Cementación Forzada

Sección 8

Cementación Forzada Índice Introducción................................................................................................................................... 8-3 Áreas del Tema............................................ Tema...................... .................................................... .................................................... ............................................. .......................... ... 8-3 Objetivos y Aprendizaje............................ Aprendizaje................................................... ............................................. ............................................. ................................... ............ 8-3 Unidad A: Antecedentes Antecedentes de la Cementación Forzada........................................ Forzada................. ............................................. ........................ 8-3 Objetivos de la Cementación Forzada................................... Forzada................................................................... .................................................... .................... 8-3 Terminología de la Cementación Forzada.................................... Forzada.......................................................... ............................................. ....................... 8-4 Cementación Forzada por Duda................................................ Duda.......................... ............................................. .............................................. ........................... 8-5 Planeación de Trabajos de Cementación Forzada.................................................... Forzada.............................. ....................................... ................. 8-5 Examen de la Unidad A.............................................. A....................... ............................................. ............................................. ......................................... .................. 8-6 Unidad B: Cálculos de Cementación Forzada............................... Forzada...................................................... ............................................. ......................... ... 8-7 Problema Uno de Cementación Forzada.............................................. Forzada....................... .............................................. ..................................... .............. 8-9 Problema Dos de Cementación Forzada...................................... Forzada....................................................... ................................... ............................. ........... 8-17 Examen de la Unidad B............................................ B..................... ............................................. ............................................. ........................................... .................... 8-22 Respuestas de los Exámenes de la Unidad........................................... Unidad.................................................................. ......................................... .................. 8-23

� 2001, Halliburton

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Cementación 1

Cementación Forzada

Para Utilizarse con las Notas de la Sección...


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Introducción Si todos los trabajos de cementación primaria fueran totalmente exitosos, rara vez existiría la necesidad de cementación forzada. Sin embargo, si el lodo de perforación ha sido derivado (canalizaciones) durante la cementación primaria, se podrá requerir de cementación forzada para corregir o solucionar el problema. La cementación forzada es un proceso mediante el cual el cemento es forzado al espacio anular de una tubería de revestimiento-pozo. Normalmente en la superficie no se espera retorno de fluido. Las perforaciones en la tubería a menudo requieren obtener una trayectoria de flujo hacia el espacio anular. El canal o área de una mala unión, así como las perforaciones, se llenan con cemento. Se permite que incremente la presión de bombeo para “forzar” la lechada de cemento al área deseada. Se permite que el cemento endurezca formando un tapón que bloquea el movimiento de fluido. Normalmente se requiere la limpieza del cemento fraguado dentro de la tubería de revestimiento. Las perforaciones de explotación pueden abandonarse mediante la cementación forzada. También, las fugas

de las tuberías de revestimiento debido a la corrosión de las tuberías pueden sellarse con este proceso. La parte inferior de las sartas de tubería de revestimiento (zapata) y las partes superiores de las camisas también pueden requerir cementación forzada para corregir problemas. Estos tipos de trabajo podrían no requerir perforación antes de la cementación forzada.

Áreas d el Tema En esta sección, se incluyen las siguientes unidades: A.

Antecedentes de la Cementación Forzada

B.

Cálculos de Cementación Forzada

Objetivos de A prendizaje Al concluir esta sección, usted se familiarizará con: •

Los objetivos de la cementación forzada

•

Cómo calcular un trabajo básico de cementación forzada

Unidad A: Antecedentes de la Cementación Forzada Para llevar a cabo un trabajo de cementación forzada exitoso, primero es necesario familiarizarse con:

•

para crear un sello para sitios que intencionalmente no se cementaron durante la cementación primaria — por ejemplo, parte superior de camisas de cementación forzada

•

para reducir la relación de gas/petróleo cerrando parte de la perforación de producción de gas (aislando las zonas de gas y petróleo)

•

- para mejorar la relación de aceite con el agua cerrando parte de la formación de producción de agua (aislando las zonas de aceite y agua)

•

para cerrar una formación no productiva del pozo

Algunas de las razones más comunes para llevar a cabo un trabajo de cementación forzada son:

•

para evitar migración de fluido

•

•

para reparar pozos de tubería de revestimiento ocasionados por corrosión, perforación, etcétera. (Figura 8.1)

•

los objetivos de la cementación forzada

•

la terminología relacionada con la cementación forzada

•

las consideraciones de planeación de los trabajos de cementación forzada.

Objetivo s de la Cementación Forzada

para corregir un trabajo de cementación primaria defectuoso ocasionado por canalizaciones o llenado insuficiente.


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Figura 8.12 – No toda la lechada de cemento entra en la formación

Figura 8.1 – Cementación forzada para reparar tubería de revestimiento.

Termin olo gía d e Cem entac ión Forzada

Para poder entender los diferentes métodos utilizados en la cementación forzada, es necesario primero familiarizarse con los siguientes términos: •

Deshidratación de cemento

•

Presión de bombeo y rango de inyección

•

Cementación forzada de baja y alta presión

•

Cementación forzada de bloque

La lechada de cemento se compone de cemento, aditivos de agua. Cuando la lechada llega a una formación permeable, sólo el agua (filtrado) pasará a las fracturas de la formación (Figura 8.12). La Deshidratación del Cemento es un proceso mediante el cual el cemento forma un enjarre y se endurece en la cara de la formación.

En trabajos de cementación forzada, el forzar la formación para fracturarla no es el objetivo. Si la formación se fractura, fallará. La totalidad de la lechada de cemento (no sólo los filtrados) se desplazará hacia la formación. Por lo tanto, se debe tener precaución de manera que la presión de bombeo y la presión ejercida por el peso de fluido no sean lo suficientes, para forzar una fractura en la formación. La presión requerida para forzar los filtrados en la formación sin fracturarla se denomina como presión de bombeo . El volumen por minuto a que el fluido será bombeado durante un trabajo de cementación forzada se denomina rango de inyección . Tanto la presión como el rango deben establecerse llevando a cabo una prueba de inyección en la que el fluido de pozo sea bombeado a la formación para determinar a qué rango y presión se absorberá el fluido en la formación. Durante un trabajo de cementación a baja presión, se aplica suficiente presión como para formar un enjarre de cemento deshidratado en la formación. En otras palabras, la presión de bombeo u otra presión necesaria para aplicar el cemento en contra de la formación no ocasionarán que la formación se facture. Sin embargo, si la formación no absorberá los filtrados durante la presión de bombeo, (debido a perforaciones bloqueadas o a una baja permeabilidad de la formación), se podrá aplicar más presión. Esto ocasionará que una formación se fracture – toda la lechada llenará las fracturas. A esto se le considera un trabajo de cementación forzada a alta presión .


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Cementación Forzada La cementación forzada de bloque requiere que se

realice perforaciones en el intervalo que se vaya a cementar de forma forzada. Después, el cemento se forza en el intervalo (Figura 8.3). La cementación forzada de bloque generalmente se utiliza para aislar la zona de producción antes de terminar un pozo.

Figura 8.3 – Cementación Forzada de Bloque

•

los tipos de fluido de pozo que se utilizarán, y que afectarán la presión de inversión, y la necesidad de utilizar un espaciador (en caso de incompatibilidad de fluidos)

•

la temperatura estática del fondo del pozo, y que afecta el tiempo de fraguado del cemento.

•

la diferencia entre las profundidades de las perforaciones y el empacador (si se utiliza), y que deben ser de entre 100 a 150 ft para permitir que haya suficiente volumen para continuar la cementación forzada después que el crecimiento haya librado sarta de trabajo

•

la presión máxima que se vaya a aplicar, y que no puede exceder los límites de presión de la sarta de trabajo, tubería de revestimiento, preventores, y otros equipos que se vayan a utilizar

•

el tipo de cemento que se vaya a usar, debido a que se utilizarán aditivos de pérdida de fluido para asegurar que una pequeña cantidad del enjarre de cemento se forme en contra de la formación, mientras que la lechada de la tubería de revestimiento permanezca lo suficientemente fluida como para la inmersión

•

la cantidad de cemento que se vaya a utilizar, y que depende del volumen de la sarta de trabajo (el volumen de cemento no debe exceder la capacidad de las tuberías) y el largo del intervalo que se vaya a cementar de forma forzada (regla a utilizar 2 sacos/ft).

•

pruebas de todo el equipo de cabeza de pozo y espacio anular a la presión requerida para invertir la altura máxima de la cementación de la sarta de trabajo.

Cementación Forzada po r Duda

En cierto momento durante el trabajo de cementación forzada, se habrá obtenido la presión planeada del trabajo. Esa presión se sostiene subsecuentemente. Si cae (esto es, si ocurre purgado), se sabrá entonces que el cemento continúa deshidratándose. En este caso, se lleva a cabo una cementación forzada por duda. Se permite que transcurra tiempo para que el cemento comience a fraguar. Se vuelve a aplicar presión. Si el purgado continúa, se permite que transcurra más tiempo. Esto se repite las veces que sea necesario; la única limitante es el tiempo de espesamiento del cemento. Si se permite que transcurra demasiado tiempo, la sarta de trabajo podría cementarse. Planeación de Trabajos d e Cementación Forzada

Antes de que se pueda llevar a cabo un trabajo de cementación forzada, se debe obtener información y se deben tomar decisiones, incluyendo


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Examen de la Unidad A

Llene los espacios en blanco con una o más palabras para corroborar su avance en la Unidad A. 1.

Las razones más comunes para llevar a cabo un trabajo de cementación forzada son para _______________ un trabajo de cementación primaria defectuoso o para _______________ los pozos en la tubería de revestimiento ocasionados por la corrosión. En suma, la relación de _______________ se mejora.

2.

Cuando los filtrados entran en la formación, el cemento _______________ para formar un enjarre en la formación.

3.

La presión requerida para forzar los filtrados a la formación sin _____________ se denomina presión de _______________. Esta presión se establece bombeando _______________ en la formación que se vaya a cementar de forma forzada.

4.

Si la formación se fractura durante el trabajo de cementación forzada, entonces se está llevando a cabo un trabajo de cementación forzada de ______________ presión.

5.

Si la presión cae durante el trabajo de cementación forzada, a esto se le denomina _______________. Para corregir esta condición, se puede llevar a cabo una ______________.

6.

La presión ______________ que se va a utilizar durante un trabajo de cementación forzada no puede exceder los límites de equipo que se está utilizando.

7.

El cemento utilizado para llevar a cabo una cementación forzada usualmente contiene aditivos de ____________.


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Unidad B: Cálculos para la Cementación Forzada Antes de iniciar un trabajo de cementación forzada, se deben realizar varios cálculos. Los tipos de cálculos a realizar dependen de la naturaleza del trabajo. A continuación se mencionan los cálculos básicos para los problemas de cementación forzada (Figura 8.3, 4):

7. Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación inferior. 8. Presión para invertir al terminar el trabajo.

1 Volumen del cemento (bbl).

9. Cantidad de cemento bombeada por las perforaciones.

2 Presión para invertir un barril de lechada desde la sarta de trabajo.

A continuación se brindan los parámetros de pozo necesarios para los cálculos (Figura 8.3):

3. Requisitos mínimos de agua.

?

4. Volumen de desplazamiento para colocar un bache de un barril arriba del empacador.

?

Profundidad del empacador

?

Parte superior de las perforaciones

?

Parte inferior de las perforaciones

?

Tamaño de la tubería de revestimiento

5. Presión para invertir el cemento cuando se coloca el bache. 6. Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación superior.

Tamaño de tubería de perforación/tubería de producción

o z o P l e d o d i u l F t o n e m e C

o z o P l e d o d i u l F

Figura 8.3 – Esquema del pozo que muestra los cálculos y parámetros para la cementación forzada.


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o t n e m e C

Figura 8.4 – Esquema del pozo que muestra los cálculos y parámetros de la cementación forzada.

El resto de esta sección presenta dos problemas de muestra de cementación forzada e indica, paso por paso, cómo calcular todos los datos necesarios. Es necesario contar con una copia de las Tablas de Cementación de Halliburton Cementing Tables (el Libro Rojo)

(Halliburton

para utilizarlas

en los problemas.


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Cementación Forzada Problem a Uno d e Cementación Forzada uber a de producción EUE 2 7/8 in., 6.5 lb/ft

Parámetros del Pozo Tamaño de tubería de perforación/tubería de producción Profundidad del empacador Parte superior de las perforaciones Parte inferior de las perforaciones Tamaño de la tubería de revestimiento Tipo de cemento Volumen de cemento Fluido de desplazamiento/pozo

1

2 7/8 in., 6.5 lb/ft EUE 5000 ft 5094 ft 5136 ft 7 in., 20 lb/ft Clase G 75 sacos Agua dulce (8.33 lb/gal)

Volumen del Cemento (bbl)

Para convertir un volumen dado de cemento de sacos a barriles, es necesario determinar el rendimiento de la lechada. 1. B Empacador a 5000 ft C Perforación de parte superior a 5094 ft D Perforación de parte inferior a 5094 ft

2.

E Tubería de Revestimiento de 7 in., 20 lb/ft

Utilizando la sección de “Datos Técnicos” del determine el rendimiento de una lechada “Clase G” dado su peso de 15.8 lb/gal. La tabla que se muestra en la Figura 8.6 (extraída de la sección de Clase G del Libro Rojo) muestra que el valor es de 1.15 cu.ft/saco. Libro Rojo,

Multiplique el volumen del cemento en sacos por el rendimiento de la lechada para determinar el volumen en pies cúbicos. 75 sacos x 1.15 cu.ft/saco = 86.25 cu.ft

Figura 8.5 – Parámetros del Problema A de la Muestra

Ahora, convierta los pies cúbicos a barriles utilizando la constante de conversión que se encuentra en la sección de “Datos Técnicos” del Libro Rojo: API CLASS G CEMENT

86.25 cu.ft x 0.1781 bbl/cu.ft = 15.36 bbl

SLURRY PROPERTIES

Per Cant Bentonite 0 2 4 6 8 10 12

Water Requirement Gal/Sk Cu. Ft/Sk 6.0 0.67 63 7.6 8.9 10.2 11.5 12.8

0.84 1.02 1.19 1.37 1.54 1.71

Slurry Weight Lbs/Gal Lbs/Cu. Ft 118 15.8 ? 14.8 14.2 13.6 13.2 12.8 12.6

111 106 102 99 96 94

Slurry Volume Cu. Ft/Sk 1.15 1.34 1.52 1.71 1.89 2.08 2.26

Figura 8.6 – Datos de la Clase G del Libro Rojo.


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2 Presión para Invertir un Barril de Lechada de la Sarta de Trabajo

pies que un barril llenará dentro de la tubería de producción, y que es de 172.76 ft/bbl. 3. Multiplique la presión diferencial que se encuentra en el Paso 1 por el valor que se encontró en el Paso 2 para obtener la presión requerida para invertir un barril de lechada de la sarta de trabajo:

1.

0.3878 psi/ft x 172.76 ft/bbl = 67.00 psi/bbl Subsecuentemente, se calcularán los diferentes valores del cemento que se deja en la tubería de producción de acuerdo en qué parte del trabajo nos encontremos. Subsecuentemente se utilizará el valor determinado en el paso previo para calcular la presión total requerida para invertir en el cemento.


HYDROSTATIC PRESSURE AND FLUID WEIGHT CONVERSION TABLES HYDROSTATIC PRESSURE AND FLUID WEIGHT

Figura 8.7 – Determinación de la presión para invertir un barril de lechada de la tubería de perforación.

La siguiente es una forma rápida de calcular la presión requerida para invertir la lechada de una sarta de trabajo. Esos cálculos se basarán en una columna de igual altura a un barril de fluido en la sarta de trabajo. (Su respuesta debe ser en psi/bbl.) 1. Consultando la sección de “Cálculos y Fórmulas” del Libro Rojo (que se muestra en la Figura 8.8), busque los psi/ft (gradiente de presión hidrostática) de un cemento de 15.8 lb/gal y de agua de 8.33 lb/gal. Después encuentre la diferencia entre esos dos valores: 0.8208 psi/ft y 0.4330 psi/ft:

Lbs./Gal.

Lbs./Cu. Ft.

Sp. Gr.

Lbs./Sq. In. Per Ft. of Depth

kg/L

kPa/m

7.0 7.1 7.2 7.3 7.4

52.36 53.11 53.86 54.61 55.36

0.84 0.85 0.86 0.87 0.89

0.3636 0.3688 0.3740 0.3792 0.3844

0.839 0.851 0.863 0.875 0.887

8.225 8.342 8.460 8.578 8.695

7.5 7.6 7.7 7.8 7.9

56.10 56.85 57.60 58.35 59.10

0.90 0.91 0.92 0.93 0.95

0.3896 0.3948 0.4000 0.4052 0.4104

0.899 0.911 0.923 0.935 0.947

8.813 8.931 9.048 9.166 9.283

8.0 8.1 8.2 8.3 8.33*ç 8.4

59.84 60.59 61.34 62.09 62.31 62.84

0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01

0.4156 0.4208 0.4260 0.4312 0.4330 0.4364

0.959 0.971 0.983 0.995 1.000 1.007

9.401 9.519 9.636 9.754 9.807 9.872

15.7 15.8ç 15.9

117.44 118.19 118.94

1.88 1.89 1.91

0.8156 0.8208 0.8260

1.881 1.893 1.905

18.449 18.567 18.685

16.0 16.1 16.2 16.3 16.4

119.69 120.44 121.18 121.93 122.68

1.92 1.93 1.94 1.95 1.97

0.8312 0.8364 0.8416 0.8468 0.8519

1.917 1.929 1.941 1.953 1.965

18.802 18.920 19.037 19.155 19.270

16.5 16.6 16.7 16.8 16.9

123.43 124.18 124.92 125.67 126.42

1.98 1.99 2.00 2.01 2.03

0.8571 0.8623 0.8675 0.8727 0.8779

1.977 1.989 2.001 2.013 2.025

19.388 19.506 19.623 19.741 19.859

Figura 8.8 – Datos de presión hidrostática del Libro Rojo.

0.8208 psi/ft – 0.4330 psi/ft = 0.3878 psi/ft 2. Después, utilizando la sección de “Capacidad” (Tabla 211) para tubería de producción EUE de 2 7/8 in., 6.5 lb/ft, encuentre el número de


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Cementación 1

Cementación Forzada 3

Requisitos Mínimos de Agua

Los requisitos mínimos de fluido (agua) de un trabajo de cementación forzada incluyen los volúmenes necesarios para lo siguiente: •

Agua de mezcla de cemento (siempre agua dulce a menos que la lechada se haya diseñado de alguna otra manera)

•

Fluido de desplazamiento (las capacidades de la tubería de producción y la tubería de revestimiento)

•

Primero, determine la capacidad de la tubería de producción. Se extiende desde la superficie hasta el empacador, a un total de 5000 ft. Busque el factor de capacidad para una tubería de producción EUE de 2 7/8 in., 6.5 lb/ft en la sección de “Capacidad” (Figura 8.9). Este factor es de 0.00579 bbl/ft. Multiplique el largo de la tubería de producción por su factor de capacidad para obtener la capacidad de la tubería de producción: 5000 ft x 0.00579 bbl/ft = 28.95 bbl 3.

Fluido de Inversión

Por lo tanto, cada uno de esos volúmenes requiere calcularse y sumarse. Nota: Este volumen no incluye los volúmenes de primado y lavado, también deben considerarse. 1.

136 ft x 0.0404 bbl/ft = 5.49 bbl 4.

Con la ayuda de la sección de “Datos Técnicos” del Libro Rojo, se puede calcular cuánta agua de mezcla se requiere (consulte la Figura 8.6). Debido a que se está utilizando un cemento de Clase G con un peso de 15.8 lb/gal, el requisito de agua es de 5.0 gal/saco. Al multiplicar la cantidad de cemento requerida en sacos, por el requisito de agua se obtiene el total de agua de mezcla:

5.

375 gal ÷ 42 gal/bbl = 8.93 bbl 2.

Como sucede para el fluido requerido para el desplazamiento, se necesitará calcular las capacidades de las partes adecuadas de la tubería de producción y tubería de revestimiento. Debido a que no existe forma de saber cuándo se llevará a cabo una cementación forzada (la presión no se purga), es necesario contar con suficiente fluido para desplazar toda la lechada hacia la perforación más baja.


Podría ser necesario invertir el cemento excedente que permanezca en la tubería de producción (después de mover el empacador). Esta circulación inversa ocurre en torno de la profundidad de instalación del empacador (5000 ft). De manera que el volumen de la tubería de producción para invertir es el mismo que el volumen de desplazamiento que ya se ha calculado para la tubería de producción (Paso 2), y que es de 28.95 bbl. Es necesario tener en consideración que se debe utilizar un fluido de tipo y peso adecuado en el espacio anular para el fluido de inversión.

5.0 gal/saco x 75 sacos = 375 gal Para convertir a barriles:

Después obtenga la capacidad de la tubería de revestimiento de 7 in., 20 lb/ft (Tabla 214) desde el empacador hasta la perforación más baja (5136 ft – 5000 ft = 136 ft).

Ahora, la cantidad mínima de fluido requerida para este trabajo puede calcularse sumando el agua de mezcla de cemento (Paso 1), los dos volúmenes de fluido de desplazamiento (tubería de producción y tubería de revestimiento-Pasos 2 y 3) y el volumen de inversión (Paso 4):

8.93 bbl + 28.95 bbl + 5.49 bbl + 28.95 bbl = 72.32 bbl

NOTA: Como una buena práctica, recomendamos que duplique los volúmenes requeridos para invertir.

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Cementación 1


TABLE NO. 211 CAPACITY OF TUBING Size O.D. In.

2.875

Wt. per Ft. With Inside Couplings, Lb. Diameter In. NonUpset Integral Upset Joint NO SE DISTINGUE — — 6.40 6.50 6.50 2.441 — — 7.90 2.323 8.60 8.70 8.70 2.259 — — *9.50 2.195 — — *10.70 2.091 *11.00 2.065

Drift Diameter In.

Gallons Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Gallon

Barrels Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Barrel

Cu. Ft. Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Cu. Ft.

2.347 2.229 2.165 2.101 1.997 1.971

.2431 .2202 .2082 .1966 .1784 .1740

4.1134 4.5420 4.8030 5.0871 5.6057 5.7478

.00579 .00524 .00496 .00468 .00425 .00414

172.76 190.76 201.72 213.66 235.44 241.41

.03250 .02943 .02783 0.2628 .02385 .02326

30.771 33.946 35.929 38.054 41.934 42.996

Figura 8.9 – Datos de capacidad de tubería de producción del Libro Rojo

TABLE NO. 214 CAPACITY OF CASING Size O.D. In.

7 7 *7 7 *7 7 *7

Wt. Per Ft. With Coupl ings Lb. 17.00 20.00 22.00 23.00 24.00 26.00 28.00

Inside Diam. In.

Drift Diameter In.

Gallons Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Gallon

Barrels Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Barrel

Cu. Ft. Per Lin. Ft.

Lin. Ft. Per Cu. Ft.

Wt. Per Ft. With Couplings Lb.

Size O.D. In.

6.538 6.456 6.398 6.366 6.336 6.276 6.214

6.413 6.331 6.273 6.241 6.211 6.151 6.089

1.7440 1.7005 1.6701 1.6535 1.6379 1.6070 1.5754

.5734 .5880 .5988 .6048 .6105 .6223 .6347

.0415 .0404 .0397 .0393 .0390 .0382 .0375

24.08 24.70 25.15 25.40 25.64 26.14 26.66

.2331 .2273 .2232 .2210 .2189 .2148 .2106

4.289 4.399 4.479 4.524 4.567 4.655 4.748

17.00 20.00 22.00 23.00 24.00 26.00 28.00

7 7 *7 7 *7 7 *7

Figura 8.10 – Datos de capacidad de tubería de revestimiento del Libro Rojo


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Cementación 1

Cementación Forzada 4 Volumen de Desplazamiento para Colocar un Bache Arriba del Empacador

o z o P e d o d i u o l F t n

5. Presión para Invertir Cuando ya se Colocó un Bache Después de que se colocó un bache de un barril por arriba del empacador, el empacador se instalará para evitar circular cemento por detrás de éste. Cuando el empacador queda puesto y se inicia el bombeo de fluido a las perforaciones, se podrían experimentar problemas para establecer un rango de inyección, en cuyo caso sería necesario desasentar el empacador e invertir todo el cemento de la tubería. Por lo tanto, es necesario calcular cuánta presión se requiere para hacer esto. La presión requerida para invertir este cemento de la tubería de producción puede calcularse multiplicando los barriles de cemento de la tubería de producción, y que en este caso es el volumen total del cemento, por la presión diferencial por barril de fluido (según se calculó en 2, 67.00 psi/bbl):

e m e C

15.36 bbl x 67.00 psi/bbl = 1029 psi 1. 2. Figura 8.10 – Volumen de Desplazamiento.

Para evitar dañar la formación que se puede ocasionar bombeando todo el fluido del pozo adelante del cemento de las perforaciones, el empacador se deja desasentado mientras se coloca un bache en el barril que está por arriba de él. Esto permite que el fluido del pozo circule fuera del mismo. Para determinar el volumen de desplazamiento que se debe bombear por detrás de la lechada para colocar un bache a un barril del empacador, es necesario restar el volumen total del cemento mas un barril de capacidad de tubería de producción (determinado durante el Cálculo 3): Capacidad de Tubería de Producción 28.95 bbl Volumen de Cemento- 15.36 bbl Volumen por Arriba del Empacador . - 1.00 bbl Volumen de Desplazamiento

12.59 bbl


8 • 13

Cementación 1

Cementación Forzada empacador (5000 ft) y la profundidad de la perforación superior (5049 ft).

6 Presión para Invertir el Cemento de la Sarta de Trabajo cuando el Cemento llega a la Perforación Superior

Utilice su Libro Rojo para encontrar el factor de capacidad (bbl/ft) de una tubería de revestimiento de 7 in., 20 lb/ft, después multiplique este valor por el largo de la tubería de revestimiento entre el empacador y la perforación superior (5094 ft – 5000 ft = 94 ft). 94 ft x 0.0404 bbl/ft = 3.80 bbl


2.

Ahora, reste este volumen del volumen total de cemento para determinar cuánta lechada permanece en la tubería de perforación: 15.36 bbl – 3.80 bbl = 11.56 bbl

3.

o t n e m e C

El paso final de este cálculo es multiplicar el volumen del cemento que queda en la tubería de perforación por la presión diferencial por barril de fluido (como se estimó en el Cálculo 2, 67.00 psi/bbl): 11.56 bbl x 67.00 psi/bbl = 775 psi

Figura 8.11 – Presión para invertir cuando el cemento llega a la perforación superior.

Tal y como se analizó previamente, pueden surgir problemas de los rangos de inyección cuando el cemento llega a la perforación superior. En este caso, sólo podemos invertir el cemento que se deja dentro de la tubería de producción, y no el cemento que ha salido por debajo del empacador y que ahora se encuentra dentro de la tubería de revestimiento. El primer cálculo que tenemos que realizar, por lo tanto, es el del volumen de cemento que queda en la tubería de producción. 1.

Para hacer esto, se calcula el volumen del cemento de la tubería de revestimiento y se resta ese volumen del volumen total del cemento. La determinación del volumen del cemento en la tubería de revestimiento requiere calcular la capacidad de la tubería de revestimiento desde la profundidad del � 2001, Halliburton

8 • 14

Cementación 1

Cementación Forzada 7 Presión para Invertir el Cemento de la Sarta de Trabajo cuando el Cemento llega a la Perforación Inferior

3.

1.

La presión requerida para invertir este cemento de la tubería de producción ahora puede calcularse multiplicando los barriles de la tubería de producción (Paso 2) por la presión diferencial por barril de fluido (como se calculó previamente en el Paso 3 en el cálculo de presión para invertir un barril, 67.00 psi/bbl): 9.87 bbl x 67.00 psi/bbl = 661 psi

Nota: Los efectos de la fricción no han sido considerados en todos estos cálculos.


Figura 8.12- Presión para invertir cuando el cemento llega a la perforación inferior.

Estando relacionado con el cálculo recién realizado, este cálculo se basará en el hecho de que el cemento ha llegado a la perforación inferior, pero que no ha entrado cemento en las perforaciones. Por lo tanto, una vez más necesitamos calcular el volumen de cemento que queda en la tubería de producción. 1.

Primero, encuentre el volumen del cemento que se encuentra en la tubería de revestimiento. Este cálculo ya se había realizado en el Cálculo 3 (5.49 bbl).

2.

Ahora, reste este volumen del volumen total del cemento: 15.36 bbl – 5.49 bbl = 9.87 bbl


8 • 15

Cementación 1

Cementación Forzada 8 Presión para Invertir al Concluir el Trabajo

Utilizando la información obtenida de los cálculos previos, es posible calcular la cantidad de cemento bombeado por la perforación durante este trabajo de cementación forzada. 1.


El volumen total de lechada (15.36 bbl) menos el volumen de lechada en la tubería de revestimiento (5.49 bbl) menos el volumen de la lechada que ahora se encuentra en la tubería de producción es el volumen del cemento de la formación: 15.36 bbl – 5.49 bbl – 4.95 bbl = 4.92 bbl

2.

Divida esto entre el rendimiento del cemento, 1.15 cu.ft/saco, para obtener la cantidad de cemento de formación: 27.62 ft3 ÷ 1.15 ft 3/saco = 24 sacos

Resultados de los Cálculos

Figura 8.13 – Presión para invertir al concluir el trabajo.

Para los siguientes cálculos, se tendrá que asumir que se bombeó cierto volumen arbitrario de fluido de desplazamiento atrás del cemento al momento en que se llegó a la presión de cementación forzada. El volumen seleccionado aquí es 24 bbl. 1.

Encuentre cuánto cemento se encuentra ahora en la tubería de producción, dado que se bombearon 24 bbl de fluido de desplazamiento atrás: 28.95 bbl – 24 bbl = 4.95 bbl

2.

Ahora multiplique la cantidad de cemento de la tubería de producción por la presión requerida para invertir un barril de la misma tubería (67.00 psi/bbl) 4.95 bbl x 67.00 psi/bbl = 332 psi

9 Cantidad de Cemento Bombeado por las Perforaciones � 2001, Halliburton

La siguiente tabla presenta los resultados de los nueve cálculos del problema uno de Cementación Forzada: Resultados de los Cálculos para la Cementación Forzada Descripción Resultado Volumen de cemento 15.36 bbl

1 (bbl). 2 Presión para invertir un barril de lechada de la sarta de trabajo. 3 Requisitos mínimos de agua. 4 Volumen de desplazamiento para aplicar un bache un barril arriba del empacador. 5 Presión para invertir cemento cuando se aplica el bache. 6 Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación superior. 7 Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación inferior. 8 Presión para invertir a la terminación del trabajo. 9 Cantidad de cemento bombeado por las perforaciones.

8 • 16

67.00 psi/bbl 72.32 bbl 12.59 bbl

1029 psi 775 psi

661 psi

332 psi 24 sacos

Cementación 1

Cementación Forzada Problema Dos de Cementación Forzada

Tubería de Producción EUE 2 7/8 in., 6.5 lb/ft

En este trabajo, se cementará de forma forzada un canal que corre desde perforaciones por debajo de un empacador a un punto por arriba del empacador. Debe observarse que las primeras siete preguntas a las que se les dará respuesta se basan en los mismos cálculos que se realizaron para el problema uno de cementación forzada, con dos cálculos adicionales (8 y 11):

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Volumen del cemento Presión para invertir un barril de lechada desde la sarta de trabajo Requisitos mínimos de agua Volumen de desplazamiento para colocar un bache un barril arriba del empacador Presión para invertir el cemento cuando se aplica el bache Presión para invertir cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación superior Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación inferior Máxima presión de bombeo cuando la lechada de cemento llega a la perforación inferior Presión para invertir a la conclusión del trabajo Cantidad de cemento bombeado por las perforaciones Máxima presión de bombeo si el canal está lleno de cemento

Empacador a 6200 ft Parte Superior de la Perforación a 6240 ft Parte Inferior de la Perforación a 6250 ft

Tubería de Revestimiento J-55 7 in., 20 lb/ft

Figura 8.14 – Parámetros para el Problema B de la Cementación Forzada.

Parámetros del Pozo Tamaño de la Tubería de Perforación Profundidad del Empacador Parte Superior de la Perforación Parte Inferior de la Perforación Tamaño de la Tubería de Revestimiento Tipo de Cemento Aditivos de Cemento Volumen del Cemento Fluido de desplazamiento/Pozo

Tubería de Producción EUE 2 7/8 in., 6.516 lb/ft 6200 ft 6240 ft 6250 ft 7 in., 20 lb/ft, J-55 Clase H 0.4% Halad-413 150 sacos Agua Dulce (8.33 lb/gal)


8 • 17

Cementación 1

Cementación Forzada 1

Volumen de Cemento Volumen Absoluto (gal)

Material (lb)

Cemento de Clase H Halad-413 al 0.4%

94 x

0.0382 =

3.5908

0.376 x

0.0811 =

0.0305

0+

x 35.819 = 130.20

= 8.33 xl

4.3 gal

+ + 4.3 gal

Agua Totales

Factor (gal/lb)

Agua de Mezcla Requerida (gal)

Nombre del Material

4.3

7.92


El total de agua de mezcla debe ingresarse bajo galones absolutos antes de obtener el total. Encuentre el peso del cemento mezclado utilizando esta fórmula: Libras Totales/Galones absolutos totales = libras/galones

Encuentre el rendimiento del cemento en pies cúbicos por saco utilizando esta fórmula: Galones absolutos totales / 7.4805 gal/cu.ft (constante) = cu.ft/saco

El agua de mezcla por saco es la suma de los galones de la columna de la extrema derecha.

Densidad de Cemento (Lb/gal) Rendimiento del 3 Cemento (ft /saco) Agua de mezcla requerida

130.20 /

7.92 =

7.92 /

4.4805 =

4.3

Gal/saco

16.4 lb/gal 1.06 ft 3 /saco

Figura 8.15 – Desplazamiento de la presión para invertir un barril de lechada de la sarta de trabajo.

Con base en la hoja de trabajo, 150 sacos x 1.06 cu ft/saco = 159 cu ft

3

159 cu ft x 0.1781 bbl/cu ft = 28.32 bbl

1.

2 Presión para Invertir Un Barril de Lechada de la Sarta de Trabajo Gradientes de presión hidrostática (de la sección de “Cálculos y Fórmulas” del Libro Rojo) 16.4 lb/gal cemento 8.33 lb/gal agua

 

0.8519 psi/ft 0.4330 psi/ft

Gradiente de Presión Hidrostática Diferencial = 0.8519 psi/ft – 0.4330 psi/ft = 0.4189 psi/ft Factor de Pie/Barril Por la Sarta de trabajo = 172.76 lb/ft 0.4189 psi/ft x 172.76 ft/bbl = 72.37 psi/bbl


Requisitos Mínimos de Agua Agua de Mezcla de Cemento: 150 sacos x 4.3 gal/saco = 645 gal 645 gal ÷ 42 gal/bbl = 15.36 bbl

2.

Fluido de Desplazamiento:

Tubería de producción: 6200 ft x 0.00579 bbl/ft = 35.90 bbl Tubería de revestimiento: 6250 ft – 6200 ft = 50 ft 50 ft x 0.0404 bbl/ft = 2.20 bbl

3.

Fluido de Inversión: 35.90 bbl Agua mínima requerida: 15.36 bbl + 35.90 bbl + 2.02 bbl + 35.90 bbl = 89.18 bbl

NOTA: Siempre planee para invertir 2 veces la capacidad de la tubería de producción. Por lo tanto en este problema planee 35.9 bbls adicionales.

8 • 18

Cementación 1

Cementación Forzada 4 Volumen de Desplazamiento para Colocar un Bache un Barril Arriba del Empacador Capacidad de la Tubería de Producción Volumen de Cemento Volumen por Arriba del Empacador Volumen de Desplazamiento

35.90 bbl - 28.32 bbl - 1.00 bbl

6 Presión para Invertir Cemento de la Sarta de Trabajo cuando el Cemento llega a la Perforación Superior Capacidad de la tubería de revestimiento desde el empacador (6200 ft) a la perforación superior (6240 ft):

6.58 bbl

6240 ft – 6200 ft = 40 ft 40 ft x 0.0404 bbl/ft = 1.62 bbl

5 Presión para Invertir el Cemento una vez que se Aplicó el Bache

28.32 bbl – 1.62 bbl = 26.70 bbl que quedan en la tubería de producción

28.32 bbl x 72.37 psi/bbl = 2050 psi

26.70 bbl x 72.37 psi/bbl = 1932 psi .

o z o P l e d o o t d i n u l e F


m e C

o t n e m e C

Figura 8.16 – Cálculos 4 y 5.


Figura 8.17 – Presión para invertir el cemento

8 • 19

Cementación 1

Cementación Forzada se esté utilizando. Este valor se puede encontrar en la sección de “Dimensiones y Resistencias” del Libro Rojo. Consulte la tabla correcta para una tubería de revestimiento J-55 de 7 in., 20 lb/ft que se esté utilizando (Figura 8.20). La resistencia al colapso es 2270 psi.

7 Presión para Invertir el Cemento de una Sarta de Trabajo cuando el Cemento llega a la Perforación Inferior Capacidad de la tubería de revestimiento del empacador hasta la perforación inferior = 2.02 bbl (a partir del Cálculo 3) 28.32 bbl – 2.02 bbl = 26.30 bbl

2270 psi – 1903 psi = 367 psi 2.

26.30 bbl x 72.32 psi/bbl = 1903 psi 1.

Fluido del Pozo


Debido a que existe una presión diferencial del empacador a la perforación (no hay cemento en el canal) es necesario restar esto. Para calcular el diferencial, multiplique la distancia desde el empacador hasta la perforación más baja (6250 ft – 6200 ft = 50 ft) por la diferencia de psi/ft del cemento y fluido del pozo (0.8519 psi/ft – 0.4330 psi/ft = 0.4189 psi/ft): 50 ft x 0.4189 psi/ft = 21 psi

3.

Ahora, reste la presión diferencial del Paso 1 para obtener la máxima presión de bombeo: 368 psi – 21 psi = 347 psi

Recuerde, ésta es la presión máxima que se puede aplicar en la superficie si el cemento ha llegado a las perforaciones.

1.

Figura 8.18 – Presión para invertir el cemento.

8. Máxima Presión de Bombeo cuando la Lechada de Cemento ha llegado a la Perforación Inferior


Es necesario determinar la presión máxima que se puede aplicar a la superficie para este trabajo de cementación forzada. La presión aplicada en la superficie puede transmitirse por el canal al exterior de la tubería de revestimiento por arriba del empacador. Si la presión aplicada es lo suficientemente alta, podría colapsar la tubería de revestimiento. 1.

Este cálculo se realiza restando primeramente la presión para invertir el cemento en la perforación más baja y ningún cemento en la formación (1903 psi) a partir de la resistencia al colapso de la tubería de revestimiento que � 2001, Halliburton

Figura 8.19 – Máxima presión de bombeo.

8 • 20

Cementación 1

Cementación Forzada Thread & Cplg. Size O.D. In. Grade

Wt. Per Ft. With Cplg.

Inside Dia. In.

Drift Dia. In.

O.D. of Cplg. In.

Extreme Line

Drift Dia. In.

O.D. of Box In.

** Col’pse Resistan ce PSI

Internal Yield Pressure PSI** Roun But-tress d Thd. Threa Plain d End or Ext. ButLine tress Short Long Thd

** Body Yield Stgth. 1,000 Lbs.

Joint Strength – 1000 Lbs.**

Threaded & Cplg. Joint

Round Thread Short

*F-25 H-40 H-40 J-55 J-55 J-55 K-55 K55 K-55 C-75

17.00 17.00 20.00 20.00 23.00 26.00 20.00 23.00 26.00 23.00

6.538 6.538 6.456 6.456 6.366 6.276 6.456 6.366 6.276 6.366

6.413 6.413 6.331 6.331 6.241 6.151 6.331 6.241 6.151 6.241

7.656 7.656 7.656 7.656 7.656 7.656 7.656 7.656 7.656 7.656

—

—

  

  

6.151 6.151

7.390 7.390





6.151 6.151 6.151

7.390 7.390 7.390

1,100 1,450 1,980 2,270 3,270 4,320 2,270 3,270 4,320 3,770

— 2,310 2,720 3,740 4,360 4,980 3,740 4,360 4,980 5,940

1,440 2,310 2,720 3,740 4,360 4,980 3,740 4,360 4,980



—

—

  

  

4,360 4,980

 4,360 4,980 5,940

4,360 4,980

 4,360 4,980 5,940

123 196 230 316 366 415 316 366 415 499

118 122 176 234 284 334 254 309 364



Buttress Thd.

Ext. Line Joint

Long —

—

—

  

  

  

313 367

432 490

499 506







341 401 416

522 592 557

632 641 632

Figura 8.20 – Datos de tubería de revestimiento del Libro Rojo.

9 Cálculo de Presión para Invertir a la Terminación del Trabajo

es la presión máxima de bombeo antes de que la tubería de revestimiento se colapse?

Volumen de Desplazamiento Final = 25 bbl

Reste la presión para invertir la lechada de cemento remanente de la tubería de producción de la resistencia al colapso de la tubería de revestimiento para conocer la presión máxima de bombeo en la superficie:

Volumen de Cemento Remanente en la Tubería de Producción: 35.90 bbl – 25 bbl = 10.9 bbl

2270 psi – 789 psi = 14812 psi

Presión Inversa: 10.9 bbl x 72.37 psi/bbl = 789 psi

10 Cantidad de Cemento Bombeado por las Perforaciones o z o P l e d o d i u l F

Volumen de Cemento en Perforaciones: 28.32 bbl – 10.9 bbl – 2.02 bbl = 15.4 bbl 15.4 bbl x 5.6146 cu ft/bbl = 86.46 cu ft 86.46 cu ft ÷ 1.06 cu ft/saco = 82 sacos

11 Presión Máxima de Bombeo si el Canal está lleno de Cemento Asumiendo que se han bombeado 25 bbl de fluido de desplazamiento por detrás del volumen de la lechada, y que el canal está lleno de cemento, se sabe que no existe presión diferencial desde el empacador a las perforaciones en este caso. ¿Cuál


Figura 8.21 – Cálculos de 9, 10 y 11 .

8 • 21

Cementación 1

Cementación Forzada Resultados de los Cálculos La siguiente tabla presenta los resultados de los nueve cálculos para el Problema Dos de la Cementación Forzada: Resultados del Cálculo de Cementación Forzada Descripción 1 Volumen de cemento (bbl). 2 Presión para invertir un barril de lechada de la sarta de trabajo. 3 Requisitos mínimos de agua. 4 Volumen de desplazamiento para colocar un bache un barril arriba del empacador. 5 Presión para invertir el cemento cuando se colocó el bache. 6 Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación superior.

Resultado 28.32 bbl 72.37 psi/bbl 89.18 bbl 6.58 bbl

7 Presión para invertir el cemento de la sarta de trabajo cuando el cemento llega a la perforación inferior. 8 Presión máxima de bombeo cuando la lechada de cemento ha llegado a la perforación inferior. 9 Presión para invertir a la conclusión del trabajo. 10 Cantidad de cemento bombeado a través de las perforaciones. 11 Presión máxima de bombeo si el canal está lleno de cemento.

1903 psi 347 psi 789 psi 82 sacos 1481 psi

2050 psi 1932 psi

Examen de la Unidad B

Llene los espacios en blanco con una o más palabras para corroborar su avance en la Unidad B. 1.

Los parámetros de pozo requeridos para los cálculos de cementación forzada incluyen:

____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ 2. Para convertir un volumen dado de cemento de sacos a barriles, es necesario determinar el _____________________________________. Ahora revise sus respuestas en la Hoja de Respuestas que se encuentra al reverso de esta sección.


8 • 22

Cementación 1


Respuestas a los Exámenes de la Unidad Ítems del Examen de la Unidad A

Consulte la Página

1. corregir, llenar, agua/aceite

8-3

2. se deshidrata

8-4

3. fracturación, bombeo, fluido

8-4

4. alta

8-5

5. purga, cementación forzada por duda

8-5

6. máxima

8-5

7. pérdida de fluido

8-5

Ítems del Examen de la Unidad B 1.

Consulte la Página

Tamaño de la tubería de perforación 8-7

Profundidad del empacador Parte superior de las perforaciones Parte inferior de las perforaciones Tamaño de la tubería de revestimiento 2. rendimiento de la lechada


8-9

8 • 23

Cementación 1

Cementación Forzada

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