Introducción La efectividad de cualquier trabajo de cementación depende de llevar a cabo una preparación meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, así como del diseño y las pruebas del trabajo. Los ensayos realizados en laboratorios para el cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características químicas químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas antes de ser mezclada. La norma !I "! #$% delinea las prácticas recomendadas para las pruebas de laboratorio que se llevan a cabo con las lechadas de cemento para pozos de petróleo, así como sus aditivos& estas pruebas se describen a continuación' ( )eterminación )eterminación del contenido de a*ua en la lechada ( )eterminación del tiempo de bombeabilidad. ( )eterminación del +ltrado. ( !ruebas de permeabilidad. ( )eterminación de las propiedades reolo*icas. n el cemento seco tambi-n se hacen mediciones de +neza y de pureza. . nsayos básicos de los cementos petroleros ( stabilidad de las lechadas !ara controlar la estabilidad de las lechadas, se necesita hacer la prueba de a*ua libre y la prueba de sedimentación. )eterminación del a*ua libre' l *ua Libre es una medida de la tendencia del /uido a separarse de la lechada antes del fra*uado. n pozos inclinados el a*ua libre puede coalescer para formar canales continuos sobre la parte superior del pozo, lo cual crea una especie de canal por donde pueda mi*rar el /uido 0*as1 n pozos verticales el a*ua libre evita que la lechada de cemento sea homo*-nea, por lo que la cantidad de a*ua es menor a la evaluada, esto trae como consecuencia quelas formulaciones de lechadas cambien sus propiedades con respecto a las iniciales. !or esta razón se recomienda usar lechadas de cemento que no desarrollen a*ua libre l proceso de fra*uado de la lechada es el resultado de que el cemento empiece a hidratarse con el a*ua de mezcla. 2i se pierde a*ua de la lechada de cemento antes de que esta haya sido posicionada en el espacio anular, su
tiempo de bombeabilidad decrecerá y las formaciones sensibles al a*ua pueden ser afectadas de manera adversa. La cantidad de a*ua perdida que puede ser tolerada depende de operación de cementación y de la formulación de la lechada. La cementación forzada requiere bajos valores de p-rdida de a*ua, debido a que el cemento debe ser inyectado a presión antes que se *enere un revoque y bloquee las perforaciones, la norma !I para el a*ua libre en cementos 34 y 56, para una cementación forzada debe de ser cero. La cementación primaria no depende tan críticamente de la p-rdida del a*ua. La cantidad de /uido perdido de una lechada en particular debe ser determinada a trav-s de una prueba de laboratorio. n pozos verticales y para una cementación primaria el a*ua libre no deberá ser mayor a 7.8 9 para los cementos clase 34 y 56& pero si se trata de una cementación primaria o cementación secundaria en un pozo horizontal, el a*ua libre deberá de ser cero 0para cementos 34 y 561. sto se lo*ra a*re*ando aditivos reductores de +ltrado o controladores de a*ua libre. !ara determinar el a*ua libre, la muestra de lechada es puesta en consisto metro, el cual se encar*a de homo*enizar la muestra, esta muestra debe de ser sometida fuerzas *iratorias de #$$$ rpm a 78 se*undos, lue*o se saca la lechada y se deja reposar dos horas a :$ *rados ; < , en una probeta. !asado este tiempo, se e=trae el a*ua libre con un micro pipeta y se empieza la cuanti+cación del a*ua libre Prueba de sedimentación: sta
prueba, la cual ayuda a determinar si una lechada de cemento e=perimenta sedimentación, es usada en conjunción con la prueba de /uido libre para ayudar a determinar la estabilidad estática de una lechada de cemento bajo condiciones de fondo de pozo. =cesiva cantidad de /uido libre y puede indicar problemas en la estabilidad de la muestra de cemento. ( "esistencia a la >ompresión 2e distin*ue por ser un ensayo destructivo Los resultados pueden ser utilizados para' • •
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)eterminar el tiempo de fra*uado antes del cañoneo >omparar e=tendedores, a*entes densi+cantes, materiales de perdida de circulación u otros aditivos los cuales pueden afectar el desarrollo de la resistencia. )eterminar el *rado de la resistencia a la retro*resión
sta prueba se re+ere a la fuerza que puede soportar un cubo de cemento de cierta super+cie antes de romperse. >uando el cemento tiene valor de
resistencia a la compresión de 8$$ psi, es considerado se*?n la norma 0!I1 adecuado para el trabajo de cementación "ecordemos que el cemento al fra*uar *enera resistencia a la compresión, lo cual es necesario para soportar la cañería. @uchos trabajos de investi*ación han demostrado que una A" de #$ pies de lon*itud y solamente : psi de resistencia a la tensión puede soportar hasta $$ pies de cañería, aun bajo condiciones de pobre adherencia del cemento. )ebido a que el ensayo de resistencia a la compresión son mejor analizados que la resistencia a la tensión, tenemos como re*la que la A" es de : a #$ veces mayor que la resistencia a la compresión. #$ psi de A" B #$$ psi de resistencia a la compresión 5oy en día se mide la resistencia a la compresión en un analizador ultrasónico 3C>6 0Cltra 2onic >ement nalyzzer1. >on este aparato se determina el desarrollo de la resistencia a la compresión de las lechadas en forma continua donde la muestra es sometida a alta presión y temperatura 0simulando las condiciones del pozo1 2e vierte la lechada en estudio en una serie de moldes, cubos de # pul*ada por lado y se los coloca en un baño de a*ua a la temperatura requerida por la prueba, estos pueden ser' a1 Cn recipiente a presión atmosf-rica para muestras a temperatura hasta de #:$D ;. b1 b1 Cn recipiente presurizable para muestras a temperaturas hasta de 7:$D ; y presiones hasta de 7$$$ psi. !or supuesto que -ste es más caro, pero por otro lado es muy superior, ya que nos permite simular las condiciones del pozo durante el ensayo. Los tiempos recomendados para sacar las muestras son' :, #. #:, E, 7F, E:, y G horas. !or lo *eneral, las pruebas a las :, E y G horas son su+cientes& aunque a veces se necesita más información para los tiempos de espera de fra*uado, 0H<>1, u otros datos. Cna vez que se retiran los cubos del baño se les coloca, inmediatamente en una prensa hidráulica que incrementa la car*a entre # $$$ y E $$$ psi por minuto. >uando se rompe el cubo, se lee la má=ima presión obtenida en la escala y esa será el valor de la resistencia a la compresión. 2e deberá repetir la operación con varias muestras y lue*o se sacará el promedio. Aiempo de bombeabilidad o de espesamiento l tiempo de espesamiento es el tiempo que la lechada de cemento permanecerá bombeable bajo condiciones del pozo. Aambi-n se de+ne el
tiempo requerido para que la lechada alcance #$$ unidades %earden de consistencia . s importante tomar en cuenta que el tiempo de espesamiento debe de ser mayor que el tiempo que va a durar el trabajo de cementación, para evitar cementación en la super+cie de la tubería, en la cabeza de cementación yo dentro del revestidor. !or lo tanto, este tiempo se debe estimar como el tiempo total del trabajo de cementación más un factor de se*uridad de una a dos horas Aal vez sea -sta la prueba de laboratorio más usada en el campo& determina durante cuánto tiempo la lechada permanece en estado /uido, 0y por consi*uiente bombeable1 bajo una serie de condiciones dadas en el laboratorio. 0!resión y temperatura1. l aparato que se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es el consistómetro, que puede ser atmosf-rico o presurizable. ste ?ltimo, tal vez sea el aparato más caro de un laboratorio de cementación, pero es necesario a +n de poder simular las condiciones del pozo. l recipiente con la lechada a probar *ira a velocidad constante, 0movido por un motor el-ctrico1 dentro de un baño de aceite, a trav-s del cual, se le aplica la temperatura y la presión deseada. )entro del recipiente aislado, hay una paleta conectada a un resorte& a medida que la lechada *ira, trata de arrastrar la paleta en el sentido de la corriente. Cna lechada más viscosa ejercerá una fuerza mayor en la paleta, la cual a su vez, trasmitirá mayor torque al resorte y -ste se mide por medio de un potenciómetro, del que está dotado el aparato. l consistómetro está calibrado para poder leer directamente las unidades %earden de consistencia 0a veces llamadas !oises, por costumbre1. >uando la lechada alcanza #$$ unidades de consistencia 0%c1 no se puede bombear. sí el tiempo de bombeabilidad, e=portado por el laboratorio será el transcurrido desde que se introduce la mezcla en el consistómetro hasta que el aparato marca los #$$ %c. La presión y la temperatura aplicadas, son aquellas que indica la norma !I "A #$% que especi+ca la forma en que se debe desarrollar la prueba y que corresponderán a las condiciones apro=imadas que se necesitarán en el campo cuando se cemente a una determinada profundidad. Los pro*ramas están especi+cados separadamente para cementaciones primarias, liners, cementaciones a presión y colocación de tapones de cemento con A! franca y con A;. •
*ua para la preparación de la lechada
*ua @á=ima' s la cantidad de a*ua para la mezcla de cualquier composición de cemento que dará un volumen de fra*uado i*ual al volumen de la lechada con más de # J 9 de a*ua libre separada. l a*ua má=ima es la cantidad usada para la mayoría de las cementaciones por que el má=imo rendimiento es necesario para cada saco.
*ua Kormal' s la cantidad de a*ua mezclada que alcanzara una consistencia de ## %> 0Cnidades de consistencia1 l contenido de a*ua normal de una lechada de cemento, es lo que cede una lechada que tiene ## unidades de consistencia, lue*o de haber sido a*itada durante $ minutos, a :$ ; de temperatura en un consistómetro a presión atmosf-rica. !ara determinar el contenido normal de a*ua de una lechada, a veces hay que hacer muchas pruebas con diferentes porcentajes de a*ua. *ua mínima' s la cantidad de a*ua mezclada que dará una consistencia de 7$ %>, esto nos dará una lechada bastante espesa que puede ser usada para controlar p-rdidas de circulación l mínimo contenido de a*ua de una lechada es aquel que hace lo*rar a la misma, una consistencia de 7$ unidades lue*o de haber sido a*itada durante $ minutos en un consistómetro a presión atmosf-rica y :$D ; de temperatura !or lo *eneral, las pruebas de contenido de a*ua se hacen con cementos puros, ya que el a*re*ado de aditivos puede hacer variar la consistencia de la lechada, sin cambiar el porcentaje de a*ua. )eterminación de la p-rdida de +ltrado !uede ser medida de dos maneras' ;iltrado de baja presión' 2e aplican #$$ psi y se va leyendo la cantidad de líquido que cae en el cilindro *raduado a los #E, J, #, , y 8 minutos de iniciada la prueba, y lue*o a intervalos de 8 minutos cada uno. 2i la muestra se deshidrata totalmente antes de media hora, se re*istra el tiempo que tardó en hacerlo. l +ltrado se reporta en cc7$ minutos a #$$ psi. ;iltrado de alta presión' La presión aplicada ahora será de #$$$ !si y las lecturas se efectuarán de la misma manera. 2i la muestra se deshidrata antes de los 7 minutos se e=trapola para reportar cc7$ minutos. sí durante el ensayo para la determinación del +ltrado se asume que hay más lechada presente que lo que realmente tenemos en el recipiente que por otro lado es lo que sucede en el pozo. l +ltro prensa de alta presión, incorpora tambi-n un baño a una temperatura controlable a +n de simular las condiciones reales& la temperatura a la cual se hizo la prueba, deberá estar re*istrada en el reporte. s debido a -sta ventaja que el +ltro de alta presión se utiliza más que el de baja, y los resultados obtenidos son e=presados como cc de +ltrado cada 7$ minutos a #$$$ psi. ( "eolo*ía !or medio de esta prueba se describe el comportamiento de la lechada en movimiento a trav-s de la tubería y otros ductos. !ara describir las
propiedades reolo*icas de las lechadas de cemento se utilizan el modelo de plástico de %in*ham o el modelo de la ley de las !otencia l viscosímetro de ;ann, es un aparato de tipo rotacional, movido por un motor sincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener velocidades rotacionales de F$$, 7$$, $$, #$$, F y 7 "!@. Cn cilindro e=terior o rotor, *ira a una velocidad constante para cada ajuste de "!@, que es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y -sta, a su vez, produce un cierto torque en un cilindro interior a bob sobre el que act?a un resorte. La torsión que adquiere el resorte puede relacionársela con la viscosidad de la lechada y medirla de esta manera. Las lecturas obtenidas se emplean para la determinación de las propiedades reolo*icas 0KM y NM1 que son de fundamental importancia para el cálculo de caudales críticos y determinación del r-*imen de desplazamiento. 0Aurbulento, Laminar o Aapón1 de las cementaciones. KMB Ondice de comportamiento NMB Ondice de consistencia. ( )eterminación de la densidad' 2e utiliza para ello un equipo llamado balanza de lodos. n el laboratorio se pondrá 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. 2i este aire no es removido, la balanza con la que se mide la densidad puede arrojar datos erróneos !rocedimiento para realizar una lechada de cemento 7.#. 2e pesa la cantidad de a*ua, cemento y aditivos en una balanza electrónica 7.. 2e mezcla el a*ua, cemento y aditivo en una mezcladora !I. La mezcla se realiza de la si*uiente manera' ( !or #8 se*undos a E$$$ rpm se mezclan los aditivos. ( P lue*o por 78 se*undos a #$$$ rpm toda la lechada 7.7. 2e mide la densidad de la lechada en una balanza presurizada
7.E. )espu-s de mezclar la lechada en la mezcladora !I se pasa al consistómetro atmosf-rico para simular las condiciones de mezclado que soportará la lechada antes de ser bombeada al pozo. 7.8. 2e mide la reolo*ía de la mezcla en el viscosímetro ;KK donde se le determina el punto cedente y la viscosidad plástica de la lechada. stas características nos permiten conocer qu- tipo de /ujo nos va a permitir esa lechada 0/ujo turbulento o /ujo tapón1. !or medio del computador, nos dice si va a entrar en /ujo turbulento con tantos barrilesmin. 7.F. 2e mide el a*ua libre en un equipo para análisis de a*ua libre que nos permite evaluar la cantidad de a*ua libre que puede mi*rar a trav-s de la lechada. 7.G. 2e mide la cantidad de perdida de +ltrado de la lechada en el +ltro prensa bajo condiciones dinámicas de presión y temperatura. 7.:. 2e toma una muestra de la lechada y se coloca dentro del consistómetro presurizado, que es un equipo el cual nos permite simular las condiciones del fondo del pozo 7.Q 2e mide la resistencia a la compresión de la lechada' ( >ámara de curado' quipo de alta presión y alta temperatura donde se elaboran bloques de muestra de las diversas lechadas de cemento diseñadas, los cuales serán sometidos a diversos esfuerzos. ( nalizador ultrasónico de cemento 0C>1' quipo diseñado para evaluar la resistencia a la compresión pero a partir del m-todo sónico. !uede utilizarse para probar la resistencia de una lechada durante un tiempo prolon*ado.
