Materia: Cementación de Pozos Cementación de Pozos Direccionales y Horizontale s 1. Introducción. Durante la construcción de un pozo de petróleo los procesos de revestimiento y cementación son de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente selección y fallas en los cálculos traerían 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 el revestimiento y cementar un pozo petrolero se deben tomar en cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas hacia ambos procesos. El diseño óptimo de un revestidor se asegura en la selección adecuada y económica de tuberías revestidoras, así como su duración y capacidad de resistencia a las condiciones a encontrar durante la perforación y vida útil del pozo. Mientras que el programa de cementación debe diseñarse para obtener una buena cementación primaria. El trabajo debe aislar y prevenir la comunicación entre las formaciones cementadas y entre el hoyo abierto y las formaciones superficiales detrás del revestidor. Debe considerarse el no fracturar alrededor de la zapata del conductor o de la sarta de superficie durante las subsiguientes operaciones de perforación o cuando se corren las otras sartas de revestimiento. 2. Antecedentes.
Cementación de pozos horizontales y direccionales
¿Qué es cementación?- Es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a una tratamiento térmico.
La cementación es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor. El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las zonas críticas (alrededor d el fondo de la zapata, espacio anular, formación permeable, permeabl e, hoyo desnudo, etc.). Luego se deja fraguar y endurecer, formando una barrera permanente e impermeable al movimien to de fluidos detrás del revestidor. En los pozos verticales la cementación constituye una operación de singular importancia. Tiene por objeto obtener la unión de la tubería con la pared del pozo para: -Evitar que las aguas superficiales contaminen los acuíferos.
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Materia: Cementación de Pozos * Evitar la comunicación de un acuífero utilizable con otro u otros contaminados o que constituyan un horizonte ladrón o que se pretendan utilizar. * Aumentar la resistencia mecánica y a la corrosión de las tuberías de revestimiento. * En casos especiales proporcionar a un tramo de pozo la hermetici dad necesaria para realizar en él inyecciones a presión, bien sea para hacer un desarrollo con dispersantes o por acidificación, o por fracturación hidraulica. No obstante, en ocasiones se pueden realizar cementaciones con otros objetivos como formar un tapón de sellado en el fondo del pozo i corregir desviaciones (o a veces para provocarlas) durante la perforación. El tipo de cemento y los aditivos que se utilicen dependerán de cada caso en concreto. Por ejemplo, para cerrar grandes cavidades durante la perforación se suele emplear cemento al que se le ha añadido productos colmatantes y/o expansivos. Asimismo, es posible jugar con la velocida velocidad d de fraguado del cemento mediante produc productos tos retardadores o acelerantes. Por ejemplo, en el caso de que se quiera limitar la penetración del cemento en las formaciones, puede acelerarse el fraguado mediante combinaciones de cemento/ silicato o cemento/bentonita/gas. En el caso de cementaciones parciales de la tubería si se intenta aislar una capa “contaminante”, la elección del tipo de cemente debe realizarse en función de parámetros físico-químicos tales como la litología del terreno, la composición química del agua, etc., pero también de las propias limitaciones de los equipos de cementación en cuanto a capacidades (volumen y presión) de inyección de la lechada.
Características de la cementación
- Endurece la superficie. - No le afecta al corazón de la pieza. - Aumenta el carbono de la superficie. - Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900º C. - Se rocía la superficie con polvos de cementar (Productos cementantes). - El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior.
Proceso de Cementación de pozo direccional y horizontales
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Materia: Cementación de Pozos * Evitar la comunicación de un acuífero utilizable con otro u otros contaminados o que constituyan un horizonte ladrón o que se pretendan utilizar. * Aumentar la resistencia mecánica y a la corrosión de las tuberías de revestimiento. * En casos especiales proporcionar a un tramo de pozo la hermetici dad necesaria para realizar en él inyecciones a presión, bien sea para hacer un desarrollo con dispersantes o por acidificación, o por fracturación hidraulica. No obstante, en ocasiones se pueden realizar cementaciones con otros objetivos como formar un tapón de sellado en el fondo del pozo i corregir desviaciones (o a veces para provocarlas) durante la perforación. El tipo de cemento y los aditivos que se utilicen dependerán de cada caso en concreto. Por ejemplo, para cerrar grandes cavidades durante la perforación se suele emplear cemento al que se le ha añadido productos colmatantes y/o expansivos. Asimismo, es posible jugar con la velocida velocidad d de fraguado del cemento mediante produc productos tos retardadores o acelerantes. Por ejemplo, en el caso de que se quiera limitar la penetración del cemento en las formaciones, puede acelerarse el fraguado mediante combinaciones de cemento/ silicato o cemento/bentonita/gas. En el caso de cementaciones parciales de la tubería si se intenta aislar una capa “contaminante”, la elección del tipo de cemente debe realizarse en función de parámetros físico-químicos tales como la litología del terreno, la composición química del agua, etc., pero también de las propias limitaciones de los equipos de cementación en cuanto a capacidades (volumen y presión) de inyección de la lechada.
Características de la cementación
- Endurece la superficie. - No le afecta al corazón de la pieza. - Aumenta el carbono de la superficie. - Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900º C. - Se rocía la superficie con polvos de cementar (Productos cementantes). - El enfriamiento es lento y se hace necesario un tratamiento térmico posterior.
Proceso de Cementación de pozo direccional y horizontales
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Materia: Cementación de Pozos La cementación del pozo de cada una de las secciones del pozo se la realiza a través de una cementación primaria la cual consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor. El objetivo en cada sección es determinar la cantidad de sacos de cemento y volúmenes a utilizar tanto en la lechada de relleno como en la lechada de cola, y el volumen de desplazamiento requerido para desplazar toda la mezcla hacia el espacio anular donde se alojará la misma. Por las características de los tipos de cemento antes descritas, se usa el cemento clase “A” para las secciones seccion es superficial e intermedia, y el cemento clase “G” para la sección de producción.
Cementar Pozos Horizontales Si:
– Formaciones Débiles o Inconsolidadas –Tratamiento –Tratamiento de Estimulación son Antecipados –Control –Control Direccional del Welbore es Inadequado –Pozo –Pozo Corta Varias Zonas –Problemas –Problemas de Cono Agua/Gas son Anticipados –Tratamientos –Tratamientos Secundarios (Squeeze) Son Anticipados
Programa de cementación de revestimiento superficial:
Probar líneas de superficie con 3000 psi por 10 min. Colocar tapón de fondo (rojo) y tapón de desplazamiento (negro) en cabezal cementación. Bombear 5 bbl agua (si tapón de fondo no baja por sí solo) x línea inferior. Bombear 15 bbl agua por línea inferior a +/- 5 BPM. Mezclar y bombear lechada relleno a +/- 5 BPM por línea inferior (1499 Sx Cto. a 13.5 lb/gal ---- 451.2 bbl) Mezclar y bombear lechada cola cola a +/- 5 BPM por línea inferior (375 Sx Cto. a 15.6 lb/gal - 79 bbl) Soltar tapón de desplazamiento desplazamiento (quitar seguro). Cerrar línea inferior y abrir línea superior. Desplazar con 882 bbl lodo (x línea sup.) a +/- 15 BPM Asentar tapón de desplazamiento con +/-1500 psi y observar retorno de cemento por zaranda Mientras se se desplaza, reciprocar tubería de revestimiento lentamente. Sacar presión y verificar back flow (contraflujo)
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Programa de cementación de revestimiento intermedio:
Finaliza operaciones. Observar bbl retornados por zaranda y bbl reversados en tks. De camión (back flow) Esperar fraguado por 12 horas.
Probar líneas de superficie con 3000 psi por 10 min. Colocar tapón de fondo (rojo) y tapón de desplazamiento (negro) en cabezal cementación. Bombear 5 bbl agua (si tapón de fondo no baja por sí solo) x línea inferior. Bombear 15 bbl agua por línea inferior a +/- 5 BPM. Mezclar y bombear lechada relleno a +/- 5 Mezclar y bombear lechada cola a +/- 5 BPM por línea inferior (415 Sx Cto. a 15.6 lb/gal --- 88 bbl) Soltar tapón de desplazamiento (quitar seguro). Cerrar línea inferior y abrir línea superior. Desplazar con 613 bbl lodo (x línea sup.) a +/- 15 BPM Asentar tapón de desplazamiento con +/-1500 psi y observar retorno de cemento por zaranda Mientras se desplaza, reciprocar tubería de revestimiento lentamente. Sacar presión y verificar back flow (contraflujo) Finaliza operaciones. Observar bbl retornados por zaranda y bbl reversados en tks. de camión (back flow) Esperar fraguado por 12 hora
Programa de cementación de revestimiento de producción:
Probar líneas de superficie con 3000 psi por 10 min. Colocar tapón de fondo (rojo) y tapón de desplazamiento (negro) en cabezal cementación. Bombear 5 bbl agua (si tapón de fondo no baja por sí solo) x línea inferior. Bombear 15 bbl agua por línea inferior a +/- 5 BPM. Mezclar y bombear lechada relleno a +/- 5 BPM por línea inferior (282 Sx Cto. a 16 lb/gal ---- 56.75 bbl) Mezclar y bombear lechada cola a +/- 5 BPM por línea inferior (70 Sx Cto. a 16 lb/gal --14.8 bbl) Soltar tapón de desplazamiento (quitar seguro). Cerrar línea inferior y abrir línea superior. Desplazar con 239 bbl lodo (x línea sup.) a +/- 15 BPM
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Asentar tapón de desplazamiento con +/-1500 psi y observar retorno de cemento por zaranda Mientras se desplaza, reciprocar tubería de revestimiento lentamente. Sacar presión y verificar back flow (contraflujo) Finaliza operaciones. Observar bbl retornados por zaranda y bbl reversados en tks. de camión (back flow) Esperar fraguado por 12 horas
3. Marco Teórico. Clasificación de pozos horizontales
Los pozos horizontales son aquellos en los que una parte del pozo esta desviada 90º con respecto a la vertical. La técnica de perforación horizontal puede ser subdividida en cuatro
grupos, dependiendo del ángulo con el que se ha construido el pozo, que pueden ser: de radio largo, medio, corto y ultracorto.
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Radio largo
En un sistema de radio largo se usa la tecnología de perforación direccional. Aquí los incrementos de ángulo van desde 3º a 8º por cada 30 m (100 pies) y dependiendo del alcance, requieren de este incremento para ser desarrollados en dos o tres secciones. El drenaje de pozos horizontales de radio largo puede ser relativamente grande, con una máxima longitud de 1220 m (4000 pies) la perforación de pozos altamente desviados puede ser o no de “alcance extendido” estos son mostrados en la figura 16. Generalmente estos pozos se empiezan a construir de un punto de partida con una desviación de 40º a 50º seguida por una sección grande de declive para terminar en una sección horizontal dentro del yacimiento. Con esta tecnología en la perforación de pozos horizontales se logran longitudes de drenaje que exceden los 610 m (2000 pies) diámetros de 5 1 /2 a 9 1/2 la sección vertical no presenta mayor problema en los primeros 5 m (16 pies) cuando son atravesadas formaciones problemáticas y en profundidades verticales mayores a los 3.048 m (10000 pies)
Radio medio
Para perforación de un pozo de radio medio se emplea el equipo convencional de perforación modificado y se va desviando a un ritmo de 8º a 20º por cada 30 m (pies) aunque ritmos de incremento del orden de 50º por cada 100 pies son teóricamente posibles. El largo de la sección horizontal puede ser de 915 m (3000 pies) o más. El diámetro es de 5 1/2 a 9 1/2 igual que en los pozos de radio largo
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Radio corto
El método de perforación lateral de radio corto tiene un ritmo de incremento del ángulo de entre 1.5º a 3º por pie Permite desviar el pozo desde la vertical hasta la horizontal en menos de 30 m (100 pies) la penetraciones laterales arriba de 274 m (900 pies) son comunes. Se utiliza en equipo muy especializado combinándolo con herramientas rotarias con coples y juntas especiales para lograr articular la tubería. Frecuentemente son perforados múltiples drenajes desde la misma vertical del pozo con esta técnica
Radio ultracorto
El método de radio ultracorto utiliza la acción de inyección a chorro a través de una tobera de alta presión montada al final de la tubería flexible orientada. El ritmo de incremento del ángulo es de 90º/ pie, sin embargo, la longitud y el diámetro de cada uno de los agujeros está limitada de 30 a 60 m y 5 cm de diámetro se pueden perforar más de 10 agujeros de drenajes pequeños en el mismo plano en ángulos rectos con respecto a la vertical, que se conocen como “star jet holes”
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Remoción de Lodo
Es un proceso de 3 pasos, a seguir antes de cementar:
Limpieza del hoyo Acondicionamiento del lodo de perforación Desplazamiento del lodo del espacio anular
Propiedades del hoyo controladas y optimizadas Viajes de limpieza > 95 % volumen del hoyo debe estar en circulación Registro o perfil del hoyo – fluidos marcadores
Limpieza del hoyo
Acondicionamiento del lodo
Romper los geles Bajar ty + pv Solidos de perforación < 6 % Rata mínima de bombeo para alcanzar flujo total alrededor del revestidor
Desplazar el lodo del anular
Optimización de la colocación de la lechada ---> CemCADE Centralización del revestidor (STO > 75 %) Movimiento del revestidor
Criterios para una efectiva remoción de lodo
Centralización del casing Movimiento del casing Raspadores Tapones Selección de régimen de flujo
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“Seguir estos criterios aumentan la posibilidad de una buena cementación” Selección de los regímenes de flujo Flujo turbulento: preferido y el mejor régimen de flujo
El caudal crítico depende:
Reología del fluido Centralización del casing Forma anular Gradiente de fractura Usar lavador químico La densidad del espaciador debe ser cercana al lodo Optimizar las propiedades de la lechada de cemento Mínima PV y TY sin sedimentación Agua libre y control de filtrado controlado Formación y casing mojados al agua
Flujo laminar: es el flujo alternativo si no es posible el turbulento
Se debe satisfacer ciertos criterios como:
Densidad diferencial Jerarquía de presiones Propiedades del Lodo
El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le llama, puede ser cualquier sustancia o mezcla de sustancias con características físicas y químicas apropiadas, como por ejemplo: aire o gas, agua, Petróleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de sólidos. El fluido de perforación es un líquido o gas que circula a través de la sarta de perforación hasta a la barrena y regresa a la superficie por el espacio anular. Hasta la fecha un pozo de gas o aceite no se puede perforar sin este concepto básico de fluido circulante. Un ciclo es el tiempo que se requiere para que la bomba mueva el fluido de perforación hacia abajo al agujero y de regreso a la superficie.
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Materia: Cementación de Pozos El fluido de perforación es una parte clave del proceso de perforación, y el éxito de un programa de perforación depende de su diseño. Un fluido particular se requerimientos
de debe
perforación para un área diseñar para cumplir con los específicos.
En general los fluidos muchas propiedades operación, pero no son deseables.
de perforación tendrán que son benéficas para la también algunas otras que Siempre hay un compromiso.
Funciones perforación.
del lodo de
Las funciones que tiene el fluido de perforación son:
Retirar los recortes el fondo del a gu je ro , transpo rtar los y liberarlos en la superficie.
Los recortes y los sólidos deben retirarse en la superficie para obtener un fluido limpio que se pueda bombear de nuevo hacia el agujero a través de la sarta. La arena es muy abrasiva y si no se remueve dañará las bombas de lodo, las líneas, los tubulares y el equipo de subsuelo.
Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación.
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Materia: Cementación de Pozos Conforme la barrena y la sarta de perforación giran contra la formación, se genera una gran cantidad de calor.
Depositar un revoque de pared impermeable.
Un buen fluido de perforación debe depositar un revoque delgado y de baja permeabilidad en la pared del agujero frente a las formaciones permeables para consolidarlas y para retardar el paso del fluido desde el agujero del pozo hacia la formación permeable. (Areniscas).
Controlar las
presiones
del
subsuelo.
La presión hidrostática suficiente para prevenir pozo.
del lodo debe ser un brote imprevisto del
La densidad del lodo factor de control.
(peso del lodo) es el
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Sostener en
los
suspensión
recortes y el material pesado cuando
se
detenga
la
circulación.
Esto se logra con buenas propiedades tixotrópicas del fluido. La tixotropía es la capacidad de un fluido de desarrollar resistencia de gel con el tiempo cuando se le deja en reposo, pero permitiéndole regresar a su estado fluido al aplicarle agitación mecánica.
Soportar parte del peso de las sartas de perforación y de revestimiento .
Conforme un pozo es perforado a mayor profundidad, el peso de las sartas de perforación y de revestimiento se convierte en un factor crítico.
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Evitar daños de permeabilidad en la zona producti va.
El fluido utilizado para perforar la zona de producción tendrá un impacto importante en la productividad del pozo.
Proteger la sarta de perforación contra la corrosión.
El fluido de perforación debe ser no corrosivo.
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Circulación del Lodo
Las propiedades de los fluidos de circulación son:
Densidad.
Es la propiedad del fluido que tiene por función principal mantener en sitio los fluidos de la formación. La densidad se expresa por lo general en lbs/gal, Es uno de los dos factores, de los cuales depende la presión hidrostática ejercida por la columna de fluido. La presión hidrostática debe ser ligeramente mayor a la presión de la formación, para evitar en lo posible una arremetida, lo cual dependerá de las características de la formación. Balanza de lodo: permite conocer, además de la densidad en lbs/gal y lbs/ pie3, la gravedad específica y el gradiente de presión por cada mil pies
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Viscosidad.
Se le concede cierta importancia práctica aunque carece de base científica, y el único beneficio que aparentemente tiene, es el de suspender el ripio de formación en el espacio anular, cuando el flujo es laminar. Embudo Marsh El embudo se utiliza para determinar la viscosidad del fluido en segundos por cuarto de galón. Es determinada con el Embudo Marsh, y sirve para comparar la fluidez de un líquido con la del agua.
Viscosidad plástica.
Es la viscosidad que resulta de la fricción mecánica entre: Sólidos Sólidos y líquidos Líquido y líquidos
Esta viscosidad depende de la concentración, tamaño y forma de los sólidos presentes en el fluido, y se controla con equipos mecánicos de Control de Sólidos. Este control es indispensable para mejorar el comportamiento reológico y sobre todo para obtener altas tasas de penetración (ROP).
Punto cedente.
Es una medida de la fuerza de atracción entre las partículas, bajo condiciones dinámicas o de flujo. Es la fuerza que ayuda a mantener el fluido una vez que entra en movimiento. El punto cedente está relacionado con la capacidad de limpieza del fluido en condiciones dinámicas, y generalmente sufre incremento por la acción de los contaminantes solubles como el carbonato, calcio, y por los sólidos reactivos de formación.
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Resistencia al gel.
Esta resistencia o fuerza de gel es una medida de la atracción física y electroquímica bajo condiciones estáticas. Está relacionada con la capacidad de suspensión del fluido y se controla, en la misma forma, como se controla el punto cedente, puesto que la origina el mismo tipo de sólido (reactivo) Viscosímetro de lectura directa Determinar las propiedades reológicas del fluido, es decir, la viscosidad plástica, el punto cedente y la fuerza de gel. Este aparato está constituido por un rotor que gira dentro de una taza mediante un motor eléctrico.
El filtrado relativa de a través del formaciones cuando el a una presión característica siguientes
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Filtrado.
indica la cantidad líquido que se filtra revoque hacia las permeables, fluido es sometido diferencial. Esta es afectada por los factores:
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Materia: Cementación de Pozos Presión – dispersión - Temperatura -Tiempo
Filtro prensa
Determina e l f i l t r a d o o Pérdida cuando
de
agua
que Pasa hacia la formación Permeable
el Fluido es sometido a una Presión diferencial.
PH.
El pH indica si el básico. La mayoría
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lodo es ácido o de los fluidos base
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Materia: Cementación de Pozos acuosa son alcalinos y trabajan con un rango de pH entre 7.5 a 11.5. Cuando el pH varía de 7.5 a 9.5, el fluido es de bajo pH y cuando varía de 9.5 a 11.5, es de alto pH.
Movimiento de la tubería
El movimiento de las tuberías corridas a la superficie o tubería corta es importante para ayudar a romper el esfuerzo de gel del lodo, para permitir un buen desplazamiento de fluidos. Es recomendable aplicar tanto el movimiento rotacional como reciprocante . En realidad se prefiere la combinación de ambos. Sin embargo, es recomendable la rotación en agujeros calibrados ya que las fuerzas rotacionales provocaran un barrido completo alrededor de espacio anular. El movimiento reciprocante es una alternativa aceptable, y deberá ser empleada en agujeros aceptable. La rotación debe ser de 10 a 20 rpm, y el reciprocante de 10 a 20 ft, con uno a dos movimientos cada uno a dos minutos. El movimiento debe comenzar al momento de iniciar la circulación del lodo y terminar hasta que el último tapón es desplazado. La combinación de ambos movimientos se ha utilizado para pozos horizontales, y puede ser empleado para sartas hasta la superficie y tuberías cortas. Se ha observado que el movimie nto de tuberías es mucho más fácil con lodo a base de aceite que con el de base agua, debido a que la fricción en las paredes de cerca de la mitad. Después de realizar el estudio de campo y establecer las características de las formaciones más vulnerables a la pérdida de circulación, algunas de las reglas generales al momento de proponer la solución adecuada son: ♦ Cuando
se penetran formaciones donde se sospecha la existencia de fracturas cavernosas es necesario usar fluidos de perforación pesados. Debido a esto en muchos casos, la suma de la presión hidrostática de la columna requerida para controlar las presiones de formación anormales más la presión requerida para circular el fluido de perforación, puede aproximarse
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Materia: Cementación de Pozos a la presión de fractura de la formación y generar igualmente la pérdida de fluido, es por ello que se debe estar alerta al emplear la presión de circulación adecuada y la densidad del fluido de perforación óptima. ♦ Adicionalmente
se cree que las fracturas en forma de cavernas se producen frecuentemente mientras se perforan zonas anormalmente presurizadas, aunque también pueden ocurrir en muchas zonas de presión normal.
♦ Probablemente
el tipo de pérdida de circulación más difícil de controlar y prevenir es la que ocurre en formaciones cavernosas; sin embargo, el hecho de que esta sea el tipo de pérdida menos común proporciona la ventaja de que puede ser controlada como un problema de pérdida de circulación por fractura inducida. Por otra parte, para definir el problema de pérdida del fluido de perforación debido a fracturas inducidas y/o naturales fue necesario determinar las condiciones en el hoyo que pueden contribuir a causar la pérdida. Las condiciones necesarias para que exista una fractura en la formación son las siguientes:
Debe existir una presión suficientemente alta en el hoyo que pueda impulsar los fluidos hacia la formación. Debe existir una superficie suficientemente débil para que la fuerza ejercida por la presión en el hoyo pueda abrirla o romperla.
Adicionalmente, un estudio de las posibles anomalías en el hoyo indica que existen otras condiciones que pueden ocasionar fracturas en la formación y ocasionar pérdida de fluido. Ellas son:
Detección De Un Problema De Circulación
Una alerta por una zona de pérdida puede ser dada por un aumento en la rata de perforación, esto puede ser debido que la formación encontrada es frágil, inconsolidada, cavernosa o extremadamente porosa. Las fracturas pueden ser detectadas por un
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Materia: Cementación de Pozos incremento súbito en la rata de penetración acompañada por torque alto y errático.
La pérdida de circulación inicialmente será detectada por una reducción de flujo de lodo hacia la superficie, acompañada de una pérdida de presión. Si la situación continúa o empeora, el nivel del lodo en el tanque de succión bajará a medida que se pierde el lodo. En una situación aún más severa, habrá una total ausencia de retornos del pozo.
Elementos Que Intervienen En La Perforación Por Rotación De Un Pozo
-Columna o sarta de perforación -La máquina perforadora que, desde la superficie del terreno, proporciona a la sarta el movimiento de giro y avance que se transmite al útil de corte. -El fluido de perforación, que en general es un lodo formado por bentonitas a las que se han añadido ciertos aditivos para adecuar sus características a la necesidad de perforación para pozos.
Cementación con Tubería Interna Accesos de cementación convencional con tubería de revestimiento de gran diámetro, resultaran en:
· Grandes volúmenes de desplazamiento · Duración extendida de desplazamiento · Un volumen significativo de cemento permanece en la pista de la zapata. Como una alternativa, la tubería de revestimiento podría ser cementada a través de la tubería o el conducto de perforación. Se utiliza una zapata flotadora especial, la cual permite al conducto de perforación clavarse al proveer un sello hidráulico. La tubería de perforación se corre normalmente, entonces se corre la sarta interna y se clava dentro de la Zapata flotadora. El trabajo de cementación procede igual, pero utilizando tapones de tubería de perforación, más pequeños. Después del desplazamiento y confirmación de que la zapata flotadora está conteniendo la presión diferencial, la tubería o conducto puede ser retirada. Se necesita tener cuidado con esta técnica, ya que la posibilidad de que la tubería de revestimiento colapso, se incrementa significativamente.
Cementación con “Liner”
Una sarta de liner usualmente incluye una Zapata y un collar flotador, junto con una tubería de revestimiento más larga y un colgador de “liner” (colocado h idráulica o mecánicamente) para asegurar la parte superior. Todo el ensamble es corrido con tubería de perforación y luego se
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Materia: Cementación de Pozos coloca el colgador a unos 300-500 pies dentro de la tubería de revestimiento anterior. Una vez asentado, el lodo es circulado para asegurar una vía de cemento libre de obstrucciones, alrededor del “liner”. Antes de la cementación la herramienta co rrida es retraída del colgador del liner para garantizar la remoción posterior de la tubería de perforación. Las recetas de cementación con “liner” usualmente contienen aditivos extras para control de perdida de fluido, retardo, posible bloqueo de gas, etc. Debido a que las proporciones de mezcla son críticas y no existe lechada de relleno, es usualmente mezclado en cargas antes de llevar a cabo el trabajo. Esto garantiza la calidad y densidad del trabajo. Una típica operación de cementación con “liner”, pr ocedería como sigue: · Posicionar el “liner” a la profundidad requerida · Circular fondo arriba – asegurar una reología baja (YP y gels mínimo); rotar el “liner” · Colocar el colgador del “liner” · Soltar una herramienta activadora y quitarle peso a la sarta (10-20Klbs) · Bombear espaciador · Probar con presión las líneas de superficie · Bombear la lechada premezclada · Soltar el tapón · Bombear espaciador · Desplazar cemento fuera del “liner” y hacia el espacio anular – rotar el “liner” de ser posible · Bombear el tapón hacia abajo, suelta el tapón de limpieza del “liner”. · Ambos tapones son bombeados hasta el nivel del “liner” h asta que queden ajustados en el collar de aterrizaje. · Golpear los tapones con 1000 psi · Desfogar la presión y revisar si existe flujo de retorno · Levantar, posicionar la tubería final en el tope del “liner y c ircular exceso de cemento haciafuera desde arriba del “liner. Centralización
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Materia: Cementación de Pozos La centralización es esencial para proporcionar un área uniforme que será la ruta abierta de flujo hacia el espacio anular. Si la tubería no está centrada, impedirá el movimiento del lodo en la parte baja del agujero. Debido a las diferencias en el patrón de flujo, no hay un régimen de flujo o ritmo de flujo practico que pueda remover el lodo entrampado. La experiencia de campo indica que un 67 % de centrado es necesario para lograr la mejor oportunidad de remover el lodo de la parte estrecha del anular. Esto fue confirmado por Wilson y Sabins (1988) quienes en un estudio de laboratorio observaron que, a pesar de un control estricto sobre el lodo, existía contaminación de lodo y una pobre eficiencia de desplazamiento cuando el centrado API de una tubería era menor al 60 % el espaciador y la característica de la lechada de cemento.
La dificultad para mantener el flujo turbulento hacia la tubería excéntrica esta mostrado gráficamente en la figura 18. El promedio del número de Reynolds critico se incrementa 2.5 veces cuando el centrado se reduce del 67 % al 40 %. El centrado de la tubería de revestimiento es complicado cuando el Angulo de desviación es alto, debido al incremento de la carga sobre los centradores. Para mantener el óptimo centrado, una regla de ·dedo” es mantener el espaciamiento entre centradores por debajo de 20 ft (6.1 m). Los centradores de barra solidos son los recomendados cuando se cementa en agujeros calibrados. Los centradores soldados tipo “Fleje” pueden ser empleados en secciones deslavadas. Los centradores deberán incluir un cojinete que permita el movimiento rotacional y reciprocante de la tubería sin que se muevan los centradores. El numero requerido y el posicionamiento de los centradores pueden se determinados con precisión mediante simuladores de computo.
Efecto de cuña
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Materia: Cementación de Pozos Cuando hay bajos gastos de flujo (flujo laminar), existe la posibilidad de que el cemento más pesado pueda actuar como cuña y como canal debajo del lodo. Sin embargo este efecto se puede compensar por la diferencia de velocidades entre la parte superior e inferior del espacio anular durante el desplazamiento, debido a la excentricidad de la tubería o a la aparente excentricidad por el asentamiento de solidos del lodo de perforación. Más aun, no han aparecido publicados estudios teóricos o experimentales concernientes a los efectos de la diferencial de densidades y el aislamiento de la TR; por lo que las recomendaciones en estos aspectos están basados en las experiencias de campo.
Centralizadores
Estos son ya sea de tipo de fleje con bisagra o sólidos de tipo espiral o “rígido" y ambas sirven para centralizar la tubería de revestimiento en el hueco.
Ventajas de una tubería centralizada: Mejora la eficiencia de desplazamiento (excentricidad mínima). Reduce el riesgo diferencial de atrapamiento. Previene problemas clave de asentamiento. Reduce el arrastre en pozos direccionales.
9.5/8" Tubería de revestimiento en un agujero de 12¼"
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Materia: Cementación de Pozos
Efectos del Empate o Desplazamiento de Lodo
Los centralizadores están amordazados a la tubería de revestimiento utilizando un mecanismo de bisagra o de clavado, mientras que un collar de parado sirve para colocarlos en posición. El espaciado y cantidad de centralizadores depende del ángulo del agujero, peso de la tubería de revestimiento y peso del lodo. Los suplidores pueden proveer un programa óptimo para el uso de los espaciadores, utilizando el criterio recomendado por API. Típicamente los centralizadores se concentrarían en las secciones críticas, de mayor ángulo, la zapata y justo debajo del colgador, mientras que el resto de la tubería de revestimiento los espaciara muy esporádicamente.
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Organización Del Casing Tally, Medida De La Tuberia E Inspección.
Una vez recibidos y chequeados los revestidores, se procede a su ordenamiento y medición. Por lo general se enumeran con tiza especial de manera acorde al orden en que van a ser retirados del burro de almacenamiento al de la corredera por el montacargas. Por lo general dado el peso del revestidor, se enumeran de 5 en 5, y se va anotando para cada tubería medida su respectiva longitud. Ya con estos datos, el supervisor del pozo procederá a realizar el Casing Tally, que no es más que un listado donde se presentan enumeradas y ordenadas cada una de las tuberías del revestidor, diseñadas de forma tal que pueda cumplir con los parámetros requeridos. En el casing tally de igual forma se dispone el equipo de flotación, en combinación con los revestidores. El primer casing es bajado teniendo la zapata ciega como base, y en el segundo, el cuello flotador. La disposición de los centralizadores dependerá de un diseño basado en estudios de ingeniería dependiendo del angulo del pozo y otros parametros. De igual manera, el casing tally permite llevar un control sobre la profundidad que se lleva de acuerdo al número de tuberías que se han bajado, asi como la longitud acumulada y el peso acumulado. El mismo se toma de acuerdo con el peso por pie de cada uno de los casing por el número de estos que hayan sido bajados.
Chequeo De Equipo De Flotación, Centralizacion.
El equipo de flotación consta de la zapata flotante, el cuello flotador, tapones, los centralizadores, los centralizadores flexibles y, en ciertas ocasiones, los raspadores. Estos accesorios fueron diseñados conforme la experiencia en las operaciones de perforación requirió su fabricación para la obtención de mejores resultados.
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La zapata flotadora o de cementación va enroscada al primer tubo que se baja durante el revestimiento. Esta sirve para guiar a la tubería en su descenso hasta la profundidad donde se va a cementar. En su interior posee un mecanismo de obturación que impide que los fluidos de perforación puedan ingresar dentro de la zapata. La funcionabilidad de este se chequea antes de bajar el revestidor, agregando agua en un extremo de la zapata, la cual debe impedir, de estar en perfecto estado, que el agua penetre en su interior y se vote por debajo. El cuello flotador se coloca entre dos tubos que serán bajados inmediatamente o poco después del primer tubo al que se le había enroscado la zapata. Este cuello o unión tiene como funcionabilidad permitir la entrada de los fluidos de perforación hacia el hoyo, pero impedir la entrada de los fluidos desde el hoyo hasta la tubería, mediante un mecanismo de válvula de un solo paso. Dispone además de un asiento en donde se le insertará un tapón que indicará la finalización del proceso de cementación. De igual forma que la zapata, se chequea verificando que no deje pasar agua hacia su interior. Los centralizadores se instalan en los puntos que se crean necesarios con el fin de asegurar que la sarta quede centrada respecto al hoyo, evitando que esta se pueda recostar contra la pared del mismo. Antes de su empleo hay que verificar si en los materiales solicitados fueron enviados los respectivos clavos de aseguramiento del centralizador.
Revisión Del Diseño De La Corrida De Revestidor En El Campo, Programa De Centralizacion.
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Materia: Cementación de Pozos La corrida del revestidor es diseñada por medio de la elaboración del casing Tally. Para ello se requiere indicar las longitudes de la zapata de flotación, el primer tubo revestidor y la del cuello flotador. En el diseño de igual forma, se van enumerando las demás juntas, tanto las que se van a bajar como las que quedaran por fuera. Estas últimas serían aquellas que sobran debido a que las que ya fueron bajadas cubren la totalidad de la profundidad abarcada desde el asentamiento de la zapata hasta mas o menos unos 5 pies por encima de la mesa rotaria. Cada 1500 pies se debe proceder a la ruptura de geles con la finalidad de facilitar el movimiento del lodo cuando éste se melifica mostrando valores alt os de viscosidad que pueden ocasionar pérdida de los fluidos de perforación. El programa de centralización se elabora directamente en el campo para mantener la tubería lo más centrada posible respecto al hoyo y evitar que se recueste en las paredes de éste, evitando así pegas de tubería. La empresa Halliburton maneja un programa que calcula el Stand Off o diferencia de centralización del revestidor en el hoyo, en la etapa de revestimiento de manera tal que se pueda proporcionar un óptimo diseño de centralización.
Tensiona miento Del Casing Para Colgada.
Consiste en mantener en tensión el revestidor para prueba de su funcionamiento. Esto se realiza luego de la etapa de cementación colgando el tubo revestidor a cierta tensión (para el caso del revestidor de 7” , se tensiona a 40.000 libras por encima del peso total del revestimiento) denominada de Over Pull. Fluidos Espaciadores y Lavadores Diferencia Entre Fluido Lavador Y Fluido Espaciador
Los lavadores se diferencian de los espaciadores en que estos normalmente diluyen el fluido de perforación y lo remueven a través de condiciones altas de flujo turbulento, mientras que los espaciadores no necesariamente recaen en turbulencia; en vez de esto, ellos pueden utilizar viscosidad o densidad para un desplazamiento eficiente, con flujo laminar. La diferencia primordial entre los espaciadores y lavadores es que los espaciadores están diseñados con un
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Materia: Cementación de Pozos punto de cedencia, el cual permite la incorporación de materiales densif icantes y controladores de pérdida de circulación.
Definición
Fluido Lavador: Fluido usado para arrastrar y remover los residuos de fluido de perforación que van quedando en los procesos de bombeo. Estos pueden ser tan simples como agua ordinaria ó pueden contener agentes surfactantes para darle propiedades especiales y mejorar su efectividad. Un fluido lavador puede ser diseñado para usarse con cualquier tipo de lodo de perforación, ya sea base agua ó base aceite. Fluido Espaciador: Es un fluido para separar el lodo de perforación y las lechadas de cemento. Un espaciador puede ser diseñado para usarse con lodos base agua ó base aceite, dejar preparado el pozo y la formación para efectuar la operación de cementación. Los fluidos espaciadores son colocados entre el fluido de perforación y el compuesto de cemento durante la cementación primaria o secundaria.
Funciones Y Clasificación Los espaciadores y lavadores proveen una mejor remoción de lodo de perforación y juegan un papel esencial en la obtención de la adherencia del cemento a la formación, reduciendo la migración de fluido en la cementación primaria por medio de la densidad. En la figura 2.1 se muestra el tren de fluidos desplazados durante la cementación en donde la densidad es un factor importante para llevar acabo dicho desplazamiento.
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Funciones
Fluidos Lavadores.- Un lavador es usado en operaciones de cementación para realizar las siguientes tareas:
• Remover lodo y enjarre. • Dejar superficie mojadas por agua. • Lograr flujo turbulento. • Proteger las formaciones. • Incompatible con el cemento y el lodo de perforación. Recientemente, las condiciones de perforación han traído más fluidos sofisticados, capaces de ser modificados para propósitos como:
Acarrear agentes de peso como densificantes, para mantener la presión hidrostática.
Control de pérdida por circulación.
Dejar la superficie de la formación mojada en agua cuando se desplacen fluidos base aceite que contengan surfactantes.
Los fluidos lavadores se diferencian de los fluidos espaciadores en que estos normalmente diluyen el fluido de perforación y lo remueven a través de condiciones altas de flujo turbulento, mientras que los espaciadores no necesariamente recaen en turbulencia; en vez de esto, ellos pueden utilizar viscosidad o densidad para un desplazamiento eficiente.
Fluidos Espaciadores
Los resultados de laboratorio y de campo muestran que los fluidos espaciadores pueden ser de gran ventaja para mantener el fluido de perforación y compuestos de cementación separados. Los espaciadores también ayudan de manera efectiva a remover el lodo de perforación. Un espaciador es usado en operaciones de cementación para realizar las siguientes tareas: Separar el fluido de perforación de la lechada de cemento para eliminar la compatibilidad potencial y evitar su contaminación. Pueden mejorar la eficiencia de desplazamiento al permitir el flujo turbulento en rangos de bombeo razonables según sus propiedades reológicas.
Remover el fluido de perforación y el enjarre.
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Proteger la formación. Controlando la presión de formación. Inhibiendo zonas sensibles al agua.
Con el objeto de completar estas tareas, el espaciador debe ser incompatible con la lechada y con el fluido de perforación. La compatibilidad en las interfaces donde los diferentes fluidos hacen contacto, nos lleva a un efecto de alta viscosidad. Propiedades de la lechada
Los fluidos espaciadores pueden ser divididos en dos categorías. La mayoría es de base agua, en apego a las nuevas normatividades ecológicas requeridas en la industria petrolera, mientras unos pocos son base aceite. Ambos sistemas tienen ventajas y desventajas. Los actuales espaciadores basados en aceite, a menudo utilizan aceite sintético para evitar los problemas ambientales del aceite basado en hidrocarburos, como en el caso del diesel. Los espaciadores basados en agua tienden a dejar el acero de la tubería de revestimiento humedecida con agua que proporciona la mayor adherencia del cemento. Los espaciadores no densificados a menudo se conocen como cementos no densificados. El agua es un densificante común; estos son los más efectivos y económicos en Iodos de baja densidad, que se aproximan a la densidad del cemento no densificado; son los más fáciles de situar en un flujo turbulento. A menudo, se utilizan aditivos que adelgazan el lodo de perforación ó que atacan químicamente el enjarre de lodo.
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Para Iodos densificados, los espaciadores deben diseñarse con materiales densificantes, que hagan que el espaciador sea igual ó de mayor densidad que el lodo. Un espaciador de una menor densidad dará como resultado una mala eficiencia de desplazamiento de lodo. La viscosidad de los espaciadores densificados puede modificarse para incrementar aún más el desplazamiento del lodo.
Estabilidad De La Lechada
La estabilidad de la lechada es siempre importante, pero aún más cuando se trata de pozos desviados. Existen dos propiedades que determinan la estabilidad de la lechada: el agua libre y la sedimentación. El agua libre es importante debido a que se puede migrar hacia la palta alta del agujero y crear un canal abierto a través del cual los fluidos del pozo pueden fluir. La sedimentación puede provocar una baja resistencia, una porosidad alta del cemento en la parte superior del pozo. La pérdida de aislamiento entre zonas puede ocurrir y causar una migración de fluido y una reducción en el control eficiencia del yacimiento. Aunque la propiedad del agua libre y la sedimentación pueden ocurrir juntos no están necesariamente relacionadas. Una propiedad puede presentarse sin la presencia de la otra; por lo tanto, las pruebas que se hagan deberán considerar que sean independientes. El agua libre debe mantenerse en cero. En el laboratorio, el agua libre y la sedimentación deben medirse contemplando el máximo ángulo de desviación. Aunque un método de prueba estándar de la API no existe actualmente para pozos horizontales, la mayoría de las compañías operadoras y de servicio han desarrollado procedimientos internos para pruebas de elevación del agua libre. El agua libre y la sedimentación pueden ser prevenidos por medios químicos, tales como la adición de agentes viscocificantes y/o sales metálicas, las cuales forman hidróxidos complejos
Perdida de fluido
El control de pérdida de fluido es particularmente importante en pozos horizontales, debido a la exposición de la lechada a grandes secciones permeables que son más críticas que en pozos verticales. Se requieren bajos ritmos de perdida de fluidos para preservar las propiedades reologicas diseñadas para la lechada. Los ritmos de pérdida deben ser siempre menores a 50 ml/ 30 min. Un método para lógralo sin afectar adversamente el control del agua libre y la viscosidad, es mediante el uso de un sistema propiamente diseñado de cemento látex modificado.
Otras propiedades de la lechada
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