Diseños de Lechadas Livianas Diseños de Lechadas Livianas para la Cementación de para la Cementación de

Pozos PetrolerosPozos Petroleros

VI Jornadas de PerforacionesVI Jornadas de PerforacionesUNSa S.R.T.UNSa S.R.T.

Tartagal – Salta - Rep. Argentina Tartagal – Salta - Rep. Argentina Noviembre 2008 Noviembre 2008

Objetivos de la Cementación Objetivos de la Cementación en un Pozo Petrolero:en un Pozo Petrolero:

► Integración de la cañería de revestimiento Integración de la cañería de revestimiento con la formación soportándola y con la formación soportándola y reforzándola.reforzándola.

►Protección de la zonas productoras.Protección de la zonas productoras.►Evitar comunicación y contaminación entre Evitar comunicación y contaminación entre

los fluidos de las distintas formaciones.los fluidos de las distintas formaciones.►Evita la corrosión de la cañería alargando la Evita la corrosión de la cañería alargando la

vida útil del pozo.vida útil del pozo.►Sellar las zonas de perdidas de circulación. Sellar las zonas de perdidas de circulación.

►Evitar la migración vertical de los Evitar la migración vertical de los fluidos. fluidos.

►Realizar tapones de abandono.Realizar tapones de abandono.►Reparar roturas de casing.Reparar roturas de casing.►Otros.Otros.

Propiedades de la Lechada Propiedades de la Lechada FraguadaFraguada

►Resistencia a la compresión.Resistencia a la compresión.►Resistencia a la tracción.Resistencia a la tracción.►Flexibilidad.Flexibilidad.► Impermeabilidad.Impermeabilidad.►Resistencia a los contaminantes.Resistencia a los contaminantes.

Razones para Realizar una Razones para Realizar una Cementación con Lechadas Cementación con Lechadas

Livianas: Livianas:

Principalmente la razón de Principalmente la razón de emplear este tipo de lechadas son emplear este tipo de lechadas son los los bajos gradientes de fracturabajos gradientes de fractura de de la formaciones, cuando se trata de la formaciones, cuando se trata de generar altos anillos de cemento. generar altos anillos de cemento.

Durante una operación de Durante una operación de cementación primaria, la presión cementación primaria, la presión desarrollada en el espacio anular a lo desarrollada en el espacio anular a lo largo de todas las profundidades del largo de todas las profundidades del pozo, no debe superar el máximo pozo, no debe superar el máximo definido por el correspondiente definido por el correspondiente gradiente de fractura de la formacióngradiente de fractura de la formación. . Esto ha generalizado en numerosos Esto ha generalizado en numerosos yacimientos el uso de lechadas de yacimientos el uso de lechadas de cemento de densidad reducida para cemento de densidad reducida para disminuir la presión desarrollada y disminuir la presión desarrollada y evitar inducir perdidas de circulación.evitar inducir perdidas de circulación.

Distintas Alternativas Distintas Alternativas Usadas en la Industria Usadas en la Industria Petrolera para Bajar la Petrolera para Bajar la

Densidad de la Lechada y Densidad de la Lechada y Evitar la Fractura de las Evitar la Fractura de las

FormacionesFormaciones

PrimeraPrimera AlternativaAlternativa:: La La reducción de densidad reducción de densidad clásicamente se ha obtenido clásicamente se ha obtenido mediante la incorporación de una mediante la incorporación de una mayor cantidad de mayor cantidad de aguaagua), junto ), junto con aditivos extendedores con aditivos extendedores (bentonita por ejemplo) que (bentonita por ejemplo) que estabilizan el exceso de agua y estabilizan el exceso de agua y controlan la disminución de controlan la disminución de calidad de lascalidad de las propiedadespropiedades de la de la lechada. lechada.

UnaUna SegundaSegunda AlternativaAlternativa es la incorporación de es la incorporación de materiales inertes de baja materiales inertes de baja densidad como ciertasdensidad como ciertas asfáltitasasfáltitas que además de que además de alivianar la lechada tienen alivianar la lechada tienen carácter obtúrante. Estos carácter obtúrante. Estos productos disminuyen las productos disminuyen las propiedades del cemento.propiedades del cemento.

UnaUna TerceraTercera AlternativaAlternativa de alivianar la lechada es de alivianar la lechada es con el uso decon el uso de microesferas huecasmicroesferas huecas de de vidrio o de cerámica que vidrio o de cerámica que permiten el diseño de permiten el diseño de lechadas satisfactorias lechadas satisfactorias de menor densidad. de menor densidad.

N2

co2

Cemento

Cemento

LIMITACIONESLIMITACIONES

Estos productos tienen dos tipos Estos productos tienen dos tipos de Limitaciones:de Limitaciones:

1º1º

A grandes presiones se A grandes presiones se produce el produce el colapsocolapso de las de las microesferas, se reduce su microesferas, se reduce su volumen efectivo, volumen efectivo, pierdenpierden su su carácter alivianador por lo que carácter alivianador por lo que nono se pueden usar a se pueden usar a profundidades muy grandes. El profundidades muy grandes. El limite de aplicación efectiva limite de aplicación efectiva varia según el producto varia según el producto utilizadoutilizado..

2º2º

Esta segunda limitación Esta segunda limitación importante es que de importante es que de acuerdo de la acuerdo de la proporción proporción o cantidado cantidad de material de material utilizado incrementa utilizado incrementa notablemente el notablemente el costocosto de de la lechada.la lechada.

UnaUna CuartaCuarta AlternativaAlternativa es la es la utilizacion de lechadas espumadas utilizacion de lechadas espumadas de cemento, generado por la de cemento, generado por la incorporación de gases (incorporación de gases (nitrógenonitrógeno principalmente) a la lechada de principalmente) a la lechada de cementocemento base. base.Este diseño surgió como un medio Este diseño surgió como un medio versátil y económico para cementar versátil y económico para cementar pozos con un material de muy baja pozos con un material de muy baja densidad y gran resistencia densidad y gran resistencia mecánica.mecánica.

Cemento Espumado con micro burbujas de Nitrógeno

Propiedades Especiales que Propiedades Especiales que Definen al Nitrógeno como la Definen al Nitrógeno como la

Mejor Alternativa para la Mejor Alternativa para la Generación de Lechadas Generación de Lechadas

Espumadas.Espumadas.

►Inercia QuímicaInercia Química: : No reacciona con ninguna No reacciona con ninguna sustancia en las condiciones existentes en el pozo.sustancia en las condiciones existentes en el pozo.

►Baja Solubilidad en los Líquidos: Baja Solubilidad en los Líquidos: Permite su uso eficiente en la generación de Permite su uso eficiente en la generación de espuma y expansión de la lechada.espuma y expansión de la lechada.

►Amplio Rango de Temperaturas y Amplio Rango de Temperaturas y Presiones de Servicios: Presiones de Servicios: Facilitado por Facilitado por sus propiedades criticas.sus propiedades criticas.

►Seguridad: Seguridad: No solo es inerte sino que puede No solo es inerte sino que puede ahogar combustiones o disminuir el tenor explosivo ahogar combustiones o disminuir el tenor explosivo de algunas mezclas.de algunas mezclas.

►Bajo Costo y Disponibilidad:Bajo Costo y Disponibilidad: Se Se obtiene como producto secundario del obtiene como producto secundario del fraccionamiento del aire.fraccionamiento del aire.

Por lo anterior se ha determinado Por lo anterior se ha determinado que las propiedades intrínsecas que las propiedades intrínsecas de las lechadas con espuma han de las lechadas con espuma han ampliado su campo de aplicación ampliado su campo de aplicación y su uso se facilita por razones y su uso se facilita por razones económicas es decir, el costo económicas es decir, el costo relativamente bajo del nitrógeno relativamente bajo del nitrógeno y la reducción en el consumo de y la reducción en el consumo de cemento y aditivos.cemento y aditivos.

LECHADAS DE CEMENTO CON LECHADAS DE CEMENTO CON ESPUMAS DE NITROGENOESPUMAS DE NITROGENO

1.1. En el diseño de lechadas con espuma se En el diseño de lechadas con espuma se consideran las propiedades convencionalmente consideran las propiedades convencionalmente de interés en lechadas comunes.de interés en lechadas comunes.

2.2. Cada una de ellas será resultante de la Cada una de ellas será resultante de la interacción entre propiedades físicas y químicas interacción entre propiedades físicas y químicas de la lechada base con el gas dispersado.de la lechada base con el gas dispersado.

3.3. En la mayoría de las propiedades de la En la mayoría de las propiedades de la lechada espumada el mecanismo controlante es lechada espumada el mecanismo controlante es la interacción entre las burbujas.la interacción entre las burbujas.

DensidadDensidad

La proporción de nitrógeno en una lechada La proporción de nitrógeno en una lechada espumada se expresa con la relación espumada se expresa con la relación nitrógeno/cemento:nitrógeno/cemento:

RRNCNC

Definida como el cociente entre el volumen Definida como el cociente entre el volumen de nitrógeno en condiciones “Standard” y el de nitrógeno en condiciones “Standard” y el volumen de lechada base.volumen de lechada base.

La unidad en la que se expresa La unidad en la que se expresa normalmente esta relación es Pies cúbicos normalmente esta relación es Pies cúbicos Standard por barril (pcs/bbl). Standard por barril (pcs/bbl).

Ecuación para el Calculo de la Ecuación para el Calculo de la Densidad de la EspumaDensidad de la Espuma

LL + + x R x RNCNC

e = e =

x (ZT/P) x RNC

NomenclaturaNomenclatura

►RRNC = Relación Nitrógeno Cemento en ftNC = Relación Nitrógeno Cemento en ft33 / bbl / bbl

►Z = Factor de Compresibilidad del Gas.

►T = Temperatura Absoluta en ºR.

►P = Presión en PSI.

►e = Densidad de la Espuma en gr./ cme = Densidad de la Espuma en gr./ cm3 3

►LL == Densidad de la Lechada Base Densidad de la Lechada Base en gr./ cmen gr./ cm3 3

Grafico Grafico

densidad vs. presióndensidad vs. presiónDensidad

gr. / cm3

100ºC

2000 6000 10000 Presión en PSI

0,5

1,00

1,5

2,00

RendimientoRendimiento

El rendimiento esta estrechamente relacionado con El rendimiento esta estrechamente relacionado con la densidad y además con la presión de la densidad y además con la presión de confinamiento, pues para valores reducidos de confinamiento, pues para valores reducidos de presión es muy rápida la variación en rendimiento y presión es muy rápida la variación en rendimiento y densidad.densidad.

Rendimiento

Litros/bolsa

Presión en PSI2000 10000

100ºC

Rendimiento

100

20

Resistencia Mecánica del Cemento Resistencia Mecánica del Cemento espumaespuma

En los diversos diseños de lechadas de espuma En los diversos diseños de lechadas de espuma con las diversas clases de cemento superaron los con las diversas clases de cemento superaron los 500 PSI de resistencia a la 500 PSI de resistencia a la compresióncompresión después después de 24 horas de fraguado. de 24 horas de fraguado.

Compresión

PSI

Densidad PPG7

811

800

2400

24 horas

Cemento Clase H

► Porosidad y Permeabilidad.Porosidad y Permeabilidad.

► Perdida de Filtrado.Perdida de Filtrado.

► Reología.Reología.

► Tiempo de Bombeabilidad.Tiempo de Bombeabilidad.

► Conductividad Térmica.Conductividad Térmica.

Antes de realizar cualquier operación Antes de realizar cualquier operación de cementación en el campo, es de cementación en el campo, es importante conocer las propiedades de importante conocer las propiedades de la lechada de cemento para así la lechada de cemento para así garantizar la formulación garantizar la formulación y su aceptabilidad.y su aceptabilidad.

En los ensayos de laboratorio En los ensayos de laboratorio hay que simular las condiciones reales hay que simular las condiciones reales de trabajo para una aplicación de trabajo para una aplicación determinada para que tenga sentido.determinada para que tenga sentido.

Por importantes razones, la resistencia Por importantes razones, la resistencia a la compresión del cemento que va a a la compresión del cemento que va a ser utilizado en aplicaciones de los ser utilizado en aplicaciones de los campos petroleros deben ser campos petroleros deben ser determinados previamente en el determinados previamente en el laboratorio.laboratorio.

Algunos Instrumentos Algunos Instrumentos y Ensayos de y Ensayos de LaboratorioLaboratorio

ViscosímetroViscosímetro

Este instrumento nos permite determinar en el laboratorio las propiedades reológicas de la lechada

ConsistometroConsistometroSirve para realizar ensayos de laboratorio, bajo condiciones simuladas de reservorio para examinar el verdadero tiempo de espesamiento de la lechada

Perdida Por FiltradoPerdida Por Filtrado

La invasión de filtrado dentro de las zonas productivas causan daño de formación, lo cual puede reducir en gran forma la producción potencial del reservorio. El desarrollo de lechadas de cemento que tienen una mínima perdida de filtrado, previenen las operaciones remediantes de la cementación que son caras y reducen el daño de formación.

Mezclador de Velocidad Mezclador de Velocidad ConstanteConstante

El Mezclador de Velocidad Constante facilita la preparación de los cementos para pozos petroleros para ensayos de acuerdo a los lineamientos establecidos dentro de la Especificación API 10. Los desarrollos han demostrado que las propiedades de los cementos para pozos son altamente dependientes del proceso de mezclado.

Compresometro MecánicoCompresometro Mecánico

Este instrumento nos permite determinar con precisión la resistencia a la compresión de un cemento.

Compresometro SónicoCompresometro Sónico

Midiendo el cambio en la velocidad de una señal acústica, el analizador ultrasónico de cemento provee un método continuo no destructivo para determinar la resistencia compresiva en función del tiempo

Cámara de CuradoCámara de Curado

La Cámara de Curado HTHP provee un medio de curado de especimenes de cemento bajo condiciones típicas downhole de presión y temperatura.

Aspectos Operativos Aspectos Operativos Dispositivo en el campoDispositivo en el campo

Tanque de Nitrógeno -190ºC

Bombeador de nitrógeno 27ºC

Dosificador de espumante

mezclador

Camión Bombeador

Monitor

Agua

Cemento a granel

Pozo

Pileta

Preguntas Preguntas