01 - Revisión de la Tecnología de Cementación.pdf

Revision de Cementacion Cement Cem entac acion ion Prim Primaria, aria, Remoc Remocion ion de Lodos, Lodos, Reologia,Cem Reologia,C ement entac acion ion Sec ecun undaria, daria, Aditiv ditivos os de Cement Cem entac acion,P ion,Prueb ruebas as de Lab Laboratorio oratorio

S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Agenda • Cemen ementtacion acion Prim rimaria aria • Criter riterios ios para ara una Cemen ementtacion Exitosa itosa • Reologia • Cemen ementtacion acion Secun ecunda daria ria • Aditivos de Cement Cementac acio ion n • Prueb ruebas de Lab Laborat oratorio orio 2 KTC– J B J un une2 e20 004


Objectivos Al finaliz finalizar ar este este modu odulo, los partic articip ipan anttes seran seran capac apaces es de: de: • Nomb Nombrar los diferen iferenttes revest revestid idore oress prim rimario arioss en un pozo • Enumerar rar los crite criterios rios para una ceme cementacion exitosa • Enum Enumerar erar y explic explicar ar los 2 tipos de regimen regimen de flujo y sus modelos modelos reologic reologicos os • Entender los los metodos odos para la eje ejecucion cucion de un una cemen ementtacion acion secu secundaria 3 KTC– J B J un une2 e20 004


Objectivos • Explicar el porque los aditivos son agregados a una lechada • Enumerar las familias de aditivos de cementacion • Nombrar los diferentes equipos usados en las pruebas de laboratorio • Analizar los resultados de laboratorio

4 KTC– J B J une2004


Cementacion Primaria La introduccion de un material cementante en el espacio anular entre revestidor y hoyo, se realiza con el objectivo de: – Aislar zonas – Soportar las cargas axiales de los revestidores a ser corridos posteriormente – Proveer soporte y proteccion al revestidor – Proteger el hoyo


Agua Potable

Zona Impermeable

Salmuera o Petroleo


Objectivos de una Cementacion Primaria • Aislar totalmente las zonas (Adherencia

Hidraulica) • Soportar las cargas axiales (Adherencia al

esfuerzo axial) • Proteger el revestidor 6 KTC– J B J une2004


Tipos de Revestidores • Conductor • Superficie • Intermedio • Revestidores de

Produccion o Liners



Conductor • Proposito:

Previene “wash outs” – Proveer elevacion al niple de flujo • Problemas: – Flujo de agua superficiales Revestidor de 30 ‘’ en Hoyo de 36’’ – Bajas Temperaturas (Costa Afuera) – Perforacion a traves de hidratos o gaseosos bajo condiciones de aguas Revestidor de 20 ‘’ en Hoyo 26’’ profundas (Costa Afuera) @ • Otros: – Se consideran grandes excesos 30 ft - 200 ft – Cementacion Stab-in es comun – Lechadas de cemento neto aceleradas –



Cementacion a traves de la Tuberia de Perforacion (Stab-in) • Puntos Claves: – – – –

Menor contaminacion del cemento Menor canalizacion Menor Desplazamiento Bombear hasta que el cemento llegue a superficie – Tiempo de trabajo menor (Tiempo de taladro) – Menos cemento



Cementacion Externa (Top J ob) • Puntos Claves: – Traer el cemento hasta la superficie – Se usan Tubos No-API – Max. profundidad 250-300 ft – Presiones muy altas debido a la friccion – Conexiones No-standards

10 KTC – J B J une2004


Revestidor de Superficie • Propositos:

Proteger las formaciones de agua potable – Revestir zonas inconsolidadas o zonas de perdidas – Proveer soporte mecanico para las operaciones posteriores (BOP, etc.) • Problemas: – Flujo de aguas superficiales Revestidor de 16 ‘’ en – Perforacion a traves de hidratos Hoyo de 20 ‘’ o gaseosos (Costa Afuera) Revestidor de 13 3/8” en • Otros: Hoyo de 17 ½” – Lechadas ligera y de cola @ – Grandes excesos ( 50 - 150 %) –

100 ft – 3000 ft



Revestidor Intermedio(s) • Proposito: – Aislamiento del hoyo en secciones de trabajo • Problemas: – Zonas de sobre-presion, perdidas, formaciones salinas, lutitas deleznables – Rango entre la presion de poro y la presion de fractura muycercano Revestidor de 13 3/8” en Hoyo de 17 ½” o Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” entre 3000 to 10,000 ft (vertical o desviado) 12 KTC – J B J une2004


Revestidor Intermedio(s) • Otros : – Son frecuentes las cementaciones en dos etapas – Se requieren buenas practicas de cementacion – Tope del cemento hasta superficie o la zapata S c h l anterior u m b e – Comunmente se usan lechadas de barrido r g e seguidas por lechadas de cola con alta resistencia r P r i v a t a la compresion e – Lechadas Especiales (ligeras, pesadas, sistemas salinos, etc) 13 3/8” casing in 17 ½” hole or Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” @ 3000 to 10,000 ft (verticales o desviados) 13 KTC – J B J une2004

Cementacion de Dos Etapas • Puntos Claves:

Collar de Etapas

1ra Etapa


– Aislamiento de Zonas (Separacion) – Reduccion de la presion hidrostatica – Dejar zonas en el anular sin cementar (cemento a TD y en la superficie)


Revestidor de Produccion o Liner • Propositos: – Aislar la zona productiva de otras formaciones y fluidos en esta – Servir de proteccion al equipo de produccion • Levantamiento artificial • Completaciones Multiples • Rejillas para control de arena Diametros Comunes: 4 ½”, 5”, 7’’, 9 5/8”


– Cubrir revestidores intermedios dañados o bajo fatiga


Liner o Camisa Dardo Limpiador De la TP Colgador Tapon del Liner

Solape del Liner Zapata Anterior

15 16 KTC – J B J une2004

• Puntos Claves: – Menos Revestimiento es

necesario – Pozos mas profundos – El espacio anular es mas pequeño – Se requieren equipos especiales


Diseñando un Trabajo de Cementacion • Calcular los volumenes de fluidos ( Lechada, Lavador, Espaciador, Volumen de Desplazamiento )

• Basados en : – Capacidad del Hoyo – Capacidad del Revestidor – Altura Anular

• Bajo Costo implica: – Buen Mezclado y Bombeo economico • STAB-IN ?



Diseñando un Trabajo de Cementacion • Verificar que el pozo este bajo control: – Simular el proceso de cementacion Calcular las presiones estaticas y dinamicas y compararlas con : – – – –

Presion de Poro de la Formacion Presion de Fractura de la Formacion Presion de Estallido de lo s tubulare s Presion de Colapso de los tubulares

• Pozo bajo control al correr el revestidor • Verificar la temperatura y el tiempo de frague (espesamiento) 18 KTC – J B J une2004


Diseñando un Trabajo de Cementacion • Diseñar una eficiente remocion de lodos para evitar canalizaciones y garantizar un buen aislamiento de la zona – Optimizar las propiedades de los fluidos – Optimizar la rata de bom beo – Optimizar la c entra lizac ion del revestidor

•

Remover el revoque (enjarre) – Optimizar el volumen de los pre-flujos y rata de bombeo



Criterios a seguir para una Cementacion Exitosa


Criterios a seguir para una Cementacion Exitosa • Concepto • Remocion de Lodos • Accesorios del revestidor (Casing hardware) • Propiedades de la Lechada 21 KTC – J B J une2004


Concepto Diseño Planeacion & D is e ño d e Le c h a d a

EVALUACION Registros, Informac ion, Histor ia del Pozo



EJ ECUCION M e zc l a d e Le c h ad a & Colocacion

Factores que pueden afectar un Trabajo de Cementacion

Pobre Centralizacion

Canalizacion: Incompatibilidad de

Zonas Lavadas:

los pre-flujos o mala

Regimen de

remocion de lodos

Flujo Incorrecto



Remocion de Lodos • Es un proceso de 3 pasos, a seguir antes de

cementar: • Limpieza del Hoyo • Acondicionamiento del lodo de perforacion • Desplazamiento del lodo del espacio anular



Remocion de Lodos (Cont.) • Limpieza del Hoyo

• Propiedades del lodo Controladas & Optimizadas • Viajes de Limpieza • >95% Volumen total del hoyo debe estar en circulacion • Registro o perfil del Hoyo – Fluidos Marcadores



Remocion de Lodos (Cont.) • Acondicionamiento del Lodo

• Romper los geles • Bajar ty + pv • Solidos de perforacion <6% • Rata minima de bombeo para alcanzar flujo total alrededor del revestidor • Desplazar el Lodo del Anular • Optimizacion de la Colocacion de la Lechada ---> CemCADE • Centralizacion del Revestidor (STO > 75%) • Movimiento del Revestidor 26 KTC – J B J une2004


Criterios para una Remocion de Lodos Efectiva • Centralizacion del revestidor • Movimiento del Revestidor • Raspadores • Tapones • Lavadores y Espaciadores • Seleccion del Regimen de Flujo



El Revestidor Ideal BHST al tope del cemento >BHCT a TD

Espacio Anular

Minimo: 3/4” Ideal: 1 1/2”

Hoyo y Lodo Acondicionados Apropiadamente Hoyo Estable

Diametro Exacto

Uniforme (ni zonas lavadas ni restricciones)

Sin Perdida

Sin Flujo

Revestidor centrado en el Hoyo

Revoque fino e impermeable (no gelificado o no-consolidado) 28 KTC – J B J une2004

BHST y BHCT reales


Centralizacion del Revestidor • Variaciones de Flujo Relativas como funcion de la excentricidad A18 D A16 T R 14 O P y12 O10 J U L8 F e6 d N4 O I C2 A L E0 R 0


RH RC

W % Stand-off =

20

40 60 API % STANDSTAND-OFF

w RH - RC

80

X 100

100


Centralizando el revestidor • Alcanzar un minimo Stand-Off de 75% as per SLB (67% API) S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Centralizador Rigido 30 KTC – J B J une2004

Centralizadores Espiral & Turbolizer

Influencia de la Centralizacion del Revestidor (Stand-Off) En Flujo Laminar S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

V2 =4V1 (For 67%) Di Do

En Flujo Turbulento V2 =1.64 V1 (For 67%)


Vnar

Vwide

Efectos de la Centralizacion en la Remocion de Lodos Lodo

Cemento

Disminuyendo el Stand-off 32 KTC – J B J une2004


Video “S – 15”: Importancia de la Centralizacion



Movimientos del Revestidor Revestidor Inmovil

ROTACION Lodo Gelificado

Comienza Rotacion Cemento Fluyendo

Lodo Casi Removido tot



Movimientos del Revestidor RECIPROCAR

Stand-off = 100 %

Lodo Stand-off 20%% Stand-off ==20

Lechada de Cemento


Stand-off = 20 %


Raspadores y Coples Raspador Rotante

Cople Modelo J 10H


Raspador Reciprocante

Cople Modelo J 5H


Tapones • Separar los fluidos • Limpiar el Revestidor


• Indicacion positiva en superficie

Tapon Superior


Tapon Inferior

Lavadores Quimicos • Fluidos de Baja Viscosidad • Usualmente a base de Agua • Pueden contener Surfactantes



Lavadores Quimicos (Cont.) • Separar el cemento del lodo – Efecto de incompatibilidad • Remover el lodo del anular – Flujo Turbulento a bajas ratas de bombeo – Erosionar, diluir y dispersar las particulas • Cambiar la humectabilidad del revestidor y formacion – Funcion de los Surfactantes • Aligerar la columna hidrostatica – Lodos base agua o base aceite 39 KTC – J B J une2004


Espaciadores • Fluidos densificados viscosos para separar lodo y lechada • Remocion de lodos • Compatibilidad con lodos y lechadas de cemento • Reologia Especifica – Baja para Flujo Turbulento – Ajustable para Flujo Laminar Efectivo



Propiedades de la Lechada


Factores en el Diseño de la lechada que pueden afectar una Cementacion

Agua Libre

Encogimiento o Microanillos

Percol de Gas

Percolacion de Gas

Migracion de Agua



Propiedades de las Lechadas • • • • • • •

Densidad de la Lechada Reologia de la Lechada Agua Libre Tiempo de Frague o Espesamiento Resistencia a la Compresion Perdida de Filtrado Compatibilidad



Reologia Reologia es la ciencia que estudia el flujo y la deformacion de la materia FLUIDOS

FLUIRAN

Si se Aplica una fuerza

SOLIDOS

Si se Aplica Una fuerza 44 KTC – J B J une2004

Se Romperan


Reologia (Cont’) En Cementacion de pozos S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Necesitamos la reologia para determinar: La mezclabilidad y bombeabilidad 45 KTC – J B J une2004

Aplicaciones de la Reologia Cementacion Evaluar la Mezclabilidad y Bombeabilidad de la Lechada ü

Determinar rata de bombeo apropiada o para obtener una remocion de lodos efectiva y buena colocacion de la lechada ü

Calcular las presiones debidas a la friccion

ü

Calcular los HHP para un trabajo

ü



Aplicaciones de la Reologia en Cementacion (Cont’)

Operaciones

Laboratorio

CemCADE TM S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Mezclabilidad / Bombeabilidad

Remocion de Lodos Efectiva

Parametros Reologicos 47 KTC – J B J une2004

Presiones por Friccion

HHP necesarios Presiones Reales

Reologia (alta) alta) =Presiones =Presiones (altas) altas) = HHP (altos)

Flujo Laminar V=0 V max V=0

ü

El Movimiento es deslizante (en estratos)

ü

La Velocidad en la pared =0

ü

La Maxima Velocidad es maxima al centro del perfil de flujo

ü

Vmax =2 V ü

Donde V =Velocidad media de la particula



Flujo Turbulento DIRECCION del FLUJO S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

ü

El Movimiento es rotacional

ü

La Velocidad media de las particulas es uniforme, a lo largo de toda la tuberia


Modelos Reologicos Plastico de Bingham Bingham

Modelo de Potencia Herschel-Bulkley

e t r o C e d o z r e u f s E

HerschelBulkley Modelo de Potencia Newtoniano

Velocidad de Corte 50 KTC – J B J une2004


Effectos Adversos causados por : El Agua Libre • Canalización • Llenado incompleto



Tiempo de Frague (Espesamiento) • Si la BHCT estimada es muy baja: – OH OH…

• Si la BHCT estimada es muy alta: – Uso ineficiente de los aditivos – Baja resistencia a la compresión – Adherencia pobre (Formación y Tubería) – Migración de Fluidos



Predicción de la Temperatura • Factores básicos que afectan el desempeño del cemento – La Temperatura – La Presión

• La Temperatura tiene la mayor influencia y afecta: – – – – –

El Tiempo de Frague La Resistencia a la Compresión La Perdida de Filtrado La Reologia EL Agua Libre



Resistencia a la Compresión • Pobre protección contra las fuerzas laterales

Sistema Estable

Sistema Inestable 54 KTC – J B J une2004


Control de la Perdida de Filtrado • Mantener una relación fluido/cemento constante – – – – – –

Densidad Constante Rendimiento Diseñado Tiempo de Fraguado Resistencia a la Compresión Reologia Propiedades Constantes

• Evitar el taponamiento Anular o presiones de bombeo excesivamente altas • Reducir el daño a la formación 55 KTC – J B J une2004


Contaminación Lodo - Cemento • Acelera o retarda el Tiempo de Fraguado • Reduce la resistencia a la compresión • Reduce la adherencia hidraúlica • Aumenta la perdida de filtrado • Cambia las propiedades reologicas 56 KTC – J B J une2004


Criterios para obtener una Cementación Exitosa • Concepto – D.E.E.

• Remoción de Lodos – Centralización, Movimientos del Revestidor, Lavadores y Espaciadores

• Accesorios de la tubería de Revestimiento – Raspadores y Tapones

• Propiedades de la Lechada – Densidad, Reologia, Agua Libre, Tiempo de Fraguado, Resistencia a la Compresión, Perdida de Filtrado, Pruebas de Compatibilidad



Cementación Secundaria


Tapones Balanceados Un Tapón Balanceado puede ser usado para: • Abandonar un pozo. • Desviar un pozo. • Sellar perforaciones no-deseadas. (Forzamiento) • Tapar zonas de perdidas de circulación. • Abandonar una sección no-deseada de un pozo.



Tapones Balanceados Un tapón correctamente colocado debe dejar la cantidad diseñada de lechada (regularmente en altura), luego de retirar la tubería de perforación: S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

TapónDiseñado 60 KTC – J B J une2004

Tapón con la tubería dentro

Con la Tubería fuera

Forzamiento packer

• Inyección de la lechada • Perforaciones, Fugas en el revestidor

tubing FORMACION revestidor Lechada

CEMENTO DESHIDRATADO

• Canales • Se realizan Por debajo o Por encima de la presión de fractura


CEMENTO

CEMENTO INICIAL CANAL DETRAS DEL REVESTIDOR


Aplicaciones • Reparación de cementaciones primarias • Aislamiento de Zonas • Abandono de Zonas • Fugas en el revestidor • Perdidas de Circulación



Concepto Básico • Proceso de Filtrado revestidor

– Diferencial de Presión Aplicado – Medio Poroso – Deposito de revoque en la superficie de la formación


FORMACION CEMENTO INICIAL CEMENTO DESHIDRATADO

cemento


Efectos del Control de Filtrado Ta Taponamien iento Complet leto del Revestidor Revestidor Revestidor Parcialm arcialment ente e Taponad Taponado o

Perforaciones erforac iones com c ompletam pletamente ente llenas Perforaciones Perforaciones Partialmen Partialmente te llenas

64 KTC – J B J un une2 e20 004


Forz orzam amien ienttos - M étodos • Té Técnica cnica de Bom Bombeo • Vacileos • Continuo

• Té Técnica cnica de Coloca locació ción n • Alta Alta Presió Presión n – por encim encima a de la presió resión n de fract fractu ura • Baja Presión – por por deba debajo jo de de la presión presión de fractura fractura

• Herramientas • Empacadura/Retenedor • Bradenh Bradenhead ead - BO BOP P

• Tu Tubería Contin inu ua - Coile iled tubin ing g 65 KTC – J B J un une2 e20 004


Forz orzam amien ientto de Baja Baja Presión Presión • Presión resión de forzamiento forzamiento por debajo de la presión presión de fractura • Es el mejo mejorr métod étodo o a usar usar en la zon zona a producto roductora ra • Pequ equeños eños volum olumenes enes de lechada lechada • Se ap aplica en : • • • •


Zonas onas M ultiple ultipless Largos Intervalos Pozos Pozos con bajas ajas pre presion siones es (baja BHP) Formac Formaciones iones Naturalment aturalmente e fracturad fracturadas as


Forzamiento de Alta Presión • Es necesario fracturar para colocar el cemento en los espacios • Son necesarios grandes volumenes • Se aplica en: • Zapatas • Tope de Liner • Forzamientos en bloque

• Lavador o acido por delante para minimizar las ratas de bombeo, requeridas para fracturar



Forzamiento Continuo • El bombeo es continuo hasta que la presión final es alcanzada • Fluidos limpios en el hoyo • Grandes volumenes de lechada sin control de filtrado • Forzamiento de Alta o Baja Presión • Aplicaciones: – Flujo de agua – Abandono de perforaciones – Aumentar el tope del cemento – Zapatas de los revestidores – Tope de Liners – Zonas con perdidas de circulación 68 KTC – J B J une2004


Forzamiento Continuo S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

) i s p ( n ó i s e r P

Tiempo(min)

Time (min..)

• Grandes volumenes de lechadas son bombeadas usando esta técnica (en la mayoría de los casos) 69 KTC – J B J une2004

Forzamiento Intermitente • • • • •

Bombeo Intermitente Bajas Ratas de bombeo Pequeños Volumenes de Lechada Largos Tiempos de Ejecución Aplicaciones: – Reparación de Canales – Largos intervalos de perforaciones – Perdidas de Circulación



Forzamiento Intermitente

) i s p ( n ó i s e r P

A

B

•

Rata of 0.25 - 0.5 bpm

•

10-20 min. (cada vacileo)

C

A

Tiempo (min) 71 KTC – J B J une2004

D

D


Aditivos de Cementación


Condiciones en un Pozo Remocion de Lodo Presion por Friccion Mezclabilidad Bombeabilidad

Control Pozo Sobre Presion Formaciones Debiles

Formaciones Permeables

Control de Gas Temperatura

Retrogresion de la Resistencia


Antiespumantes

Perdidas de Circulacion

Espumantes (Cemento Espumado)


Condiciones en un Pozo PROBLEMA

PARAMETRO DE LA LECHADA

CONTROL DEL POZO

CATEGORIA DE ADITIVO SOLUCIONES EXTENDEDORES

DENSIDAD

SOBRE PRESION

AGENTES DE PESO

FORMACIONES DEBILES TEMPERATURA

TIEMPO DE FRAGUE

ACELERADORES RETARDADORES

ESTABILIDAD DE FLUIDOS

FORMACIONES PERMEABLES

CONTROL DE FILTRADO

REMOCION DE LODO REOLOGIA

PRESION POR FRICCION

FLAC DISPERSANTES AGENTES GELIFICANTES

CAPACIDAD DE TAPONAR PERDIDAS DE CIRCULACION

PROPIEDADES DE TAPON DENSIDAD

LCM EXTENDEDORES

CONDICIONES ESPECIALES O ANORMALES RETROGRESION DE LA COMPRESION

PRODUCTO DE LA HIDRATACION

SILICA

ESPUMANTES

ESTABIL - ESPUMA

AGENTES ESPUMANTES

ESPUMA

TENDENCIA A LA ESPUMA

ANTI-ESPUMA



Aditivos de Cementación • Aceleradores y Retardadores – Cambian el Tiempo de Frague – Modifican la velocidad de desarrollo de la resistencia • Extendedores – Reducen la densidad – Aumentan el rendimiento • Agentes de Peso – Aumentan la densidad


• Dispersantes – Mejoran la remoción – Mejoran la mezclabilidad – Lechadas de agua reducida – Reducen las presiones por fricción (Low Ty and Pv) • Controladores de Filtrado • Materiales para perdida de circulación (LCM)


Aditivos Especiales • • • • •

Antiespuma/Desespumantes Aditivos para mejorar la Adherencia Aditivos Expansivos Aditivos para controlar la migración de Gas Sistemas Tixotropicos



Antiespumantes • Que causa la Espu Espum ma? – Propiedades de los materiales – M ala ala humectació ectación n de las part artículas ículas sólid sólidas

• Por que que usar ant antiespu iespum mante antes? s? – Para prev prevenir enir la gelific gelificacion acion / preven prevenir ir una una pobre pobre hidrat hidratación ación – Para prevenir cavitación en las bombas – Para obtener y bombear una densidad real

• Propiedades de los anties antiespu pum mantes antes – Debe Deben n ser Insolubles Insolubles en el fluido fluido espum espumante ante – Deben eben tener ener una sup superficie erficie más áactiv áactiva a que el fluid fluido o espu espumant ante



Aceleradores • S00 S001 (CaCl2-sóli -sólid do)

1 - 4 % BWOC BWOC

– La pureza pureza debe debe ser : S00 S001 =7 =77 7% CaCl2 CaCl2 concentración oncentración – Reacc Reacción ión Exot Exoterm ermic ica a

• D044 (NaCl) • Agu Agua de M ar

<10 % BWOW

– Verificar Verificar el comp comportam ortamien ientto cerca cerca de los deltas eltas de rios

• D077 (CaCl2 aCl2--líqu líquid ido) o) 0.2 - 0.4 gal/sk • ARC RCTI TIC C SET para para Bajas tem temperat peratura urass



Efecttos Sec Efec Secun unda dari rios os del CaC CaCll2 • Aument umenta a la temperatu temperatura ra – Calor alor de Solución Solución del CaC CaCll2 – Efecto fecto acelera acelerad dor adiciona adicionall (en sup superficie?) erficie?) – Expan Expansi sión ón del revestido revestidorr

• Aumen Aumentta la reolog reología ía (gelificación) • Es Posible osible un aum aumento ento en la perm permeab eabilidad ilidad – Disminu isminuy ye la resisten resistenci cia a a los sulfat sulfatos os



D044 Cloruro de Sodio • No muy eficiente como acelerador • Actua como acelerador <10% BWOW • Rango preferido 3-5% BWOW 8

) r c h B ( 0 y 0 c 1 n 6 e h t c s i a s e r n o o t c e y r4 r m i l T u S

136°F (58°C) 154°F(68°C) 179°F (81°C) 210°F (99°C)

2 0

0

5

10

15

20

25

NaCl EN AGUA DE MEZCLA (% BWOW) 80 KTC – J B J une2004

30


Densidad de la Lechada Mas Liviana Mas Agua* •Absorbentes •Materiales Ligeros

Densidad Mas Baja


Cambiando La Densidad De la Lechada Cemento Neto 15.6 ppg Clase A 15.8 ppg Clase G 16.4 ppg Clase H

Mas Pesada Menos Agua •Material Pesado •Dispersantes

Densidad Mas Alta


Clasificación de los Extendedores • Extendedores base agua – Agua – Arcillas (Bentonita) – D020, D128 – Extendores químicos (Silicatos) – D075, D079

• Solidos de baja densidad – – – –

Puzolana (Fly ashes) – D035, D056, D061, D602 Kolite y Gilsonite – D042, D024 Perlita expandida – D072 Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155

• Materiales de muy baja densidad – Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADO – Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL) 82 KTC – J B J une2004


Extendedores de Cemento Extendedor o Sistema Ligero

6

Densidad de la Lechada (lb/gal) 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Bentonita

15

11.2 12

LITEPOZ 3 D035 LITEPOZ 7 D061

14.7 13.6

10.8

TXI Lightweight Cement D911

12

14.2 14.5

11

Diacel D D056 Perlita Expandida D072

10.6

13.8

Metasilicato de Sodio D079

11

14.5

Silicato de Sodio D075

11.5

14.5

LITEFIL D124 Cemento Espumado

9

12 15

6

Microsilica D154 / D155 10.5

LiteCRETE* UltraLiteCRETE * * M ark of Schlumberger 83 KTC – J B J une2004

15

11

7.5

13 10.5


Extendedores Bentoniticos Arcillas Bentoniticas No-Tratadas Tratadas (Mejor Hidratación)

Atapulgita Montmorilonita Agua de Mar D020: Agua Fresca D128: Agua

Propiedades Generales •Extendedor base agua •SG =2.65 •Mezclado en seco o pre-hidratado •Concentración 0 - 20% BWOC 84 KTC – J B J une2004


•Economico y ampliamente disponible •Disminuye la resistencia a la compr. •Aumenta la permeabilidad •Viscosifica las Lechadas ( +sólidos)

Extendedores Químicos Silicato y Metasilicato de Sodio (D075 - D079) • Reacciona con los cationes en el cemento (Ca++, Mg++) • Forma un gel viscoso y gelatinoso – Encapsula el agua adicional – Baja separación de agua libre

• Reologías bajas para flujo turbulento • Mejores propiedades y mezclabilidad que lechadas bentoníticas


• Mejor resistencia a la compresión que las lechadas bentoniticas • No controla la perdida de filtrado (usar D167 UNIFLAC) • Se requieren bajas concentraciones • Ca-Silicato actua como acelerador • Usar retardador D110


Retardarción de los sistemas de Cemento • Aplicaciones: – Revestidores Intermedios y de producción – Forzamientos y Tapones – Altas temperaturas y profundidades



Retardadores Retardadores

BHCT oF 100

200

D13/D81

100

D13/D81 with Dispersant

100

D800/D801

300

400

140 185

125

250 250

D800/D801 with D93/L10 D110

Fresca Mar

175

310 300 300

D110 with D93/L10 D28/D150

220

300

D28/D150 with D121

300

D28/D150 with D93

300

D74 - for RFC only D177 UNISET LT D161 UNISET HT 87 KTC – J B J une2004

100 80

375

350 400

37% NaCl

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

140 250 250

450

X

X

X

X

X


Retardadores • Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas: – – – – –

Gelificación (ej. Lignosulfonatos) Dispersion Aumento de la Perdida de Filtrado Incompatibilidad Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión



Propiedades Individuales de los retardadores UniSET • UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperatura – Sal Organica – Retardador de Baja a media temperatura – Teoría de la Nucleación – No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de nanosilica – Es Compatible ya sea con agua fresca o de mar – Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de temperatura



UNISET* LT Sensibilidad a la Concentración 10

) s a r o h ( e u g a r F e d o p m e i T

Conc - 10%

Conc

Conc +10% S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

8 6 4 2 0 0.05 (140)

0.15 (185)

0.30 (220)

Concentracion en gal/sk (Temperatura en deg F)


* M ark of Schlumberger

UNISET* LT Sensibilidad a la Temperatura 12

) s a r 10 o h ( e 8 u g a r 6 F e d 4 o p m 2 e i T

0.15 gal/sk S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

0.05 gal/sk

0 130 - 140 - 150

172 - 185 - 198

Temperatura (deg F)


* M ark of Schlumberger

Propiedades Individuales de los retardadores UniSET • UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperatura – Es una mezcla de Sales Organofostatica e inorganicas – Retardador de media a altas temperaturas – Teoría de la Adsorción – Más tolerante a: • Variaciones de concentraciones • Variaciones de temperatura • Esfuerzo de corte

– Rápido desarrollo de resistencia a la compresión – Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl



Perdida de Filtrado • Definición – Es el Filtrado o fase acuosa, perdida en la formación – Revoque depositado sobre la superficie de la formación

• Porque las lechadas pierden agua? – Presión Diferencial – Medio Permeable (formacion) – Relación Agua/cemento? Hidratación



Perdida de Filtrado • Etapas en la Perdida de Filtrado – Perdida de Filtrado Dinámica – Perdida de Filtrado Estática

• Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la Lechada – Tiempo de Frague vs. concentración de agua – Daño a las formaciones por el filtrado – Migración de gas, a través del revoque de cemento y pobre calidad del cemento



Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la lechada DISMINUYE Rendimiento Agua Libre Tiempo de Frague Sedimentación Encogimiento Volumetrico Remocion de Lodos (-Efic) Hidrostatica (psi/ft)


AUMENTA Densidad de la Lechada Viscosidad Plástica Punto Cedente Resistencia Compresiva Adherencia


Tiempo de Fraguado vs. Densidad 0 6 1

) n i m ( o d a u g a r F e d o p m e i T

T i e m p o d e F r a g u a d o

e t n e d e C o t n u P

n te P un to Cede

0 4

15.6


Densidad de la Lechada (ppg)

16.4


Mecanismos para Controlar la Perdida de Filtrado • Reducir la permeabilidad del revoque (enjarre) – – – –

Partículas de materiales para llenar los espacios Partículas de Polimeros para taponar los poros Película de polímero sobre los poros y el cemento cubriendolos Cambiar la distribución de partículas con el uso de dispersantes

• Aumentar la Viscosidad de la fase acuosa – Agregando polimeros solubles en agua – Agregando agentes gelificantes – Efecto relativamente pequeño comparado con la reducción de permeabilidad 97 KTC – J B J une2004


Mecanismos S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Taponamento por Particulas


Taponamento por Polimeros

Aditivos para Controlar la Perdida de Filtrado Particulas: • Particulas FLACs: • Latex FLACs: Polimeros Solubles en Agua: • Derivados de la Celulosa: • Polimeros Sintéticos No-Ionicos: • Polimeros Sintéticos (UniFLAC):


D020, D600G, D500 D600G,D700 D059, D112 D159, D160 D167, D168


Características del UniFLAC* • UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido) • UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)

• Diseños más Robustos, Nobles y Simples – Amplio rango de aplicaciones – Un set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos los revestidores

100 KTC – J B J une2004


Características del UniFLAC* (Cont.) • Ventajas – – – – –

Simplicidad al Diseñar Baja Sensibilidad a los diferentes lotes de cemento Baja Sensibilidad a las variaciones de temperatura Sinergia con los retardadores universales (UniSET) Aceleracion a baja temperaturas

• Beneficios – Un aditivo FLAC para la mayoría de las aplicaciones – Mejoramiento de la calidad de Servicio – Tiempo de Equipo (menos tiempo de espera) 101 KTC – J B J une2004


Rango Oper erat ativ ivo o FLAC S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

102 KTC – J B J un une2 e20 004

Valores Límites Límites de de Perd Perdida ida de Fil Filttrad rado o Valores Valores Típic Típicos: os: (pru (prueb eba a AP APII, 10 1000 psi) • • • • •

Preven revencción de migración de Gas Cementación de Liners Cementación de Revestidores Cementaci ció ón de pozos Horizontales Forzamientos – Formaciones co con K <1 md – Formacio ciones entre 1100 md • Lechadas de de Alta Densidad 103 KTC – J B J un une2 e20 004

30 - 50 ml/30 l/30 min <50 ml/30 min 200 – 300 ml/30 min <50 ml/30 min 200 ml/30 min 100 - 200 ml/30 min 35 - 100 ml ml/30 min <50 ml/30 min


Dispe ispersan rsanttes con FLAC LACss M ecanism ecanismos os de acción acc ión:: • Dispersan los granos de cement emento, o, mejora mejorando ndo el empaq empaque, ue, reduc reduciendo iendo la perm permeabilidad eabilidad • Floculados con sal, acción de taponamento SI N DI SP ERSANTE

104 KTC – J B J un une2 e20 004

REVOQUE

CON DI SPERSANTE

EMPAQUE EMP AQUE ALEATOR ALEATORII O

EMP EM P AQUE ORD ORDENADO ENADO

ALTA PERM PERM EABILIDAD

BAJ A PER PERM EABILIDAD ABILIDAD


Dispersantes Reología de las Lechadas – Volumen de particulas sólidas / volumen total de fluido – Interacciones entre las partículas – Reología de la fase acuosa Se puede cambiar con los dispersantes

Porque usar dispersantes? – – – – – –

Reducen la viscosidad y punto cedente Flujo Turbulento es mas facil de alcanzar Reducen las presiones debido a la fricción Mejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo) Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal) Mejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado

105 KTC – J B J une2004


Tipos de Dispersantes Sulfonados • • • •

Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) Polimelaminas Sulfonadas (PMS) Polimeros Aromaticos Polimeros Organicos

D065, D080 D145A D065A, D080A D604M, D604AM

Lignosulfonatos • Acido Hidroxicarboxilico derivado de la Lignita • Acidos Hidroxicarboxilicos

106 KTC – J B J une2004

D081 D121


Densidad de la Lechada Mas Liviana Mas Agua* •Absorbente •Material Lig

Densidad Mas Baja

107 KTC – J B J une2004

Cambiando la Densidad De la Lechada Cemento Neto 15.6 ppg Clase A 15.8 ppg Clase G 16.4 ppg Clase H

Mas Pesada Menos Agua •Material Pes •Dispersante

Densidad Mas Alta


Agentes de Peso • Requerimientos – Gravedad Específica Alta – Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed) – Baja Adsorción de agua (eficiencia) – Disponibilidad y costo aceptable – Pureza y consistencia del producto – Inerte

108 KTC – J B J une2004


Agentes de Peso Comunes Agua Adicional

CODIGO

AGENT

SG

D031

Barita

4.22

0.0240

D076

Hematita

4.95

0.0023

D907

Cemento

3.2

0.0529

D157

(tetraoxido de Mn) Mn3O4

4.7 - 4.9

109 KTC – J B J une2004

gal/lb


Retrogresión • Por encima de 230 deg F la temperatura estática (BHST) desestabiliza el cemento, causando: – Una reducción en la resistencia compresiva – Un Incremento en la permeabilidad

• Efecto causado por la conversión del gel C-S-H • Se previene agregando de 30 a 40% BWOC de silica, reduciendo la relación C/S ratio del gel C-S-H

110 KTC – J B J une2004


Arena de Silica D030 y Harina de Silica D066 PROPIEDAD Particle Size US Mesh Add. Water Specific gravity Alta Densidad Baja Densidad Sedimentación Mezclabilidad Por encima de 300deg F 111 KTC – J B J une2004

D030 - Arena de Silica D066 Harina de Silica 70 - 200

>200

~10% 1.12 gal/sk 2.63 Applicaciones Preferida Alternativa Alternativa Preferida Alternativa

+12% 1.34 gal/sk 2.63 Alternativa Preferida Preferida Alternativa Preferida


Aditivos Antisedimentantes • Los aditivos antisedimentantes reducen: – El Agua Libre – La Sedimentación – La Inestabilidad de las Lechadas

• Son compatibles con todos los productos de cementación • Solo afectan la reología de la lechada • Rango de Temperatura : hasta 300 deg F • Agente Antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOC • Antisedimentante Líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk 112 KTC – J B J une2004


Pruebas de Laboratorio


Resultados de las pruebas de Laboratorio En cursos anteriores se estudio que antes de ejecutar un trabajo, el laboratorio debe realizar y emitir un reporte de las siguientes pruebas: l l l l l

114 KTC – J B J une2004

Tiempo de Frague (TT) en Bc. Perdida de Filtrado (cc / 30mins). Reologia (300,200,100,60, 30,6,3). Resistencia a la Compresión (12 & 24 hr). Agua Libre (%).


Funciones del Laboratorio Se ejecutan dos tipos de pruebas : 1. Evaluación de las Lechadas – Etapa de diseño de la lechada •

Medición de las propiedades específicas de las lechadas bajo condiciones simuladas de fondo de pozo

– Etapa de Ejecución •

Monitorear la preparación y mezcla de los productos

2. Caracterización Química – Análisis quantitativo y qualitativo de los componentes de la

lechada antes del mezclado • Cemento • Aditivos • Fluido de Mezcla 115 KTC – J B J une2004


Evaluación de las Lechadas •

Se rigen por el comite API de “ Estandarización de cementos petroleros” Normas :10A & 10B

•

Esta publicación consiste de: •

•

•

Especificaciones para las pruebas de lechadas de cemento neto Procedimientos operacionales para todas las lechadas

Procedimientos diseñados para simular las condiciones de fondo de pozo •

116 KTC – J B J une2004

Presión / Temperatura


Propiedades de la Lechada • Agua Libre y Sedimentación – Separación de agua de la lechada estática – Migra, acumulandose en bolsillos o al tope de la

columna de cemento – Resultado =Aislamiento Zonal Incompleto

• Densidad – Balancear las presiones subyacentes – Resistencia a la compresión final

117 KTC – J B J une2004


Propiedades de las Lechadas - Cont. • Bombeabilidad (Consistencia) – Tiempo durante el cual la lechada es bombeable

• Perdida de Filtrado – Deshidratación de la lechada durante la etapa de

colocación • Reologia – Modelo de Regimen de Flujo

118 KTC – J B J une2004


Propiedades del Cemento Endurecido • Adherencia – Cemento - Revestidor & Cemento - Formación

• Resistencia a los Sulfatos – Reaccion a los sulfatos de Magnesio y Sodio •

Perdida de la resistencia a la compresión

•

Resquebrajamiento por esfuerzos

• Retrogresion – Perdidad de la resistencia a temperaturas >230°F (110°C).

• Permeabilidad – Lechadas Ligeras 119 KTC – J B J une2004


Flujograma de Pruebas SOLICITUD DE PRUEBAS DENSIDAD

REOLOGIA

AGUA LIBRE

FILTRADO

COMPATIBILIDAD CEMENTO-ESPAC-LODO

TIEMPO DE FRAGUE

RESISTENCIA A LA COMPRESION

REPORTE DE LABORATORIO

120 KTC – J B J une2004


Equipos de Prueba Waring Blender - Mezclador de Lechadas Nota: El Waring Blender imparte mucha más energía de mezcla de la que es usada realmente en el campo, con los equipos de mezcla actuales, por lo tanto las condiciones de mezcla en el campo no son realmente simuladas. 121 KTC – J B J une2004


Equipos de Prueba Balanza Presurizada - Densidad S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

Una en locación, otra en el Laboratorio 122 KTC – J B J une2004

Equipos de Prueba Viscosímetro Rotacional - Reologia Resorte de Torsion

Cilindro Interno Rotor Bob Taza

123 KTC – J B J une2004


Equipos de Prueba Consistómetro - Tiempo de Frague


Atmosferico HPHT 124 KTC – J B J une2004

Equipos de Prueba Filtro Prensa - Perdida de Filtrado


HPHT 125 KTC – J B J une2004

Baja Presión

Equipos de Prueba Resistencia a la Compresión Método Destructivo

UCA – No Destructivo S c h l u m b e r g e r P r i v a t e

126 KTC – J B J une2004

01 - Revisión de la Tecnología de Cementación.pdf

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