TIPOS DE CEMENTOS DE PERFORACIÓN.docx

TI P

DES CRI PCI ÓN BRE VE Mat erial

El $rimer ti$o %e emento usa%o en un $o"o $etrolero fue el llama%o emento Portlan%& el ual fue %esarrolla%o $or 'ose$( As$%in en #)*+& esenialmente era un material $ro%uto %e una me"la ,uema%a %e ali"as - arillas. El emento Portlan% es un material ementante %is$oni/le uni0ersalmente. 1as on%iiones a las uales es ex$uesto en un $o"o %i2eren signi2ati0amente %e a,uellas enontra%as en o$eraiones on0enionales %e onstruiones i0iles. Este ti$o %e emento es el e3em$lo m4s om5n %e un emento (i%r4ulio& los uales fraguan - %esarrollan resistenia a la om$resi!n omo un resulta%o %e la (i%ratai!n. Este fen!meno in0olura una serie %e reaiones ,u6mias entre el agua - los om$onentes %el emento. Por %e2nii!n& el emento Portlan% es el ,ue $ro0iene %e la $ul0eri"ai!n %el l6n7er o/teni%o $or fusi!n ini$iente %e materiales arillosos - ali"os& ,ue ontengan !xi%os %e alio& siliio& aluminio - (ierro en anti%a%es on0enientemente %osi2a%as - sin m4s a%ii!n $osterior ,ue -eso sin alinar& as6 omo otros materiales ,ue no exe%an %el #8 %el $eso total - ,ue no sean noi0os $ara el om$ortamiento $osterior %el emento.

Domingo Félix Aguirre

#

Elementos De Perforai!n De

CEMENTOS [Geología]

El material aglutinante %e las roas se%imentarias& ,ue $rei$ita entre los granos %es%e los 9ui%os interstiiales. 1a alita - el uar"o son minerales omunes ,ue forman emento. [Perforación]

El material utili"a%o $ara sellar $ermanentemente los es$aios anulares existentes entre la tu/er6a %e re0estimiento - las $are%es %el $o"o. Tam/ién se utili"a emento $ara sellar las formaiones - e0itar la $ér%i%a %e 9ui%o %e $erforai!n - $ara o$eraiones ,ue im$lian %es%e la oloai!n %e ta$ones %e %es0iai!n (asta el ta$onamiento - a/an%ono %el $o"o. Sin %u%as& el ti$o m4s om5n es el API :il;ell Cement& onoi%o informalmente omo emento Portlan%. En términos generales& el emento $ara am$os $etroleros es m4s %ilui%o - ex(i/e mu(a menos resistenia ,ue el emento o el onreto utili"a%o $ara la onstrui!n %e/i%o al re,uerimiento %e ,ue sea altamente /om/ea/le en un es$aio anular relati0amente estre(o - a lo largo %e gran%es %istanias. Se utili"an 0arios a%iti0os $ara ontrolar la %ensi%a%& el tiem$o %e fragua%o& la resistenia - las $ro$ie%a%es %e 9u3o. Por otro la%o& a menu%o se utili"an a%iti0os es$eiales $ara re%uir la ourrenia %e 9u3o %e gas anular. 1a le(a%a %e emento& ,ue se forma generalmente me%iante la me"la %e emento Portlan%& agua - a%iti0os seos - l6,ui%os 0aria%os& se /om/ea en su lugar - se %e3a soli%i2ar ??? $si @+ ++ Pa antes %e las o$eraiones %e $erforai!n o %e %is$aros. 1os ementos m4s a0an"a%os $ara am$os $etroleros alan"an resistenias m4s altas a la om$resi!n %el emento fragua%o me%iante la me"la %e una 0arie%a% %e ti$os - tamaos %e $art6ulas on menos agua ,ue las me"las on0enionales %e emento Portlan%& agua - a%iti0os ,u6mios. [Terminación de pozos]

n término genério utili"a%o $ara %esri/ir el emento Portlan% utili"a%o en a$liaiones %e $o"os %e $etr!leo - gas. En su forma m4s sim$le& el emento en $ol0o se o/tiene a $artir %e $ie%ra ali"a - arilla alina%as en (ornos. No o/stante& los ementos mo%ernos $ara a$liaiones $etroleras son me"las $reisas %e materiales %e ali%a% asegura%a $ara lograr un %esem$eo onsistente - $re%ei/le. El emento fragua uan%o el agua %e la le(a%a reaiona ,u6miamente on los ingre%ientes ati0os& el m4s signi2ati0o %e los uales es el siliato tri4lio ,ue reaiona $ara formar (i%rato %e siliato 4lio. 1os a%iti0os %e ementai!n se utili"an $ara ontrolar el $roeso %e fragua%o %e la le(a%a %e emento - me3oran el %esem$eo %el emento Domingo Félix Aguirre

*


fragua%o. El API (a %esarrolla%o un sistema %e lasi2ai!n $ara la es$ei2ai!n - el ren%imiento %el emento $ara $o"os $etroleros. 1os ementos tienen iertas arater6stias f6sias - ,u6mias - en /ase al uso ,ue se les $ue%e %ar en uanto a rango %e $rofun%i%a%& $resiones tem$eraturas a so$ortar& et. Seg5n el API& los ementos $ue%en ser lasi2a%os enG Clase A: Est4

%isea%o $ara em$learse a #.)? m. .* galLsxs.

Clase #: Esta %isea%o $ara em$learse a #.)? m.
omo m4ximo& on tem$eraturas %e C <#?F=. Este emento no re,uiere $ro$ie%a%es es$eiales& - su a$liai!n se %a uan%o las on%iiones %el $o"o lo $ermitan - %on%e se re,uiere mo%era%a a alta resistenia a los sulfatos. Este emento $resenta un onteni%o CA menor ,ue el emento lase A - tiene un osto ligeramente su$erior. El ASTM %enomina a este emento omo Tipo !!". 1os ementos on /a3o onteni%o %e CA son menos suse$ti/les al ata,ue %e sulfatos. 1os sulfatos son onsi%era%os omo los $ro%utos ,u6mios mas orrosi0os on res$eto al emento fragua%o en el fon%o %el $o"o. Ellos reaionan on los ristales %e ali"as - %e aluminato tri4lio. Estos ristales re,uieren un ma-or 0olumen ,ue el $ro0isto $or el es$aio $oroso en el emento fragua%o& - %an $or resulta%o una exesi0a ex$ansi!n - %eterioro %el emento. Po%emos enontrar estos sulfatos en las salmueras %e las formaiones algunos %e ellos son& el sulfato %e so%io - el sulfato %e magnesio. 1a relai!n aguaLemento reomen%a%a es >.* galLsxs. Clase C: Esta %isea%o $ara em$learse a #.)? m.
omo m4ximo& on tem$eraturas %e C <#?F=& %on%e se re,uiere alta resistenia a la om$resi!n tem$rana& se fa/rian en los tres gra%os %e resistenia a los sulfatos




Se asienta r4$i%amente $ero no %esarrolla mu(a resistenia a la om$resi!n. Tiene un alto onteni%o %e CA. sa%o generalmente uan%o se re,uieren on%iiones %e alto esfuer"o. 1a relai!n aguaLemento reomen%a%a es H. galLsxs. Clase $: Este emento se em$lea %e #.)? ? m.

<#?.??? $ies= %e $rofun%i%a% on tem$eraturas %e (asta ##?C <*?F= $resi!n mo%era%a. Se fa/ria en mo%era%a - alta resistenia a los sulfatos. Estos ementos resultan m4s ostosos ,ue otras lases %e ementos. Este emento re$resenta al Tipo !%" $ara el ASTM. Est4 %is$oni/le $ara esfuer"os mo%era%os a altos. 1a relai!n aguaLemento reomen%a%a es +. galLsxs.

Clase E: Este emento se em$lea %e .?>? <#?.??? $ies= (asta +*? m.

<#+.??? $ies= %e $rofun%i%a% on tem$eraturas %e #+C <*?F= - alta $resi!n. Se fa/ria en mo%era%a - alta resistenia a los sulfatos. Estos ementos resultan m4s ostosos ,ue otras lases %e ementos. E,ui0ale al ASTM Tipo %"& Para on%iiones altas %e $resi!n - tem$eratura. 1a relai!n aguaLemento reomen%a%a es +. galLsxs. Clase ': Este emento se usa %e .?>? <#?.??? $ies= (asta +))? m. <#H.???

$ies= %e $rofun%i%a% on tem$eraturas %e #H?C <*?F=& %on%e exista alta $resi!n. Se fa/ria en mo%era%a - alta resistenia a los sulfatos. Estos ementos resultan m4s ostosos ,ue otras lases %e ementos. E,ui0ale al ASTM Tipo %!"& 1os ementos lase D& E - F
ementos /4sios $ara em$learse %es%e la su$er2ie (asta **+? m. <).??? $ies=& tal omo se fa/rian. Pue%en mo%i2arse on aelera%ores o retar%a%ores %e fragOe& $ara usarlos en un am$lio rango %e on%iiones %e $resi!n - tem$eratura. Se fa/ria en mo%era%a - alta resistenia a los sulfatos. En uanto a su om$osii!n& son similares a los ementos API Clase B. 1a om$osii!n ,u6mia %e los ementos lase  - Q son esenialmente iguales. 1a $rini$al %iferenia ra%ia en su 4rea su$er2ial& los ementos lase  son m4s gruesos ,ue los ementos lase Q& ,ue se e0i%enia a tra0és %e sus %iferentes re,uerimientos %e agua. E,ui0alen a los ASTM Tipo %!! ( %!!!" res$eti0amente. 1os ementos lase  - Q son los m4s usa%os (o- en %6a. Fueron %esarrolla%os en res$uesta a las me3oras %e la tenolog6a %e aeleramiento - retar%amiento usa%os on aelera%ores o retar%a%ores $ara u/rir una am$lia 0arie%a% %e rangos %e $resi!n tem$eratura. 1a relai!n aguaLemento reomen%a%a es >&? galLsxs. CEMENTOS ESPEC!A*ES •

Cemen+os ,l+ra -nos


+


1as $art6ulas %e estos ementos son mu(o m4s $e,ueas ,ue las %el emento Portlan%. El tamao $rome%io %e sus $art6ulas es %e *m en om$arai!n on los ementos on0enionales u-as $art6ulas $oseen un tamao om$ren%i%o entre >? - #?? m. 1a $rini$al a$liai!n %e estos ementos es omo un emento %e $eso li0iano <%ensi%a% /a3a= on un %esarrollo %e resistenia tem$rano& Tam/ién son usa%os $ara re$arar fraturas en el emento& re$arar 2suras en el re0estimiento& errar 9u3os %e agua u otros $ro/lemas similares& %e/i%o a ,ue son a$aes %e $enetrar a/erturas $e,ueas graias al m6nimo tamao %e sus $art6ulas. •

Cemen+os Epo.i

Son materiales om5nmente usa%os uan%o el emento est4 ex$uesto a 9ui%os orrosi0os. Estos ementos no son solu/les en ai%o& $ero son muostosos. eneralmente son usa%os en $o"os in-etores %on%e se utili"an 9ui%os on /a3o $Q. Son $ro%utos $uros - mu- onsistentes. •

Escoria

1a om$osii!n %e este material es $rini$almente siliato mono 4lio& siliato %i4lio - aluminosiliatos %i4lio. Este om$uesto es altamente tolerante a la ontaminai!n on 9ui%os %e $erforai!n. na %e sus $rini$ales a$liaiones es la %e on0ertir el lo%o en emento. Esta tenolog6a (a si%o a$lia%a en $o"os someti%os a in-ei!n %e 0a$or on mu- /uenos resulta%os.

•

P,zolanas

Son materiales siliios - aluminosos ,ue $oseen $oo o ning5n 0alor ementoso $ero ,ue& al reaionar on el (i%r!xi%o %e alio a tem$eraturas mo%era%as& forman om$uestos on $ro$ie%a%es %e emento. El m4s om5n %e estos om$uestos es el F1 ASQU o eni"a 0ol4nia& el ual se o/tiene omo resi%uo %e las $lantas elétrias %e ar/!n. 1as $u"olanas naturales $ro0ienen generalmente %e las ati0i%a%es 0ol4nias. Cuan%o estos om$uestos son utili"a%os en om/inai!n on el emento Portlan%& el Qi%r!xi%o %e Calio li/era%o $or la (i%ratai!n %el emento& reaiona on los aluminosiliatos $resentes en la Pu"olana $ara formar om$uestos ementosos on $ro$ie%a%es o(esi0as - a%(esi0as. El F1 ASQ es el ,ue m4s om5nmente es om/ina%o on el emento Portlan% %e/i%o a su /a3o osto& no lo %ilu-e e inrementa la resistenia a la om$resi!n %el mismo. Sin em/argo& %e/i%o a su inonsistenia& solo es usa%o a tem$eraturas $or %e/a3o %e los *?? F. •

Cemen+os di/sel 0cemen+o 1ase di/sel2

Este ti$o %e emento resulta %e me"lar un emento API lase A& B&  o Q& on %iésel o 7erosene - surfatante. 1os ementos Diésel tienen un tiem$o %e /om/ea/ili%a% ilimita%o - no fraguan a menos ,ue se u/i,uen en "onas on Domingo Félix Aguirre

>


$resenia %e agua. Conseuentemente son mu- usa%os $ara sellar "onas $ro%utoras %e agua& %on%e la le(a%a a/sor/e el agua - el emento fragua (asta en%ureerse totalmente. Tam/ién son usa%os $ara ontrolar $er%i%as %e irulai!n. El surfatante tiene la funi!n %e re%uir la anti%a% %e (i%roar/uros neesarios $ara (umetar las $art6ulas %e emento. Este ti$o %e emento es mu- utili"a%o $ara efetuar ementaiones en $o"os %e $ro%ui!n ,ue tienen un alto orte %e agua. •

Cemen+os resinoso o pl3s+icos

Son materiales es$eialmente usa%os $ara oloar ta$ones seleti0os en $o"o a/ierto& ementaiones a $resi!n - $ara ementar "onas ,ue se 0an a a/an%onar en un $o"o. Por lo general son me"las %e resinas li,ui%as& un atali"a%or en $ol0o - un emento API lase A& B&  o Q. 1a $ro$ie%a% m4s $artiular %e estos ementos es uan%o se a$lia $resi!n a la le(a%a& la fase resinosa $ue%e ser estru3a%a frente a la "ona $ermea/le - formar un sello %entro %e la formai!n. Estos ementos se usan en $o"os %on%e se re,uieren 0ol5menes relati0amente /a3os %e le(a%a& son efeti0os a tem$eraturas ,ue 0an %es%e #>&>C
El re,uerimiento %e agua usa%a $ara (aer le(a%a %e emento es onoi%o omo ag,a de mezcla". 1a anti%a% %e agua %e me"la usa%a $ara (aer le(a%a %e emento $ue%e o/ser0arse en la ta/la H.#. Estas anti%a%es est4n /asa%as enG 1a neesi%a% %e tener una le(a%a ,ue sea f4ilmente /om/ea%a. 1a neesi%a% %e (i%ratar to%o el emento %e manera %e $ro%uir un emento %e alta ali%a% - %ure"a. 1a neesi%a% %e asegurar ,ue to%a el agua li/re sea usa%a $ara (i%ratar el emento - ,ue exista $resenia %e agua li/re en el emento en%ura%o. • •

•

1a anti%a% %e agua %e me"la usa%a $ara (aer le(a%a %e emento es ui%a%osamente ontrola%a. Si usamos %emasia%a agua %e me"la& el emento Domingo Félix Aguirre

H


no formara una /arrera im$ermea/le - fuerte. Pero si no se usa su2iente agua %e me"la $o%emos oasionarG • • •

1a %ensi%a% - la 0isosi%a% %e la le(a%a %esen%er4n. El tiem$o %e /om/ea/ili%a% se re%uir4. Se o/ten%r4n /a3os 0ol5menes %e le(a%a $or a%a sao %e emento

1as anti%a%es %e agua %e me"la o/teni%as en la ta/la H.#. Son 0alores $rome%ios $ara %iferentes lases %e ementos. A 0ees la anti%a% %e agua %e me"la usa%a se am/ia $ara reunir las on%iiones %e tem$eratura - $resi!n es$e62as ,ue ser4n ex$erimenta%as %urante el tra/a3o %e ementai!n. Composición 5,ímica de los cemen+os AP!

1os ementos API m4s utili"a%o en la in%ustria Petrolera son los Clase  - Q. n an4lisis ,u6mio 06a sea %e estos ementos nos %a la siguiente om$osii!n ,u6miaG





El ontrol %e ali%a% %e los ementos API es mu- im$ortante& $ara esto %e/emos %e soliitar un an4lisis 06a sea. Adi+i6os: 1os a%iti0os tienen omo funi!n a%a$tar los %iferentes ementos

$etroleros a las on%iiones es$e62as %e tra/a3o. Pue%en ser s!li%os -Lo l6,ui%os
Aceleradores: se usan en $o"os %on%e la $rofun%i%a% - la tem$eratura son

/a3as. Para o/tener tiem$os %e es$esamiento ortos - /uena resistenia a la om$resi!n en orto tiem$o. Pue%en usarseG loruro %e alio
la om$resi!n %el emento sea m4s lenta. 1os m4s usa%os sonG lignitos& lignosulfonato %e alio& 4i%os (i%roxiar/ox6lios& a"5ares& %eri0a%os elul!sios& et. E.+endedores: se aa%en $ara re%uir la %ensi%a% %el emento o $ara

re%uirla anti%a% %e emento $or uni%a% %e 0olumen %el material fragua%o& on el 2n %e re%uir la $resi!n (i%rost4tia - aumentar el ren%imiento <$ieLsao= %e las le(a%as. Entre los m4s usa%os se tienenG /entonita& siliato %e so%io
aumentan la anti%a% %e emento $or uni%a% %e 0olumen %el material fragua%o& on el 2n %e aumentar la $resi!n (i%rost4tia. 1os m4s usa%osG /arita& (ematita& ilmenita& et. Con+roladores de 'il+rado: a%iti0os ,ue ontrolan la $ér%i%a %e la fase

auosa %el sistema ementante frente a una formai!n $ermea/le. Pre0ienen la %es(i%ratai!n $rematura %e la le(a%a. 1os m4s usa%os sonG $ol6meros org4nios& re%utores %e frii!n& et. Anties$umantesG a-u%an a re%uir el entram$amiento %e aire %urante la $re$arai!n %e la le(a%a. 1os m4s usa%os sonG éteres %e $oliglioles silionas. $ispersan+es: se agregan al emento $ara me3orar las $ro$ie%a%es %e 9u3o&

es %eir& re%uen la 0isosi%a% %e la le(a%a %e emento. Entre ellos tenemosG $olinaftaleno sulfona%o& $olimelamina sulfona%o& lignosulfonatos& 4i%os (i%roar/oxilios& $olimeros elul!sios.


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#. eorge :. Suman& 'R. an% Ri(ar% C. EllisG orl% :il Cementing Qan% Boo7U& # *. '.'. 'utten& P.A. Pare0aux an% D.D. uillot& S(lum/ergerG Relations(i$ /et;een Cement Com$osition& Me(anial Pro$erties an% Cement Bon% 1og :ut$utU. SPE #HH>*& Dallas& TW& Se$tem/er *& #). . P.A Pare0aux an% P.Q. Sault& S(lum/ergerG Cement S(rin7age an% Elastiit-G Ane; A$$roa( for a goo% Xonal IsolationU. SPE ##H& Dallas& TW& #)+ +. Dan Mueller& B' Ser0iesG An E0aluation of ;ell ements for use in Qig( Stress En0ironmentsU.'PT & # >. .'. oo%;in& Mo/il EYP Ser0ies In. an% R.'. Croo7& Qalli/urton Ser0iesG  Cement S(eat( Stress FailureU SPE *?+>& Diiem/re #* H. R. A/%ul Ra(man& P(il Rae& B' Ser0iesG A Sim$ler& More EZeti0e Met(o% for Cementing Surfae Casings in S(allo; as XonesG A Case Qistor-U SPE >+*)H& 'a7arta& In%onesia& a/ril #. . Eri7 B. Nelson& Da0i% R. Bell& S(lum/erger G ell ementing. San Etienne& Frane. ). ino Di 1ulo& P(il Rae& B' Ser0ies Com$an-& SPE H*+>G Cements for 1ong Term  Design :$timi"ation /- Com$uter Mo%elling an% Pre%itionU& Se$t *???.


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