9NIERSIDAD POP9LAR A9TONOMA DE ERACR9Z
INGENIERIA DE PERFORACION PERFORACION DE POZOS POZOS DISEÑO DE LECHADAS DE DE CEMENTO CEMENTO Y OPERACIONES OPERACIONES DE CEMENTA CEMENTACIÓN CIÓN DE POZOS POZOS ASESOR: ING. ING. ROBERTO ROBERTO ANTONI ANTONIO O WONG WONG JIMENEZ INGENIERIA PETROLERA (701)
DATOS DATOS PRESENTA L!" A#$%&' A#$%&' A&!*+ S*+'" S*+'" M*'&!,#*: -011107/10 -011107/10 C#*% %# #*+'%#: -000010001 G%+%&*,!2+: S%'!%3$&% -01 4 A5"' -01/
A5* D#,%6 %&*,&8 %&*,&8
1
INDICE 4.1 Preparación de lechadas de cemento 4.1.1 Propiedades físicas del cemento 4.1.2 Manufactura y clasificación de cemento 4.1.3 Aditivos utilizados en el cemento 4.2 Pruebas de laboratorio y preparación de lechadas 4.2.1 Preparación de lechadas de d iferentes densidades 4.2.2 Medición de propiedades físicas de las lechadas 4.2.3 ontaminación de lechadas de cemento
4.3 Operaciones de cementación de pozos 4.3.1 !unciones de las cementaciones de tuberías 4.3.2 ementación primaria 4.3.3 ementación por etapas 4.3.4 ementación de linner 4.3." ementaciones especiales 4.3.# entralización de tuberías
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4.1 PREPARACIÓN DE LECHADAS DE CEMENTO A continuación se mencionaran al$unos de los aditivos m%s utilizados en la industria petrolera.
Aditivos para lechadas de cemento convencionales. &ste tipo de aditivos son utilizados para obtener lechadas de cemento 'ue nos permitan cubrir los re'uerimientos de un pozo. (as características m%s comunes a ser afectadas por estos aditivos son) *
+ensidad
*
,esistencia a la compresión
*
Propiedades de fluido -reolo$ía
*
A$ua libre
*
P/rdida de fluido
Aceleradores (os aditivos aceleradores de cemento cumplen con la función de acortar el tiempo de fra$uado y reducir el tiempo de espera para el fra$uado del cemento -0. (os aceleradores son ampliamente usados en tuberías superficiales pozos poco profundos y tapones de cemento. (os m%s comunes son) Cloruro de calcio (CaCl 2 ) * &l m%s comnmente usado *
+e un 2 a 4 por peso de cemento
*
,esiste temperatura circulante de "5 a 155 6!
*
&n ba7as concentraciones disminuye la viscosidad
*
8ncrementa la viscosidad y la p/rdida por filtrado a altas concentraciones
Cloruro de sodio (NaCl) * ,esiste temperaturas circulante de "5 a 125 6! *
1 a " por peso de cemento
*
8ncrementa p/rdida por filtrado
*
,educe la viscosidad
+ensificantes &l propósito de los densificantes es el contrarrestar altas presiones de formación. &stos aditivos son utilizados para obtener lechadas con densidades mayores a 19 lb:$al las cuales tienen un ba7o re'uerimiento de a$ua y tienen tama;o de partícula uniforme. (os densificantes son aditivos 'uímicamente inertes y compatibles con otros aditivos. Barita * ,e'uiere a$ua adicional de mezcla -5.52#4 $al:lb *
,esiste temperaturas de 95 a "55 6!
*
Puede causar asentamiento e incremento de la viscosidad
*
,educe la resistencia a la compresión.
3
,etardadores &n al$unos pozos profundos y de altas temperaturas el fra$uado puede ocurrir antes de lle$ar a la zona de inter/s< para evitar esto se a$re$an retardadores 'ue hacen 'ue la lechada fra$=e en tiempos m%s lar$os< aun'ue reducen la resistencia a la compresión. Al$unas de las características 'ue pueden tener este tipo de aditivos son) *
Ambientalmente ami$able
*
>uen desarrollo de resistencia temprana
*
Me7ora el control de filtrado a altas temperaturas
*
,esiste un ran$o de temperatura de 95 a 225 6!
*
oncentraciones de entre 5.1 a 2 >0
ontroladores de P/rdida de !luido &ste tipo de aditivos tiene como propósito evitar la deshidratación de la lechada de cemento durante el bombeo cuando pasa frente a zonas permeables donde se presenta el proceso de filtración. &stos aditivos funcionan evitando el flu7o de a$ua desde la lechada hacia la formación. Al$unas características de estos aditivos son) *
&fectivo a altas temperaturas
*
>iode$radable
*
,esiste temperaturas de entre 155 y 455 6!
*
?iscosifica li$eramente
+ispersantes o ,etardadores de !ricción &ste tipo de aditivos son dise;ados para me7orar la lechada de cemento y me7orar las propiedades de flu7o. >a7an la viscosidad y pueden ser bombeados en r/$imen turbulento a ba7as presiones. on esto se minimiza la potencia re'uerida y se disminuyen las posibilidades de p/rdida de circulación y deshidratación prematura. Al$unas de las propiedades 'ue poseen estos aditivos son) *
,educe la viscosidad aparente y me7ora las propiedades reoló$icas
*
oncentraciones entre 5.3@1 >0
*
,esiste un ran$o de temperatura mayor a #56!
*
>iode$radable
*
Puede producir se$re$ación
ontrolador de as Bna de las preocupaciones es la mi$ración de $as a trav/s del cemento. (as lechadas de cemento son capaces de transmitir presión hidrost%tica y mantener el control de presiones mientras est% en estado fluido. &l cemento tiende a tomar una consistencia de $el cuando se encuentra en estado est%tico y antes de endurecerse podría tambi/n perder una cantidad pe'ue;a de filtrado en zonas porosas resultado de una reducción de volumen. &l camino de esta mi$ración de $as es permanente y eCiste incluso despu/s de 'ue el cemento se haya endurecido totalmente. Para combatir este problema se adicionan a la lechada este tipo de aditivos con la finalidad de minimizar el tiempo en el 'ue el cemento se encuentra en estado de $el. Al$unas de las propiedades de este aditivo son) *
,esiste temperaturas entre #5 y 2356!
*
+isminuye la p/rdida de filtrado
*
Aumenta li$eramente la viscosidad
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Antiespumantes &ste tipo de aditivos es u tilizado para evitar la formación de espuma la cual aparece durante la a$itación mientras se est% preparando la lechada de cemento. &ste aditivo es capaz de funcionar a altas temperaturas. Al$unas de las propiedades de estos aditivos son) *
Ayuda a controla la formación de espuma en las lechadas de cemento
*
Puede emplearse en cementos con l%teC
*
oncentraciones de 5.55" $al:sD
Adición de compuestos 'uímicos al cemento para $eneración de alternativas +espu/s de una importante investi$ación acerca de la cementación de pozos petroleros se introduce la utilización de nuevos componentes para la elaboración de lechadas. Bn compuesto importante para esta nueva lechada es la fibra de polipropileno utilizada comnmente en la construcción. &sta fibra se a$re$a al concreto y forma una red de refuerzo tridimensional 'ue se distribuye uniformemente y detiene la formación de $rietas microscópicas causadas tanto por la mi$ración de a$ua de la eCudación a la superficie como por la contracción del concreto. !unciona sin afectar la hidratación 'uímica del cemento su acción es mec%nica y no 'uímica por lo 'ue es apropiada para cual'uier dise;o de lechada o para utilizarla con otros aditivos. (a fibra de polipropileno proporciona resistencia en $randes construcciones y me7ora las propiedades del cemento es donde sur$e la idea de utilizarla en la cementación de pozos y $enerar e l mismo tipo de resistencia obtenido en construcciones para evitar fallas y p/rdidas durante la vida del pozo. tro compuesto del cual se analizó su comportamiento fue la resina de poliuretano la cual es utilizada en la fabricación de suela de zapato haci/ndola un material resistente y de lar$a duración. Ee obtiene por un proceso de condensación entre dos monómeros complementarios o estableciendo enlaces entre uretanos y poli/steres. Ee pueden lo$rar tres tipos distintos de resinas) rí$idas muy duras lustrosas indicadas para recubrimientos 'ue deban presentar una elevada resistencia a los disolventes< las blandas y el%sticas en forma de cauchos resistentes a la abrasión< y la espuma 'ue puede ser fleCible o rí$ida. (a resina de poliuretano resiste temperaturas entre 195 y 325F lo cual la hace ideal para las temperaturas re$istradas en el interior del pozo. Al utilizar estos dos compuestos se pretende desarrollar un sistema capaz de modificar el Módulo de Goun$ de la lechada convencional entre otras propiedades para evitar las posibles fallas del cemento< ase$urando y alar$ando la vida productiva del pozo. !ibra de Polipropileno Eon fibras de monofilamentos de polipropileno es un material elastom/rico el cual modifica las propiedades mec%nicas del cemento fra$uado. Afecta principalmente al Módulo de Goun$ y ,elación de Poisson.
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4.1.1 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO (as propiedades de los cementos usados en diferentes campos de petróleos varían de acuerdo a los si$uientes factores) *
Bbicación $eo$r%fica
*
ondiciones del fondo del pozo
*
Hipo de traba7o de cementación
*
Hipo de lechada
(as propiedades del cemento pueden ser modificadas mediante la utilización de aditivos y así cumplir los re'uerimientos para realizar un traba7o en particular. (os cementos de clasificación AP8 tienen propiedades físicas específicas para cada clase de cemento mismas 'ue b%sicamente definen sus características. Al$unas de sus propiedades físicas son) Gravedad específica (Ge) +enota el peso por unidad de volumen sin tomar en consideración otros materiales tales como el aire o el a$ua es decir el peso en $ramos del cemento específicamente< sus unidades $:cm3 D$:( ton:m3. Peso volumétrico (PV) +enota el volumen por unidad de masa. Ee toma en consideración el aire contenido entre los $ramos de cemento< sus unidades $:cm3 D$:( ton:m 3.
Finezas de los granos del cemento 8ndica el tama;o de los $ranos del cemento. Eu mayor influencia se da sobre el re'uerimiento de a$ua para la preparación de la lechada. &sta característica es un factor determinante pero no nico para la clasificación de los cementos. Eus unidades son cm2:$ m2:D$. ,epresenta el %rea eCpuesta al contacto con el a$ua y se determina como una función de permeabilidad al aire. e!uerimiento de agua normal &s el a$ua necesaria para la lechada con cemento solo. +ebe d ar 11 unidades de consistencia >earden ->c a los 25 minutos de a$itarse en el consistómetro de presión atmosf/rica a temperatura ambiente< se eCpresa en por ciento por peso de cemento. e!uerimiento de agua mínima +enota el a$ua necesaria para la lechada de cemento. +ebe dar 35 >c a los 25 minutos de a$itarse en el consistómetro de presión atmosf/rica a temperatura ambiente< se eCpresa en por ciento por peso de cemento. "ensidad de la lec#ada &s la relación entre la masa de la lechada de cemento y su volumen y est% en función de la cantidad de a$ua re'uerida< sus unidades $:cm3 lbs:$al ton:m3.
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4.1.2 MANUFACTURA Y CLASIFICACIÓN DE CEMENTO MANUFACTURA DEL CEMENTO
1. &Cplotación de materias primas +e las canteras de piedra se eCtrae la caliza y la arcilla a trav/s de barrenación y detonación con eCplosivos cuyo impacto es mínimo $racias a la moderna tecnolo$ía empleada. 2. Hransporte de materias primas Bna vez 'ue las $randes masas de piedra han sido fra$mentadas se transportan a la planta en camiones o bandas. 3. Hrituración &l material de la cantera es fra$mentado en los trituradores cuya tolva recibe las materias primas 'ue por efecto de impacto y:o presión son reducidas a un tama;o m%Cimo de una y media pul$adas. 4. Prehomo$enización (a prehomo$enización es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla caliza o cual'uier otro material 'ue lo re'uiera. ". Almacenamiento de materias p rimas ada una de las materias primas es transportada por separado a silos en donde son dosificadas para la producción de diferentes tipos de cemento. #. Molienda de materia prima Ee realiza por medio de un molino vertical de acero 'ue muele el material mediante la presión 'ue e7ercen tres rodillos cónicos al rodar sobre una mesa $iratoria de molienda. Ee utilizan tambi/n para esta fase molinos horizontales en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero. I. Jomo$enización de harina cruda Ee realiza en los silos e'uipados para lo$rar una mezcla homo$/nea del material. 9. alcinación (a calcinación es la parte medular del proceso donde se emplean $randes hornos rotatorios en cuyo interior a 14556 la harina se transforma en clinDer 'ue son pe'ue;os módulos $ris obscuros de 3 a 4 cm. K. Molienda de cemento &l clinDer es molido a trav/s de bolas de acero de diferentes tama;os a su paso por las dos c%maras del molino a$re$ando el yeso para alar$ar el tiempo de fra$uado del cemento. 15. &nvase y embar'ue del cemento &l cemento es enviado a los silos de almacenamiento< de los 'ue se eCtrae por sistemas neum%ticos o mec%nicos siendo transportado a donde ser% envasado en sacos de papel o surtido directamente a $ranel. &n ambos casos se puede despachar en camiones tolvas de ferrocarril o barcos.
CLAI!ICACION DEL CE"EN#O (os cementos de la nueva serie de normas pueden clasificarse atendiendo a los si$uientes criterios) •
Por su utilización
•
Por sus características especiales
•
Por su composición
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•
Por su resistencia
Clasi$icación en $%nción de s% %tilización Atendiendo a su utilización los cementos se clasifican en) a Cementos com%nes &CE"'( son a'uellos 'ue se vienen utilizando tradicionalmente y cuyo comportamiento y prestaciones son bien conocidos y documentados. Eu empleo est% recomendado para hormi$ones en masa armados y pretensazos utilizados tanto en edificación como en obra civil. b Cementos para %sos especiales &EP'( son a'uellos 'ue est%n especialmente indicados para $randes macizos de hormi$ón en masa @como es el caso de las presas@ así como para otros usos entre los 'ue destacan los relacionados con la construcción de carreteras) estabilización de suelos bases y subbases tratadas y pavimentos. Por sus características particulares no est%n recomendados para hormi$ones armados o pretensados. c Cementos de al%minato de calcio &CAC'omo puede observarse /ste es el primer cambio si$nificativo 'ue se produce en la normativa de cementos en relación a la situación de la anterior norma.
Clasi$icación en $%nción de s%s caracter)sticas especiales Atendiendo a las prestaciones adicionales 'ue puede tener un cemento con relación a las consideradas como est%ndar /stos se clasifican en) a Cementos de *a+o calor de hidratación &,C'( 'ue a la edad de " días desarrollan un calor de hidratación i$ual o inferior a #" cal:$. b Cementos *lancos &,L'( 'ue presentan un índice de blancura superior al I". c Cementos resistentes a s%l$atos -o a/%a de mar Hodas estas características especiales pueden darse en los cementos comunes mientras 'ue para los cementos especiales la nica característica especial es la de ba7o calor de hidratación. &n cuanto a la resistencia a sulfatos y a a$ua de mar la nica novedad 'ue se produce es 'ue incluye a los cementos blancos manteni/ndose las limitaciones establecidas en la Lorma para los contenidos de aluminato tric%lcico -a3 Al y ferrito@aluminato tetrac%lcico -a 4 Al!e.
Clasi$icación en $%nción de s% composición (os distintos tipos de cemento se clasifican a su vez en diferente subtipos en función de la composición de los mismos salvo en el caso de los cementos de aluminato de calcio para los 'ue eCiste nicamente un tipo el A:, -ver Hablas. (os cementos comunes y los cementos para usos especiales pueden tener entre sus componentes los si$uientes productos) 8
&scoria $ranulada de horno alto -E Jumo de sílice -+ Puzolana natural -P eniza volante -? aliza -( Hodos ellos se contemplaban ya en la norma salvo el humo de sílice producto cuyo contenido se limita a un 15 debido a su $ran afinidad por el óCido de cal liberado en la hidratación del cemento lo 'ue reduce la capacidad de protección del hormi$ón frente a la corrosión de las armaduras en /l embebidas -reserva alcalina. +entro de los cementos comunes cada uno de los tipos de cemento se d ivide a su vez en dos niveles A y > en función del contenido de adición lo 'ue sin duda permitir% optimizar su aplicación por parte del utilizador.
Clasi$icación en $%nción de s% resistencia (os cementos pueden tambi/n clasificarse en función de la resistencia a compresión en L:mm2 'ue alcanza un mortero normalizado a una determinada edad. &sta ser% de 29 días para los cementos comunes y de K 5 días para los cementos para usos especiales. Ee distin$uen así cuatro posibles clases resistentes) 22"< 32"< 42" y "2". Nm.m.0 (as clases resistentes reducen su especificación en 2" L:mm2 con relación a las clases definidas en la norma. &l valor adoptado por las diferentes clases puede parecer caprichoso por lo 'ue hay 'ue aclarar 'ue es el resultado del consenso entre los países europeos 'ue tenían especificaciones de 35 45 y "5 L:mm2 y a'uellos otros como &spa;a cuyas especificaciones eran de 3" 4" y "" L:mm2. +esaparece la clase de resistencia 2" en los cementos comunes. (a especificación a dos días para las clases con resistencias iniciales elevadas -identificadas con la letra , es similar a la 'ue se venía eCi$iendo hasta ahora. (a resistencia mínima de la clase "2" se fi7a en 25 L:mm 2 -en vez de 2" y en la clase 42" se introduce la de 13" L:mm2. Ee si$ue manteniendo el establecimiento de un límite inferior y otro superior a los cementos de clase resistente 32" y 42" lo 'ue permite al i$ual 'ue en la anterior norma una adecuada verificación de la conformidad de producción. &n el caso de los cementos para usos especiales la clase resistente se define a trav/s de la resistencia a K5 días de edad dado el elevado contenido de adiciones activas 'ue poseen. Lo obstante y con el fin de obtener un control operativo sobre este tipo de cementos se establecen unas eCi$encias mínimas y m%Cimas 'ue debe cumplir la resistencia a compresión a 29 días de edad. (a primera sensación del t/cnico y usuario del cemento es la de considerar 'ue con esta nueva norma se le va a N'uitar resistenciaN manteniendo el precio del producto. Ein embar$o esto no va a ser así puesto 'ue las prestaciones resistentes de los cementos fabricados van se$uir siendo la misma e incluso se incrementar% en al$unos cementos al decidir los fabricantes elevar los actuales tipo 4" a la cate$oría "2".
4.1.3 ADITIVOS UTILIZADOS EN EL CEMENTO
*
(os aditivos son sustancias 'ue permiten adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones específicas de traba7o. Pueden ser sólidos y:o lí'uidos -solución acuosa. Muchos aditivos son conocidos por su nombre comercial usado por las compa;ías de servicios de cementación. (os aditivos de cemento pueden ser usados para) ?ariar la densidad de la lechada. 9
*
ambiar la resistencia a la compresión.
*
Acelerar o retardar el tiempo de fra$=e.
*
ontrol de filtrado y perdida de fluido.
*
,educir la viscosidad de la lechada. Aceleradores Eon productos 'uímicos 'ue reducen el tiempo de fra$uado a las lechadas de cemento. 8ncrementan la velocidad de desarrollo de resistencia a la compresión. Eon usados cuando el tiempo de fra$uado del cemento resulta ser m%s lar$o 'ue el re'uerido para mezclar y desplazar la lechada. Actan rompiendo un compuesto $elatinoso 'ue se forma alrededor de las partículas de cemento cuando comienza el proceso de hidratación permitiendo una r%pida penetración del a$ua. (os aceleradores son especialmente importantes en pozos poco profundos donde las temperaturas son ba7as y por tanto la lechada de cemento puede tomar un lar$o periodo de tiempo para fra$uar. &n pozos profundos las altas temperaturas estimulan el proceso de fra$=e y los aceleradores pueden no ser necesarios. ,etardadores Eon productos 'uímicos 'ue prolon$an el tiempo de fra$uado inicial de las lechadas de cemento y brindan la posibilidad de traba7ar el cemento en un amplio ran$o de temperatura y presión. &n pozos profundos las altas temperaturas reducen el tiempo de bombeabilidad de las lechadas de cemento. (os retardadores se usan para prolon$ar el tiempo de bombeabilidad y evitar los ries$os del fra$uado prematuro. Para temperaturas est%ticas por encima de 2#5 O 2I" F! se deben medir los efectos de los retardadores a trav/s de pruebas piloto. (os tipos m%s comunes de retardadores son li$nosulfonatos de sodio y calcio no refinados ,eductores de densidad -&Ctendedores
*
Eon materiales 'ue reducen la densidad de las lechadas de cemento y:o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen por producto fra$uado. (os eCtendedores se usan para reducir la densidad de la lechada en lu$ares donde la hidrost%tica $enerada por la lechada eCcede la resistencia a la fractura de ciertas formaciones. Al reducir la densidad del cemento la $eneración de la resistencia a la compresión inmediata tambi/n se reduce y el tiempo de bombeabilidad se incrementa (os aditivos reductores de densidad m%s comunes son) ,entonita &0 12'( &s por mucho el aditivo m%s comnmente usado para reducir la densidad de la lechada de cemento. P%zolanas) Eon cenizas volc%nicas 'ue por sí solas no tienen características cementantes pero 'ue mezcladas con cemento reaccionan con la cal libre del cemento. #ierras Diatomeas &1 4'( Eu $ran %rea superficial de las tierras diatomeas permiten mayor absorción de a$ua y producen una lechada de ba7a densidad -por deba7o de 11 lb:$al
"eta silicato de odio Anhidro) &s muy eficiente y económico.
+ensificantes
*
Eon materiales 'uímicos inertes de alto peso específico y 'ue mane7an poco a$ua. &stos materiales son usados cuando se realizan operaciones de cementación en zonas sobre presurizadas. (os densificantes m%s comunes usados son) ,arita &%l$ato de ,ario'( Bsados para alcanzar densidades de lechada por encima de las 19 lb:$al. Hienen una $ravedad específica de 423 y re'uiere 22 de a$ua de su propio Peso.
*
Arena( Arenas seleccionadas -45 O #5 mesh pueden $enerar un incremento de 2 lb:$al en la lechada de cemento.
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Aditivos para perdida de fluidos Ee usan para prevenir la deshidratación de las lechadas de cemento y evitar un fra$=e prematuro. eneralmente los reductores de filtrado son productos derivados de celulosa. &l valor del filtrado estipulado por el AP8 varía de acuerdo con el tipo de operación a realizar) * Cementación de #%*er)a de 5evestimiento( Lo mayor a 255 cm 3. *
Cementación de #%*er)a Corta &Liner') Lo mayor a "5 cm 3.
* ementación !orzada) +e 35 a "5 cm3 ,eductores de fricción -+ispersantes Eon productos 'uímicos 'ue reducen la viscosidad de las lechadas de cemento y son a;adidos para me7orar las propiedades de flu7o de las lechadas. Ayudan a obtener re$ímenes turbulentos con caudales ba7os de bombeo y reducen la fricción entre $ranos y las paredes. A$entes de control de re$resión de la resistencia a la compresión * 6arina de s)lice( &stos a$entes evitan la re$resión de la resistencia a la compresión por efectos de la temperatura. Eon silicatos de alta pureza con una teCtura 'ue va de malla 155 a 32" para poder tener una distribución $rande y homo$/nea en el cuerpo del cemento. Aditivos especiales
*
&stos pueden ser) Antiespumantes y A$entes eCpandidores del cemento fra$uado. +ebido a la velocidad con 'ue se mane7a el cemento en el campo cuando se est% elaborando la lechada -aproC. 1 Hon:min el cemento tiende a entrampar una $ran cantidad de aire propiciando un erróneo control de la densidad< asimismo al$unos productos 'uímicos ayudan a mantener el aire dentro de la mezcla y dificulta el traba7o de las bombas de alta presión con 'ue se mane7a esta para ser bombeada al pozo. (os aditivos son sustancias 'ue permiten adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones específicas de traba7o. Pueden ser sólidos y:o lí'uidos -solución acuosa. Muchos aditivos son conocidos por su nombre comercial usado por las compa;ías de servicios de cementación. (os aditivos de cemento pueden ser usados para) ?ariar la densidad de la lechada.
*
ambiar la resistencia a la compresión.
*
Acelerar o retardar el tiempo de fra$=e.
*
ontrol de filtrado y perdida de fluido.
*
,educir la viscosidad de la lechada.
CON#A"INACION DEL CE"EN#O PO5 LODO. Así como a;adimos compuestos deliberadamente a las lechadas de cemento en la superficie para me7orar las propiedades de la misma la lechada de cemento al entrar en contacto con el lodo de perforación puede ser contaminada cuando se bombea hacia el fondo del pozo. (os productos 'uímicos del lodo pueden reaccionar con el cemento para dar efectos secundarios no deseados. Al$unos de estos se muestran a continuación si$uientes)
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Conta!nant"# $" %a *+o,!"n"n $"% %o$o
%"&'a$a ()"
(a mezcla del lodo con el cemento puede causar un a$udo incremento en la viscosidad. &l mayor efecto de un fluido altamente viscoso en el espacio anular es 'ue se forman canales 'ue no son f%cilmente desplazados. &stos canales evitan una buena cementación sobre las paredes del pozo y sobre las paredes de la ca;ería. Para prevenir la contaminación del cemento por lodo un fluido espaciador se bombea entre el lodo y la lechada de cemento
4.2 PRUE-AS DE LA-ORATORIO Y PREPARACIÓN DE LECHADAS
P57E,A DE LA,O5A#O5IO PA5A CE"EN#ACIONE (a efectividad de cual'uier traba7o de cementación depende de llevar a cabo una preparación meticulosa y precisa de los e'uipos materiales y personal así como del dise;o y las pruebas del traba7o. (os ensayos realizados en laboratorios para el cemento tienen la función de evaluar el desempe;o y las características 'uímicas de las lechadas mediante la medición de ciertas propiedades ba7o ciertas condiciones de fondo de pozo y el an%lisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas antes de ser mezclada. (a norma AP8 ,P 15> delinea las pr%cticas recomendadas para las pruebas de laboratorio 'ue se llevan a cabo con las lechadas de cemento para pozos de petróleo así como sus aditivos< estas pruebas se describen a continuación) 1.@ +eterminación del contenido de a$ua en la lechada
2.@ +eterminación de la densidad.
3@ Pruebas de resistencia a la compresión.
4.@ +eterminación del tiempo de bombeabilidad.
".@ +eterminación del filtrado.
#.@ Pruebas de permeabilidad.
I.@ +eterminación de las propiedades reoló$icas.
1( DE#E5"INACI8N DEL CON#ENIDO DE A97A EN LA LEC6ADA( A/%a li*re( Bna vez 'ue se ha preparado la lechada en el mezclador se le a$ita en un consistómetro a presión atmosf/rica< se vuelve a pasar por el mezclador y lue$o se le de7a en un cilindro de vidrio $raduado de 2"5 ml perfectamente tapado para evitar la evaporación. Al cabo de dos horas de reposo se habr% acumulado a$ua en la parte del recipiente ese volumen de a$ua eCpresado en mililitros es el contenido de a$ua libre de la lechada. 12
A/%a normal( &l contenido de a$ua normal de una lechada de cemento es lo 'ue cede una lechada 'ue tiene 11 unidades de consistencia lue$o de haber sido a$itada durante 25 minutos a 956 ! de temperatura en un consistómetro a presión atmosf/rica. Para determinar el contenido normal de a$ua de una lechada a veces hay 'ue hacer muchas pruebas con diferentes porcenta7es de a$ua.
A/%a m)nima( &l mínimo contenido de a$ua de una lechada es a'uel 'ue hace lo$rar a la misma una consistencia de 35 unidades lue$o de haber sido a$itada durante 25minutos en un consistómetro a presión atmosf/rica y 95F ! de temperatura Por lo $eneral las pruebas de contenido de a$ua se hacen con cementos puros ya 'ue el a$re$ado de aditivos puede hacer variar la consistencia de la lechada sin cambiar el porcenta7e de a$ua.
0. DE#E5"INACI8N DE LA DENIDAD( Ee utiliza para ello un e'uipo llamado balanza de lodos. &n el laboratorio se pondr% especial cuidado en eliminar todo el aire contenido en la muestra de cemento. &n esta prueba la densidad de la lechada es medida lue$o de ser removido todo el aire presente en ella mediante una balanza presurizada. +ependiendo de los aditivos usados para preparar la lechada esta podría contener una $ran cantidad de aire interno cuando es mezclada. Ei este aire no es removido la balanza con la 'ue se mide la densidad puede arro7ar datos erróneos.
>alanza presurizada
3. P57E,A DE 5EI#ENCIA A LA CO"P5EI8N( Ee vierte la lechada en estudio en una serie de moldes cubos de 1 pul$ada por lado y se les coloca en un ba;o de a$ua comente a la temperatura re'uerida por la prueba estos pueden ser) 13
a Bn recipiente a presión atmosf/rica para muestras a temperatura hasta de 195F !. b Bn recipiente presurizable para muestras a temperaturas hasta de 395F ! y presiones hasta de 3555 psi. Por supuesto 'ue /ste es m%s caro pero p or otro lado es muy superior ya 'ue nos permite simular las condiciones del pozo durante el ensayo. (os tiempos recomendados para sacar las muestras son) 9 12. 19 24 3# 49 y I2 horas. Por lo $eneral las pruebas a las 9 24 y I2 horas son suficientes< aun'ue a veces se necesita m%s información para los tiempos de espera de fra$uado -0 u otros datos. Bna vez 'ue se retiran los cubos del ba;o se les coloca inmediatamente en una prensa hidr%ulica 'ue incrementa la car$a entre 1 555 y 4 555 psi por minuto. uando se rompe el cubo se lee la m%Cima presión obtenida en la escala y esa ser% el valor de la resistencia a la compresión. Ee deber% repetir la operación con varias muestras y lue$o se sacar% el promedio.
4. DE#E5"INACI8N DEL #IE"PO DE ,O",EA,ILIDAD( &s el tiempo re'uerido para 'ue un cemento lle$ue a ser imbombeable. &stos tiempos son establecidos en respuesta a) 1. ,esultados de pruebas de laboratorio 2. ondiciones actuales del pozo Jay 'ue recordar 'ue la temperatura tiene un mayor efecto en el tiempo de bombeabilidad 'ue la profundidad. &l tiempo de bombeabilidad es tambi/n afectado por condiciones 'ue no siempre son controladas durante las pruebas de laboratorio tales como)
8nvasión de a$ua. P/rdida de a$ua a la formación. ontaminación.
Procedimiento para realizar la pr%e*a 1. btener una lechada homo$/nea y bien pasada. 2. olocar la lechada en el recipiente dise;ado eCclusivamente para este e'uipo y para esta prueba. 3. olocar el recipiente en el consistómetro ase$urando de 'ue no eCistan fallas al momento de cerrar el mismo. 4. ?erificar 'ue el potenciómetro este traba7ando de manera correcta. 8n$resar los si$uientes datos en el softare del e'uipo)
Hiempo de mezclado en superficie. Hemperatura en superficie. Hiempo para 'ue la lechada alcance e l fondo. Presión en fondo. Presión inicial. radiente de presión hasta la profundidad final. Hemperatura de circulación en fondo.
:. DE#E5"INACI8N DE LA P;5DIDA DE !IL#5ADO( Puede ser medida de dos maneras)
!iltrado de *a+a presión(
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Ee aplican 155 psi y se va leyendo la cantidad de li'uido 'ue cae en el cilindro $raduado a los 1:4 Q 1 2 y " minutos de iniciada la prueba y lue$o a intervalos de " minutos cada uno. Ei la muestra se deshidrata totalmente antes de media hora se re$istra el tiempo 'ue tardó en hacerlo. &l filtrado se reporta en cc:35 minutos a 155 psi.
!iltrado de alta presión( (a presión aplicada ahora ser% de 1555 Psi y las lecturas se efectuar%n de la misma manera. Ei la muestra se deshidrata antes de los 3minutos se eCtrapola para reportar cc:35 minutos. Así durante el ensayo para la determinación del filtrado se asume 'ue hay m%s lechada presente 'ue lo 'ue realmente tenemos en el recipiente 'ue por otro lado es lo 'ue sucede en el pozo. &l filtro prensa de alta presión incorpora tambi/n un ba;o a una temperatura controlable a fin de simular las condiciones reales< la temperatura a la cual se hizo la prueba deber% estar re$istrada en el reporte. &s debido a /sta venta7a 'ue el f iltro de alta presión se utiliza m%s 'ue el de ba7a y los resultados obtenidos son eCpresados como cc de filtrado cada 35minutos a 1555 psi.
E<%ipo para realizar la pr%e*a Para realizarla se utiliza una celda para filtrado atmosf/rico o un celda a$itadora para filtrado< /stos e'uipos se diferencian en 'ue en el atmosf/rico la lechada debe ser adaptada a las condiciones del pozo en el potenciómetro atmosf/rico mientras 'ue en la celda a$itadora se hace directamente los dos e'uipos permiten 'ue la lechada atraviese un medio filtrante adaptado en la celda de ensayo en un tiempo predeterminado en $eneral a 35 minutos a la >HJ y a 1555 psi de presión diferencial.
Ee presuriza con Litró$eno. pera a la Hemperatura irculante. Posee un termostato el/ctrico. Posee mallas 32" y #55 micrones.
2. P57E,A DE PE5"EA,ILIDAD( Ee utiliza un aparato 'ue mide la permeabilidad de las muestras de cemento fra$uado de acuerdo a la ley de +arcy este aparato se llama perme%metro.
=. DE#E5"INACI8N DE LA P5OPIEDADE 5EOL89ICA( (a reolo$ía es una parte de la mec%nica de medios continuos. Bna de las metas m%s importantes en reolo$ía es encontrar ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de los materiales. (as propiedades mec%nicas estudiadas por la reolo$ía se pueden medir mediante reómetros aparatos 'ue permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Al$unas de las propiedades reoló$icas m%s importantes son)
?iscosidad aparente -relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte. oeficientes de esfuerzos normales ?iscosidad comple7a -respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio Módulo de almacenamiento y módulo de p/rdidas -comportamiento viscoel%stico lineal.
4.2.1 PREPARACIÓN DE LECHADAS DE DIFERENTES DENSIDADES
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