EQUIPO DE MATERIAL A GRANEL: En los trabajos de cementación primaria, se necesitan los siguientes equipos de material a granel para almacenar el cemento seco y transferirlo al sistema de mezclado de cemento.
SILOS DE CEMENTO A PRESIÓN O SILOS DE CEMENTO DE GRAVEDAD: Los distintos cementos
y mezclas deben almacenarse en silos de de
cemento separados. Los silos deben tener
la capacidad suficiente para
almacenar el cemento necesario. Además, estos silos también sirven para mezclar y manipular aditivos y material a granel en seco.
FIGURA NO 1 : Silos de Cemento
TRANSPORTE DE CEMENTO A GRANEL: Se utilizan para transportar el cemento seco hasta el Pozo. También pueden utilizarse durante la
cementación para transferir directamente el
cemento al sistema de mezclado.
FIGURA NO 2: Transporte de Cemento a Granel
FIGURA NO 3 Camión para transportar el agua que va a ser mezclada con el cemento y otros aditivos
TRANSPORTE DE CEMENTO A GRANEL: Se utilizan para transportar el cemento seco hasta el Pozo. También pueden utilizarse durante la
cementación para transferir directamente el
cemento al sistema de mezclado.
FIGURA NO 2: Transporte de Cemento a Granel
FIGURA NO 3 Camión para transportar el agua que va a ser mezclada con el cemento y otros aditivos
COMPRESOR DE AIRE: Suministra el aire
para presurizar los silos y llevar a cabo la
transferencia de cemento.
FIGURA NO 4: Compresores de Aire
MANGUERA DE CAUCHO DE 4 PULGADAS: Sirven para transferir el material desde el silo hasta
el equipo de
mezclado de cemento; cemento; también se utilizan para las líneas de ventilación.
FIGURA NO5: Mangueras de Caucho de 4 Pulgadas
TANQUE DE DESCARGA: Ayuda a controlar el
flujo de cemento seco desde la planta de
material a granel al sistema de mezclado. Es esencial mantener en buen estado el equipo de material a granel, ya que para realizar adecuadamente los trabajos de cementación es crucial que este equipo funcione de forma efectiva.
FIGURA NO 6: Tanque de Descarga UNIDAD DE BOMBEO DE CEMENTO: Las unidades de bombeo deben contar con altos caballajes y amplios límites de torque. Deben contar con una relación de peso a caballaje más bajo posible para satisfacer las condiciones de su transportación. La mayoría de las unidades son energizadas mediante motores de combustión interna o motores eléctricos.
Las unidades de cementación pueden contar con múltiples de dos a tres bombas para sistemas e alta presión, una bomba mezcla mientras la otra desplaza. Los sistemas de baja presión utilizan una bomba centrifuga para mezclado y dos bombas de desplazamiento positivo para desplazar. Para un trabajo dado, el número de camiones que se requieran par mezclar el cemento dependerá del volumen de cemento, la profundidad del pozo y las presiones anticipadas.
FUNCIONES DE LAS UNIDADES DE BOMBEO:
Suministrar alta potencia y presión de bombeo
Mide los fluidos de mezcla
Proporciona y controla el sistema de mezclado del cemento
Controla el caudal y la presión de bombeo
FUIGURA NO 7: Unidades de Bombeo de Cemento
LÍNEA DE TRATAMIENTO: Es un conjunto de tuberías, válvulas y uniones giratorias que se utiliza para llevar la lechada de cementación y otros fluidos bombeados desde la unidad de cementación hasta el pozo. En los trabajos de cementación de pozos se utilizan líneas de tratamiento de 2 pulgadas.
FIGURA NO 8: Línea de Tratamiento
MEZCLADOR POR BACHES: Es un sistema simple para la mezcla de las lechadas de cementación, existen varios tipos de mezcladores por baches con una capacidad que oscila
entre 25 y 150 bblus normalmente, estos mezcladores están
equipados con paletas, bombas centrifugas de circulación y líneas para que la lechada circule y se mezcle en los tanques para baches durante el proceso de mezcla.
FIGURA NO 9: Unidad Mezcladora por Baches
SISTEMA DE MEZCLA: Tiene por objetivo garantizar la proporción exacta de cemento seco y fluido de mezcla de manear que e obtenga una lechada con características predecibles, que pueda bombearse al fondo del pozo con el caudal deseado.
FIGURA NO10: Sistema de Mezcla
TANQUES DE FLUIDO: Los fluidos utilizados en el proceso de cementación (fluido de mezcla para la lechada inicial, la lechada de cola y los espaciadores deben
almacenarse y prepararse en tanque de fluido. El uso de bombas centrifugas para la recirculación de la lechada debe limitarse al mínimo ya que la energía de corte adicional que se añade al sistema puede afectar de forma negativa las propiedades de la lechada, se recomienda que la lechada no se recircule con una bomba centrifuga por más de 5 minutos por cada 10 bbl de lechada. Las pruebas de cemento realizadas en el laboratorio deben tener en cuenta que la mezcla de la lechada se va a realizar por baches, normalmente para almacenar estos fluidos se utilizan tanques de lodos del equipo de perforación en todo caso la cuadrilla de cementación debe asegurarse de:
Que los tanques estén limpios y no se contaminen con otros fluidos
durante la preparación de los fluidos o en el proceso de cementación.
Que hayan suficientes tanques y tengan la capacidad suficiente para
almacenar los distintos fluidos que se necesiten.
El fluido de los tanques puede mezclarse y circular de forma adecuada
para garantizar su homogeneidad.
No haya fuga en los tanques.
El caudal de fluido desde los tanques a la unidad de cementacion sea
el adecuado para poder alcanzar los caudales de bombeo u mezcla de diseño.
FIGURA NO 11: Tanques de Fluido
SISTEMA DE ADITIVOS LÍQUIDOS Los sistemas de almacenamiento y medición de aditivos líquidos sirven para almacenar y medir los aditivos líquidos durante las operaciones de cementación.
Inicialmente, estos sistemas se diseñaron para utilizarse en espacios confinados en equipos de perforación costa fuera; sin embargo, por su eficiencia y economía, ahora son un elemento imprescindible para cualquier trabajo de cementación en el que se utilicen aditivos líquidos.
EXISTEN DIVERSOS TIPOS DE SISTEMAS DE ADITIVOS LÍQUIDOS (LAS): Cuatro tanques cerrados (1.000 galUS, 750galUS y dos de 300 galUS) almacenan los distintos aditivos líquidos. Cuatro bombas de diafragma de accionamiento neumático envían los aditivos directamente a los tanques de almacenamiento por encima del tanque de desplazamiento de la unidad de cementación.
SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO: El sistema incluye un método para controlar de forma automática las cantidades de aditivos. El sistema está equipado con cuatro bombas de desplazamiento positivo: unos sensores magnéticos cuentan las carreras de la bomba. Esto se utiliza para medir de forma automática el volumen exacto de los aditivos que se vierte en el tanque de desplazamiento.
SISTEMA DE ADITIVOS LÍQUIDOS COMPUTARIZADO: Este sistema está formado por un módulo de control de medición, un caudalímetro electromagnético con válvulas de control, y un terminal remoto que permite medir los volúmenes de aditivos programados que se vierten en el tanque de desplazamiento.
SILOS DE ALMACENAMIENTO DE CAL Son tolvas verticales de forma de cono o cuadradas que brindan capacidad de almacenaje y descarga de cal y aditivos comúnmente utilizados en la fabricación del cemento. La mayoría de los sistemas a granel portátil o marino usan tanques de almacenamiento presurizados que permiten colocarlos en cualquier sitio, mientras que los tanques de almacenaje permanente operan con el principio de alimentación por gravedad.
FIGURA NO 12: Silos de Almacenamiento de Cal
BATIDORA Es un instrumento utilizado para el almacenamiento permanente de aditivos para realizar el mantenimiento de lechada de cemento y bentonita. La batidora consta de un Motor-reductor eléctrico y aspas metálicas en su interior que facilitan la realización de la mezcla.
FIGURA NO 13: Batidora
DEPÓSITOS TELESCÓPICOS Son tanques de forma rectangular, de diferentes tamaños utilizados para el almacenaje de Bentonita y Agua, sus tamaños facilitan su transporte (uno dentro de otro) y están compuestos por barandillas, escaleras y suelo antideslizable.
FIGURA NO 14: Depósito Telescópico
EQUIPOS DE MEDICIÓN Y REGISTRO Existen dos equipos medidores de densidad:
1.
Medidores de densidad radioactivos: El densómetro radioactivo es un sistema totalmente eléctrico diseñado
para largueros, remolques y utilización portátil. El sistema cosiste de un
desplegado y un sensor de densidad. Está diseñado para operar con batería. Un densómetro radioactivo difiere de un densómetro neumático en:
El calibrado utilizado es aire en vez de agua.
Cesa la magnitud de los rayos fuente-radioactivos conforme pasan a
través de la lechada de cemento y convierte el valor a densidad de la lechada.
2. Báscula de lodo balanceada a presión: Esta báscula es un instrumento para medir la densidad absoluta de una muestra de fluidos. La unidad es similar en su operación a las básculas de lodo convencionales. La diferencia radica en que la muestra de la lechada puede colocarse en una tasa de muestra de volumen fijo bajo presión.
Uno de los principales problemas es que tiene con los medidores de densidad de fluidos, lechadas de cemento y de lodos es que a menudo cuentan con una cantidad considerable de aire atrapada. Sin embargo la presurización de la tasa de muestra puede reducir el volumen de aire atrapado a una cantidad insignificante.
3.
Panel de control y registro: Es denominado también consola de control y son los equipos ubicados
en superficie que proporcionan información detallada de todo lo acontecido durante el proceso de cementación, mediante estos equipos se pueden controlar los caudales de cemento a ser bombeado, densidad y rendimiento
de la lechada, entre otros factores muy importantes en el desarrollo del proceso. Dentro de los equipos que comprenden la consola del operador se tienen:
Minimonitor
Densímetro de Masa
Densímetro Electrónico
FIGURA NO 15: Consola del Operador
CABEZALES DE CEMENTACIÓN Las Cabezas de Cementación o también llamados Contenedores de Tapones se utilizan en la mayoría de los trabajos de cementación para adaptar la tubería de revestimiento a la bomba así como para liberar los tapones
de
cementación
al
momento
adecuado.
Las
cabezas
de
cementación están diseñadas para retener uno o dos tapones que se pueden cargar
antes
de
mezclar
la
lechada
de
cemento.
Las cabezas de inyección se instalan en la parte superior de la cañería de revestimiento antes de trabajos de cementación para permitir a los operadores aplicar el tapón de cementación superior sin abrir la cañería de revestimiento. Debido a que no se requiere circulación continua en la mayoría de las situaciones de cementación, el bombeo puede detenerse suficientemente como para insertar el tapón inferior. El cabezal de cemento conecta a la línea de descargue de la unidad de cemento hacia la parte superior de la tubería de revestimiento. Estos son contenedores de acero de alta resistencia a la presión interna y a la tensión, que albergan uno o los dos tapones inferior y superior, cuentan con un sistema mecánico o hidráulico para soltar los tapones durante la operación de cementación, en el momento que se requiera sin parar la operación. Proveen la concesión entre la línea de descarga de la unidad de cementación y el tope de la sarta de cañerías.
Estas piezas son usadas en las operaciones de cementación primaria. Se encarga de liberar el tapón inferior, al momento de que se mezcla y bombea hacia abajo la lechada de cemento, luego libera el tapón superior para desplazar el cemento sin necesidad de romper la conexión con el tope de las cañerías. Normalmente se usa lodo para desplazar la lechada de cemento, para lo cual se pueden usar bombas de cementación o las bombas de lodo del equipo de perforación. Para que las operaciones sean más cómodas se debe instalar la cabeza de cementación debe estar lo más próxima del nivel del piso de la torre de perforación.
Las cabezas de cementación tienen ventajas con respecto de otros métodos de aplicación de tapones, estas son:
Se puede cargar un tapón en un contenedor antes de la mezcla de la
lechada de cemento.
Se puede liberar un tapón del contenedor en cualquier momento sin
interrumpir la operación de bombeo.
No ingresa aire en la cañería de tal manera que el movimiento de la
lechada no se detiene.
Las
cabezas
de
cementación
están
disponibles
en
dos
tipos:
De caída libre y Múltiple.
FIGURA NO 16: Cabezales de Cementación.
EQUIPOS SUBSUPERFICIALES Durante las etapas tempranas del proceso de perforación, el pozo está equipado con una tubería de revestimiento de acero que brinda un diámetro
adecuado para las herramientas necesarias para perforar y terminar el pozo. Los tipos de equipo de fondo de pozo que se utilizan contribuyen para un trabajo de cementación adecuado; también ayudan a asegurar una capa de cemento uniforme por detrás de la cañería de revestimiento. Estos equipos son los siguientes:
ZAPATA La zapata es una válvula de flujo unidireccional que refuerza y protege el extremo inferior de la sarta revestidora y que puede servir para limitar el movimiento de los tapones de cementación.
FIGURA NO 17: Zapata ZAPATA GUIA Son elementos sólidos y redondeados que van colocados en la parte inferior de la cañería. Su principal función es simplemente guiar la cañería
(casing) dentro de las irregularidades del pozo abierto; en conjunto con los collares forman un conjunto que permite el entrampamiento de lodo contaminado y/o cemento que resulta de la acción de limpieza de los tapones.
El zapato guía es un dispositivo que se instala en el extremo inferior del primer tramo de Casing, tiene la punta redondeada y se utiliza para guiar el casing hasta la profundidad real (TD – True deep) a través de la perforación evitando que el casing se incruste en la formación o vaya desmoronando la pared del pozo. Se usa primero como seguridad en caso de que falle la válvula del collar flotador y segundo para tener un mejor ingreso del casing al hueco.
Posee un Niple en forma esférica en la parte inferior para suavizar el contacto con el hoyo cuando se introduce el revestidor y evitar el derrumbe del mismo. La circulación se establece hasta abajo por el revestidor y hacia fuera por el extremo abierto de la Zapata Guía o a través de sus orificios laterales
La zapata guía tienen los siguientes objetivos:
Proteger a la sarta de cañería de revestimiento en contra de los
impactos relacionados con el asentado de la misma en el fondo del pozo.
Ayuda a pasar a la cañería de revestimiento por tramos angostos y
desviados.
La zapata guía estándar cuanta con un agujero de diámetro interno
grande en su centro, lo que permite máximos rangos de bombeo de cemento así como el paso de tubos los cuales se introducen en la sarta de cañería de revestimiento.
FIGURA NO18: Zapatas Guía. ZAPATA FLOTADORA O DIFERENCIAL Sirve de guía y de flotador. Limita la circulación del fluido en una sola dirección y evita así el reingreso de la lechada de cemento hacia adentro del revestidor cuando la presión hidrostática en el espacio anular es mayor que en el revestidor.
FIGURA NO 19: Zapata Flotadora
COPLES Proporciona un asiento para la fijación de tapones de cementación, su función es similar a la de la Zapata y se coloca en el extremo superior del primer tubo de revestimiento.
Además
permitir que el casing este flotando dentro del pozo de
acuerdo al llenado parcial y al resultado del efecto de flotación.
FIGURA N° 20: Coples
EQUIPO DE FLOTACIÓN Los equipos de flotación consisten de zapatas y coples con válvulas de contrapresión que impiden la entrada de los fluidos al pozo. El uso de los equipos de flotación reduce el esfuerzo y fatigas, aprovechando el efecto de flotación.
FIGURA N 21: Equipo de flotación °
CUELLO FLOTADOR
Proporciona un asiento para la fijación de tapones cementadores, su función es similar a la de la Zapata y se coloca en el extremo superior del primer tubo de revestimiento.
Además permitir que el casing este flotando dentro del pozo de acuerdo al llenado parcial y al resultado del efecto de flotación.
CENTRALIZADORES
Su función es la de centralizar el revestidor con la finalidad de mantener cemento uniforme alrededor de la tubería y evitar desbalance de presiones externas, manteniendo al revestidor separado de las paredes del hoyo, centralizándolo y minimizando la canalización del lodo a través de la lechada.
FIGURA N° 22: Centralizadores
RASPADORES Son dispositivos mecánicos anexos al casing para limpiar las paredes del pozo cuando éste es reciprocado o rotado en las operaciones previas de los trabajos de cementación primaria. Existen varios tipos de rascadores, entre ellos los de alambre o cable, existen también los rascadores sólidos o divididos estos son instalados en la cañería mientras ésta es bajada en el pozo.
FIGURA N° 23: Raspadores
EMPACADORES DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO Es una herramienta mecánica para cementación de pozo. Están fabricados de hierro fundido. Llevan incorporada una válvula de camisa
deslizantes o una válvula de resorte para controlar la inyección de la lechada y garantizar las condiciones de cementación finales.
FIGURA N°24: Empacadores
ESPACIADORES Antes de bombear la lechada de cementación por lo general
se
bombea un lavador químico y un espaciador densificado para evitar el contacto entre la lechada de cemento y el lodo de perforación previamente localizado en el pozo.
Los espaciadores son fluidos densificados que se bombean en flujos turbulentos o laminares. Estos fluidos sirven para eliminar completamente los fluidos de perforación del anular antes de inyectar la lechada de cementación y también para separar físicamente el lodo del cemento.
Características:
Se prefiere un régimen de flujo turbulento para generar un desplazamiento y erosión de revoque de pared eficiente.
Bajo condiciones de flujo laminar, la densidad y presión de fricción del espaciador debería ser mayor que la del fluido desplazado.
Es muy importante mantener la jerarquía de densidad entre la reología del lodo, el espaciador y de la lechada.
La misión fundamental del espaciador es mantener separados el lodo de perforación y la lechada durante el proceso de desplazamiento, pero también pueden estar diseñados para inducir flujo turbulento que ayude a la lechada a desplazar de forma eficaz en lodo de perforación por el anular.
FIGURA N° 25: En la figura se muestra una presentación gráfica del espaciador utilizado en procesos de cementación de pozos.
TAPONES DE CEMENTACIÓN
Proveen una barrera entre el lodo y la lechada de cementación separándolos físicamente para prevenir la contaminación de la lechada y también sirven para limpiar las paredes interiores de la tubería de revestimiento y obtener una indicación de presión de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento.
Los tapones se introducen en la tubería de revestimiento durante la operación de bombeo y desplazamiento, se utilizan dos tapones durante el proceso:
Tapón Inferior: Es el primer tapón que se lanza, es hueco y tiene un delgado diafragma o membrana de caucho en su centro. Esta membrana estalla cuando el tapón llega a la parte superior del collar de flotación por diferencia de presión.
Tapón Superior: El segundo tapón limpiador de cementación se denomina tapón superior. Una vez que la lechada ya se ha bombeado en la tubería de revestimiento, el tapón superior se lanza desde el cabezal de cementación. Este segundo tapón separa la lechada del fluido desplazante y provee la limpieza de la tubería de revestimiento de los restos dejados por el paso de la lechada. Es una pieza casi sólida y al llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la lechada ha sido colocada en sitio.
TAP N SUPERIOR
TAP N INFERIOR TAP N SUPERIOR
TAP N INFERIOR
FIGURA N° 26: TAPONES DE CEMENTACIÓN PROCEDIMIENTO: A continuación se describirá el proceso de bombeo del lavador químico, el espaciador, los tapones de cementación, la lechada y el fluido de desplazamiento:
FIGURA N° ZZ: Proceso de bombeo del lavador químico, el espaciador, los tapones de cementación, la lechada y el fluido de desplazamiento en cuatro etapas.
Fluido De Perforación Espaciador Lechada De Cemento Tapón Inferior Tapón Superior FIGURA N° 27: LEYENDA DE LA FIGURA … ● ETAPA #1:
a.- Circulación de lodo, para acondicionar el pozo: Antes de bombear la lechada en el pozo, se lleva a cabo otro proceso; utilizando la bomba del equipo de perforación se hace circular lodo en el pozo, con el fin de proveer la limpieza del mismo.
● ETAPA #2:
a.- Lanzamiento del tapón inferior: Este elemento sirve para separar la lechada del fluido de perforación, limpiar las paredes interiores de la tubería de revestimiento y obtener una indicación positiva (presión) de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento en el momento en el que el tapón aterriza en el cuello flotador y se estalla su membrana de caucho, dejando fluir la lechada de cementación y el espaciador.
b.- Bombeo del espaciador: Su misión es mantener separados el lodo de perforación y la lechada durante el proceso de desplazamiento.
c.- Bombeo de la lechada inicial o de relleno: Esta lechada es de menor densidad, está diseñada para proteger la parte superior del anular del revestimiento.
d.- Bombeo de la lechada de cola: La lechada de cola es una lechada de mayor densidad, diseñada para cubrir la sección inferior del anular desde el fondo del agujero. Normalmente, la lechada de cola presenta unas propiedades superiores a las de la lechada inicial. Es esencial que la lechada de cementación tenga la densidad correcta para que sus propiedades sean las deseadas.
e.- Lanzamiento del tapón superior: El tapón superior separa la lechada del fluido de desplazamiento que se inyecta en el siguiente paso del proceso y evita así que éste contamine la lechada.
● ETAPA #3:
a.- Desplazamiento de las lechadas y tapones con fluido para desplazamiento: A continuación, las lechadas de cementación y los tapones limpiadores se bombean (son desplazados) hacia el fondo del pozo mediante el fluido de perforación u otro fluido. Este fluido de desplazamiento empuja el tapón superior y la lechada hacia abajo por la tubería de revestimiento. Cuando el tapón inferior llega al collar de flotación, la membrana situada en su parte superior se rompe y la
lechada es bombeada, saliendo de la parte inferior de la tubería de revestimiento y subiendo por el anular.
● ETAPA #4:
a.- Estado final del pozo: Cuando el tapón superior alcanza al tapón inferior, hay un aumento de presión. Las lechadas de cementación se encuentran en el espacio anular y en el recorrido de zapata. El proceso habrá finalizado cuando se indique un aumento de presión en la superficie y el proceso de desplazamiento
haya
terminado.
Luego,
retornarán
una
determinada
cantidad barriles y parará el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que hay fugas en el collar de flotación.
b.- Comprobación de retorno de fluido: El collar de flotación está equipado con una válvula de retención que evita que los fluidos regresen por la tubería de revestimiento. Si la válvula está defectuosa, la lechada puede empujar los tapones y el fluido por la tubería de revestimiento, debido al efecto de retorno de los tubos en U. Al final de un trabajo de cementación, es necesario comprobar que el collar de flotación o la zapata de flotación no presenten fugas. Para realizar esta comprobación se espera a que el fluido retorne a los tanques de desplazamiento de la unidad de cementación. Si el collar de flotación o la zapata de flotación funcionan correctamente, dejarán que vuelvan de dos a cinco barriles y luego se interrumpirá el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que el collar de flotación tiene algún defecto.
