Prof. Roberto Salas
Cementaci ón de Pozos Cementación Operación en la cual una mezcla de agua y cemento se coloca a una profundidad determinada para que cumpla entre otros con los siguientes objetivos: * Excluir las aguas de las formaciones productivas * Proteger al revestidor de presiones externas ( formaci ón ) formación * Sellar zonas no productivas * Proteger la tuber ía de revestimiento de la corrosi ón tubería corrosión * Evitar migraci ón de fluidos entre diferentes zonas migración * Controlar ppérdidas érdidas de circulaci ón circulación * Sellar zonas de fluidos no deseables * Soportar el revestidor y todo el peso del equipo
CEMENTACIÓN DE POZOS
SECCIONES SECCIONES SIN SIN PROTECCIÓ PROTECCI ÓN PROTECCIÓN
YAC-1 COMUNICACI COMUNICACIÓ ÓN COMUNICACIÓN ENTRE ENTRE FORMACIONES FORMACIONES DA ÑO AA LA DAÑO LA FORMACIÓ FORMACI Ó N FORMACIÓN
YAC-2
“GARANTIZAR EL AISLAMIENTO ZONAL, NO SOLO POSTERIOR A LA CEMENTACI CEMENTACIÓN, SINO TAMBIÉ TAMBIÉN EN EL TRANSCURSO DE LA VIDA PRODUCTIVA DE LOS POZOS” POZOS”
Cemento: Mezcla Mezcla de de piedra piedra Caliza Caliza yy otros otros materiales materiales ricos ricos en en Carbonato Carbonato de de Calcio con Arcilla y algo de Oxido de Hierro y Aluminio
Materiales Iniciales
CaO (Caliza)
+
Calor
Clinker + Yeso
(( 2600-3000 ººF F )) 2600 2600-3000
(4(4-8%)
SiO2 ( Sí Sí lice lice ) Al2O3 ( Arcilla ) Fe2O3 ( Oxido Férrico )
Cemento Portland 50% Silicato Tricá Tricálcico (3CaO.SiO2) 25% Silicato Dicá Dicálcico ( 2CaO.SiO 2) 4% Aluminato Tricá Tricálcico (3CaO.Al2O3) 13% Ferro Aluminato Tricá Tricálcico o Tetracá Tetracálcico ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3) 3% Sulfato de Calcio ( CaSO4) 3% Otros (MgO (MgO,, Cal libre, Alcalis, Alcalis, Anhidrido Sulfurico) Sulfurico)
Propiedades del Cemento Cemento:: Las propiedades de los cementos utilizados en las operaciones de cementaci ón, var í an an de acuerdo a lo siguiente: cementación, varían * * * *
Ubicación Geogr áfica Ubicación Geográfica Condiciones de ón, etc.) de fondo de pozo (Temp., Prof., Prof., Presi Presión, Tipo de Cementaci ón Cementación Tipo de de agua a utilizar para la mezcla
Estas propiedades dependen de: * La ón de agua sac ) La relaci relación agua de de las las lechadas lechadas (( Gal Gal //sac) * Densidad de la lechada ( Lbs / Gal ) * Rendimiento de la lechada ( ft 33 / saco )
Densidad de la lechada: Debe ser lo suficientemente alta como para mantener el control d el pozo. En el campo se chequea mediante el uso de una Balanza de Lodos o con un Densistómetro Si la densidad es incorrecta durante la cementaci ón, se pueden cementación, afectar propiedades de la lechada como:
* * * * * *
Tiempo de bombeabilidad Caracterí sticas sticas del flujo Capacidad de desplazamiento del lodo Agua libre Resistencia a la compresión Pérdida de fluido
Relaci ón de agua de las lechadas: Relación Es importante para determinar el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresi ón del cemento compresión
Regla de campo: * Demasiado á agua Demasiado agua agua en en la la copa copa de de muestra, muestra, aparecer aparecerá en la parte superior de la lechada * Poca agua: lechada espesa y dif í ícil c il de bombear difícil bombear
Rendimiento de la lechada: Es el número de pies cúbicos por saco de cemento, mezclados con determinada cantidad de agua. Es preferible que sobre cemento y no que falte, especialmente cuando puede haber contaminaci ón con lodo, dilución o canalización.
Densidad normal de los cementos Clase de cemento Agua Mezclada API % Gal/Saco
Peso de la Lechada Lbs/Gal
Rendimiento de la lechada Pie3/Saco
A
5.2
46
15.6
1.18
B
5.2
46
15.6
1.18
C
6.3
56
14.8
1.32
G
5.0
44
15.8
1.15
H
4.3
38
16.4
1.06
D,E,F
4.3
38
16.4
1.06
Tiempo de Bombeabilidad : Tiempo requerido para que un cemento comience a endurecerse o a formar resistencia de gel, o sea que sea bombeable bajo condiciones de fondo del pozo Se és de pruebas de laboratorio y con condiciones reales del pozo Se obtiene obtiene aa trav través
Laboratorio Muestras de cemento + Aditivos + Agua de mezcla
Ensayo
Tiempo Tiempo para para lograr lograr espesamiento espesamiento
Condiciones de pozo: ** Temperatura ática de Temperatura Est Estática de Fondo Fondo ( BHST BHST )) ** Profundidad Profundidad del del pozo pozo ** Presi ón en Presión en el el pozo pozo
Tiempo de Espesamiento: Es el tiempo transcurrido desde que se aplica una presi ón y una temperatura presión inicial al Consist ómetro Presurizado hasta el tiempo en que se alcanza una Consistómetro consistencia de 100 BC ( CONSISTENCIA BEARDEN ) Los resultados de estas pruebas son utilizados para determinar lla a concentraci ón de aditivos tales como aceleradores y retardadores concentración retardadores
CONSISTOMETRO CONSISTOMETRO PRESURIZADO PRESURIZADO
Viscosidad y Contenido de Agua: En las cementaciones primarias, las lechadas de cemento deben poseer una viscosidad o consistencia que ofrezcan un desplazamiento eficiente del lodo y permitan una buena adherencia adherencia del del cemento con la formación y el revestidor o liner. El tamaño de la partícula, el área superficial, y los aditivos, influyen en la cantidad de agua de mezclado requerida para lograr una viscosidad particular de la lechada. Se entiende por Agua Máxima de una lechada el volumen de agua de mezclado que separe como agua libre un máximo de 1.5 % del volumen total. El Agua Normal es el volumen de agua de mezclado que da una lechada de 11 uc, medidas en un consistómetro de presión atmosférica después de 20 min. de agitación El Agua Mínima es el volumen de agua de mezclado que dan 30uc en el consistómetro de presión atmosférica, después de 20 min. de agitación
Viscosidad y Contenido de agua: VISCOSIMETRO ROTACIONAL CONSISTOMETRO ATMOSFERICO
Calidad del agua de mezcla: Siempre es recomendable recomendable el el uso uso de agua potable potable sisi está está disponible. disponible. Sin Sin embargo, en un taladro el agua se obtiene de una fosa abierta, un pozo perforado o una laguna. Esta agua puede contener contaminantes que pueden producir fallas en la cementación. Entre estos contaminantes están: .-.- Fertilizantes Fertilizantes disueltos disueltos en en el el agua agua de de lluvia lluvia .-.- Desperdicios Desperdicios en en los los causes causes .-.- Productos Productos de de agricultura agricultura solubles solubles (caña (caña de de azúcar, azúcar, remolachas, remolachas, etc ) .-.- Vegetación Vegetación descompuesta descompuesta que que produce produce Ácido Ácido Húmico, Húmico, los los cuales cuales reducen reducen el el tiempo tiempo de de espesamiento espesamiento del del cemento cemento
Todas las pruebas de laboratorio al cemento a usar, deben hacerse con el agua de campo que será utilizada al momento de la cementación
Resistencia a la Compresi ón: Compresión: Es ón requerida para triturar el cemento, dividida entre el Es la la fuerza fuerza de de compresi compresión áárea rea seccional seccional recta recta de de la la muestra. muestra. La La resistencia resistencia compresiva compresiva del del cemento es generalmente ón. Es por generalmente alrededor alrededor de de 12 12 veces veces mayor mayor que que la la resistencia resistencia aa la la tensi tensión. esto sión esto que que siempre siempre se se reporta reporta solamente solamente la la resistencia a la compre compresión
Camara Camara de de Curado Curado
Analizador Ultras ónico Ultrasónico de de Cemento Cemento (( U.C.A U.C.A ))
Permeabilidad: La permeabilidad de un nnúcleo úcleo de midiendo la tasa de flujo a trav és del través dado a trav és de la longitud del nnúcleo úcleo través
cemento nnúcleo, úcleo, a
fraguado, se un diferencial
determina de presi ón presión
Equipo utilizado para medir la permeabilidad del cemento fraguad o fraguado PERMEAMETRO
Calor de Hidrataci ón: Hidratación: Al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una reacci ón exot érmica con reacción exotérmica una considerable liberaci ón de calor. liberación Mientras mayor sea la cantidad de cemento, mayor es la ón de calor. la liberaci liberación
Se ve influenciado por la fineza y por la composici ón química quí mica mica del cemento, composición por los aditivos y por las condiciones del pozo pozo
Mayor temperatura de fondo
Mayor velocidad de reacci ón reacción Mayor cantidad de calor liberado
Control de Filtrado: Es ón de pozos profundos, Liners de Es un un factor factor muy muy importante importante en en la la cementaci cementación producci ón, tapones producción, tapones de de cemento cemento y cementaciones forzadas. Alta és de un medio permeable puede causar un Alta perdida de filtrado a trav través incremento ápida disposici ón del revoque, lo incremento en en la la viscosidad viscosidad de de la la lechada lechada yy rrápida disposición que que puede puede producir producir fraguado fraguado prematuro prematuro de de la la lechada lechada Equipo Equipo especificado especificado por por la la API API para para medir ón de los fluidos de medir la la filtraci filtración de perforaci ón ( lodos y cemento ), en 30 perforación minutos minutos aa un un diferencial diferencial de de 1000 1000 lppc de ón. de presi presión. El El volumen volumen medido medido representa representa la la tasa tasa aa la la cual cual se se pierde pierde agua agua de de la la mezcla, mezcla, cuando cuando es es expuesta expuesta aa una una diferencia diferencia de ón a trav és de un medio de presi presión través permeable permeable
Firmeza: Porcentaje de ón o contracci ón lineal observada despu és del curado en una de expansi expansión contracción después ón de 295 Lbs / pulg 22 por Autoclave bajo vapor saturado a una presi presión por tres tres horas. horas. Un cemento que cambia de dimensiones durante la cura, tiende a ttener ener una mala adherencia al revestidor o a formar rajaduras o microfracturas
Fineza: Medida del ño de las part í culas culas de cemento obtenida durante la molienda. del tama tamaño partículas Se expresa en ttérminos érminos de áárea rea superficial total calculada de las part í culas culas de partículas cemento por gramo de cemento Se calcula de í culas culas de de la la tasa de de asentamiento de de las part partículas de cemento cemento suspendidas en , medidas en un Turbid í metro metro Wagner en Kerosene Kerosene, Turbidímetro Wagner
Tipos de Cemento: Clase
Profundidad
Temperatura (°F)
Características
A
6000’
170
Sin condiciones especificas.
B
6000’
170
Resistente a Sulfatos
C
6000’
170
Rápida resistencia.
D
6000’- 10000’
230
Alta presión y alta temp
E
6000’- 14000’
290
Alta presión y alta temp
F
10000’- 14000’
320
Cond. Ext. presión y temp.
G
8000’
200
Comp. Acelerad.y retard.
H
8000’
200
Comp. Acelerad. Y retard.
Tipos de Cemento Cementos Especiales: Micro cementos Utilizados para resolver problemas de cementaci ón primaria donde se cementación requiere érdida requiere alta alta resistencia resistencia con con baja baja densidad, densidad, para para taponear zonas de ppérdida de circulaci ón o microanillos circulación microanillos por donde donde el cemento cemento normal normal no no puede puede circular. circular. Su ón es Su composici composición es igual igual aa la la del del cemento cemento Portland y se diferencia diferencia en en que que el el tama ño de part í cula cula es de 10 micrones en promedio, siendo este 10 veces tamaño partícula menor que el cemento clase A ( API )
Cementos Tixotr ópicos Tixotrópicos Son lechadas dispersas y fluidas durante el mezclado, bombeo y desplazamiento; pero forman una estructura rrígida í gida gida cuando se detiene el bombeo y vuelve a ser fluida al ón. al continuarse continuarse la la agitaci agitación. Estas lechadas exhiben un punto cedente que dependen del esfuerz o de corte. esfuerzo Si se incrementa el per í odo ático, un mayor esfuerzo que al odo de tiempo est período estático, inicio se á para se requerir requerirá para poner poner el el fluido fluido en en movimiento movimiento Son utilizados para cementar formaciones con problemas de ppérdida érdida de circulaci ón, ideales ácil circulación, ideales para para zonas zonas lavadas, lavadas, cavernosas cavernosas yy formaciones formaciones de de f fácil fractura. Los sistemas tixotr ópicos pueden ser formados con: tixotrópicos ..-- Arcillas +agua tratada Arcillas (cemento (cemento Portland Portland+agua tratada con con arcilla) arcilla) ..-- Sulfato -12% Sulfato de de Calcio Calcio (yeso) (yeso) 88-12% ..-- Pol í meros meros entrecruzados Polímeros entrecruzados yy solubles solubles en en agua agua
Cementos Espumados: Densidad entre 4.0 y 10.0 Lbs / Gal Mezcla de de lechada lechada de de cemento, cemento, surfactante surfactante y estabilizador, estabilizador, al al cual cual se se le le inyecta gas (nitr ógeno) como (nitrógeno) como material material aligerante de la densidad densidad •• Alta Alta resistencia resistencia aa la la compresion compresion (( 500 500 lpc lpc ).). •• Baja Baja densidad densidad ,, baja baja permeabilidad permeabilidad yy alta alta porosidad porosidad •• Baja Baja perdida perdida de de filtrado filtrado ** Baja érmica Baja conductividad conductividad ttérmica
Cemento Cemento
Burbujas Burbujas de de Nitr ó ógeno g eno Nitrógeno
GENERADOR DE ESPUMA Lechada Lechada de de Cemento Cemento Base Base ++ Surfactante Surfactante ++ Estabilizador Estabilizador
Gas Nitrógeno
Descarga de Cemento Espumado
Válvula de Estrangulamiento
Cementos de baja densidad: Densidad entre 12.0 y 14.8 Lbs / Gal * Menor costo * Se usa como cemento de llenado o barrido solamente * Debe í nima F / 24 hrs nima de Debe tener tener resistencia resistencia m mínima de 500 500 Lpc / pulg 22 a 100 °°F
VENLITE:
Partí í culas Part culas Partículas de de Cemento Cemento
MICROESFERAS MICROESFERAS HUECAS HUECAS
Vidrio ámica Cer Vidrio oo Cerá Cerámica
Gas: Gas: Aire, Aire, NN22 yy CO CO22
A A
B
Cerá ámica ooVidrio Cer Cerámica Vidrio
Microesferas Huecas Ventajas: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Posee una adecuada humectabilidad en el agua. FFácil ácil incorporaci ón en la mezcla. incorporación Buenas propiedades ánicas a bajas densidades. propiedades mec mecánicas Baja permeabilidad. Buen control de la ppérdida érdida de circulaci ón por efecto puenteante circulación puenteante.. Desarrollo de una alta resistencia a la compresi ón. compresión. Son compatibles con todas las clases de cementos.
Cementos con Bentonita: Formado - hidratada, , agua. Formado por por Cemento, Cemento, Bentonita Bentonita post posthidratada, retaradador retaradador, agua. Se Se recomienda recomienda que que la la Bentonita Bentonita no no exceda exceda el el 10%. 10%. No F, debido a No deben deben exponerse exponerse aa temperaturas temperaturas que que excedan excedan 230 230 °°F, que ón ) que pierden pierden resistencia resistencia con con el el tiempo tiempo (( Retrogresi Retrogresión
Cementos de alta densidad: Densidad mayores de 16.4 Lbs / Gal ( lechadas pesadas )
La ón de La densidad densidad mas mas alta alta mediante mediante la la reducci reducción de agua agua es es de de 17.0 17.0 Lpg Lpg y se consigue consigue adicionando adicionando un un agente agente dispersante dispersante en en concentraciones concentraciones de de 0.75% 0.75% al 1% del peso del cemento seco. La resistencia de los cementos densificados í tmicamente tmicamente densificados aumenta aumenta logar logarítmicamente con el crecimiento lineal del contenido de agua
OTRAS TECNOLOGIAS DE INTEVEP TECNOLOGIA TECNOLOGIA
PROBLEMA PROBLEMA QUE QUE RESUELVE RESUELVE
THIXOGAS THIXOGAS
MIGRACIÓN MIGRACIÓN GAS GAS SUPERFICIAL SUPERFICIAL
TAPON TAPON PERFORABLE PERFORABLE
AISLAMIENTO AISLAMIENTO TEMPORAL TEMPORAL DE DE ZONAS ZONAS
TECNOLOG Í AS AS EMPRESAS DE SERVICIO TECNOLOGÍAS TECNOLOGIA TECNOLOGIA
PROBLEMA PROBLEMA QUE QUE RESUELVE RESUELVE
LITECEM, LITECEM, VENLITE, VENLITE, BLACKLITE, BLACKLITE, TUCKERLITE, TUCKERLITE, CELTLITE CELTLITE
LECHADAS LECHADAS LIVIANAS LIVIANAS PARA PARA POZOS POZOS CON CON BAJO BAJO GRADIENTE GRADIENTE DE DE FRACTURA. FRACTURA.
GAS GAS BLOCK, BLOCK, GAS GAS STOP, STOP, BA-58, BA-58, PARAGAS PARAGAS
CONTROL CONTROL DE DE MIGRACIÓN MIGRACIÓN DE DE GAS GAS DURANTE DURANTE LA LA CEMENTACIÓN. CEMENTACIÓN.
FLEX FLEX BLOCK BLOCK
SELLADO SELLADO DE DE ZONAS ZONAS DE DE PÉRDIDA PÉRDIDA DE DE CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN DURANTE DURANTE LA LA PERFORACIÓN. PERFORACIÓN.
TECNOLOG Í AS AS EMERGENTES TECNOLOGÍAS TECNOLOGIA TECNOLOGIA
PROBLEMA PROBLEMA QUE QUE RESUELVE RESUELVE
ESCORIA ESCORIA NACIONAL NACIONAL
LECHADAS LECHADAS ECONOMICAS ECONOMICAS PARA PARA ABANDONO ABANDONO DE DE POZOS. POZOS.
PREFLUJO PREFLUJO REMOVEDOR REMOVEDOR DE DE DAÑO DAÑO A A LA LA FORMACIÖN FORMACIÖN
DAÑO DAÑO CAUSADO CAUSADO POR POR LODO LODO BASE BASE ACEITE ACEITE
CEMENTO CEMENTO REFRACTARIO REFRACTARIO
INESTAB. INESTAB. DEL DEL CEMENTO CEMENTO AL AL CHOQUE CHOQUE TERMICO TERMICO
Pre -flujos y Espaciadores: Pre-flujos Agua, soluciones qu í micas, micas, geles o cemento delante del llenado primario, químicas, remover án porciones de contaminantes anulares, incluyendo fluido de removerán perforaci ón, revoque blando, cortes del hoyo, qu í micos, micos, etc. perforación, químicos,
Pre -flujo Limpiador: Pre-flujo Fluidos que que se se bombean bombean en en turbulencia turbulencia de de tal tal forma forma que que recojan recojan ee incorporen contaminantes.
Espaciadores: Se asemejan a tapones de geles que empujan contaminantes adelante y hacia arriba en el el espacio espacio anular
Pre -flujos y Espaciadores: Pre-flujos El pre -flujo mas usado es el agua, ya que alcanza turbulencia a bajas pre-flujo tasas de flujo.
Tambi én existe -flujo como lo son las aguas tratadas que También existe otros otros tipos tipos de de Pre Pre-flujo contienen aditivos, adelgazadores, ctantes, adelgazadores, Arcillas, Barita, Barita, Cal, Surfa Surfactantes, Á cidos, Sales, Soda CCáustica, áustica, que Ácidos, que remueven remueven el el revoque revoque fuertemente. fuertemente.
Pruebas a Cementos: Equipos utilizados: * Balanza de lodos (Densidad) * Filtro-prensa (Filtración) * Viscosimetro Rotacional (Reologí a) a) * Consistómetro (Tasa de espesamiento) * Permeámetro (Permeabilidad) * Moldes de Especimenes y maquinas de pruebas de resistencia (a la tensión y a la compresión) * Autoclave (Solidez) * Turbidí metro metro (Fineza) La -prensa y el Viscosimetro Rotacional son La Balanza de lodos, el Filtro Filtro-prensa similares ración similares aa los los utilizados utilizados para para las las pruebas pruebas con con fluidos fluidos de de perfo perforación
Aditivos Aditivos para para Cementos: Cementos: Funciones: Funciones: ** Modificar Modificar densidad densidad ** Aumentar ón Aumentar oo disminuir disminuir resistencia resistencia aa la la compresi compresión ** Acelerar Acelerar oo retardar retardar el el tiempo tiempo de de fraguado fraguado ** Controlar Controlar perdida perdida de de fluidos fluidos ** Reducir Reducir viscosidad viscosidad de de la la lechada lechada ** Aumentar Aumentar resistencia resistencia frente frente aa fluidos fluidos corrosivos corrosivos ** Formaci ón de ón Formación de puentes puentes para para el el control control de de perdida de circulaci circulación
Densificantes: Incrementan la ón para el control del la densidad, densidad, limitan limitan yy mantienen mantienen presi presión pozo yy para ón del lodo. para mejorar mejorar el el desplazamiento o remoci remoción Entre ellos se tiene: Arena, Barita, Hemat í ta ta Hematíta
Controladores de Filtrado : Previenen ón del ón de la columna de Previenen la la deshidrataci deshidratación del cemento cemento yy evitan evitan la la disminuci disminución cemento ón de la presi ón cemento debido a la perdida de agua, lo cual origina reducci reducción presión ejercida por la columna hidrost ática. Evitar da ño a las formaciones productoras hidrostática. daño Cementaciones áximo 150 ml Cementaciones Primarias: Primarias: filtrado filtrado << 250 250 ml; ml; Forzamientos: Forzamientos: m máximo Entre í meros ánicos, LLátex, átex, Cemento con Bentonita y meros Org Entre estos estos se se tienen: tienen: Pol Polímeros Orgánicos, dispersante dispersante
Aceleradores: Aumentan la velocidad de la tasa normal de reacci ón entre el cemento y el agua. Aumento de la resistencia a la compresi ón y disminución del tiempo de fraguado o espesamiento ( acelerador total ). Son generalmente agregados al cemento en temperaturas entre 32 °F y 110°F. Son fabricados a partir de cementos A, G y H.
Entre los mas usados están: Cloruro de Calcio ( hasta 2% ) 60 °F Cloruro de Sodio ( 1-5% ) >10 % ------ Retardador Bórax (Na2B4O4.10H2O) Tetraborato de Sodio Decahidratado Silicato de Sodio ( Diesel A ). Sistema Diesel
Retardadores: Material Org ánico de alto peso Orgánico peso molecular. molecular. Prolongan el tiempo de bombeabilidad y retardan el fraguado de la lechada de cemento Entre ellos se pueden encontrar: Lignosulfonato de Sodio y Calcio ( 0.1 -1%) 0.1-1%) Agua -17 Lbs Agua Saturada Saturada con con Sal Sal (15 (15-17 Lbs / sc )) Lignosulfonato de Calcio ( 0.1 -1.05 ) 0.1-1.05 CMHEC Carboximetil- Hidroxietil Celulosa) CMHEC ((CarboximetilCelulosa) Sal (Cloruro de Sodio) >10%
Extendedores: Existen varios métodos para reducir la densidad: controlando agua, agregando materiales de bajo peso especifico o ambos m étodos en común La Bentonita es el material mas utilizado en diferentes formulaciones, tanto en pol vo como en forma prehidratada. Su función es variada y entre ellas se tienen: reducen la densidad de la lechada, aumentan el rendimiento, disminuyen la perdida de filtrado y reducen los costos Bentonita (2-16%) Atapulguita (0.5- 4%) Hidrocarburos Naturales :Gilsonita, Carbón (1-50 Lbs/scs) Silicato de Sodio (1- 7.5 Lbs/scs) Pozolanas , , tierra Diatomacea , Cenizas en polvo, Perlitas Expandidas
Dispersantes : Se itir el Se agregan agregan al al cemento cemento para para proveer proveer propiedades de de flujo flujo y perm permitir bombeo al, bombeo de de la la lechada lechada de de cemento cemento en en flujo flujo turbulento turbulento aa menor menor caud caudal, minimizando áulica. minimizando as asíí los los requerimientos requerimientos de de potencia potencia hidr hidráulica. Disminuyen a de Disminuyen la la viscosidad, viscosidad, bajan bajan el el punto punto cedente cedente yy la la resistenci resistencia de gel Entre í meros meros de cadena larga, Lignosulfonato de Calcio y Entre ellos ellos se se tienen: tienen: Pol Polímeros Cloruro áridos Cloruro de de Sodio, Sodio, Hidoxalatos Hidoxalatos Polisac Polisacáridos
Reolog í a en Cementos: Reología Newtonianos: Newtonianos: Proporcionalidad Proporcionalidad directa directa yy constante constante entre entre la la velocidad velocidad de de corte corte yy el el esfuerzo esfuerzo de de corte. corte. Viscosidad Viscosidad independiente independiente de de la la velocidad velocidad de de corte, corte, comienza comienza aa fluir fluir inmediatamente inmediatamente de de aplicado aplicado un un esfuerzo esfuerzo
Fluidos No -Newtonianos: No No-Newtonianos: No presentan presentan proporcionalidad proporcionalidad directa ón yy temperatura directa entre entre fuerza fuerza yy flujo flujo aa presi presión temperatura constante, constante, necesitan necesitan de de un un esfuerzo esfuerzo adicional adicional para para comenzar comenzar aa fluir fluir
Reolog í a en Cementos: Reología ) ) s s e e i i p p
2 2
0 0 0 0 1 1 / / s s b b l l e e t t r r o o C C e e d d
No- Newtonianos
Newtonianos
o o z z r r e e u u f f s s E E
Velocidad Velocidad de de Corte Corte R.P.M. R.P.M. (FANN) (FANN)
Las lechadas de cemento son fluidos -Newtonianos fluidos No No-Newtonianos
Reolog í a en Cementos: Reología Reg í menes menes de Flujo: Regímenes Flujo Turbulento
95 % remoción del lodo
Flujo Laminar
90 % remoción del lodo
Flujo Tapón
60 % remoción del lodo
Equipos de Cementaci ón Cementación
Equipos de Cementaci ón: Cementación: Bomba de Cementació Cementación
Tapó Tapón de Goma
Centralizador
Cuello Flotador
Zapata Guí Guí a
Zapata Gu í a: a: Guía: Niple érica en Niple en en forma forma forma esf esférica esfé en la parte parte inferior inferior inferior para para para suavizar suavizar suavizar el el contacto contacto contacto con con con el el hoyo cuando se introduce el revestidor y evitar el derrumbe del mismo La circulaci ón se establece hasta abajo por el revestidor circulación revestidor yy hacia hacia fuera por eell extremo abierto í a o a trav és de sus orificios laterales abierto de de la la Zapata Zapata Gu Guía través
Zapata Flotadora o Diferencial: Sirve í a y de flotador. Limita la circulaci ón del fluido en una sola direcci ón y Sirve de de gu guía circulación dirección evita dorr evita as asíí el el reingreso reingres reingresoo de de la la lechada lechad lechada a de de cemento cemento cemento hacia hacia hacia adentro adentro adentro del del revesti revestido revestidor cuando ón hidrost ática en el cuando la presi presión hidrostática el espacio espacio anular anular es es mayor mayor que que en en el revestidor. revestidor.
Cuello Flotador: Proporciona un asiento para la fijaci ón de tapones cementadores, su funci ón fijación función es similar a la de la Zapata y se coloca en el extremo superior del primer tubo de revestimiento
Centralizadores: Su ón es la de centralizar el revestidor con la finalidad de mantene Su funci función mantenerr cemento uniforme í a y evitar desbalance de presiones externas, uniforme alrededor de la tuber tubería manteniendo ralizándolo y manteniendo al revestidor separado de las paredes del hoyo, cent centralizándolo minimizando ón del és de la lechada. minimizando la la canalizaci canalización del lodo a trav través
Tapones de Cementaci ón : Cementación Dispositivos ón de Dispositivos utilizados durante la la operaci operación de bombeo bombeo de de cemento, cemento, para para disminuir ón de la lechada con el fluido ón o con el de disminuir la la contaminaci contaminación fluido de de perforaci perforación desplazamiento. desplazamiento. El ón inferior limpia la pared del revestidor del El tap tapón del fluido fluido del pozo y el superior limpia í a de limpia la la tuber tubería de revestimiento revestimiento de de la la lechada lechada de de cemento cemento para para no no contaminar contaminar el el lodo lodo al al momento momento del del desplazamiento. desplazamiento.
Cabezal de Cementaci ón: Cementación: Se encuentra en la parte superior del tubo que esta en superfici e, en el se superficie, guardan los tapones cementadores. Permite soltar el tap ón en cualquier tapón momento sin interrumpir la operaci ón de bombeo. operación Existen varios í da da libre varios tipos: tipos: Manifold Manifold y Ca Caída libre
Cementaci ón Primaria: Cementación Planificaci ón: Planificación: Es necesario conocer: * Condiciones del hoyo * Temperatura de circulaci ón en el fondo del circulación del pozo * Temperatura de de registros registros (extrapoladas) * Presiones que ser án impuestas sobre la lechada serán * Zonas de perdida de circulaci ón, arenas permeables circulación, * Tipo de fluido de perforaci ón perforación
Propiedades de la lechada:
** Tiempo Tiempo de de espesamiento espesamiento oo bombeabilidad bombeabilidad ** Resistencia ón Resistencia aa la compresi compresión ** Aditivos Aditivos ** Materiales Materiales de de perdida perdida ** Propiedades Propiedades del del flujo flujo ** Calidad Calidad de de agua agua de de la la mezcla ** Densidad Densidad de de la la lechada lechada
Cementación Primaria: Causas del fracaso de una cementaci ón primaria : * Mezcla incompleta de cemento * Fallas mecánicas * Fallas en el sistema a granel * Cantidad de agua incorrecta
* Fraguado rápido o lento del cemento * Agua de mezcla contaminada * Demasiada o muy poca agua de mezcla * Temperatura de fondo apreciada incorrectamente * Caudal de bombeo inadecuado * Falla mecánica
Causas del fracaso de una cementación primaria : * Canalización de la lechada * Mala centralización del revestidor * Revestidor inmóvil durante la cementaci ón * No se bajó espaciador * Circulación del lodo pobre * No se bajo tapón de fondo
Como tener una cementación exitosa : Condiciones del lodo optimas para estabilizar el pozo y lograr valores reológicos óptimos Mantenimiento continuo de la tubería durante el acondicionamiento del lodo y operaciones de cementación Bombear lo mas que se pueda de espaciador adelante del cemento Utilizar centralizadores para lograr mejor distribución del cemento en el anular Diseño apropiado de reología de la lechada de cemento Altas tasas de desplazamiento de la bomba, mejoran la posición del cemento Prevenir contaminación de lodo / cemento Conocer las limitaciones de presión de fractura de formación
Como mejorar el trabajo de cementación Identificar tapones superior superior ee inferior inferior yy asegurarse asegurarse de de su su correcta correcta instalación en el cabezal de cementación Revisar cabezal de de cementación cementación Probar líneas desde el camión hasta el cabezal del pozo ( 300-500 300-500 lpc) lpc) Reciprocar el revestidor (15-20 pies) y acondicionar el hoyo Chequear retorno del lodo lodo yy recortes recortes hasta hasta la la total total limpieza del hoyo Acondicionar el lodo lodo (resistencia (resistencia gel, gel, viscosidad viscosidad plástica, plástica, punto punto cedente cedente yy densidad del lodo lo mas baja posible Acondicionar el hoyo con tasas de bombeo en GPM equivalentes a las anticipadas del bombeo de cemento Mezclar espaciadores y observar operación de mezcla. Recoger muestras mojadas y secas. Pesar yy registrar lechadas continuamente
Como mejorar el trabajo de cementación Registrar presión en superficie de bombeo continuamente durante el trabajo. Registrar cemento total mezclado y tiempo de desplazamiento Soltar tapón superior una vez que haya sido bombeado todo el cemento. Desplazar cemento hasta que que el tapón tapón superior superior asiente asiente en en el cuello cuello flotador Observar retorno de lodo por si hay pérdidas pérdidas oo ganancias, etc Disminuir tasas de bombeo para asentar el tapón en el cuello flotador. Asentar el tapón con la presión adecuada por encima de la presión de circulación. Revisar equipo de flotación Si el flotador se mantiene, dejar el revestimiento abierto durante el tiempo de espera del fraguado del cemento Si el tapón no se asienta con los strokes calculados, sobredesplazar el tapón no mas del volumen entre el cuello flotador y la zapata (30 pies)
Programa TTípico í pico pico de Revestidores Conductor
Revestidor de Superficie
Revestidor Intermedio
Liner de Producción
Cementaci ón Primaria Cementación Etapa Etapa # 1
Etapa # 2
Etapa # # 33
Etapa Etapa # # 44
Circulació ón del Circulaci Circulación del Lodo Lodo
Bombeo Bombeo de de Espaciador Espaciador yy Lechada de Lechada de Cemento Cemento
Desplazamiento Desplazamiento de de la Lechada la Lechada
Estado Estado final final del pozo del pozo
(Limpieza (Limpieza del del Hoyo) Hoyo)
Cuello Flotador
Zapata
Fluido de Perforación Espaciador Lechada de Cemento
Tapón Inferior Tapón Superior
Tubo Conductor : Se o, se puede utilizar Se utiliza utiliza cemento cemento acelerado acelerado para para disminuir disminuir el el tiempo tiempo de de fraguad fraguado, un ón. un aditivo aditivo para para perdida perdida de de circulaci circulación. Es ón Superior para evitar Es conveniente conveniente usar usar espaciador espaciador para para remover remover lodo lodo yy usar usar Tap Tapón canalizaci ón del cemento canalización
Conductor
Tubo Conductor: El m étodo mas usado es bajar tuber í a de perforaci ón hasta el cuello flotador método tubería perforación y bombear cemento hasta que haya retornado por el anular hoyo -conductor hoyo-conductor
Trabajo en en superficie superficie ( Top Job )
Cuello Cuello Flotador Flotador
Zapata Zapata
Revestidor de Superficie : Se acio anular hasta Se utiliza utiliza normalmente normalmente una una lechada lechada de de relleno relleno para para llenar llenar el el esp espacio superficie. erá tener superficie. El El cemento cemento de de mayor mayor resistencia resistencia llamado llamado de de cola, cola, deb deberá tener una una resistencia ón no mayor de 500 Lpc resistencia aa la la compresi compresión
Conductor Revestidor de Superficie
Revestidor de Superficie: Procedimiento: * Circular el pozo pozo para para romper romper geles geles * Usar espaciador para remover bien el lodo * Utilizar cemento acelerado
Se deben bajar los siguientes equipos : Zapata Guí a, a, Cuello flotador, Centralizadores, Tapones Inferior y Superior. Si hay problemas de perdida de circulación, se puede bombear el cemento por el espacio anular a través de una tuberí a de 0.9 a 1.0 Pulgadas hasta que el cemento frague en superficie
Revestidor Intermedio: Se utilizan varios tipos de cemento. El primer tipo es el de rel leno y relleno luego el cemento de cola de alta densidad. El cemento utilizado para este tipo de revestidor suele tener retardadores para obtener buenos tiempos de bombeabilidad aun a altas temperaturas. Puede contener ón, de perdida de contener aditivos aditivos reductores reductores de de fricci fricción, circulaci ón o perdida de fluidos circulación
Conductor Conductor Revestidor Revestidor de de Superficie Superficie
Revestidor Intermedio
Revestidor de Producci ón: Producción: Es necesario ón, por lo que hay que bombear la necesario realizar realizar una una buena buena cementaci cementación, lechada en flujo flujo turbulento, turbulento, con con movimiento movimiento del del revestidor revestidor hacia hacia arriba arriba yy hacia hacia abajo. Se debe chequear si funciona ón. funciona el sistema de flotaci flotación. Hay que soltar la presi ón al terminar la cementaci ón para que no se formen presión cementación micro -anillos detr ás del revestidor micro-anillos detrás
Conductor Revestidor Revestidor de de Superficie Superficie
Revestidor Revestidor Intermedio Intermedio
Revestidor de Producci ón Producción
Liner o Camisa de Producci ón: Producción: Es ón, no centralizada y por ende,el Es una una de de las operaciones mas riesgosas, con poca planificaci planificación, cemento ón. Otras cemento sufre sufre contaminaci contaminación. Otras veces veces el el cemento cemento del del Liner es deficiente deficiente en en cantidad cantidad y calidad, calidad, yy la ón no es exitosa. la cementaci cementación exitosa. El á tener de cuatro El cemento cemento deber deberá cuatro aa seis seis horas horas de de espesamiento, espesamiento, usar usar recirculadores para mezclar el cemento éneo antes de bombearlo debe tener baja perdida de fluido cemento con el el peso peso adecuado adecuado yy homog homogéneo para para evitar evitar problemas problemas con con gas gas
Conductor Revestidor Revestidor de de Superficie Superficie
Revestidor Revestidor Intermedio Intermedio
Liner de ón de Producci Producción
Liner o Camisa de Producci ón: Producción: Es ón, no Es una una de de las las operaciones operaciones mas mas riesgosas, riesgosas, con con poca poca planificaci planificación, no centralizada centralizada yy por por ende,el ón. Otras ende,el cemento cemento sufre sufre contaminaci contaminación. Otras veces veces el el cemento cemento del del Liner Liner es es deficiente deficiente en en cantidad ón no cantidad yy calidad, calidad, yy la la cementaci cementación no es es exitosa. exitosa. El á tener El cemento cemento deber deberá tener de de cuatro cuatro aa seis seis horas horas de de espesamiento, espesamiento, usar usar recirculadores recirculadores para para mezclar éneo antes mezclar el el cemento cemento con con el el peso peso adecuado adecuado yy homog homogéneo antes de de bombearlo bombearlo debe debe tener tener baja baja perdida perdida de de fluido fluido para para evitar evitar problemas problemas con con gas gas
Conductor Revestidor Revestidor de de Superficie Superficie
Revestidor Revestidor Intermedio Intermedio
Liner ón Liner de de Producci Producción
EJEMPLO DE CALCULOS
CCálculo álculo de Vol úmenes en Cementaciones Volúmenes Al ño de cementaci ón se requiere el conocimiento del Volumen de Al realizar un dise diseño cementación Mezcla -cemento que á en la cementaci ón. Este volumen es ón del Mezcla agua agua-cemento que se se usar usará cementación. es funci función di ámetro del hoyo, di ámetro de la tuber í a y de la altura de la columna de cemento diámetro diámetro tubería
Vmz = Van + Vrev Donde:
Van: Volumen Anular, Pies CCúbicos úbicos o Barriles Vrev úbicos o Barriles Vrev:: Volumen Volumen del del Revestidor Revestidor lleno, lleno, Pies Pies CCúbicos
Volumen Volumen Anular Anular
Volumen Volumen del Revestidor
C álculo de Vol úmenes en Cementaciones Cálculo Volúmenes Volumen Anular : * Di ámetro de la mecha mas un exceso Diámetro * Registro Caliper í a del pozo) Caliper (Geometr (Geometría Anal í ticamente ticamente se puede calcular as Analíticamente así:í :
Van = 0.005454 * ( dh 2 - dt 2 ) * D
( Pies Cúbicos ) (1)
Van = 0.000972 * ( dh 2 - dt 2 ) * D
( Barriles )
Donde:
(2)
dh = Di ámetro del hoyo Diámetro hoyo , pulgadas pulgadas dt = Di ámetro de la Tuber í a , pulgadas Diámetro Tubería D = Profundidad, pies
La capacidad volum étrica del anular por pie de longitud se obtiene volumétrica dividiendo las ecuaciones (1) y (2) por la profundidad. Para la tuber í a se usa la misma ecuaci ón de la forma siguiente: tubería ecuación
CVt = 0.005454 dt 2 ( pies cúbicos ) CVt = 0.000972 dt 2 ( barriles )
Volumen de Mezcla: Vmz = 1.2 * ( Van + Vrev )
20 % exceso
Volumen de la Lechada: Se calcula multiplicando el numero de sacos por el rendimiento. El rendimiento se puede calcular para cada tipo de cemento, dependiendo del requerimiento de de agua agua especifico especifico para para cada cada tipo tipo de cemento. La A.P.I recomienda 5.2 Galones de agua por saco de cemento. Un saco de cemento pesa 94.0 Libras y tiene un volumen de 1 Pie CCúbico. úbico. Entonces:
VCem = 94.0 Libras /Gec x 62.4 Lbs / pie cúbico (*) Cementadoras ) ) (*) Para Para saber saber la la Gravedad Gravedad Especifica Especifica se se va va aa las las tablas tablas (manua (manuall Comp. Cementadoras)
Ejemplo: La ón) La Gec de de un un cemento cemento clase clase AA es es 3.14 3.14 (manuales (manuales de cementaci cementación) Sustituyendo se tiene:
VCem = 94.0 Libras / 3.14 úbico 3.14 ** 62.4 62.4 Lbs / pie ccúbico VCem úbicos VCem== 0.48 Pies ccúbicos Significa que en un saco de cemento solamente el 48% es cemento neto. Si se sac , se tendr á un volumen de se recomienda recomienda usar usar 5.2 5.2 Gal/ Gal/sac, tendrá de mezcla: Vmz ) + VCem (pies ccúbicos) úbicos) Vmz = (5.2 Gal Gal / sac sac / 7.48 Gal Gal // pie pie cubico cubico) Vmz = 5.2 / 7.48 + 0.48 Vmz = 1.18 1.18 pie 33 / saco
Rendimiento Rendimiento de de la la mezcla mezcla
Conociendo ándolo por el rendimiento , se Conociendo el el numero numero de de sacos sacos yy multiplic multiplicándolo encuentra úbicos y si se quiere á con encuentra el el volumen volumen en en pies pies ccúbicos quiere llevar llevar aa barriles, barriles, bastar bastará multiplicar úbico multiplicar este este valor valor por por 0.1781 0.1781 barriles barriles // pie pie ccúbico
Tiempo de Circulaci ón: Circulación: Es ar cemento Es el el tiempo tiempo transcurrido transcurrido desde desde que que se se empieza empieza aa mezclar mezclar yy bombe bombear hasta hasta que que la la mezcla mezcla ha ha sido sido colocada colocada en su sitio
Tc = Tmb + Tdc Tc Tc:: Tiempo cementando Tmb Tmb:: Tiempo mezclando y bombeando cemento Tdc Tdc:: Tiempo desplazando cemento
Tmb Tmb == Cantidad Cantidad de de cemento cemento aa mezclar mezclar // Capacidad Capacidad de de mezcla mezcla yy bombeo bombeo (minutos) (minutos)
Tdc = Volumen de desplazamiento / Gasto de la bomba (Q)
Q = 0.00679 * N * S ( 2Dc - Dv ) N : Longitud carrera (pies) S : Emboladas por minuto Dc : Di ámetro de la camisa Diámetro Dv : Di ámetro del vvástago ástago Diámetro
Ejemplo de C álculo: Cálculo: Determinar ón de Determinar el el tiempo tiempo de de cementaci cementación de un un pozo pozo de de 6000 6000’’ de profundidad profundidad con con un di ámetro de ”. El ámetro del diámetro de 12 12 1/4 1/4”. El di diámetro del revestidor revestidor es es de de 99 5/8 5/8”” y peso peso nominal nominal de de 53.5 53.5 Lbs/pie. Lbs/pie. La cantidad de cemento a mezclar es de 1000 sacos y se tiene una capacidad de mezcla y bombeo de 20 scs / minuto. El taladro taladro tiene tiene una una bomba bomba Duplex Duplex con con las las siguientes siguientes especificaciones: especificaciones: 18 emboladas por minuto DUPLEX00Di ámetro de Diámetro de la la camisa: camisa: 66 1/2 1/2”” Di ámetro del ástago: 2.5 Diámetro del vvástago: 2.5””
Eficiencia 90% 90% EPM EPM == 60 60
Tc = Tmb + Tdc Tmb min Tmb = 1000 1000 scs scs // 20 20 scs/ scs/min Tmb = 50 50 minutos minutos
Tdc = Vdc / Gasto (Q) Vdc = Longitud revest.hasta el cuello * 0.005454 0.005454 * Diam Diam.. Int.22 Vdc = (( 6000 ’) * 0.005454 6000’’ - 40 40’) 0.005454 *(8.535) *(8.535) 22 Vdc Vdc = 2368 pies ** 7.48 7.48 gal/pie gal/pie33
Vdc = 17712 17712 galones galones
Gasto:
Q = 0.00679 * N * S ( 2Dc 22 - Dv 22 ) * Eficiencia Q = 0.00679 * 60 * 18 ( 2(6.5) 22 - (2.5) 2 ) * 0.90 Q = 516 Gal / min
Tdc = 17712 / 516 516 Tdc = 34 34 minutos minutos
Tc = Tdc + Tmb Tc = 50 + 34 Tc = 84 minutos
Tiempo de cementaci ón cementación
Fórmulas Fórmulas para para calcular calcular la la capacidad capacidad de de tubería tubería de de perforación: perforación:
0.0009714 x D2 1029.4 / D2 0.005454 x D2 183.35 / D2 0.0408 x D2 24.51 / D2
Barriles por pie: Pie por Barril: Pie Cúbico por pie: Pie por pie Cúbico: Galones por pie: Pie por Galón : D : Diametro en Pulgadas
Fórmulas Fórmulas para para calcular calcular el el volumen volumen entre entre tubería tubería yy hoyo, hoyo, revestidor revestidor yy hoyo hoyo yy entre entre revestidor revestidor yy revestidor revestidor
Barriles por pie: Pie por Barril: Pie Cúbico por pie: Pie por pie Cúbico: Galones por pie: Pie por Galón :
0.0009714 x (D2 _ d2) 1029.4 / (D2 _ d2) 0.005454 x (D2 _ d2) 183.35 / (D2 _ d2) 0.0408 x (D2 _ d2) 24.51 / (D2 _ d2)
D : Diametro en Pulgadas d : Diame no en Pulgadas
Cementaci ón Forzada Cementación Operación que se realiza en un pozo en el cual se forza bajo presi ón hidráulica una lechada de cemento en una formaci ón, en canales o rajaduras detrás del revestidor o a través de orificios hechos a prop ósito en el revestidor
Causas que pueden originar una cementación forzada * Reparar un trabajo de cementació cementación primaria que falló falló debido a canalizació canalización de cementación * Eliminación de intrusión de agua desde arriba, abajo o entre la zona de producción de agua * Reducir la relació relación Gas/Petró Gas/Petróleo producida, aislando las zonas
de gas de los intervalos de
petróleo adyacentes * Reparar fugas en el revestidor debido a que este se encuentra corroido * Taponar y abandonar una zona de producci ón depletada que zonas de pé pérdida de circulació circulación
este produciendo agua y
Fundamentos B ásicos de una Cementaci ón Forzada: Básicos Cementación Forzamiento de cemento en fracturas a alta presi ón o dentro de las perforaciones de un revestidor, usando forzamiento a baja presi ón, es básicamente un proceso de filtraci ón La tasa de aumento de la torta es una funci ón de la permeabilidad de la formación, la presión diferencial aplicada, el tiempo y la capacidad de la lechada para perder fluido
Lechada de baja pérdida de agua
Formación de baja permeabilidad Deshidratación lenta
Tiempo Operación
El revoque del cemento formado en contra de las paredes de la formación permeable, inicialmente posee alta permeabilidad que permite una rápida deshidratación de una lechada cuya perdida de fluido no es controlada
Fundamentos B ásicos de una Cementaci ón Forzada: Básicos Cementación La lechada ideal es aquella capaz de controlar la tasa de crecimiento del revoque de tal forma que crezca un revoque uniforme sobre todas las superficies permeables
REVESTIDOR
CEMENTACION PRIMARIA
FORMACION
CEMENTO DESHIDRATADO NODOS DE CEMENTO
Fundamentos B ásicos de una Cementaci ón Forzada: Básicos Cementación TTécnica écnica de la cementaci ón forzada por Hesitaci ón cementación Hesitación La construcción de un revoque dentro de los t úneles de las perforaciones o dentro de fracturas previamente inducidas, requiere el mismo pro cedimiento básico de aplicar una presi ón diferencial para inducir la deshidrataci ón de la lechada La cantidad relativamente pequeña de perdida de filtrado de la lechada, hace impráctico, mas no imposible, el bombeo continuo suficientemente desp acio para reemplazar el volumen perdido a la formaci ón y el mantenimiento de una presión diferencial constante
La tasa de bombeo m ínima realizable con el equipo superficial existente o de uso corriente es excesivo aun para los trabajos de forzamiento a alta presión, en los cuales se crean grandes fracturas
Fundamentos B ásicos de una Cementaci ón Forzada: Básicos Cementación Técnica de la cementación forzada por Hesitación El único procedimiento que hace posible la deshidratación de pequeñas cantidades de cemento en el interior de las perforaciones o en cavidades de fo rmación, es la aplicación intermitente de presión separada por un periodo de caimiento de la presión causado por la perdida de filtrado hacia el interior de la formación
) 0 0 1 x C P L ( E I C I F R E P U S N Ó I S E R P
20 Caida de presión
16
Contraflujo probado
12 8 4 0 0
20
40
60 80 100 120 140 TIEMPO (MIN.)
La caída de presión inicial rápida, porque no existe revoque, esto permitirá permitirá que al comienzo del trabajo los periodos entre las etapas de bombeo sean cortos. A medida que el revoque crece, el periodo de filtración se vuelve mas largo y las diferencias entre las presiones iniciales y finales menores, hasta que al final del trabajo, la caí caída de presió presión se vuelve despreciable.En esta etapa, una prueba de 300 a 500 Lpc sobre la presió presión final de inyección seguida por una pendiente constante e igual a cero, indicará indicará el final del
Dise ño de la lechada: Diseño Las propiedades de la lechada deben ser programadas de acuerdo a las características de la formación en la cual se va hacer la cementaci ón forzada y la técnica que se va a utilizar.
Entre las condiciones o propiedades de la lechada que hay que tomar en cuenta están: * Perdida de Fluido * Volumen de la lechada * Tiempo de Espesamiento * Dispersión * Técnicas de Cementación Forzada Baja Presión Alta Presión
P érdida de Fluido: Pérdida Es importante cuando se cementa en una formación de alta permeabilidad, usando técnicas de baja presión. Una lechada diseñada apropiadamente, permitirá el llenado completo de las cavidades de las perforaciones, dejando que crezca una protuberancia mínima en el revestidor
PERDIDA DE FLUIDO 800 ml / 30 min
150 ml / 30 min NODOS
50 ml / 30 min
15 ml / 30 min
P érdida de Fluido: Pérdida La perdida de fluido varia de acuerdo con la permeabilidad de la zona a ser tratada. En formaciones de baja permeabilidad se acep ta, generalmente de 100 a 200 ml / 30 min, mientras que para formaciones de alta permeabilidad podr ía ser necesario 50 a 100 ml / 30 min
En la cementación forzada a alta presi ón, cuando se sobrepasa la presi ón de fractura de la formaci ón, la lechada es bombeada dentro de las fracturas inducidas y se deshidrata en contra de las paredes de la fractura. Si la permeabilidad de la formaci ón es suficientemente alta, una lechada de perdida de fluido de media a alta (200 -500 ml), permitirá la formación de revoque y la desviación subsecuente de la lechada hacia las fracturas mas pequeñas
Volumen de la lechada: Depende de la longitud del intervalo a ser cementado y de la t écnica de colocación a ser usada
A baja presión, el volumen total es usualmente lo suficientemente peque ño como para llenar las cavidades de las perforaciones y el volumen del revestidor en frente de las perforaciones con cemento deshidratado.
A alta presión, el volumen de cemento a ser colocado en fracturas inducidas es dif ícil de estimar porque es funci ón de la anchura y altura de las fracturas generadas.
Tiempo de Espesamiento: Cementaciones forzadas a profundidades someras, com únmente se utilizan aceleradores tal como el Cloruro de Calcio (CaCl 2), el cual reduce el tiempo al cual el cemento desarrolla resistencia compresiva inicial
Cementaciones forzadas a grandes profundidades en formaciones de baja permeabilidad, es necesario extender el tiempo de bombeo de la lechada retardadores comunes como Lignosulfonatos, Acidos Org ánicos, Sal, etc..
Dispersi ón: Dispersión: La capacidad de una lechada para penetrar fracturas peque ñas y angostas es proporcional a su fluidez. Lechadas viscosas, aunque son muy útiles cuando se cementan hoyos grandes, no fluyen dentro de los canales peque ños o angostos, a menos que sean sometidas a altas presiones diferenciales que en todo caso est án limitadas por la presión de fractura de la formaci ón.
Las lechadas adelgazadas con bajo punto cedente, son obtenidas utilizando dispersantes reductores de fricci ón o inductores de turbulencia
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: Forzamiento de la lechada a presi ón por debajo de la presi ón de fracturamiento de las formaciones. El prop ósito de esta operaci ón es llenar las cavidades de las perforaciones y huecos interconectad os con cemento deshidratado.
Las forrmaciones que rodean los huecos o fracturas, deben tener la suficiente permeabilidad y las cavidades por si mismo, deben est ar libres de fluidos da ñinos tales como lodos o salmueras de completacion que construyan s ólidos. La presencia de este tipo de fluidos frente a la lechada podr ía inhibir la deshidrataci ón del cemento en algunas perforaciones, dejando en ellas, lechada no deshidrat ada.
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: Las subsecuentes pruebas de producci ón con la tubería de perforación (DST) o las pruebas de producci ón en si, someter án a estas perforaciones a una presi ón diferencial negativa que pueden remover tales tapones parciales de sus cavidades El volumen de cemento en este tipo de operaci ón es relativamente pequeño, debido a que realmente no se bombea ninguna lechada dentro de la formaci ón Cementaciones forzadas en perforaciones de formaciones depletada s, la colocación del cemento en frente de las perforaciones, puede ser la única forma de evitar el fracturamiento de la formaci ón como un resultado de la presi ón hidrostática
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: Si se va a efectuar un forzamiento desde el cabezal ( bull-head squezze), son aplicables los siguientes c álculos: Máxima pres. permisible en perforaciones : Presión de fractura - 500 Lpc ( factor de seguridad )
dc
h-(x+k)
X= x
ds h
k
dc
(FG * h) h) - 50 500 0
- 0.052 * h * d c
0.052 ( ds - dc ) X representa la máxima columna de cemento que la formación puede soportar con seguridad. El volumen máximo de la lechada de cemento es por consiguiente: Vmax = ( XVt ) (pies3)
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: X=
dc
h-(x+k)
x
(FG * h) h) - 50 5000
- 0.052 * h * dc
0.052 ( ds - dc )
Donde :
ds h
h = Profundidad de las perforaciones (pie) X = Longitud de la columna de cemento (pie)
k
dc
Ds = Densidad Densidad de la lechada lechada de cemento (Lbs/gal) Dc = Densidad del fluido de completación (Lbs/gal) FG = Gradiente de Fractura de la formación (Lpc /pie) 500 = Factor de Seguridad (Lpc) Vt = Volumen de la tubería por unidad de long. (pie3 /pie) k = Distancia de la empacadura a las perforaciones (pies)
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: Ejemplo: Se va a efectuar una cementaci ón forzada en un pozo en el cual las perforaciones a ser perforadas est án a 6250 pies, con tuber ía de producción de 2 1/2” de diámetro interno, dentro de un revestidor de 7”; 30 Lbs/pie. Se va a asentar la empacadura a 6150 pies
Gradiente de fractura estimado: 0.7 Lpc /pies Fluido de Desplazamiento: Salmuera de 8.6 Lbs/gal Lechada de cemento: Clase G Densidad: 15.8 Lbs/gal Rendimiento: 1.15 Pies3 /saco
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Baja Presión: Usando la formula para el c álculo de la máxima columna permisible de cemento:
X=
X=
(FG * h) - 500
(0.7 * 6250) - 500
- 0.052 * h * dc
0.052 ( ds - dc )
- 0.052 *6250 * 8.6
0.052 ( 15.8 - 8.6 )
=2885 pies
Vmax = ( XVt ) = 2885 * 0.0325 = 93.75 pies 3 Sacos cemento = 93.75 pie 3 / 1.15 pie3 /saco = 80 sacos
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Alta Presión: Existen algunos casos en que la cementaci ón a baja presión de las perforaciones no cumple con los objetivos del trabajo. Los canal es detrás del revestidor pueden no estar directamente conectados con las perfo raciones; las pequeñas fracturas o microanillos pueden permitir el flujo de gas, per o no una lechada de cemento. En tales casos,se necesita agrandarlos p ara que acepten un fluido viscoso de acarreo de s ólidos
La colocación del cemento por detr ás del revestidor se lleva a cabo fracturando las formaciones en o cerca de las perforaciones. Los fluidos que van delante de la lechada son desplazados en las fracturas, perm itiendo que el cemento llene los espacios deseados
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Alta Presión: La aplicación de la técnica de Hesitación, deshidratará la lechada en contra de las paredes de la formaci ón, dejando todos los canales desde la fractura hasta las perforaciones llenas de revoque del cemento
Durante la cementaci ón forzada a alta presi ón, la localización y orientación de la fractura generada, no puede ser controlada. La extensi ón de las fracturas es función de la tasa de bombeo aplicada despu és que la fractura es iniciada; así, la cantidad de cemento usada depende de la forma como sea llevada a cabo la operaci ón. Las altas tasa de bombeo generaran fracturas grandes y subsecuentemente se necesitaran grandes vol úmenes de cemento para llenarlas
Técnica de cementación forzada a alta presión CEMENTO DESHIDRATADO REVESTIDOR CEMENTACION PRIMARIA
LODO
REVOQUE FILTRADO CEMENTO
FRACTURA VERTICAL
FILTRADO
0
LODO
TTécnicas écnicas de ón Forzada: de Cementaci Cementación Cementación a Alta Presión: Se debe impedir o minimizar la utilizaci ón de lodos de perforaci ón o fluidos de baja perdida de agua delante de las lechadas. Un espa ciador con alta perdida de agua tal como el agua o una soluci ón débil de Acido Clorhídrico, no solo abrir á las fracturas mas peque ñas, sino que también limpiara las perforaciones y la trayectoria del cemento. La presión de iniciaci ón de la fractura ser á menor usando este tipo de preflujo que cuando se utilizan fluidos no penetrantes
TTécnicas écnicas de ón de la lechada en la de Colocaci Colocación Cementaci ón Forzada: Cementación
Con Empacadura: El principal objetivo de estas t écnicas es el aislamiento del revestidor y del cabezal mientras se aplica alta presi ón en el fondo del pozo. La prueba y cementación de zonas múltiples es una operaci ón donde se usan comúnmente las empacaduras En la cementación forzada se usan empacaduras asentadas bien sea por tensi ón o por compresi ón, tienen una v álvula de desviaci ón del flujo para permitir la circulaci ón de los fluidos durante la bajada en el pozo y una vez que ha sido asentada la empacadura, permitiendo a la vez la limpieza de las herramientas despu és de realizado el trabajo
TTécnicas écnicas de ón de la lechada en la de Colocaci Colocación Cementaci ón Forzada: Cementación
Con Empacadura: Los retenedores de cemento con cable se usan en vez de las empacaduras para evitar el regreso del fluido cuando no se esper a deshidratación del cemento o cuando las altas presiones diferenciales negativas perturban el revoque del cemento.
Cuando se cementan zonas m últiples, el retenedor de cemento aislará las perforaciones interiores y el subsecuente forzamiento de la zona se puede llevar a cabo sin esperar el fraguado de cement o. Los retenedores de cemento son empacaduras perforables previstos de una v álvula de doble paso que evita el flujo en una o ambas direcciones. Se opera con un Stringir, colocado en el extremo inferior de la sarta de trabajo
TTécnicas écnicas de ón de la lechada en la de Colocaci Colocación Cementaci ón Forzada: Cementación
Con Empacadura: Los tapones - puente perforables se usan normalmente para aislar el revestidor debajo de la zona a ser tratada. Con un dise ño similar a los retenedores de cemento, pueden ser bajados con cable o mecánicamente, los tapones puentes no permiten flujo a trav és de la herramienta
Los tapones - puente recuperables, pueden ser bajados en un viaje con la empacadura y recuperados despu és que el cemento ha sido circulado inversamente o perforado.
TTécnicas écnicas de ón de la lechada en la de Colocaci Colocación Cementaci ón Forzada: Cementación
Empacadura Recuperable cerca de las perforaciones
Corriendo tubería de cola por debajo de las perforaciones
Colocación del cemento en frente de las perforaciones
Forzamiento de las perforaciones después de colocada la tubería de por encima
