1 bbl menos de lo especificado, por seguridad.

• Abrir retornos hacia tanques de desplazamiento de la unidad, y permitir que tapón se equilibre por sí mismo (ya sea por flujo de retorno o por vacio).

• Levantar drill pipe o tubing por sobre el tapón.

• Circular por inversa si las condiciones lo permiten.

• Levantar la sarta del pozo y esperar el frague de cemento.

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Cálculo de Volumen de Lechada

7000 7000

75007500

TapónTapón finalfinal TapónTapón al final deal final de desplazamientodesplazamiento

LodoLodo

EspaciadorEspaciador

CementoCemento

DrillpipeDrillpipe / tubing/ tubing

Lsp2

Lcmt

L

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Ejercicio

– 12 1/4” O.H. + 20% exceso– 5” 19.5 lb/ft Tuberia de perforacion– Tapon desde 7500’ a 7000’– 30 bbl de agua por delante, como espaciador

Feb - 2003

Cálculo de Volumen de Lechada

• Volumen de Lechada, Vcmt

Vcmt = L x Ch x factor de exceso

donde,L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).

Feb - 2003

Cálculo del Volumen de Lechada• Volumen de Lechada, Vcmt

Vcmt = L x Ch x factor de excesodonde,L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).

• Altura del Tapón Balanceado (con sarta de trabajo en el pozo)

donde,Can = Capacidad anular entre el tubing o drill pipe y el pozo

abierto(ft3ft).Ctbg = Capacidad del tubing o drill pipe (ft3/ft).

Lcmt = VcmtCan + Ctbg

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Cálculo del Volumen de Lechada

• Volumen de Espaciador detrás de la lechada

Vsp1 = Volumen del espaciador delante de lalechada

Vsp2 = Vsp1

Canx Ctbg

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Cálculo del Volumen de Lechada

• Volumen de Espaciador detrás de la Lechada

Vsp1 = Volumen de espaciador delante de laLechada

• Altura del Espaciador

CtbgVsp

Lsp2

2 =

xCtbgCanVsp

Vsp1

2 =

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Cálculo del Volumen de Lechada• Volumen del Espaciador detrás de la Lechada

– Vsp1 = Volumen de espaciador delante de la Lechada

• Altura del Espaciador

• Volumen de DesplazamientoVd = Ctbg x [D - (Lcmt + Lsp2)]

Lsp2= length of spacer behind (ft) = Vsp2 / Ctbg

xCtbgCanVsp

Vsp1

2 =

– D = prof. de sarta de trabajo (fondo del tapón de cemento) (ft)