OBJETIVOS DEL CONTROL DE CALIDAD DE LA CEMENTACIÓN
CONFIRMAR QUE EL CEMENTO ESTA PRESENTE PARA SUMINISTRAR SOPORTE AL REVESTIDOR REQUIERE LA PRESENCIA DE CUALQUIER MATERIAL EN EL ANULAR, QUE CUBRA AL REDEDOR DEL 100% DE LA CIRCUNFERENCIA CIRCUNFERENCIA REVESTIDOR-HOYO ASEGURAR QUE LAS ZONAS DE INTERÉS ESTÉN HIDRÁULICAMENTE AISLADAS REQUIERE EL 100% DEL ANULAR LLENO DEL MATERIAL NO PERMEABLE
PRINCIPIOS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN
Tipos de ondas de acuerdo con el lugar lugar las características características de procedencia. procedencia.
Herramienta Herramienta de registro de cementación con la propagación de la onda onda de sonido Las herram herramien ientas tas de regist registros ros de cemen cementa taci ción ón emit emiten en una una energ energía ía acústi acústica ca omnidireccional que que viaja a través de de los fluidos del revestidor revestidor desde un Transmisor Transmisor y se reflejan de regreso a través de estos mismos mismos fluidos fluidos hasta un receptor de señales colocado en la herramienta herramienta a una distanc distancia ia fijada. fijada. La ampli amplitud tud del del recept receptor or es propor proporcio cional nal al al porcentaj porcentaje e de la circunferenc circunferencia ia de revestido revestidorr cubierta cubierta por el cemento. cemento. La distancia distancia que la señal viaja del transmiso transmisorr al receptor receptor depende depende la calida calidad d del acopla acoplamie miento nto acústic acústico o del cemento cemento al revestidor y a la formación. Composición de la onda de señal de sonido La composición es afectada por la calidad de a. Acoplamiento acústico del cemento al revestidor y de este a la formación b. Fuerzas compresivas del cemento c. Espesor de la lechada de cementación d. Espesor de la pared del revestidor
Composición típica típica de la señal de onda para revestidor sin ceme cemento nto La magnitud magnitud de la la onda es mayor mayor en la tubería libre, creando la señal un efecto de anillo. Si el revestidor revestidor no esta acústicamente acústicamente acoplado a un material sólido en el anular, la única señal señal detectada detectada por el receptor será la señal del revestid revestidor. or. Este efecto efecto podrá ser creado por 1. Cemento inestable en el anular 2. Débil cementación (250 psi) fuerza de compresión en el anular 3. Corte de gas en el anular 4. Existencia de micro anillo entre el cemento y el revestidor 5. Inexistencia del cemento en el anular
Composición típica típica de la señal de onda para revestidor con buena cementación
Es requer requerid ido o un buen buen acop acopla lami mien ento to acústi acústico co del cement cemento o al revesti revestidor dor y a la formación para la transmisión de la señal a través de todos los los conductores. La figura figura ilustra la onda típica cuando cuando el anular esta completamen completamente te lleno lleno de de cemento, cemento, la única única forma de detectarlo es por una onda débil o completamente ausente de la señal de formación o señal del revestidor
Composici Composición ón típica típica de la señal de onda onda con buena buena adhere adherenci ncia a a la tubería, tubería, pero mala a la formación. Los factores que pueden pueden prevenir la detección detección de de la señal señal de de la formaci formación ón como como se ilustra en esta figura son: 1. Formación de revoque 2. Secciones en hoyo hoyo desnudo no llenas con cemento. 3. Corte de gas o espuma del cemento. 4. Formaciones no consolidadas.
La señal de onda donde el cemento ha sido canalizado canalizado o donde existe un microanillo entre el cemento y la formación Un canal entre entre la lechada lechada del cement cemento o y la formación normalmente no se identifica por la forma de la onda. Un canal canal en el anular anular establ establece ece un acoplamiento acoplamiento parcial entre la lechada lechada de cement cemento o al revesti revestidor dor y a la formació formación. n. El recept receptor or detect detectará ará toda toda la onda onda compuesta compuesta como la señal señal del revestidor revestidor y la señal de la formación. formación. La señal del fluido del revestidor siempre será detectada por el receptor, receptor, pero sin un valor interpretativo interpretativo y posteriormente posteriormente será ignorada. La señal del del revestidor es reflejada a través del revestidor revestidor no cementa cementado do mientras mientras que que la señal de la formación formación es detectada detectada a través través de lado cement cementado ado del revest revestido idor. r. Esta Esta condició condición n es generalmente creada por a. Centralización pobre del revestidor b. Remoción inadecuada de los ripios de la parte baja del hoyo desnudo c. Excesiva separación de agua libre del cemento La presentac presentación ión de la onda onda en el registro registro puede puede ser ser de la forma forma de energí energía a de onda onda en escala de 200-1200 200-1200 µs o forma forma de representación lineal lineal de los picos positivos (E1, E3, E5 entre otros). El tiempo transciente “P” de la onda comúnmente referido al primer arribo de la onda onda E1, puede puede varia depend dependien iendo do de la fuent fuente e de la señal detec detectad tada. a. Las señal señales es de revestidor o señales señales de formaciones formaciones rápidas rápidas exhiben exhiben generalment generalmente e un tiempo tiempo transciente de 200-400 µs, mientras que en formaciones suaves varia en un rango de 700-900 m /s /s
Índice de adherencia
Relación entre la atenuación en la zona de interés dividido entre atenuación zona 100% cementada expresada en db/pie Ecuacion I.A= Atenuación zona interés (db/pie) Atenuación zona 100% cementada (db/pie) CONTROL DE CALIDAD DE LOS REGISTROS DE CEMENTACION
REGISTRO DE POZOS PARA EVALUAR LA CALIDAD DEL CEMENTO
Para realizar la evaluación cuantitativa de la calidad del cemento, además de usar la
interpretación de los registros CBL y VDL, se incluye una combinación de registros de rayos gamma, un localizador de cuellos (CCL) y el tiempo de propagación (TT) que tarda la primera onda desde el transmisor hasta el receptor de tres pies
13 “ Las herramientas acústicas deben sercentralizadas mientras se corren los registros de cementación. Una herramienta no centralizada puede causar señales del revestidor ( si esta presente) que puede tener apariencia de onda. La apariencia de onda es creada por los cambios aparentes en el tiempo de arribo de la señal del revestidor. Se puede realizar un buen control de calidad en la herramienta centralizada si la señal del revestidor esta presente. Las señal de revestidor debe ser perfectamente recta en el registro “
Registro VDL ilustrando centralización inconsistente “ La figura ilustra una buena adherencia al tubería y la formación, se observa señal de gas libre en el revestidor con una típica respuesta de cuellos. El tope del cemento se encuentra a 2830’. Note que la señal del revestidor desaparece mientras que la señal de la formación comienzan a ser visibles“
Registro de cementación mostrando el tope del cemento, Comparación de la tubería libre con la tubería cementada
“ La figura ilustra una buena adherencia ala tubería y la formación, sin patrones de cuellos o de revestidor. Los patrones de la formación son limpios, claros y fácilmente identificados los cambios de ambientes que se encuentra en profundidad con el registro GR.” “ Respuesta típica de formaciones fracturadas, deflecion deflecion a
la derecha para formaciones formaciones duras y a la izquierda para las capas mas arcillosas”
Efectos de la formación en las curvas de amplitud
“La figura muestra un efecto de la litología en el microsismograma en un revestidor bien cementado. Por encima de 9000’ no es visible la señal del revestidor solamente de la formación y del fluido dentro del revestidor. Los patrones por debajo de 9000 ft son observados sin señal del revestidor la cual es enmascarada por la señal de la
formación rápidas y duras. Esto esta confirmado por la curva de GR que muestra un cambio litológico de arcillas marinas a calizas no porosas”
Efectos de formaciones rápidas y cambios de litología “Representan un sin fin de condiciones que pueden existir. Desde 2640` acá arriba, son evidente las señal del revestidor y de la formación indicando canalización del cemento o microanillo. --una corrida con revestidor revestidor presurizada ayudara a establecer cual es la situación. En los intervalos desde 2640-2660’ y 2722-2730’ no muestran señal detectada por el receptor debido a cemento con presencia de gas, grandes secciones de hoyo no cementadas o formaciones formaciones no consolidadas consolidadas o arenas de gas porosas. Por estas razones los analistas deben tener cáliper y registros de litologías para realizar la evaluación de la calidad de la cementación. Registro con áreas de mala cementación
CEMENT BOND LOG (CBL) – HALLIBURTON Evalúa la adhesión de cemento tanto a la tubería como a la formación. Indica los canales o intervalos con tan solo parcial adhesión. Indica la tubería libre y el tope del cemento. La herramienta CBL, produce un perfilaje preciso de adhesión de cemento en cualquier dimensión de revestimientos-desde 2" hasta 20"- sobre un amplio rango de temperaturas y presiones. Adhesión de cemento en ambientes hostiles y de hoyo reducido. La herramienta Sónica de Onda Completa de ambientes hostiles (Hostile Full Wave Sonic), es la única herramienta que provee datos •
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confiables de adhesión en temperaturas por encima de 500° F y presiones por encima de 25000 psi. Además con un diámetro de tan sólo 2.75 ", el HFWS es también ideal para condiciones de hoyo reducido (slimhole).
CEMENT BOND LOG (CBL) Este registro de cementación muestra una sección adhesión completa del cemento. Se observan valores bajas de amplitud en la Pista 2 (1mV) y la ausencia del señal hacia la tubería en la Pista 4 (MSG-Micro-Sismograma). El mapa volumétrico en la Pista 3 muestra 100% de material sólido, excepto las pequeñas secciones en el medio (70-75% de adhesión). La señal de Formación en MSG indica una adhesión del cemento hacia la formación
El registro de cementación muestra una sección que contiene la cañería libre. El registro exhibe en MSG un clásico señala de líneas muy rectas en la parte central. El mapa volumétrico muestra aproximadamente 97% de material liquido mientras la curva de amplitud está leyendo entre 60 y 70 mV, revelando que no hay ningún cemento presente en este intervalo.
23ACE - ADVANCED CEMENT EVALUATION
SBT - SEGMENTED BOND TOOL
SBT-Segmented SBT-Segmented Bond Tool- Herramienta para comprobación de adhesión segmentada Características y ventajas de operación :
La herramienta SBT mide cuantitativamente la integridad de la adhesión de cemento en seis segmentos angulares alrededor del revestimiento. Los transductores acústicos acústicos son instalados sobre seis patines, posicionados en contacto interior con las paredes del revestimiento y provee medidas de atenuación compensadas. Estas medidas son insensibles insensibles a lodos pesados o cortados por gas, efectos de formación o una moderada excentricidad, las cuales degradan significativamente, medidas de tipo convencional y reflectancia. El servicio SBT también provee un registro de densidad variable (VDL) mejorado y orientación de la herramienta, para identificar el lado inferior del hoyo perforado.
SBT - SEGMENTED BOND TOOL La herramienta SBT identifica un amplio rango de condiciones de adhesión de cemento. La adhesión parcial parcial se identifica identifica de X600 - 88 y X714 - 28, pero hay ha y presencia de suficiente cemento para proporcionar el aislamiento hidráulico. Los esfuerzos por mejorar la condición de cemento entre X688 y X714 probablemente serían infructuosos porque hay un aislamiento hidráulico adecuado por encima y debajo de este intervalo, limitando la cantidad de cemento que podría forzarse en esta zona.
USI - ULTRASONIC IMAGER (SCHLUMBERGER) Ultrasonic Imager (USI-Schlumberger) (USI-Schlumberger) La herramienta USI examina la totalidad de la circunferencia del hoyo para evaluar la calidad del trabajo de cementación y determinar las condiciones internas o externas del revestimiento. Un simple censor rotatorio emite pulsos ultrasónicos y mide la resonancia resultante. El procesamiento MAXIS de las mediciones del USI toma la fuerza del eco y la resonancia del revestimiento, produciendo imágenes detalladas de la calidad del cemento, destacando la canalización (espacios vacíos) y el grosor del cemento hasta 1.2".
Aplicaciones
Evaluación de cemento Detección de corrosión y monitoreo. Similar a otras herramientas de imágenes de la competencia, puede ser utilizado para la determinación de zonas de gas.
Despliegue de un registro USI confirmando confirmando la existencia de un canal (espacio vacío) inicialmente detectado por el WFL (Water Flow Log) - registro para flujo de agua. Los cañoneos desde 6400' hasta 6410' son mostrados claramente. En las imágenes de amplitud en la pista 2 y sobre las imágenes de impedancia en las pistas desde la 8 a la 10, se detecta buena calidad de cemento 7 pies por encima de los cañoneos, pero espacios vacíos con líquido emplazado se extienden por debajo del intervalo perforado.
CAST- V - CIRCUMFERENTIAL ACOUSTIC SCANNING TOLL (HALLIBURTON) Este registro en tiempo real de unC A S T -V en hoyo revestido, despliega la descentralización descentralización y ovalidad del hoyo en la pista 1 (izquierda) y E1-tiempo de tránsito yC C L en la pista 1 (derecha). El tiempo de tránsito de fluido es representado en la pista de profundidades. La pista 2, contiene las curvas deC B L (ambas, la normal y la amplificada) elM ic r o - S e is m o g r a m a es mostrado en la pista 3. La pista 4 contiene el índice de adhes ión CB L y el promedio de impedancia (Z) delC A S T - V, mientras el mapa de impedancia es desplegado en la pista 5. Una aparente ausencia de cemento es indicada por la sombra azul en el mapa de impedancia en las profundidades comprendidas entre 125' - 115' . Esto es causado por la presencia de gas
CAST- V – CIRCUMFERENT CIRCUMFERENTIAL IAL ACOUSTIC ACRANNING TOLL ( HALLIBURTON)
CAST-V - Herramienta para Imágenes Acústicas de la Circunferencia del Pozo. CAST-V ofrece un perfil completo de 360º del hueco del pozo.
Las aplicaciones principales incluyen : •
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Inspección de Tubería de Revestimiento (en ambos, Espesor y Diámetro) Evaluación/Imagen Evaluación/Imagen Ultrasónica del Cemento Imágenes de la pared del pozo en Pozo Abierto Detección de Fracturas
VENTAJAS: Cobertura completa de la circunferencia. Capacidad para inspeccionar la tubería de revestimiento y evaluar la cementación simultáneamente. Puede ser combinado con una herramienta digital digital de onda acústica para el registro de Adherencia y por ende reducir el tiempo del taladro. Evaluación en tiempo real de cementos complejos y livianos con el proceso SVP (Diagrama Estadístico de Variación). La cavidad para fluido mide en tiempo real tanto el tiempo de transito del fluido del hueco del pozo como la impedancia del fluido para la corrección de los datos medidos. En tiempo real gráficas de impedancia, gráficas de resistencia a la compresibilidad, y gráficas de variación.
SVP - STATISTICAL VARIATION PLOT EL GRAFICADOR DE VARIACIÓN ESTADÍSTICA (SVP ⊗ )-STATISTICAL VARIATION PLOT- ES UN PAQUETE DE INTERPRETACIÓN QUE PROVEE UNA EVALUACIÓN MINUCIOSA DE LECHADAS DE CEMENTO LIVIANAS O COMPLEJAS EN OPERACIONES DE CEMENTACIÓN.
El procesamientoS V P distingue al fluido del cemento sin tomar en consideración
los valores de impedancia de ambos. AdemásS V P no es dependiente de las fuerzas compresivas del cemento y puede ser utilizado en pozos viejos o nuevos , dónde los registros de cementación no se encuentren disponibles. Otro punto a favor, es que los resultados son obtenidos en tiempo real lo que los hace disponibles en el propio pozo. La herramienta de perfilaje Heat Suite™ , provee de calidad de medidas en condiciones hostiles de hoyo, incluyendo temperaturas por encima de 500ºF y presiones de 25000 psi. La herramienta Sónica de Onda Completa para condiciones hostiles es usada para obtener información acerca de la adhesión de cemento bajo éstas condiciones extremas. Con un diámetro externo de 2 ¾", provee capacidad de corrida en hoyo reducido (Slimhole),
RESULTADO DE PROCESAMIENTO (SVP) El ejemplo muestra los valores obtenidos del procesamientoS V P. En el intervalo sobreX X 5 5 ', ambos, tanto la forma de onda delC B L (pista 2) y el mapa de impedancia de cemento (pista 3), hacen pensar que ningún cemento se encuentre presente en el anular. El mapa de impedancia claramente identifica restos de cemento, pero no identifica con precisión el cemento primario, debido a los bajos valores de impedancia de éste. Sin embargo elS V P procesó los resultados (pista 4) indicando claramente un buen aislamiento aislamiento zonal a lo largo de la lechada primaria de baja densidad. Sin los resultados del procesamientoS procesamientoS V P, un trabajo de reparación (forzamiento) de cemento costoso se habría realizado, aumentando los costos de operación a parte de diferir producción.
PET - PULSE ECHOLOG TOOL (HALLIBURTON) (HALLIBURTON) Utiliza ocho (8) transductores ultrasónicos ultrasónicos acoplados a un arreglo doble helicoidal, para medir la circunferencia del revestimiento en intervalos de 45º. Evalúa la adhesión de cemento alrededor del revestimiento y determina también su espesor. Su corrida y procesamiento ayuda a : Evaluar cemento alrededor del revestimiento. Identificar Identificar intervalos intervalos para ser reparados. Evaluar integridad del revestimiento, corrosión externa e interna. Mide la excentricidad de la herramienta, inclinación y soporte relativo. Determina el tiempo de tránsito del fluido. Localizar los cuellos de tubería acústicamente. Puede ser corrido en conjunto con el standard CBL. •
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PET - PULSE ECHOLOG TOOL (HALLIBURTON) PET evaluación de cemento. ™
En este ejemplo, una buena adhesión de cemento es indicada en el intervaloX 2 1 0 ' aproximadamente en el fondo, basándose en los valores de alta impedancia en la pista y el predominio predominio de colores marrón y negro en las imágenes del mapa de impedancia. Un intervalo pobremente consolidado es mostrado en el intervalo entre X130' a X100'debido a las lecturas de baja impedancia y un alto porcentaje de color azul que se refleja en la pista del mapa de impedancia.
PET inspección de revestimiento. ™
Este ejemplo del registro, presenta las medidas de los
transductores opuestos, obteniéndose una imagen bidimensional de la condición del revestimiento. La medición de espesor del revestimiento, se agrega al radio interior, el cual es luego graficado con transductores opuestos usando escalas opuestas. Cuatro pistas de datos, proporcionan cuatro vistas del revestimiento cada 45º. El registro indica una leve distorsión en las escalas, por las perforaciones (cañoneos) alrededor de XX830'.
NUEVAS TECNICAS (HALLIBURTON) El analizador múltiple de lechadas de cemento (Multiple Analysis Cement Slurry Analyzer-MACS- Analyzer ) mide el desarrollo y fortaleza de la lechada o gel de lodo, información crítica para el control de la migración de gas en el pozo.
Analizador Ultrasónico de Cemento (UCA-Ultrasonic Cement Analyzer) Este sistema monitorea continuamente la composición del cemento y su fortalecimiento fortalecimiento mientras mientras se desarrolla el proceso de fraguado. Se realiza dentro de una cámara especial de prueba presión/temperatura. Se empiezan las medidas de velocidad ultrasónicas mientras la muestra de cemento está en estado fluido. fluido. Los valores de fuerzas compresivas son continuamente derivados y desplegados a través de monitores en tiempo real, obteniéndose obteniéndose los siguientes beneficios: Proporciona la información previa para determinar cuándo correr las herramientas o procedimientos asociados tales como las mediciones de temperatura, perforaciones. Disminuye el tiempo de fraguado del cemento(WOC-waiting on cement-) Aumenta el control de calidad de los cementos utilizados en trabajos de reparación de cementación. •
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Indica el tiempo preciso cuando la muestra alcanza 50 psi y 500 psi de fortaleza compresiva. Densidad de la Lechada:Una vez el UCA dete rmina el tiempo de tránsito de una lechada específica, la impedancia puede ser calculada conociendo la densidad de la lechada.
Zonas de Gas En formaciones altamente presurizadas por gas, con buena porosidad y permeabilidad, la lechada de cemento aún sin endurecer puede traer consigo canalización de gas, siendo resultante en las herramientas de evaluación de cemento, una pobre adhesión de éste en apariencia. Existe una gama completa de herramientas a hoyo abierto para determinar la porosidad y permeabilidad de formación que ayudan a identificar las zonas de gas, en las cuales la canalización de gas en cemento puede ser un problema. Además se puede calcular el flujo de gas con el programa Factor Potencial de Flujo de Gas (Gas Flow Potential factor). factor). Con base a éste programa, aditivos tales como elG A S S T O P ™ y GASCHECK ® pueden ser añadidos a la lechada de cemento para ayudar a reducir la canalización del Gas.
El probador de tiempo de engrosamiento presión/temperatura, mide la viscosidad aparente y la capacidad de bombeo de la lechada de cemento bajo variables condiciones de temperatura y presión por encima de 400° F y 30000 psi. Estas unidades están
localizadas en el Centro Europeo de Investigaciones en Leiderdop, Holanda.
El grupo de Facilidades de Desplazamiento de Halliburton, ubicado en Duncan, utiliza un modelo de prueba de escala amplia, para simular las condiciones actuales de la cementación e identificar los factores que afectan la eficiencia de ésta.
PROBLEMAS DE CEMENTACIÓN Y SOLUCIÓN SUGERIDA Problema
Solución
Microannulus revestimiento Canalización de los canales
Aumentar Aumentar la presión del Usar PET/CAST-V para determinar orientación y medidas
Efectos de formación desnudo
Revisar registros de hoyo
Cobertura de cemento delgada detrás de tubería.
Revisar dimensiones del hoyo
Revestimiento Revestimiento Descentralizado Descentralizado desviación del Hoyo.
Revisar mediciones de
Herramienta Herramienta descentralizada descentralizada tránsito del CBL Espesor del revestimiento revestimiento Evaluación de lechadas complejas
Revisar Tiempo de Revisar información del pozo
o baja densida d Gráfica
(plot) de Variación estadística
Pozos viejos-No disponibilidad datos de cementación estadística
Gráficas (plot) de variación variación
