Centro Nacional de Control del Gas Natural Modernización y ...
17 control de la migración de gas
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CONTROL DE LA MIGRACION DE GAS
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2Control de la Migraci’on de Gas
MIGRACION DE GASl Razones
l Paso del gas
l Consecuencias
l Soluciones (Lechadas)
l Soluciones mecanicas (ECP, packers)
l Tecnologia DOWELL
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3Control de la Migraci’on de Gas
Rutas y Causas de la Migracionl Canales
– Falla de remocion efectiva del lodo – Agua libre
l Perdida de la Hidrostatica o Hidrostatica insuficiente– Gelificacion – Encogimiento– Perdida de Filtrado
l Perdida del sello entre cemento y formacion– Deshidratacion de la torta de filtrado– Encogimiento– Esfuerzos de fondo de pozo
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4Control de la Migraci’on de Gas
Remocion insuficiente del lodoCanal de Lodo
Torta de filtrado del
lodo
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5Control de la Migraci’on de Gas
Agua Libre
Canal de agua libre
Zona de Gas
Cemento
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6Control de la Migraci’on de Gas
Presion Hidrostatica Insuficiente
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7Control de la Migraci’on de Gas
Integridad del Cemento
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8Control de la Migraci’on de Gas
Hid
rost
atic
a
Tiempo
Presion de Formacion
Despues de este punto gas puede migrar
Presion Hidrostatica vs. Hidratacion
Fluido Cemento Pastoso No-bombeable
CementofraguadoBaja R.C.
Cemento duro Alta C.S.
Alta porosidad
Periodo durmiente
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9Control de la Migraci’on de Gas
Encogimiento
42% cemento42% cemento
58% Agua58% Agua
100% Lechada100% Lechada75% sólidos
20% microporosidad
4 a 6% encogimiento
75% sólidos
20% microporosidad
4 a 6% encogimiento
Contraccion Quimica: 4-6% (volumen)
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10Control de la Migraci’on de Gas
Perdida de Fluido/Filtrado
l Dinamico– Aumento de la reologia– Cambio de otras propiedades
l Estatico– Perdida de sobre-balance– Puenteo– Aceleracion de la hidratacion
l Recomendacion: < 50 mL/30 min
Perdida de fluido significa una reduccion de la presion de poro del cemento
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11Control de la Migraci’on de Gas
Perdida de Filtrado
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12Control de la Migraci’on de Gas
Falla en las interfasesl Alteraciones durante el fraguado del cemento
– Movimientos – Presion en el tapon
l Encogimiento del Casing durante completacion – Reduccion de la densidad del fluido– Cambios de temperatura
l Presurizacion del casing– Forzamientos de alta presion – Estimulacion
l Actividades de reparacion/’workover’– Fluidos a menor temperatura y mas livianos
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13Control de la Migraci’on de Gas
Microanillol GAS FLUYE A TRAVES DE MICROANILLOSl 90% de los pozos sufren de microanillosl Se manifesta como presion en el anularl La presion se puede aliviar y se acumula de nuevo l Puede manifestarse dias o meses despues de la
cementacionl Gas migra por cualquier canal entre 5 and 25 m l Cambios de diametro de 0.001” son suficientes para el
flujo de GAS.
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14Control de la Migraci’on de Gas
Expansion de la tuberia0.1
Exp
ansi
ón
(p
ulg
adas
)
0.01
0.001
0.0001
10 3/4” - 45.5 lb 8 5/8”. - 32 lb
7” - 23 lb5 1/2” - 17 lb4 1/2” - 11.6 lb5 1/2” - 23 lb
2 7/8” - 6.4 lb
Gas puede pasarGas puede pasar
100 1000 10,000
Presión (psi)
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15Control de la Migraci’on de Gas
Rutas de migracion a traves de la Lechada
l Proceso del flujo de Gas – Burbujas discretas – Porciones elongadas (Union de burbujas) – Hongo en elevacion – Percolacion
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16Control de la Migraci’on de Gas
Proceso del Flujo de Gas
Flujo de BurbujasFlujo de Burbujas Flujo de InterfaseFlujo de Interfase Flujo de porcionelongada
Flujo de porcionelongada
Hongo en elevacionHongo en elevacion
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17Control de la Migraci’on de Gas
Consecuencias de la Migracion de Gasl Falla de aislacion
– Perdida de Produccion – Estimulacion fuera de la zona– Contaminacion de formaciones vecinas– Sobre-presurizacion de formaciones debiles
l Dano ambiental– Acuiferos– Superficie
l Reventon– Perdida de Produccion – Peligro a personal– Equipo perdido o danado
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18Control de la Migraci’on de Gas
“PREVENIR ES MEJOR QUE CURAR”
Consecuencias (Cont.)
l Reparaciones requeridas (Seguridad y regulaciones)– Equipo de pozo danado– Forzamientos– Corrosion de tuberia– Eficiencia no garantizada
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19Control de la Migraci’on de Gas
Formaciones debiles sobre-presurizadas
Zona de Gas
Zona de baja presion
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20Control de la Migraci’on de Gas
Migracion de Gas
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21Control de la Migraci’on de Gas
Migracion de Gas
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22Control de la Migraci’on de Gas
Percolacion
l Burbujas de gas invaden la lechada a traves de sumicroporosidad y fluyen a traves de la porosidad de la estructura de gel sin modificarla
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23Control de la Migraci’on de Gas
Cement Hydration Analyzer (Analizador de la Hidratacion del Cemento)
PT
Q - agua
P - gas/agua
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24Control de la Migraci’on de Gas
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25Control de la Migraci’on de Gas
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26Control de la Migraci’on de Gas
Metodos de Prevencion
l Mejora de la colocacion del cemento - Wellcleanl Metodos fisicos l Optimizacion de la Lechadal RASl RFCl Lechadas con bajo esfuerzo de gell Tecnicas especialesl GASBLOK
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27Control de la Migraci’on de Gas
Metodos Fisicos
l Presion anularl Etapas Multiplesl Columna de cemento reducidal ECP / CFPl Sellos de casingl Incremento de la densidad del lodo
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28Control de la Migraci’on de Gas
ECP & CFP
Inflation of ECP Inflation of CFP
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29Control de la Migraci’on de Gas
Prevencion de la migracion (1)
l AISLACION DE ZONA COMPLETA Y PERMANENTEl Remover el lodo
– Centralizacion– Acondicionamiento– Movimiento de la tuberia– Regimenes de desplazamiento / caudal– Lavadores/Espaciadores
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30Control de la Migraci’on de Gas
Prevencion de la Migracion (2)
l Retardar la entrada de gas– Presion anular – Incremento de la densidad– Reducir la columna de cemento– Cementacion en etapas– Sandwich squeeze
l Impedir su propagacion– Optimizacion de la lechada– Packers– Anillos de casing
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31Control de la Migraci’on de Gas
Diseno de la Lechada
l Cementos compresiblesl Cementos tixotropicosl RASl Cementos surfactantesl Cementos expansivosl Cementos impermeablesl Cementos con microsilica
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32Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Compresiblesl Concepto
– Mantener el sobre-balancel Metodos
– Generacion de Gasl Seguridad segun el tipo de gasl Control de la generacionl Desequilibrio
– Cemento Espumado (Foamed Cement)l Logistica y recursos adicionalesl Complejidad
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33Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Tixotropicasl Concepto
– El esfuerzo de gel mantiene unidas fuertement lasparticulas antes de que el cemento frague, el gas no tiene posibilidad de migrar formando canales macroscopicos
– Debe formar esfuerzos de gel de 500 lb/100 ft2 para impedir que el gas percole
l Metodos– Formacion de Ettringita secundaria l Sulfato calcico hemihidratado D53l Aluminum sulfate D111l Viscosificantes
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34Control de la Migraci’on de Gas
RAS
l Concepto– La lechada fragua rapidamente, no hay tiempo
para que el gas invada, se reduce el periodo de transicion
l Metodos– Aceleracion de la kinetica de hidratacion– Dificil de alcanzar < 250oF (120oC)– No se observan gelificaciones prematuras– Combinacion de cementos/yeso a bajas
temperaturas
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35Control de la Migraci’on de Gas
RASB
c U
nits
50
100
Tiempo
RAS
Lechada Gelificada
0
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36Control de la Migraci’on de Gas
Cementos Surfactantes
l Concepto– Formacion de una espuma estable en la lechada si el
gas entra en el anular – Se impide la migracion/flujo de gas adicional
l Metodos– Generacion de espumal Agente espumante (F78, F52.1) anadido al cemento
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37Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Expansivas
l Concepto– Expansion volumetrica del cemento cierra los canales
de gas y mejora el sello entre las interfaces
l Metodos– Crecimiento de Cristalesl Incrementando el sulfato calcicol La expansion ocurre luego de que la migracion de gas
empieza, se requiere control de la expansion
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38Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Impermeables
l Concepto– Otorgar propiedades de impermeabilidad al gas a la
lechada durante la transicion de liquido a solido.
l Metodos– Reducir la porosidad de la lechadal Latexl Micromax
– Reducir la caida de la presion de porol Menor reduccion de volumen
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39Control de la Migraci’on de Gas
Cementos con Microsilica
l Concepto– Las particulas extremadamente pequenas de
microsilica aparentemente empacan los espacios entrelas particulas de cemento mas grandes, creando un bloqueo, el cual puede evitar la mobilizacion del aguapor el gas
l Metodos– Reducen la permeabilidad al gasl Microsilica D154/D155
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40Control de la Migraci’on de Gas
Sistema GASBLOK
l Concepto– Peliculas de Latex coalescen formando una pelicula
mientras el espacio entre poros se deshidrata– La pelicula de latex es impermeable al gas
l Metodos– La pelicula de particulas de Latex coalescen y
cohesionan los granos de cemento parcialmentehidratados, volviendo impermeable de esta manera a la matriz
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41Control de la Migraci’on de Gas
GASBLOK - Propiedadesl Lechada
– Reologia– Control de filtrado– Estabilidad
l Propiedades de transicion– Permeabilidad– Esfuerzo de gel
l Propiedades una vez fraguada– Esfuerzo de compresion– Adherencia– Permeabilidad– Elasticidad
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42Control de la Migraci’on de Gas
Optimizacion de la Lechada
l Agua librel Control de Filtradol Control de Gelificacionl TTl Reacciones de hidratacionl Densidad (sobre-balance)l Propiedades Especiales
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43Control de la Migraci’on de Gas
Tecnica Especial
Fast setting Slurry or R.A.S
Gas Zone
Low Filtrate Slurry
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44Control de la Migraci’on de Gas
Mecanismo de Migracion de Gas
l La presion de la formacion que contiene el gas– Tan pronto como la presion aplicada sobre la formacion
cae por debajo de la presion de gas, ocurre la invasion
l Invasion primero - Migracion despues - Estodepende del esfuerzo critico en la pasta de cemento(CWSS)
l SE DEBE UTILIZAR EL MODULO DE ‘POST-PLACEMENT’ DEL CemCADE
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45Control de la Migraci’on de Gas
Prediccion de la Migracion de Gasl MODULO DE MIGRACION DE GAS del CemCADE l Factores influenciando el flujo de gas
– Factor de Formacion l (KH)
– Factor de comportamiento de la lechadal (Perdida de filtrado * tiempo de transicion)
– Factor de Remocion de Lodol (Eficiencia de remocion de lodo)
– Factor de Post-Colocacionl (Presion mantenida en la formacion)
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46Control de la Migraci’on de Gas
Factor Formacionl Es un termino adimensional que representa la rata de
capacidad productiva de la formacion, kh, con un volumencritico, Vc.– Matematicamente:– FF = kh/Vc = 467.7khd / OBP(Dh2-Dp2)– Donde:l k = Permeabilidad de la zona (md)l h = altura de la zona (ft)l d = densidad de la lechada de cemento (ppg)l OBP = presion de sobrebalance (psi)l Dh = diametro del hoyo (in)l Dp = diametro de la tuberia (in)
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47Control de la Migraci’on de Gas
Factor de Comportamiento de la Lechada
l Clasificar los sistemas de cemento de acuerdo a su cinetica de hidratacion y perdida de fluido, factores que son fundamentales para el proceso de migracion de gas. – Matematicamente:
l SPN = VAPI ((t100Bc)1/2 - (t30Bc)1/2) / 5.477– Donde:l VAPI = Perdida de fluido API (mL/30 min)l t100Bc = tiempo para 100 Bc de consistencia (min)l t30Bc = tiempo para 30 Bc de consistencia (min)
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48Control de la Migraci’on de Gas
Mud Removal Factor
l Is assessed according to a set of standard industry guidelines.
– Mathematically:
– MRF = MCF + WCF + PMF + BPF + FCF
– where:
– MCF = mud circulation factor 0 - 0.4
– WCF = WELLCLEAN factor 0 - 3
– PMF = pipe movement factor 0 - 0.2
– BPF = bottom plug factor 0 - 0.2
– FCF = fluid compatibility factor 0 - 0.2
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49Control de la Migraci’on de Gas
Post Placement Factor
l Is represented by the ratio of the gas-zone pore pressure to the total hydrostatic pressure transmitted by the fluid above the cement at the commencement of true transition
– Mathematically:
– PPF = f(PHF) = Pg / PTOC + 0.052 dw Hc
– where:
l Pg = Gas pressure (psi)
l PTOC = Hydrostatic pressure at TOC (psi)
l dw = Water density (ppg)
l Hc = Cement slurry fill length (ft)
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50Control de la Migraci’on de Gas
Hydrostatic factor
l Objective : maintain an overpressure on the formation after the cement has reverted to water gradient (0.433psi/ft)
l Use short cement column - 600 ft for GASBLOKl Post placement pressure on the annulus - a few
hundreds of PSI - Be careful not to fracl Based on statistical studies : 15 to 18 % is considered
a safe overbalance
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51Control de la Migraci’on de Gas
The hydrostatic factor
l Compare the formation gas pressure Pg to the pressure on TOC plus the pressure exerted by the column of cement (Hc) when the cement slurry hydrostatic reverts to that of a water column.
l Pg / Ptoc + Hc * 0.433 psi/ftl If this ratio > 0.85 ==> high risks of gas migrationl This is based on experimental field data
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52Control de la Migraci’on de Gas
Gas Migration Factor
l Is a linear combination of the four parameter previously described.– Mathematically:
l GMF = 1/10 (FF + 2PPF + 4MRF + 3SPF)where:– FF = Formation Factor– PPF = Post-placement Factor– MRF = Mud Removal Factor– SPF = Slurry Performance Factor
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53Control de la Migraci’on de Gas
New concept The CHP of a Cement Slurry
l CHP = Critical Hydration Periodl = the period of time that begins when the slurry is no
longer capable of transmitting hydrostatic pressure that overbalances the pore pressure of the formations and ends when the slurry has developed enough cohesive strength to prevent the entry and flow of reservoir fluids
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54Control de la Migraci’on de Gas
Critical Hydration Period
CWSS = 0.25 [Σ(ρgLcosΘ) - Pf] [Dh - Dc] / L where:
ρ = fluid densityg = gravityL = length of columnΘ = angle of inclinationPf = pore pressureDh = hole diameterDc = casing diameter
1
10
100
1000
10000
Time
Gel
Str
engt
h (lb
f/100
sqft)
CWSS
TfTc
CHP
ImpermeableMatrix
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55Control de la Migraci’on de Gas
The Critical Wall Shear Stressl CWSS = gel strength at which the cohesive forces between the
cement slurry, the wellbore walls and the casing become strong enough to cause the hydrostatic pressure to decline to a pressure equivalent to the formation pore pressure
l All cement slurry will reach this value of gel strength during their hydration
l Measure of the degree of hydrostatic decay which allows gas entry.
l Is not a slurry property.
l Is dependent on the geometry and pressures in the well.
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56Control de la Migraci’on de Gas
The Critical Wall Shear Stressl The CWSS will be the same for all cement slurry of the same
density in a given wellborel CWSS is affected by the any fluid loss from the cement slurry
column to the formation after placement due to the resultant density increase
l CWSS does not depend on the slurry but on:– Formation gas pressure– Deviation– Hole size– Density and position of fluids– Additional annular pressure
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57Control de la Migraci’on de Gas
Values of CWSS
l Experimental studies with the CHA indicate that gel strength values as high as 10000 lbf/100 ft2 may be required to prevent fluid influx and flow through a cement slurry.
l This means that formation fluids cannot migrate by the mechanism of bubble flow alone. Other mechanisms such as the micropercolatioin and fracture flow must be also considered.
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58Control de la Migraci’on de Gas
CWSS
l Low value of CWSS = very critical for gas migration -CWSS < 50 lbf/100 ft2
l 150 < CWSS < 300 lbf/100 ft2 - Criticall 300 < CWSS < 500 lbf/100 ft2 - Low risk of gas
migrationl CWSS > 500 lbf/100 ft2 - very low risk of gas migartion.
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59Control de la Migraci’on de Gas
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60Control de la Migraci’on de Gas
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61Control de la Migraci’on de Gas
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62Control de la Migraci’on de Gas
DOWELL Systems
l Gasblok D600 + D135l Gasblok LW (D124/D020/D138/D135/D600)l Gasblok HT up to 400 Fl CemSEAL (D500) LT applications (<150 F)l RAS GASBLOK
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63Control de la Migraci’on de Gas
D600 Criteria
l D600 conc function of BHCT and Slurry Porosityl D600 is a stabilized suspension of latex particles
(Styrene - Butadiene co-polymer) in water (surfactant added)
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64Control de la Migraci’on de Gas
GASBLOK LT D500 CemSEAL
l Passed all the industry tests (CHA, VERITEST, VEBA, TOTAL)
l A liquid - based on microgel technologyl Microgel = sub micron particles