REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITECNICA DE LAS FUERZAS ARMADAS.

TUCUPITA, ESTADO: DELTA AMACURO.

FACILITADOR: BACHILLER:

CHAVEZ, ALEJANDRO. GONZALEZ, YAISMAR.

TUCUPITA, 2015

Introducción

Durante la construcción de un pozo de petróleo el proceso de

cementación es de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente

operación de cementación traería drásticas consecuencias; tales como

incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el

ambiente y a la seguridad. Por tal motivo al momento de diseñar y cementar

un pozo petrolero se deben

tomar en cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas

operacionales dirigidas al proceso de cementación. La efectividad de

cualquier trabajo de cementación depende de llevar a cabo una preparación

meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, así como del

diseño y las pruebas del trabajo. Los ensayos realizados en laboratorios para

el cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características

químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo

ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de

los componentes de las lechadas antes de ser mezclada.

Pruebas de laboratorio.

Prueba de Bombeabilidad

El tiempo de espesamiento es el tiempo que la lechada de cemento

permanecerá bombeable bajo condiciones del pozo. También se define el

tiempo requerido para que la lechada alcance 100 unidades Bearden de

consistencia. Es importante tomar en cuenta que el tiempo de espesamiento

debe de ser mayor que el tiempo que va a durar el trabajo de cementación,

para evitar cementación en la superficie de la tubería, en la cabeza de

cementación y/o dentro del revestidor. Por lo tanto, este tiempo se debe

estimar como el tiempo total del trabajo de cementación más un factor de

seguridad de una a dos horas tal vez sea ésta la prueba de laboratorio más

usada en el campo; determina durante cuánto tiempo la lechada permanece

en estado fluido, (y por consiguiente bombeable) bajo una serie de

condiciones dadas en el laboratorio. (Presión y temperatura). El aparato que

se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es el consistómetro, que

puede ser atmosférico o presurizable. Este último, tal vez sea el aparato más

caro de un laboratorio de cementación, pero es necesario a fin de poder

simular las condiciones del pozo.

Prueba de Resistencia a la Compresión.

La fuerza compresiva es la cantidad de fuerza requerida para soportar

el peso de la tubería de revestimiento. La fuerza compresiva provee la base

regular del tiempo de espera del cemento (WOC). El API recomienda que

esta fuerza después de 24 horas de fraguado no deba ser menor de 500 psi.

La prueba para determinar el esfuerzo compresivo, nos indica el tiempo de

espera necesaria, entre la colocación de una lechada y la siguiente

operación a desarrollar en el pozo como seguir perforando o realizar

completaciones.

La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas

de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la

resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida

entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en mega

pascales (MPa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la

compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28

MPa y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se

especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más.

Pruebas de Viscosidad.

La habilidad de la lechada de fluir en el espacio poroso es

proporcional a su fluidez. Una lechada muy viscosa, es útil cuando se realiza

una cementación primaria a través del espacio anular, la misma no fluirá

hacia los espacios porosos pequeños, a menos que se apliquen presiones

diferenciales altas. Las presiones aplicadas están limitadas por la presión de

fractura de formación, por consiguiente, es recomendable utilizar en los

procedimientos de forzamiento lechadas de baja viscosidad las cuales

contienen aditivos dispersantes.

El viscosímetro de Fann, es un aparato de tipo rotacional, movido por

un motor sincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener

velocidades rotacionales de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM. Un cilindro

exterior o rotor, gira a una velocidad constante para cada ajuste de RPM, que

es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y ésta, a su vez, produce

un cierto torque en un cilindro interior o bob sobre el que actúa un

resorte. La torsión que adquiere el resorte puede relacionársela con la

viscosidad de la lechada y medirla de esta manera.

Prueba de Agua Libre.

Una vez que se ha preparado la lechada en el mezclador, se le agita

en un consistómetro a presión atmosférica; se vuelve a pasar por el

mezclador, y luego se le deja en un cilindro de vidrío graduado de 250 ml,

perfectamente tapado para evitar la evaporación. Al cabo de dos horas de

reposo, se habrá acumulado agua en la parte del recipiente, ese volumen de

agua expresado en mililitros, es el contenido de agua libre de la lechada. Las

características del agua usada para preparar la mezcla ó lechada de

cemento, contiene sales minerales cuya influencia sobre el tiempo de

bombeo y la resistencia a la compresión del cemento es directa, razón por la

cual se recomienda que las pruebas de tiempo de bombeo se realicen con el

agua que se utilizará para mezclar el cemento evitando con esto fraguados

prematuros.

Prueba de Filtrado.

El filtrado es la pérdida de agua de la lechada hacia la formación, a

medida que la lechada pierde agua la densidad y la viscosidad se

incrementan disminuyendo el tiempo de bombeo. El cemento sin aditivos

pierde agua en exceso razón por la cual es indispensable el uso de

controladores de filtrado para asegurar una buena cementación.

Se realiza con el fin de estimar la cantidad de filtrado que tendrá la

lechada en estudio. Para esto se utiliza el filtro prensa de alta presión y alta

temperatura el cual posee una celda que contiene una malla de filtrado

donde se vierte la lechada previamente acondicionada en el consistometro

atmosférico, luego esta celda se introduce en la camisa de calentamiento y

se le conecta la manguera de presión que suministra 1000 psi por la parte

superior del equipo. Al instante que se transfiere la presión a la celda se

pone en marcha el cronometro por 30 minutos (tiempo de duración del

ensayo), luego se mide el volumen de filtrado recolectado y se multiplica por

2 para obtener el valor resultante a la prueba.

Otras Pruebas API

Las pruebas que hemos visto están determinadas por la norma API

RP 10B pero en ocasiones, se necesita información específica para un

cemento en especial, o para una lechada en particular.

Procedimiento para realizar una lechada de cemento 1. Se pesa la

cantidad de agua, cemento y aditivos en una balanza electrónica. 2. Se

mezcla el agua, cemento y aditivo en una mezcladora API. La mezcla se

realiza de la siguiente manera: •Por 15 segundos a 4000 rpm se mezclan los

aditivos. Y luego por 35 segundos a 12000 rpm toda la lechada. 3. Se mide la

densidad de la lechada en una balanza presurizada. 4. Después de mezclar

la lechada en la mezcladora API se pasa al consistómetro atmosférico para

simular las condiciones de mezclado que soportará la lechada antes de ser

bombeada al pozo. 5. Se mide la reología de la mezcla en el viscosímetro

FANN donde se le determina el punto de cedente y la viscosidad plástica de

la lechada.

Cementación Primaria.

En esta operación se coloca la lechada de cemento en el espacio

anular que está comprendido por la tubería de revestimiento y la formación

expuesta del agujero, de tal forma que realiza un sello completo y

permanente proporcionando aislamiento entre las zonas del pozo que

contienen gas, aceite y agua.

Una de las principales funciones de la cementación primaria es evitar

derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas, dar soporte a la

tubería de revestimiento y proporcionar una reducción en el proceso

corrosivo de esta con los fluidos del pozo y con los fluidos inyectados en

casos de estimulación.

Propósito de la Cementación Primaria.

Entre los propósitos principales de la cementación se pueden

mencionar los siguientes:

Proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo.

Aislar zonas de diferentes fluidos.

Aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las mismas por

el fluido de perforación o por los fluidos del pozo.

Evitar o resolver problemas de pérdida de circulación y pega de tuberías.

Reparar pozos por problemas de canalización de fluidos.

Reparar fugas en el revestidor.

Cementación de Tubería de Revestidores.

Son tuberías especiales que se introducen en el hoyo perforado y que

luego son cementadas para lograr la protección del hoyo y permitir

posteriormente el flujo de fluidos desde el yacimiento hasta superficie.

También son conocidas como: Revestidores, Tubulares, Casing. La

cementación de pozos se realiza de diferente forma para cada tipo de

tubería, debido a las condiciones mecánicas que presentan los diferentes

tipos, el objetivo principal es presentar la secuencia operativa que se debe

seguir en las cementaciones de las tuberías con el fin de mejorar la eficiencia

en la operación de campo, disminuir los problemas que se presenten,

teniendo siempre en mente los aspectos ambientales y económicos.

Cementación de Revestidores de Superficie.

La principal función de la cementación en las tuberías superficiales, es

aislar formaciones no consolidadas y evitar la contaminación de mantos

acuíferos que se encuentren a profundidades someras, mantener el agujero

íntegro y evitar una probable migración de aceite, agua o gas de alguna

arena productora superficial, además de permitir la continuación de la

segunda etapa de perforación. Cabe mencionar que la tubería conductora

está incluida en las tuberías de revestimiento superficiales, su función

principal es permitir circulación y evitar derrumbes de arenas poco

consolidadas, además de ser el primer medio de circulación de lodo a la

superficie. Esta tubería de revestimiento tiene la opción de cementarse o

incarse según sean las condiciones del terreno.

Cementación de Tubería de Intermedio.

Esta tubería es indispensable para mantener la integridad del pozo al

continuar con la perforación. Sus rangos de diámetro varían de 6 5/8” a 13

3/8” y su profundidad de asentamiento varia de 300 a 4,600 ft. Generalmente

es la sección más larga de las tuberías en el pozo y van corridas hasta la

superficie, por lo que los preventores deben instalarse en estas tuberías para

continuar perforando las siguientes etapas.

Las tuberías intermedias normalmente son empleadas para cubrir

zonas débiles que pueden ser fracturadas con densidades de lodo mayores,

que son necesarias al profundizar el pozo y así evitar pérdidas de circulación,

también aíslan zonas de presiones anormales y la cementación puede ser

realizada con una sola lechada o con dos diseños si el gradiente de fractura

y el pozo así lo requieren.

Cementación cañería de producción.

Esta cañería presenta un diámetro exterior de 2 3/8” a 9 5/8” y su profundidad

llega hasta la zona productora. Esta cañería puede ser cementada

parcialmente o en algunos casos totalmente según criterio técnico

Propósitos de la cementación de cañería de producción.

i. Aislar zonas de gas, petróleo, agua, sal y shale (lutitas).

ii. Provee control de pozo en la cabeza del pozo (durante la

producción & control de presión).

iii. Aísla las zonas de interés de fluidos indeseables.

iv. Provee la oportunidad de cambiar el lodo por el fluido de

completación.

Cementación de Liner.

Una zapata de Liner usualmente incluye una zapata y un collar

flotador, junto con una tubería de revestimiento más larga y un colgador de

Liner, colocado hidráulica y mecánicamente, para asegurar la parte superior,

todo el ensamblaje es corrido con tubería de perforación y luego se coloca un

colgador a unos 300 a 500 pies dentro de la tubería de revestimiento

anterior.

Cálculo del volumen de la lechada.

Uno de los aspectos importantes de las operaciones de cementación,

es tener la cantidad de agua disponible para formar la lechada de cemento.

Para dicho cálculo, se requiere conocer la densidad y el volumen de la

lechada de cemento y el rendimiento. Posteriormente se aplican las

siguientes fórmulas:

Dónde:

Va = Volumen de agua para la cementación, en Lt. /saco.

P = Peso de un saco de cemento, en Kg.

D = Densidad de la lechada de cemento, en gr/cm3.

l V = Volumen de la mezcla de cemento y agua (lechada), en Lt/saco

(Rendimiento).

Vs = Volumen de un saco de cemento, en lt/saco.

Ns = Nro. de sacos de cemento.

V = Volumen total de la lechada, en Lt.

Da = Densidad del agua, en gr/cm3.

Aplicación de las fórmulas:

Densidad de lechada – 1.89 gr/cm3.

Volumen de lechada total – 19,600 Lt *

Sacos de cemento de 50 kg.

Operaciones:

Cantidad de agua necesaria = 22.472 lt/saco x 511 saco = 11,483 Lt. » 11.5

m3

* El cálculo del volumen de la lechada de cemento se realiza con base a las

capacidades anulares, en donde se requiere la cementación de la T.R.,

fórmulas que se han aplicado en el manual del perforador.

Cálculos de Agua.

El volumen calculado de cemento fue de 150 bbl y la fórmula de la mezcla es como se muestra abajo: Cemento Clase G 35% Arena Sílica 0.2 gps de Aditivo A 0.6 gps de Aditivo B 0.9 gps de Aditivo C Densidad requerida de la Lechada = 15.9 ppg Volumen absoluto de cada componente. Cemento clase g = 0.0382 gal/lb Arena Sílica = 0.0456 Gal/Lb Aditivo A = 0.0974 gal/lb Aditivo B = 0.103 gal/lb

Aditivo C = 0.112 gal/lb Determinar la cantidad total de cemento y el agua requerida para preparar 150 barriles de Lechada. Volumen = Peso x Volumen Absoluto Donde: Volumen en gal/saco Peso en lb/saco Volumen Absoluto en gal/lb Construimos la Tabla de los Componentes de la Mezcla

Peso (lb/sack) Volumen.Absoluto (gal/lb)

Volumen (Gal/sack)

01 Saco de Cemento Clase G

94 0.0382 94 x 0.0382 = 3.591

35% Arena.Sílica

0.35 x 94 = 32.9 0.0456 32.9 x 0.0456 = 1.5

Aditivo A 0.1 ÷ 0.0974 = 1.0267 0.0974 0.2

Aditivo B 0.6 ÷ 0.103 = 5.825 0.0103 0.6

Aditivo C 0.9 ÷ 0.112 = 8.036 0.112 0.9

AGUA 8.33 x K 1/8.33 K

Total 94+32.9+1.0267+5.825+8.036 + (8.33K)

3.591+1.5+0.2+0.6+ 0.9 + K

K es la variable del Requerimiento de Agua.

Peso Total por Saco de Cemento = 94 +32.9 +1.0267 +5.825 +8.036 +8.33k

= 141.7877 + 8.33K

Volumen Total de Lechada por Saco de Cemento = 3.591 + 1.5 + 0.2 + 0.6 +

0.9 + K = 6.791 + K

Densidad del Cemento = Peso Total por Saco de Cemento ÷

Volumen Total de Lechada de Cemento

15.9 lpg = (141.7877 + 8.33K) ÷ (6.791 + K)

--> K = 4.466 gal/saco

REQUERIMIENTO DE AGUA= 4.466 gal/saco

RENDIMIENTO DEL CEMENTO = 6.791+4.466 = 11.257 gal/saco

Si el volumen Total de cemento es 150 bbl.

Convertir Barriles a Galones multiplicando por 42 (1 bbl = 42 galones)

150 bbl = 150 x 42 = 6300 galones

Cálculos de Espaciadores

Determinar Volumen del Espaciador Según el Programa, el

Espaciador debe llegar a Superficie, por lo tanto:

Volumen del Espaciador = Capacidad Anular entre Rev 9-5/8” y Rev

7” x longitud del Espaciador

Capacidad Anular Rev 9-5/8” / Rev 7”= (8.852-72) ÷ 1029.4 = 0.02849 bbl/pie

Longitud del Espaciador= Volumen Anular hasta el Tope del Cemento.

Tope del Cemento @2000 pies dentro de la Zapata 9-5/8" = 6.500' – 2.000' =

4.500 pies

Volumen del Espaciador = 0.02849 x 4.500 pies = 128.2 bbl

Cementación por etapas.

Esta operación se efectúa en pozos donde se requiere cubrir con

cemento una gran longitud, cementar una TR demasiado larga, o se tienen

zonas de interés con separaciones muy grandes o

con problemas de pérdida de circulación debido al bajo gradiente de fractura.

Se utiliza la herramienta “cople de cementación múltiple” (CCM), la cual tiene

integrado un juego de camisas deslizables. La secuencia operativa de la

primera etapa es la misma que la previamente descrita. La segunda etapa

consiste en lanzar un tapón llamado torpedo, que se utiliza para romper los

tornillos de corte en el CCM, deslizando la primera camisa, haciendo la

apertura y estableciendo comunicación entre el interior de la TR y el EA. Se

establece circulación y se procede a la operación de la segunda etapa como

una cementación normal. Al arribar el tapón de desplazamiento al CCM, la

segunda camisa del cople se desliza sellando los orificios de comunicación,

observándose un incremento de presión, señal de que el sello es efectivo

Conclusión

Las Pruebas de Laboratorio nos permite predecir que materiales

serían los idóneos para realizar el trabajo de cementación así como evitar

trabajos de arreglos o malas cementaciones que podrían provocarse en

cualquier pozo. Estas pruebas se hacen con el fin de tener resultados más

cercanos a los reales y así tener la seguridad de utilizar o no una

determinada lechada en el pozo, Para realizar dichas pruebas se debe

recopilar la información necesaria para diseñar la lechada de cemento idónea

para el pozo a cementar. Los ensayos realizados en laboratorios para el

cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características

químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo

ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de

los componentes de las lechadas antes de ser mezclada.

FUENTE: INGENIERIADEPETROLEO / PRUEBAS PARA MEDIR LA

COMPRESIÓN.

FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO

FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO

FUENTE:

HTTPS://PROFESORMARIO.FILES.WORDPRESS.COM/2010/04/CEMENT

ACION-DE-POZOS.PDF

FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO

FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO