REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA NÚCLEO CARABOBO EXTENSIÓN ISABÈLICA
FACTORES QUE AFECTAN A LA CEMENTACION. PROFESORA: TAIRY MANZANO INTEGRANTES: JORGE LEÓN C.I 18.015.308 WILMER BRACHO C.I 18.179.198 YOHANIS SÁNCHEZ C.I 18.362.050 SECCIÓN I003N INGENIERÍA DE PETRÓLEO
VALENCIA, ABRIL DE 2011
INTRODUCCION.
Hay que destacar que, después de perforar el pozo es necesario una buena cementación, una cementación no es otra cosa que preparar una mezcla de agua y cemento en superficie, ya sea utilizando un camión cementador o un mezclador, bombearlo al pozo y ubicarlo en un determinado lugar. A la mezcla de agua y cemento se la denomina lechada de cemento. Para cementar un pozo es necesario aplicar dos tipos de cementación una primaria y otra secundaria. El objetivo de una cementación primaria es colocar la lechada de cemento en el espacio anular detrás de la cañería de revestimiento. Y la secundaria es reparar todas aquellas filtraciones y problemas que se generan en la cementación primaria, además es necesario recalcar que para todo tipo de procesos hay factores que afectan, en este caso a la cementación es por eso que a continuación nombraremos algunos de ellos detalladamente.
FACTORES QUE AFECTAN LA CEMENTACIÓN Estos factores son los siguientes: 1. Cemento: materia prima. 2. Accesorios de cementación. 3. Remoción de lodo 4. Pruebas de laboratorio. 5. Diseño de lechadas y tipos. 6. Ejecución de la cementación. 7. Características del pozo.
1. Cemento materia prima. Es el material aglomerante con propiedades hidráulicas derivados de la combinación de óxidos vascos (oxido de calcio, silicio, aluminio y férrico), los cuales son sometidos bajo un proceso térmico (+/-1200 agregando finalmente yeso.). Se fabrica por calentamiento de una mezcla de arcilla caliza y otros materiales a una temperatura que causa la fusión de la mezcla. Este producto se llama escoria o clinker q al molerse o mezclarse con el yeso da origen a lo que llamamos cemento. El tiempo q se le da a una lechada para q permanezca lo suficientemente fluida para poder bombearse en el hoyo bajo determinadas condiciones de temperatura y presión debe ser especifico.
2. Tipos de accesorios. A fin de llevar a cabo un trabajo de cementación primaria, deben incluirse algunos equipos especiales, los cuales se corren en la sarta de cañerías de revestimiento.
Zapata guía: Una zapata guía es colocada en la primera pieza de cañería que se va a bajar al pozo, tiene la punta de la nariz redondeada para pasar cualquier saliente, desviación u otra irregularidad del pozo y evitar desestabilizar el pozo. Las zapatas guías son generalmente usadas en profundidades someras o moderadas combinadas con un collar flotador o uno de auto llenado.
Equipo de flotación: A medida que se incrementa la profundidad de perforación, las estructuras de las torres de perforación se ven sometidas a mayores esfuerzos y fatigas por incremento de la longitud y peso de las cañerías de revestimiento. El uso de equipos de flotación reduce estos esfuerzos y fatigas, aprovechando el efecto de flotación aplicado a las tuberías. Los equipos de flotación consisten de zapatas y collares especiales con válvulas de contrapresión que impiden la entrada de los fluidos del pozo. Conforme la tubería es bajada, la carga al gancho del bloque viajero (o Top Drive) es reducida. La cañería debe ser llenada desde superficie cada 5 a 10 cañerías.
Collar flotador: El collar flotador se coloca 1 o 2 piezas de cañerías arriba de la zapata guía. El collar flotador contiene una válvula de contra flujo que no permite a la lechada de cemento retornar hacia arriba de la cañería. Esto es necesario porque la lechada de cemento en el espacio anular generalmente tiene mayor densidad que el fluido de desplazamiento (lodo o agua) dentro de las cañerías, en este sentido se crea un efecto de tubo en U. Algunas veces el zapato guía también tiene una válvula de contra flujo como precaución (estas zapatas se llaman ³Zapatas Flotadoras´)
Collar diferencial: Los collares diferenciales combinan los beneficios del los equipos de flotadores y el del auto llenado. Estos equipos están diseñados para llenarse automáticamente y regular el nivel del fluido dentro de la cañería de revestimiento. La mayoría de las unidades de llenado diferencial (zapata o collar), mantienen la cañería de revestimiento aproximadamente a un 90 % lleno con respecto al nivel del lodo en el espacio anular. Cuando se usan tanto zapato
diferencial como collar diferencial, la cañería de revestimiento permanece aproximadamente a 80 % lleno. El equipo de llenado diferencial a menudo es usado sobre sartas largas para reducir la presión de irrupción y la posibilidad de daño a la formación asociado con los equipos flotadores
Cabeza de cementación: Las cabezas de cementación con contenedores de acero de alta resistencia a la presión interna y a la tensión, que albergan uno o los dos tapones inferior y superior, 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 lo más próxima del nivel del piso de la torre de perforación.
3. Remoción del lodo. La reologia es la ciencia q estudia el flujo y deformación de los materiales. Aplicación en cementación:
Evaluar la mezclabilidad y bombeabilidad de las lechadas
Determinar la tasa de desplazamiento apropiada para una remoción de lodo y colocación de lechada efectiva
Estimar presiones de fricción
Calcular los requerimientos de HHP
Curvas de flujo y clasificación de los fluidos. En representación matemática los siguientes modelos son:
Modelo newtoniano (agua y lavadores)
Modelo bingham plastic (lodos y lechadas de cemento ± se caracterizan por tener viscosidad plástica y punto cedente)
Modelo power law (espaciadores y algunos lodos) (pseudo-plasticos)
Aspecto más importante en toda la cementación. Tres pasos antes de la cementación:
Limpieza del pozo
Acondicionar el lodo(para la cementación)
Desplazar el lodo de perforación del anular
4.
Pruebas de laboratorio.
Propiedades que se miden de las lechadas:
Normas API
Tiempo de espaciamiento
Reologia
Compatibilidad
Densidad
Perdida de filtrado
Agua libre
5. Diseño de la lechada. Consiste en los aditivos que se eran adicionando a la lechada antes de que esta ingrese al espacio anular estos son: a) Aceleradores y retardadores:
Cambian los tiempos de espaciamiento
Alteran la tasa de desarrollo de resistencia a la compresión
b) Extendedores:
c)
Reducen la densidad
Aumentan el rendimiento
Agentes de peso
Aumentan la densidad
Dispersantes:
Mejoran la remoción de lodo
Mejoran la mezclabilidad
Reducen la presión de fricción
6. Ejecución de la cementación. Los procesos que debemos seguir antes de cementar son:
Procedimientos operacionales
Reunión de la seguridad y pre operativa
Colocar cabezales y tapones
Prueba de líneas
Premezclado de la lechada
Bombeo de pre flujos
Soltar tapón inferior
Bombeo de la lechada
Soltar tapón superior
Desplazamiento
Asentar tapón superior
Chequear el funcionamiento del equipo
Limpieza del equipo y del taladro
7. Características del pozo.
Presión del yacimiento
Es muy importante la presión del yacimiento porque es ésta la que induce al movimiento del petróleo desde los confines del yacimiento hacia los pozos y desde el fondo de éstos a la superficie. De la magnitud de la presión depende si el petróleo fluye naturalmente con fuerza hasta la superficie o si, por el contrario, la presión es solamente suficiente para que el petróleo llegue hasta cierto nivel en el pozo. Cuando se da este caso, entonces se recurre a la extracción de petróleo del pozo por medios mecánicos. En la práctica, el gradiente normal de presión ejercido por una columna de agua normal es de 0,1 kilogramo por centímetro cuadrado por metro de profundidad (kg/cm2/mp). Generalmente, el gradiente de presión de las formaciones está entre 0,1 y 0,16 kg/cm2/mp. Cualquier valor por debajo de 0,1 es subnormal y por encima de 0,16 tiende a ser alto y por tanto anormal. A veces se han encontrado gradientes tan altos que registran 0,234 kg/ cm2/mp. La presión natural del yacimiento es producto de la naturaleza misma del yacimiento. Se deriva del mismo proceso geológico que formó el petróleo y el yacimiento que lo contiene y de fuerzas concomitantes como la sobrecarga que representan las formaciones suprayacentes y/o agua dinámica subyacentes que puede ser factor
importante en la expulsión del petróleo hacia los pozos. De igual manera, el gas en solución en el petróleo o casquete de gas que lo acompañe representa una fuerza esencial para el flujo del petróleo a través del medio poroso.
Temperatura del yacimiento
En la práctica se toman medidas de temperatura en los pozos para tener idea del gradiente de temperatura, que generalmente se expresa en 1 °C por cierto intervalo constante de profundidad. El conocimiento del gradiente de temperatura es importante y aplicable en tareas como diseño y selección de revestidores y sartas de producción, fluidos de perforación y fluidos para reacondicionamiento de pozos, cementaciones y estudios de producción y de yacimientos. La temperatura está en función de la profundidad. Mientras más profundo esté el yacimiento, mayor la temperatura. Si el gradiente de presión es de 1 °C por cada 30 metros de profundidad, se tendrá para un caso hipotético de un estrato a 1.500 metros, una temperatura de 50 °C mayor que la ambiental y si la temperatura ambiental es de 28 °C, la temperatura del estrato será 78 °C, y a 3.000 metros sería 128 °C.
PROBLEMAS MÁS FRECUENTES Y COMO PREVENIRLOS 1. Falta de agua: De antemano deberá de almacenarse suficiente agua para la operación. 2. Falla de la unidad cementadora: probar la misma antes de iniciar la operación, y si falla, no iniciar a cementar hasta que llegue otra en condiciones. 3. Pérdida parcial y pérdida total de circulación: Si es pérdida parcial, es recomendable bajar el gasto de bombeo para reducir la presión; ahora, si la pérdida es total, hay que continuar con la operación. 4. Fuga en la cabeza de cementación: reemplazarla por otra de inmediato.
5. Falla en la unidad almacenadora de cemento (trompo): tratar de corregir la falla y tener otra línea alterna de aire del equipo. 6. Al desplazar la lechada, que el exceso de cemento caiga en la presa de asentamiento, dejar en la descarga de la línea de flote, a un elemento de la cuadrilla para estar pendiente, y cuando salga el cemento, que se descargue en el contenedor de recortes. 7. Al desplazar la lechada, fallen las bombas del equipo: terminar de desplazar con la unidad de alta. 8. Fuga en las uniones del stand pipe: cambiar los empaques de las uniones. 9. Descontrol del pozo: efectuar procedimiento de cierre de preventores.
CONCLUSION.
Cabe señalar que la cementación de pozos es un proceso muy importante en la etapa de terminación de un pozo petrolero ya que ella es la que nos permitirá sellar todas las zonas de la formación para que no hallan filtraciones, así como para fijar las tuberías de revestimientos en la cual ayuda mucho a que no sucedan muchos fenómenos como la corrosión. Sin embargo, se puede concluir que en este proceso existen una series de factores que afectan a la cementación y es por ello, que hay que tener sumo cuidado a la hora de estar realizando todas las labores que se ejecutan en la cementación como desde la fabricación del cemento hasta el bombeo dentro del pozo para que la cementación sea exitosa.
