CEMENTACIÓN DE POZOS PETROLEROS
La cementación de un pozo petrolero es el procedimiento que consiste en mezclar cemento, aditivos y agua, por medio de equipos especiales de mezclado, y bombearlo a través del casing o del sondeo hacia puntos críticos del anillo formado entre el pozo y la cañería, o también a pozo abierto o entubado en una sección pre-establecida.
CEMENTACION PRIMARIA: La cementación primaria es la colocación de una lechada de cemento en el espacio anular entre la cañería de revestimiento y la formación expuesta al agujero del pozo (agujero abierto) o cañería previa.
OBJETIVOS:
El objetivo más importante es proporcionar aislamiento zonal.
Proporciona apoyo para las distintas sartas de cañería de revestimiento introducidas en un pozo.
Proteger la cañería contra las formaciones plásticas (por ejemplo, sal)
Proteger el agujero del pozo contra un derrumbe especialmente en formaciones plásticas, sensibles al agua o no consolidadas
CAÑERÍAS DE REVESTIMIENTO
CASING CONDUCTOR:
OBJETIVOS:
Separar el agujero abierto de la formación.
Evitar que el agujero del pozo se derrumbe.
Permitir el flujo de fluidos de entrada y salida del agujero del pozo.
El casing conductor es la cañería más grande que se introduce en el agujero. Su diámetro varía de 30" a 16". Su propósito principal es:
Impedir el derrumbe debajo del equipo de perforación
Dar elevación para que el nipple de flujo permita que el lodo fluya de regreso a los tanques del equipo de perforación
MÉTODOS DE CEMENTACIÓN
cementación a traves del drill pipe
El drill pipe reduce significativamente la contaminación de la lechada.
Los volúmenes de desplazamiento se reducen.
Se puede continuar mezclando y bombeando hasta tener lechada adecuada en la superficie, asegurando un buen trabajo de cementación al final del desplazamiento
TOP – JOB:
El top-Job se ejecuta con tubería de diámetro pequeño llamada tubería macarrón (habitualmente entre 1" y 2-1/2" de diámetro).
Dependiendo de los requisitos del trabajo, pueden introducirse dos, tres o cuatro sartas de tubería macarrón al espacio anular.
Las profundidades máximas habituales para este tipo de trabajo son de 250 a 300 pies.
CAÑERIA SUPERFICIAL
Los diámetros típicos de esta cañería varían de 9-5/8" a 20". La cañería superficial es roscada y se introduce hasta profundidades de 100 a 3.000 pies (o más).
La cañería superficial se instala para proteger las formaciones de agua dulce contra la contaminación por fluidos de la perforación o de las formaciones.
Este tipo de cañería sirve para entubar zonas no consolidadas o de pérdida de circulación cerca de la superficie y se utiliza para apoyar sartas de cañerías posteriores.
Además, proporciona control de presión primaria al apoyar a los preventores
MÉTODO DE CEMENTACIÓN: Al igual que el casing conductor, se prefiere el método de cementación a través de la tubería de perforación para.
Reducir el tiempo del equipo de perforación (los trabajos se realizan más rápido).
Ahorrar cantidad de cemento (la lechada se mezcla y se bombea hasta que aparece en la superficie y luego el trabajo se detiene).
Asegurar trabajos de alta calidad reduciendo el acanalamiento y la contaminación en la tubería de revestimiento.
CAÑERIA INTERMEDIA
Algunos tamaños típicos de esta cañería son: 13-3/8" ; 10-3/4" ; 9-5/8". Las profundidades de asentamiento varían desde los 3.000 pies hasta 15.000 pies. Normalmente no se utiliza cañería intermedia en pozos someros o de menos de 3.000 pies.
El propósito de esta cañería es:
Aislar zonas de pérdida de circulación
Aislar secciones de sal y Lutitas desmoronables
Aislar zonas sobre presurizadas
MÉTODOS DE CEMENTACIÓN:
SIMPLE ETAPA: Las cañerías intermedias pueden cementarse hasta superficie o a algún punto dentro de la zapata de la tubería de revestimiento previa (dependiendo de las gradientes de fractura de la formación determinadas mediante l a prueba del L.O.T. "leak of test" en la zapata de la tubería de revestimiento previa, etc.). En algunos casos se suele dejar un tramo del agujero sin cementar, para permitir reinyectar las virutas y otros residuos de perforación. Al cementar la cañería intermedia, se utilizan los siguientes accesorios de cementación: zapatas, collares, raspadores, centralizadores y tapones, etc.
DOBLE ETAPA: La cementación de dos etapas es una técnica en la cual un collar de etapas es colocado como parte de la sarta de la cañería. Este collar permite que se abran orificios y que pueda haber circulación a través de ellos.
La cementación de dos etapas se realiza para:
Reducir la posibilidad de dañar una formación débil
Reducir al mínimo la contaminación de cemento
Disminuir los costos al reducir la cantidad de cemento y el tiempo requerido para completar el trabajo.
CEMENTACIÓN EN TRES ETAPAS
Una operación de cementación en tres etapas es similar a una operación de dos etapas, excepto que se agrega un collar de etapas adicional. En este caso, los diámetros interior y exterior de los collares de etapas, tapones y proyectiles son muy importantes para asegurar que los proyectiles y tapones pasen a través de los collares superiores y se detengan en el collar apropiado
CASING DE PRODUCCIÓN
El casing de producción se introduce únicamente en las zonas productivas. Debido a que las distintas zonas suelen tener presiones diferentes, el agua o gas en estas zonas podrían retardar o hasta detener la producción de petróleo de la zona productiva, si no se aísla correctamente.
El casing de producción también puede utilizarse para cubrir cañerías intermedias gastadas y dañadas. Las profundidades y tamaños varían considerablemente, como en el caso de las cañerías intermedias, pero los tamaños más comunes son: 4-1/2" , 5" , 7" , 9-5/8".
LINERS
Al contrario de la cañería de revestimiento, la cual llega hasta la superficie, el liner no lo hace, sino que va colgada dentro de la cañería intermedia (desde unos 300 a 500 pies en el interior de la cañería previa).
Los liners se instalan para ahorrar en la cantidad de cañería requerida. Debido a que la cañería puede ser la parte más costosa de un pozo, reduciendo varios miles de pies de cañería, en un pozo profundo puede ahorrar un monto significativo
CEMENTACIÓN SECUNDARIA
Las cementaciones secundarias son llamadas también cementaciones de remediación. Estos trabajos se los realizan luego de que se llevo a cabo una cementación primaria. Las cementaciones secundarias tienen las siguientes funciones:
Remediar daños en el casing provocados por la corrosión.
Controlar una zona con perdidas de circulación.
Aislar intervalos entre zonas productoras
Aumentar el nivel de lechada en el espacio anular
Reparar zonas en donde no existe una buena adherencia de la lechada entre el casing y las paredes del pozo.
TAPONES BALANCEADOS DE CEMENTO:
Se lo realiza empleando la tubería de perforación, la cual es bajada hasta la profundidad donde se desea colocar el tapón. Luego se procede a bombear primero un volumen del espaciador, después se bombeará la lechada de cemento, por detrás se bombeará un volumen del espaciador que corresponda con la altura del espaciador en el anular; y por ultimo se bombeará un volumen de lodo necesario para balancear el tapón.
APLICACIONES:
Perdida de circulación durante la perforación
Sidetrack
Abandonar una zona o el pozo
CEMENTACIONES A PRESIÓN: Son trabajos en los cuales se aplica presión sobre la lechada de cemento forzándola hacia espacios porosos , ya sea hacia la formación como es el caso de la cementación de zonas agotadas o hacia espacios existentes en el anular debido a una deficiente cementación primaria.
APLICACIONES:
EN POZO ABIERTO
Sellar una zona acuífera
Sellar una zona gasífera
Estabilizar una formación débil
EN POZO ENTUBADO
Reparar una cementación primaria
Completar el anillo de cemento
Asegurar el colgador del liner
Aislar una zona
Abandonar una zona agotada
Reparar un casing
MÉTODOS DE CEMENTACIONES A PRESIÓN:
BRADENHEAD: Fue el primer método utilizado y que se cumple a través del drill pipe sin el uso de packer. Primero se bombea la lechada cual si fuera un tapón balanceado de cemento, luego se levanta el drill pipe por encima de la lechada. La presión se obtiene cerrando la BOP o válvula de control, a continuación se bombea el fluido de desplazamiento por el interior del drill pipe hasta que se consigue la presión máxima calculada o hasta que una determinada cantidad de lechada haya ingresado por los baleos.
PACKER SQUEEZE: El método requiere del empleo del dril pipe, packer que puede ser permanente o recuperable y en este ultimo caso queda la posibilidad de usar caños cola o no. ubicados en una posición cercana a la parte superior de la zona a ser intervenida. Esta técnica se considera superior a la anterior ya que confina la presión a puntos específicos
TÉCNICAS DE BOMBEO
CEMENTACIÓN A ALTA PRESIÓN: La técnica de alta presión involucra la rotura de la formación y el bombeo de la lechada o el filtrado de cemento en la formación hasta alcanzar en superficie un valor determinado de presión que debe ser mantenida sin retorno.
CEMENTACIÓN A BAJA PRESIÓN: La técnica de baja presión involucra colocar la lechada en el intervalo a tratar y en la aplicación de una presión suficiente para formar un revoque de cemento deshidratado en perforaciones, canales o fracturas que puedan estar abiertas.
CEMENTACIÓN A BAJA PRESIÓN
BOMBEO CONTINUO
HESITACIÓN
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS DE CEMENTACIÓN
COMPONENTES FÍSICOS DE LA CAÑERIA DE REVESTIMIENTO: Los componentes físicos de la cañería de revestimiento consisten en todos los dispositivos conectados a la cañería cuando está siendo bajada al fondo del pozo para realizar el trabajo de cementación
ZAPATAS: La zapata es el componente que va conectado en el extremo inferior de la primera pieza de cañería que se baja al pozo, la cual tiene como objetivo principal guiar la cañería mientras esta es bajada dentro del agujero.
Los tipos de zapatas de cementación son los siguientes.
Zapatas guías
Zapatas flotadoras.
ZAPATAS FLOTADORAS:
Zapata de llenado diferencial
Zapata de llenado automático
Zapata tipo sello seguro
COLLARES: Existen los siguientes tipos de collares de cementación:
Collares flotadores.
Collares de Asiento.
Collares de etapas.
CESTOS: El cesto se coloca en la cañería justo debajo del collar de etapas, o sobre cualquier punto donde una formación débil sea una preocupación. Cuando el cesto se abre, mantiene parte de la fuerza hidrostática fuera del área debajo del mismo, de modo que el cemento pueda ser forzado hacia arriba por el espacio anular y no se caiga en el agujero del pozo.
CENTRALIZADORES: Los centralizadores se colocan en la cañería de revestimiento para mantener centralizada la cañería en el agujero abierto o en el agujero entubado, hay dos tipos básicos de centralizadores:
Tipo arco
Centralizador rígido.
RASPADORES: Los raspadores se utilizan para ayudar a extraer la costra del fluido de perforación. También ayudan a desintegrar el fluido de perforación gelatinizado. Hay dos tipos de raspadores:
Raspadores rotatorios.
Raspadores recíprocos.
COLLARES DE TOPE: Los collares de tope se utilizan en conjunto con los centralizadores y otros componentes físicos de la cañería para limitar la cantidad de desplazamiento vertical permitido a lo largo de la misma.
TAPONES: Funciones de los tapones de cementación:
Separar fluidos (por ejemplo, el cemento del fluido de desplazamiento)
Limpiar las paredes de la cañería de revestimiento para ayudar a quitar el lodo
Proporcionar una indicación en la superficie de la aplicación de lechada al aumentar la presión en la superficie cuando se asienta el tapón.
EQUIPOS EN SUPERFICIE
CABEZA DE CEMENTACIÓN: La cabeza de cementación es el dispositivo instalado en la última pieza de cañería, en cual se colocan los tapones, los cuales se dejarán caer durante la cementación. Un manifold incorporado a la cabeza de cementación permite la conexión de una línea de circulación de fluidos
UNIDAD DE MEZCLADO
UNIDAD DE BOMBEO DE LECHADA
UNIDAD DE TRANSPORTE DE CEMENTO A GRANEL
PLANTA DE CEMENTO
Botellón de aditivos o cortador
Balanza
Silos de cemento
EQUIPO DE TRATAMIENTO
De alta presión
De baja presión
EQUIPOS Y ACCESORIOS DE FLOTACIÓN
* Tapones de goma
* Zapatos guía
* Collar flotador & válvula
de flotación
* Collares de etapas
* Canastas de cementación
* Parabow ®
* Rascadores
* Centralizadores
*Cabezas de cementación
Tapones de goma de fondo y superior: El propósito de usar un tapón inferior es limpiar la película de lodo que se adhiere dentro del casing, separando los fluidos delante de la lechada de cemento, y evitar de esta forma la contaminación de la lechada.
ZAPATOS GUÍA: El zapato guía es un dispositivo que se instala en el extremo inferior del primer tramo de Casing.
El zapato guía tiene la punta redondeada y se utiliza para guiar el casing a través de la perforación evitando que el casing se incruste ("clave") en la formación o vaya desmoronando la pared del pozo.
Collar Flotador, y Válvula de Inserto Flotadora: Permite que el casing este flotando dentro del pozo de acuerdo al llenado parcial y al resultado del efecto de flotación.
Al accionar la válvula previene una contra presión o blow out a través del casing ( Una importante función es cuando las formaciones de alta presión están expuestas durante la bajada del casing) Sirve para control durante las paradas del desplazamiento.
Collares de Etapas: Usados para aislar intervalos débiles o secciones largas de un pozo durante los trabajos de cementación primaria.
Al utilizar dispositivo(s) por etapas, un trabajo de cemento extenso puede ser eficientemente reducido en dos o tres etapas.
Pueden ser operados en cualquiera de los dos sistemas, hidráulica o mecánicamente.
Centralizadores: Uno de los objetivos principales durante una cementación es suministrar una distribución razonablemente uniforme de la lechada de cemento alrededor de la cañería. Se puede prevenir la presión diferencial cuando la cañería se "pega" por largas esperas en zonas de pérdidas de circulación.
Rascadores: Son dispositivos mecánicos anexos al casing para limpiar las paredes del pozo cuando éste es reciprocado o rotado en las operaciones previas de los trabajos de cementación primaria. Los rascadores sólidos o divididos se instalan en la cañería mientras ésta es bajada en el pozo.
Canastas: Son una ayuda para retener y soportar la lechada de cemento en el espacio anular. Se utilizan para proveer soporte adicional al peso de la columna de cemento.
Se utilizan en situaciones donde se encuentran formaciones que pierden o cuando el cemento se pierde en el fondo.
Cabezas de Cementación: Es la conexión en la parte superior del casing, para realizar el enlace con las líneas de cementación. Siempre se utilizan porque proveen un sello ajustado con el casing.
Existen diferentes tipos:
Swage (Simple botella) - Se remueve cada vez que se requiera enviar un tapón
Single-plug container - Tiene en espera solo un tapón
Double-plug container - Tiene en espera dos tapones
Rotating head - Tiene en espera tapones y permite rotación del casing.
Parabow(R): El Parabow(R) es una ayuda mecánica para una colocación eficiente de tapones de cemento. Reemplaza el diverter tool y las píldoras de gel de operación simple.
Las técnicas de remoción de lodo pueden dividirse en tres grupos diferentes:
Ayudas mecánicas y movimiento de la cañería, ayudas químicas y velocidad de desplazamiento.
AYUDAS QUÍMICAS
Los fluidos comúnmente utilizados en los prelavados pueden dividirse convenientemente en tres tipos: aquellos que contienen aditivos para adelgazar el lodo y penetrar en el revoque de la pared hasta aflojarlo; aquellos que contienen materiales abrasivos y limpian el hoyo; y los que poseen una alta viscosidad aparente y remueven el lodo de perforación mediante el principio del "barrido viscoso".
Soluciones adelgazantes de lodo. Los cuatro tipos de preflujos adelgazantes de lodo que BJ utiliza son:
a) Mud Clean b) agua + pirofosfato ácido de sodio
c) agua + surfactantes, d) soluciones ácidas.
Lechadas de barrido. Otra manera de abordar el problema de la remoción de lodo es utilizando una lechada muy poco consistente o sumamente aguada como primera parte del cuerpo principal de la lechada. Esta lechada delgada se torna turbulenta fácilmente, se mezcla con el lodo en el pozo más rápidamente y tiende a remover este último en lugar de canalizarse a través de él.
Espaciadores: Los espaciadores son fluidos que han sido diseñados para densificarse a viscosidades controladas. Pueden actuar como barreras compatibles entre el lodo y el cemento. Como los sistemas de espaciadores son compatibles, normalmente no perjudican las propiedades del lodo, cemento o espaciador. Los espaciadores se dividen en tres categorías: no turbulentos (flujo tapón), turbulentos y de baja densidad/espumados.
Espaciadores para flujo no-turbulento: comprenden el Mud-Sweep, Mud Sweep densificado, Unimul y RSB. El Mud-Sweep de BJ es un prelavado de cementación novedoso que ha demostrado ser altamente eficiente en la remoción del lodo de perforación que se encuentra delante de la lechada en trabajos de cementación primaria.
Espaciadores para flujo turbulento. Son preferibles a los otros tipos de espaciadores, puesto que ofrecen un perfil de flujo plano y mayores efectos de arrastre, lo que facilita la eficiencia de limpieza y desplazamiento del lodo en el espacio anular. Los espaciadores turbulentos que BJ emplea son el MCS-2, MCS-2D, MCS-3, MCS-4, Flow-Guard L, Turbo-Sweep y Turbo-Solvent.
Pérdidas de circulación: Es posible que los retornos se pierdan parcial o totalmente mientras una lechada de cemento desplaza el fluido de perforación del espacio anular hoyo-cañería cuando la formación es débil o existe una zona de escape de fluidos. Al desplazar el cemento el fluido de perforación en el espacio anular, se incrementa la presión hidrostática debido al densidad mas alta del fluido bombeado.
Cementación con nitrógeno: Fundamentalmente, la técnica implica inyectar un volumen precalculado de fluido de perforación antes de la lechada de cemento con nitrógeno. El resultado es que el peso combinado de la columna de cemento, precedida por el tapón "afofado" de lodo nitrificado y el casquete de lodo no nitrificado, es igual o menor que la presión hidrostática del lodo de perforación que se usa durante las operaciones de perforación. Controlando así la presión hidrostática, se reduce considerablemente la posibilidad de que se produzca una pérdida de circulación en las formaciones débiles.
LA CEMENTACION EN MULTIPLES ETAPAS: permite colocar cemento en el espacio anular existente entre el cañería y el hoyo a distintos intervalos preseleccionados a lo largo de la sarta de revestimiento sin tener que llenar el anular totalmente con cemento.
Cementación de Liners: EL LINER es una sarta de tubería que se utiliza para revestir una sección de pozo abierto que se encuentra debajo de un cañería existente; es decir, una sección de cañería que se extiende desde la profundidad de asentamiento hasta una sarta de revestimiento ya colocada. El liner se emplea para sellar zonas de pozo abierto que se encuentran debajo del cañería ya existente.
Los usos más importantes de los liners son los siguientes:
· Revestir el hoyo abierto por debajo de una sarta de revestimiento intermedia en una completación inicial.
· Revestir el hoyo abierto ocasionado por una profundización.
· Revestir el hoyo abierto que se produce al despegar el cañería del fondo.
· Revestir una completación a hoyo abierto anterior para controlar la producción de agua o gas.
· Revestir una completación a hoyo abierto anterior para sostener formaciones no consolidadas o desmoronables.
· Revestir zonas de pérdida de circulación y/o zonas de alta presión que se atraviesan durante la perforación.
CEMENTACIÓN FORZADA A ALTA PRESIÓN: La cementación forzada requiere que los orificios de cañoneo del cañería y la formación que se encuentra detrás de dichos orificios acepten el fluido y la lechada. En vista de que las partículas sólidas de cemento no pasarán a través de la permeabilidad de la matriz natural, a veces será necesario aplicar presión de ruptura y/o fracturamiento.
LA CEMENTACION A PRESIÓN: se define como el proceso en virtud del cual se introduce bajo presión una lechada de cemento en una cavidad, orificio de cañoneo, fractura, canal o hendidura de cañería en un pozo de petróleo, gas o agua. También recibe el nombre de cementación "reparadora", "correctiva" o "secundaria".
Gradiente de fractura: Definido como la presión por pie de profundidad que se requiere para producir una fractura dentro de una formación, el gradiente de fractura es un término que se ha
tomado prestado de la fracturación hidráulica y adaptado a las necesidades de la cementación forzada.
La cementación forzada comprende seis parámetros básicos de diseño, de los cuales el primero controla el resto en mayor o menor medida: aplicación, tiempo de espesamiento, resistencia gel, resistencia a la compresión (véase Paso 1), pérdida de fluido y compatibilidad.
Cementaciones forzadas a baja presión: Una cementación forzada a baja presión se define como cualquier cementación forzada donde nunca se sobrepasa la presión de fractura y, por
ende, no se produce "ruptura". En lugar de ello, establecen una tasa de inyección o bombeo donde ni siquiera la combinación de la presión hidrostática y presión de bombeo supera la presión de fractura.
Técnicas de ubicación. : Las técnicas de colocación empleadas en la cementación forzada son: inyección a alta presión, inyección a baja presión, inyección intermitente, inyección en bloques e inyección por etapas.
la inyección a alta presión, la presión final de inyección deseada variará según el operador, el área, la experiencia en el campo y las condiciones del pozo. Algunos operadores prefieren una presión de sierre elevada en aquellas zonas donde pretenden ejercer una gran fuerza hidráulica, como en el caso de la acidificación o el fracturamiento. No obstante, esta acción puede dar lugar a una presión de inyección en el fondo del pozo mucho más elevada de lo que se había diseñado.
la inyección a baja presión ya se ha analizado anteriormente. En esta operación, no se produce ruptura en el pozo. De no ser posible establecer una tasa satisfactoria de bombeo o inyección por debajo de la presión de fracturamiento, entonces deberá tomarse la decisión de provocar la ruptura después de todo o de aplicar algún otro procedimiento.
el método intermitente (período de interrupción) de bombeo de la lechada permite a ésta llenar una serie de orificios de cañoneo, canales o fracturas y espesarse en ellos. Se ejerce una cantidad pequeña pero creciente de presión de superficie después de cada interrupción cuando se emplea este método con baja presión
La cementación en bloques aisla una zona de interés cuando se cañonea debajo de ella y se inyecta lechada por encima de la misma con el propósito de confinar un tratamiento de estimulación a la zona productora solamente. También representa un intento por limitar la producción de gas o agua que pudiera estar presente encima o debajo del intervalo productor de petróleo.
El método de inyección por etapas de "lotes múltiples" (batches) requiere que el cemento se bombee por fases, normalmente de 50 a 150 sacos. Una vez que se desplaza cada lote después del intervalo cañoneado, el pozo se cierra para impedir el flujo de fluido y se deja fraguar el lote. El procedimiento se repite varias veces hasta que se alcanza la presión final de inyección deseada.
EN LA CEMENTACION DE TAPONES, se coloca un tapón de cemento de longitud calculada en el intervalo seleccionado de un hoyo abierto o revestido. Los tapones de cemento tienen cuatro usos básicos:
Tapones de abandono: cuando es necesario completar por encima de una zona productora agotada, es posible colocar un tapón a través o encima de la antigua sección productora. El tapón también puede utilizarse en terminaciones a pozo abierto con el propósito de aislar las zonas de agua del fondo de pozo.
Desviación (desviación lateral): cuando es necesario incrementar o reducir la inclinación de un pozo perforado o modificar su dirección, se coloca un tapón de cemento para crear un asiento o puente sobre el cual pueda colocarse la herramienta direccional. En el proceso de desviación, el tapón debe ser sumamente resistente.
Abandono: los tapones de cemento se utilizan para obturar y, por consiguiente, prevenir la migración de fluidos desde las zonas o pozos abandonados a fin de cumplir con las legislaciones promulgadas por las autoridades gubernamentales. El número y la longitud de los tapones depende de la profundidad del pozo, tipos de formaciones y regulaciones estatales.
Pérdida de circulación: Se coloca un tapón de cemento frente a una zona de pérdida de circulación con el objeto de tratar de penetrar y sellar las fracturas o espacios vacíos que se encuentran a cierta distancia del pozo. Dado que no siempre resulta posible controlar la migración de fluidos, se utilizan aditivos tales como el cloruro de calcio (A-7), cloruro de sodio (A-5) y cemento con yeso para reducir el tiempo de fraguado de la lechada.