FLUIDO LAVADOR:
COLCHON QUÍMICO O COLCHON LAVADOR Fluido usado para arrastrar y remover los residuos de fluido de perforación que van quedando en los procesos de bombeo. Estos pueden ser tan simples como agua ordinaria ó pueden contener agentes surfactantes para darle propiedades especiales y mej orar su efectividad. Un fluido lavador puede ser diseñado para usarse con cualquier tipo de lodo de perforación, ya sea base agua ó base aceite. Son fluidos poco viscosos adelgazantes, de densidad próxima a la del agua. Se preparan sobre la base del agua agregando un dispersante (pirofosfato de sodio) o un producto tenso activo con la finalidad de remover el revoque del lodo. Por lo general se los desplazan en flujo turbulento, lo cual ayuda en la remoción de los re cortes y el adelgazamiento del lodo, de esta manera la lechada entrara en contacto de manera m anera más directa con la formación mejorando su adherencia. Estos fluidos son de naturaleza química y deben ser compatibles con el lodo y la lechada de cemento. Para lodos base aceite el colchón químico se pre para con base diesel. Un criterio muy usado en la industria para la preparación del colchón químico recomienda un tiempo mínimo de contacto con la formación de 10 min. FLUIDO ESPACIADOR:
COLCHON ESPACIADOR Es un fluido para separar el lodo de perforación y las lechadas de cemento. Un espaciador puede ser diseñado para usarse con lodos base agua ó base aceite, dejar preparado el pozo y la formación para efectuar la operación de cementación. Los fluidos espaciadores son colocados entre el fluido de perforación y e l compuesto de cemento durante la cementación primaria o secundaria. Son fluidos que tienen viscosidad, densidad y geles controlados, forman una barrera de comunicación entre la lechada y el lodo. Estos fluidos pueden ser diseñados para desplazarlos en flujo turbulento o flujo tapón al pozo. En realidad estos fluidos deben de evitar la canalización del cemento a través del lodo. Un cr iterio muy usado en la industria para la preparación del colchón espaciador recomienda una altura mínima de contacto con la formación de 5 00 pies. .
FUNCIONES Y CLASIFICACIÓN Los espaciadores y lavadores proveen una mejor remoción de lodo de perforación y juegan un papel esencial en la obtención de la adherencia de l cemento a la formación, reduciendo la migración de fluido en la cementación primaria por medio de la densidad. En la figura 2.1 se muestra el tren de fluidos desplazados durante la cementación en donde la densidad es un factor importante para llevar acabo dicho desplazamiento.
FUNCIONES FLUIDOS LAVADORES. Un lavador es usado en operaciones de cementación para realizar las siguientes tareas: •
Remover lodo y enjarre.
•
Dejar superficie mojadas por agua.
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Lograr flujo turbulento.
•
Proteger las formaciones.
•
Incompatible con el cemento y el lodo l odo de perforación.
Recientemente, las condiciones de perforación han traído más fluidos sofisticados, capaces de ser modificados para propósitos como:
Acarrear agentes de peso como densificantes, para mantener la presión hidrostática.
Control de pérdida por circulación.
Dejar la superficie de la formación fo rmación mojada en agua cuando se desplacen fluidos base aceite que contengan surfactantes.
Los fluidos lavadores se diferencian de los fluidos espaciadores en que estos normalmente diluyen el fluido de perforación y lo remueven a través de condiciones altas de flujo turbulento, mientras que los espaciadores no necesariamente recaen en turbulencia; en vez de esto, ellos pueden utilizar viscosidad o densidad para un desplazamiento eficiente.
FLUIDOS ESPACIADORES Los resultados de laboratorio y de campo muestran que los fluidos espaciadores pueden ser de gran ventaja para mantener el fluido de perforación y compuestos de cementación separados. Los espaciadores también ayudan de manera efectiva a remover el lodo de perforación. Un espaciador es usado en operaciones de c ementación para realizar las siguientes tareas:
Separar el fluido de perforación de la lechada de cemento para eliminar e liminar la compatibilidad potencial y evitar su contaminación.
Pueden mejorar la eficiencia de desplazamiento al permitir el flujo turbulento enrangos de bombeo razonables según sus propiedades r eológicas.
Remover el fluido de perforación y el enjarre.
Proteger la formación.
Controlando la presión de formación.
Inhibiendo zonas sensibles al agua.
Con el objeto de completar estas e stas tareas, el espaciador debe ser incompatible con la lechada y con el fluido de perforación. La compatibilidad en las interfaces donde los diferentes fluidos hacen contacto, nos lleva a un efecto de alta viscosidad. Este efecto puede ser desastroso en las siguientes situaciones: •
La masa del fluido incompatible es muy viscosa, para moverse y circular por el espacio anular, dando como resultado una fractura de formaciones susceptibles ó la terminación del trabajo.
•
Los fluidos pueden circular por el espacio anular, pero sin ser desplazados completamente, por lo que es factible que sean depositadas contra la pared y el inter ior del pozo; mientras este proceso continúa, nuevas áreas de interfaces son expuestas y la secuencia es repetida, debido a que el cemento fluirá por donde encuentre menor resistencia, por lo que la canalización del cemento será signo de que no se logró una buena cementación.
La compatibilidad interfacial es un problema que un espaciador puede eliminar, aunque el fluido de perforación y la lechada se desplacen juntos. La contaminación no necesariamente puede ser un problema tan serio como la compatibilidad interfacial, pero debe ser evitada porque afectará el desarrollo de esfuerzo compresivo y el tiempo de espesamiento de la lechada de cemento. Los efectos de contaminación son difíciles de predecir y variarán de acuerdo a la naturaleza del contaminante. El espaciador debe permanecer estable y ser fácilmente mezclado y manejado en el c ampo.
CLASIFICACIÓN Los fluidos espaciadores pueden ser divididos en dos categorías. La mayoría son de base agua, en apego a las nuevas normatividades ecológicas requeridas en la industria petrolera, m ientras unos pocos son base aceite. Ambos sistemas tienen ventajas y desventajas. Los actuales espaciadores basados en aceite, a me nudo utilizan aceite sintético para evitar los problemas ambientales del aceite basado en hidrocarburos, como en e l caso del diesel.
Los espaciadores basados en agua tienden a dejar el acero de la tubería de revestimiento humedecida con agua que proporciona la mayor adherencia del cemento. Los espaciadores no densificados a menudo se conocen como cementos no densificados. El agua es un densificante común; estos son los más efectivos y económicos en Iodos de baja densidad, que se aproximan a la densidad del cemento no densificado; son los más fáciles de situar en un flujo turbulento. A menudo, se utilizan aditivos que adelgazan el lodo de perforación ó que atacan químicamente el enjarre de lodo. Para Iodos densificados, los espaciadores deben diseñarse con materiales densificantes, que hagan que el espaciador sea igual ó de mayor densidad que el lodo. Un espaciador de una menor densidad dará como resultado una mala eficiencia de desplazamiento de lodo. La viscosidad de los espaciadores densificados puede modificarse para incrementar aún más el desplazamiento del lodo.
Son químicos y materiales agregados a la lec hada de cemento para modificar las características de la lechada o del cemento fraguado. Los aditivos de cementación pueden clasificarse en líneas generales como aceleradores, retardantes, aditivos de c ontrol de pérdida de fluido, dispersantes, extensores, densificantes, aditivos de control de pérdida de circulación y aditivos especiales diseñados para condiciones de operación específicas. Los aditivos de cementación se comercializan generalmente en forma de polvo o de líquido, lo que permite cierta flexibilidad al preparar la lechada de cemento
FUNCIONES:
Modificar densidad
Aumentar o disminuir resistencia a la compresión
Acelerar o retardar el tiempo de fraguado
Controlar perdidas el tiempo de fraguado
Controlar perdidas de fluidos
Reducir viscosidad de la lechada
Aumentar resistencia frente a fluidos corrosivos
Formación de puentes para el control de pérdida de circulación
El Cemento con Aditivos es un Cemento al que se han modificado sus propiedades introduciendo elementos anadidos para mejorar su plasticidad, dureza, resistencia y fraguado.
1.1 Aceleradores Son productos químicos que reducen el tiempo de fraguado a las lechadas de cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia a la compresión. Son usados cuando el tiempo de fraguado del cemento resulta ser más largo que el r equerido para mezclar y desplazar la lechada. Actúan rompiendo un compuesto gelatinoso que se forma alrededor de las partículas de cemento cuando comienza el proceso de hidratación, permitiendo una rápida penetración del ag ua. La Eficiencia de aceleración según Edwards y Angstadt es la siguiente
Ca+2 > Mg+2 > Li+ > Na+ Cl- > Br- > NO3- > SO24Los aceleradores son especialmente importantes en pozos poco profundos donde las temperaturas son bajas y por tanto la lechada de cemento puede tomar un largo periodo de
tiempo para fraguar. En pozos profundos las altas temperaturas estimulan el proceso de frague y los aceleradores pueden no ser necesarios. Los aceleradores de fragüe más comunes so n:
Cloruro de Calcio (CaCl2): Esta sal se dosifica de 2,0 a 4, 0% por peso de cemento, dependiendo del tiempo de bombeabilidad que se desea obtener. Es e l producto que exhibe mayor control en e l tiempo de bombeabilidad. Los resultados no son predecibles si la concentración excede el 6 %
Cloruro de Sodio (NaCl): Actua como acelerador en concentraciones de 2,0 – 2,5 % por peso de cemento. Mas comunmente en concentraciones de hasta 10% por peso de agua de mezcla, en concentraciones entre 10 – 18% es esencialmente neutral y el tiempo de fraguado es similar al obtenido con agua dulce. A concentraciones mayores al 18% causa retardacion de frague.
Ventajas:
Favorece la Adherencia del cemento a formaciones lutiticas Minimiza el daño en zonas sensibles al agua dulce Produce ligera expansión. Actúa como dispersante en las lechadas reduciendo su viscosidad.
Desventajas:
Puede causar algo de espuma durante su me zclado. No debe emplearse en lechadas que contengan F T-4. Tiene problemas de compatibilidad con la mayoria de los reductores de filtrado.
Silicato de sodio: El silicato de sodio es utilizado principalmente para acelerar las lechadas de cemento que contienen carboximetil hidroxiyetil celulosa retardante Agua Salada: Es ampliamente usado para preparar lechadas de cemento e n locaciones costa afuera (offshore). El agua de mar contiene arriba de 25 g/l de NaCl, lo que resulta en ser un excelente acelerador. Sulfato de Calcio (CaSO4): Es un material que por sí mismo posee características cementantes y tienen fuerte influencia en expandir el cemento fraguado; como acelerador se dosifica basándose en el tiempo que se de sea y la temperatura a la cual se va a trabajar. Su concentración varia del 50 – 100% por peso del cemento. Se debe hacer notar que altas concentraciones de este aditivo actúan como retardadores de fragüe.
1.2 Retardadores Son productos químicos que prolongan el tiempo de fraguado inicial de las lec hadas de cemento y brindan la posibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de temperatura y presión. En pozos profundos, las altas temperaturas reducen el tiempo de bombeabilidad de las lechadas de cemento. Los retardadores se usan para prolongar el tiempo de bombeabilidad y evitar los riesgos del fraguado prematuro. Para temperaturas estáticas por encima de 260 – 275 F se deben medir los efectos de los retardadores a través de pruebas piloto. Los tipos más comunes de retardadores son lignosulfonatos de sodio y calcio no refinados. ( SR-2 y SR-6 ) Lignosulfonato: Se componen de sales de acidos lignosulfonicos de sodio y calcio. Son polimeros derivados de la pulpa de la madera. Usualmente son compuestos no r efinados y contienen varias cantidades de compuestos sacaroides con un peso molecular promedio de 20.000 a 30.000. Los retardadores r etardadores de lignosulfonatos son efectivos con todos los cementos y se dosifican en un rango de 0,1 – 1,5 % por peso de cemento. Son efectivos hasta 250 oF (122 oC ) de temperatura de circulación en el fondo del pozo y hasta 600 oF (315 oC) cuando se mezcla son borato de sodio. Los retardadores de lignosulfatos has sido usados muy exitosamente, retardan toda clase de cemento API, en profundidades de 12000 a 14000 pies o en rangos de temperatura de 260 a 290F. Estos también han sido usados para incrementar la bombeabilidad de los cementos API clase “D” y “E” en pozos de alta temperaturas (300 OF) Ácido Hidroxilcarboxilicos: Los acidos hidroxilcarboxilicos contienen grupos hidroxilicos (OH) y carboxilicos (CHn) en su estructura molecular. Son retardadores poderosos y se aplican a un rango de t emperatura de 200 oF (93oC) – 300 oF (143 oC). Otro acido hidroxilcarboxilico con un fuerte efecto re tardante, es el acdio citrico. citr ico. Este tambien es efectivo como dispersante de c emento, normalmente se usa en concentraciones de 0,1 – 0,3 % por peso de cemento. c irculacion tan altas como 400 oF Organofosfonatos: Se aplican a temperaturas de circulacion (204 oC). Presentan insensibilidad a variaciones sutiles de la composicion del cemento y tienden a bajar la viscosidad de lec hadas densificadas.
1.3 Reductores de densidad (Extendedores) Son materiales que reducen la densidad de las lec hadas de cemento y/o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen por producto fraguado. Los exte ndedores se usan para reducir la densidad de la lechada en lugares donde la hidrostatica gener ada por la lechada excede la resistencia a la fractura de ciertas cier tas formaciones. Al reducir la densidad del cemento la generacion de la resistencia a la compresion inmediata tambien se reduce y el t iempo de bombeabilidad se incrementa. El uso de estos aditivos permite anadir mas agua de mezc la y por lo tanto incrementa la cantidad de lechada a ser producida por cada saco de cemento (por tal motivo tambien son llamados extendedores).
Los aditivos reductores de densidad más comunes son:
Bentonita (2 – (2 – 16%): 16%): Es por mucho el aditivo más comunmente usado para reducir la densidad de la lechada de cemento. Requiere el 530% de agua de su propio peso; es decir 5,3 litros de agua por kg de bentonita, se puede dosificar hasta un 4% por peso de cemento sin que perjudique al cemento fr aguado. El incremento del rendimiento por adicion de bentonita se puede observar en el siguiente cuadro.
Puzolanas: Son cenizas volcanicas que por si solas no tienen características cementantes, pero que mezcladas con cemento, reaccionan con la cal libre del cemento. Puede ser usado en mezcla de 50/50 con c on cementos Portland. Resultando en un ligero decreme nto de la resistencia a la compresion y un incremento en la resistencia a los sulfatos. Tierras Diatomeas (10 – (10 – 40%): 40%): Su gran area superficial de las tierr as diatomeas permiten mayor absorcion de agua y producen una lechada de baja densidad (por debajo de 11 lb/gal) Meta silicato de Sodio Anhidro: Es muy eficiente y economico. Es compatible con el mayor número de aditivos quimicos; maneja un porcentaje variable de agua en función del porcentaje que se utilice. Se dosifica de 1 – 3% por peso de cemento.
1.4 Densificantes Son materiales quimicos inertes, de alto peso especifico y que manejan poco agua. Estos materiales son usados cuando se realizan operaciones de cementac ion en zonas sobre presurizadas. Los densificantes mas comunes usados son: Barita (Sulfato de Bario): Usados para alcanzar densidades de lechada por encima de las 18 lb/gal. Tienen una gravedad específica de 4,23 y requiere 22% de agua de su propio peso. Este aditivo puede causar una reduccion en la resistencia a la compresión y en el tiempo de bombeabilidad. Se dosifica de 20 – 40 % por peso de cemento. Hematita (Fe2O3): La alta gravedad específica de la hematita puede usarse para elevar la densidad de la lechada hasta 22 lb/gal. Tienen una g ravedad específica de 5 y requiere el 3% de agua de su propio peso. Se emplea hasta el 50% por peso de cemento, dependiendo del peso que se desea obtener . La hematita reduce significativamente el tiempo de bombeabilidad de las lechadas y ademas requiere e l uso de aditivos reductores de friccion. Arena: Arenas seleccionadas (40 – 60 mesh) pueden generar un incremento de 2 lb/gal en la lechada de cemento.
1.5 Aditivos para perdida de fluidos Se usan para prevenir la deshidratacion de las lechadas de cemento y evitar un frague prematuro. Generalmente los reductores de filtrado son productos der ivados de celulosa. El valor del filtrado estipulado por el API varia de acuerdo con el tipo de operacion a realizar: Cementación de Tubería de Revestimiento: No mayor a 200 cm3. Cementación de Tubería Corta (Liner): No mayor a 50 cm3 . Cementación Forzada: De 30 a 50 cm3 El valor del filtrado API se mide en cm3 a 30 minutos bajo una presion pre sion diferencial de 1000 psi. Los aditivos más comunes son:
Polímeros Orgánicos (Celulosas): Se usa en dosificaciones de 0,5 - 1,5% Carboximetil Hidroxietil Celulosa (CMHEC): Es el aditivo mas ampliamente usado como controlador de filtrado y se usa en dosificaciones de 0,3 – 1,0%
1.6 Reductores de fricción (Dispersantes) ( Dispersantes) Son productos químicos que reducen la viscosidad de las lechadas de cemento y son añadidos para mejorar las propiedades de flujo de las lechadas. Ayudan a obtener regímenes turbulentos con caudales bajos de bombeo y reducen la fricción entre granos y las paredes. De acuerdo a investigaciones se ha demostrado que la mayor eficiencia en la limpieza del lodo del espacio anular se logra en régimen turbulento; es decir, cuando la lechada de cem ento y los colchones de limpieza se desplazan a una velocidad tal que corr esponda a un numero de Reynolds de 3.000 – 4.000 o mayor, en función de las características reologicas n y k. Generalmente, son sales de ácidos grasos y se dosifican del 0,2 – 2,5 % por peso de cemento. También tenemos: Polímeros: En dosificaciones de 0,3 – 0,5 lb/sx de cemento. Sal: En dosificaciones de 1 – 16 lb/sx Lignosulfonato de Calcio: En dosificaciones de 0,5 – 1,5 lb/sx
1.7 Agentes de control de regresión de la resistencia a la compresión
Harina de sílice: Estos agentes evitan la regresion de la re sistencia a la compresion por efectos de la temperatura. Son silicatos de alta pureza, con una textura que va de malla 100 a 325 para poder tener una distribucion grande y homogenea en el cuerpo del cemento. Normalmente se dosifican al 35% por peso de cemento y requiere el 40% de agua de su propio peso, para la malla 325, para la malla 100 no requiere agua. En pozos geotermicos con temperatura mayores (hasta 600 oF (315 oC)), se emplea harina de silice al 50% (malla 325).
1.8 Aditivos especiales Estos pueden ser: Antiespumantes y Agentes expandidores del cemento fraguado. Debido a la velocidad con que se maneja el ceme nto en el campo cuando se está e stá elaborando la lechada (aprox. 1 Ton/min), el cemento tiende a e ntrampar una gran cantidad de aire, propiciando un erróneo control de la densidad; asimismo, algunos productos quimicos ayudan a mantener el aire dentro de la mezcla y dificulta el trabajo de las bombas de alta presion con que se maneja esta para ser bombeada al pozo.
El problema se minimiza mediante el uso de los age ntes antiespumantes, lo que eliminan la mayor parte de las burbujas de aire entrapadas. Generalmente son sales organicas acidas de solubilidad media y se dosifican del 0,2 – 0,3% por peso de cemento. Los expandidores son aditivos que dilatan el producto hidratado, sin que esto sea originado por efecto de la temperatura. Los expandidores empleados comunmente son: Cloruro de Sodio: Su maxima dilatacion se obtiene al 18% por peso de agua y a concentraciones mayores se obtiene ligera contracc ion del cemento fraguado. Cloruro de Potasio: Este producto, ademas de ser eficiente estabilizador de las arcillas, al 5% por peso de agua de mezcla exhibe la misma dilatacion que el 1 8% de cloruro de sodio en el cemento. Otra caracteristica es que al 2% por peso de agua hace que el filtrado de las lechadas que lo contienen sea compatible con la mayoria de los aceites. Perlita Expandida: Son particulas volcanicas que han sido expandidas a altas temperaturas (Fusion). La gravedad específica de la perlita ex pandida es de 0.53, lo cual permite la preparacion de mezclas livianas competentes de hasta 12 lb/gal. En muchos casos, el uso de Bentonita (2 – 4% BWOC) previene la segregacion segr egacion de las particulas de perlita en la mezcla. Las partículas de perlita expandida contienen poros que sometidos a alta presión hidrostática colapsan. Por tanto la gravedad especifica de la per lita se incrementa hasta (0.94 a 3000 psi). Esto implica que la densidad final de la mezcla es mayor en fondo del pozo, por lo que en superficie se debe preparar mezclas de cemento-perlita de menor peso. Tabla 3-1 muestra la diferencia de densidades observadas a 3000 psi y condiciones atmosféricas. Gilsonita: Son particulas provenientes del mineral asfaltita, de gravedad especifica de 1.07 y requerimiento de agua de 2 gal/ft3 lo que hace posible la preparacion de mezclas livianas de alta resistencia a la compresion. Es posible el uso de hasta 50 lbs de gilsonita por saco de cemento Portland (94 lbs), para obtener mezclas de hasta 12 lb/ft3; sin embargo el uso de bentonita siempre sera necesario para reducir problemas durante el mezclado. Las particulas de Gilsonita son solidos angulares, de amplio rango de tamano (hasta 0.6 cm.) y son usadas tambien para prevenir la perdida de circulacion, debido a que su punto de fusion se encuentra por encima de 260 oF, el uso de dicho producto esta limitado a pozos donde BHST es menor que 26 0oF. Finos de carbón: Como agente alivianador, el comportamiento del carbon es similar a la gilsonita. Su gravedad especifica de 1.3 y temperatura de fusion de 1000oF, permite usarlo en pozos profundos de alta BHST. Sin embargo siempre re querira el uso de la bentonita para la estabilizacion de la mezcla. Micro-esferas huecas: El uso de mezclas extendidas con micro esferas e s una técnica que se esta desarrollando en los ultimos anos. Las micro esferas son pequenas esferas llenas de gas con una gravedad especifica que varia entre 0.4 y 0.7; lo cual permite la preparacion de mezclas de muy bajas densidades (8.5 lb/gal) y alta resistencia a la compresion en relacion con otras mezclas livianas. La resistencia a la compresion de las mezclas livianas con micro-esferas es por lo ge neral 50 – 60 % mayor que las que obtiene con Bentonita o Metasilicato de Sodio como aditivos alivianadores.
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/2203/TESIS%20A GOSTO%2021%20-III.pdf?sequence=1 http://www.actiweb.es/marcus/archivo4.pdf
