Evaluación de la calidad del cemento Índice de adherencia Es la relación entre la atenuación en la zona de interés dividido entre la zona de atenuación 100% cementada expresada en db/pie. I.A. = Atenuación zona interés / Atenuación zona 100% cementada
Donde:
A0 =
A = amplitud de
amplitud de la onda en un punto de referencia (transmisor), mV.
la onda después de haber viajado c ierta distancia desde el punto de referencia (receptor). d = =
distancia desde el punto de referencia, pies.
Composición típica de onda para revestimiento sin cemento: La magnitud de la onda es mayor en la tubería libre, creando la señal un efecto de anillo. Si el revestimiento no está acústicamente acoplado a un material solido en el anular, la única señal detectada por el receptor será la señal del revestimiento. Este efecto puede ser creado por cemento inestable, débil cementación, existencia de micro anillo entre el cemento y el revestimiento o inexistencia del cemento en el anular. Fig 1.
Fig. 1. Típica onda de revestimiento sin cemento
Composición típica de la señal de onda para revestimiento con buena cementación: c ementación: Es requerido un buen acoplamiento acústico del cemento al revestimiento y a la formación para la transmisión de la señal a través de todos los conductores. Cuando el anular está completamente
lleno de cemento, la única forma de detectarlo es por una onda débil o completamente ausente de la señal de formación o señal del revestimiento. Fig 2.
Fig 2. Típica onda de revestimiento con buena cementación
Problemas comunes de cementación Problemas comunes que afectan todos los trabajos de cemento incluyen: • Condición pobre del agujero (patas de perro, e stabilidad del agujero descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama de recortes, etc.) • Condición pobre del lodo (altas fuerzas de gel y punto de resistencia, alta perdida de fluido o filtración, retorta gruesa, alto contenido de sólidos, perdida de material de circulación, incompatibilidad de lodo/cemento). • Centralización pobre (el cemento no se coloca uniformemente alrededor de la tubería de revestimiento, dejando lodo en el sitio). • Perdida de Circulación • Presión Anormal • Presión Subnormal • Presión Alta
HERRAMIENTAS Herramienta CBL (Cement Bond logging): Definición: - Amplitud del primer arribo positivo en mV. - Medido en el receptor a 3 pies - Función de la adherencia revestimiento – cemento Definición del tiempo de transito:
- Tiempo transcurrido desde T 0 hasta la primera llegada por encima del nivel de detección, se usa como control de calidad. Fig.3.
Fig. 3. Definición de tiempo de tránsito
Características: Herramienta de baja frecuencia (sónicas). Mide la amplitud sónica de la señal reflejada por la pared del revestimiento, mientras mayor sea esa amplitud menor la cantidad de cemento.
Unidades: CBL Amplitud en milivoltios mV. Fig.4
Fig.4. Unidades de CBL, mV y las unidades de VDL microsegundos, μs.
Principios de medida: Un transmisor emite una señal acústica omnidireccional de baja frecuencia (20 khz), el medio circundante resuena. Los receptores registran el tren de onda resultante, la onda se analiza para extraer información de la calidad de adherencia del cemento. El transmisor se encuentra a 3 pies. Se asemeja al principio de repicar de una campana. Es decir cuando hay un fluido detrás del revestimiento (no cemento) la tubería es libre de vibrar generando un sonido fuerte. Cuando el revestimiento está adherido al cemento, las vibraciones del revestimiento son atenuadas proporcionalmente a la superficie adherida al cemento. Cuando una herramienta sónica se corre dentro de un pozo revestido, el transmisor (Tx) envía un pulso omnidireccional el cual induce vibración en el revestimiento. La sonda está constituida por un transmisor y dos receptores (R3 y R5). La onda compresional que baja desde la herramienta en todas las direcciones llega primero al receptor espaciado a 3 pies, la parte de la onda que regresa bajando por el revestimiento se usa para determinar la amplitud y el tiempo de tránsito del primer arribo. (Fig.5a), (Fig. 5b), (Fig. 5c).
a)
b) Fig. 5. Principios de Medida
c)
Factores que afectan el registro CBL: - Selección de los parámetros de adquisición - Stretching; En escenarios de buena adherencia cemento-revestimiento, la amplitud de E1 disminuye, desplazando la medición de TT a la sección no lineal de E1, aumentando el TT medido en comparación con TT en tubería libre, característico de zonas con buena adherencia (Fig. 6a).
Fig. 6a. Stretching y Fig. 6b. Salto de ciclo
- Salto de ciclo; En casos de muy buena adherencia, la amplitud de E1 es tan pequeña que no supera el nivel de detección, en este caso la medida de tiempo de transito se desplaza hacia E3, manteniendo la medida de amplitud de CBL en E1. (Fig. 6b).
- Presión y Temperatura; P y T tienen influencia en las amplitudes del CBL en tubería libre. Cada juego de herramientas (cartucho y sonda) es diferente y su compensación se asegura a través de la normalización. Fig. 6c.
Fig. 6c - Microanillo; Espacio capilar (100-200 micrones) presente entre el revestimiento y el cemento: (líquido, gas). Contracción del cemento si hay cambios en el fluido en el pozo. Película de lodo en la pared del revestimiento La amplitud de E1 representa una adherencia peor que la existente, pasada bajo presión para eliminar el efecto. El principal problema con un microanillo es que el CBL indicara un poco o ningún cemento aun cuando el anular este lleno.
Fig 6d. Microanillo
- Centralización; Selección inadecuada de los centralizadores para el tamaño del revestimiento estos pueden ser centralizadores rotos centralizadores débiles en pozos desviados o herramienta dañada o doblada, Revestimiento dañado. Obteniendo de esta manera las siguientes consecuencias, el camino de la onda desbalanceado y el tren de onda resultante no tiene sentido (Fig. 6d).
Fig. 6e.
- Tiempo de colocación del cemento; el cemento se coloca como una mezcla liquida. Si un CBL se corre al poco tiempo de efectuada la cementación puede aparecer como si no existiese cemento.
- Tamaño del revestimiento - Fluidos en el pozo Formaciones Rápidas: En casos de buen cemento y cuando el ΔT de la formación es menor al ΔT revestimiento, la señal de la formación es la que llega primero, por lo tanto CBL se verá afectado. No es posible evaluar CBL ya que E1 es debido a los arribos de formación y no del revestimiento. Cuando se sospeche su presencia, se debe registrar con herramientas que tienen arreglos de espaciamiento más cortos.
Aplicaciones: - Evalúa la cementación - Verifica la integridad del cemento - Determina la calidad del cemento (Fig.7.)
Fig. 7. Aplicación de la herramienta CBL
Herramienta VDL (registro de la densidad variable de ondas): Definición: Es un registro de la amplitud de la onda sónica para un periodo de mil microsegundos que siguen a la generación del sonido en el transmisor. (Fig. 8.)
Fig 8. Herramienta CBL-VDL
Características: El registro Variable Density Log VDL, es una imagen del tren de onda completo de la señal en el receptor a 5 pies. Un tren de ondas completo representado como bandas claras y oscuras, el contraste entre ellas depende de la amplitud de los picos positivos, una amplitud de cero se representa de un color de
intensidad media, las amplitudes positivas se representan con mayor intensidad de color en tanto que las negativas son las más claras. (Fig. 9.)
Fig. 9. Tren de Ondas del VDL
Unidades: VDL, esta herramienta es medida en microsegundos. μs (Fig. 2)
Principios de medida: El transmisor envía pulsos de (10 a 20 KHz) que induce una vibración longitudinal de la tubería de revestimiento, el receptor es colocado a 5 pies. Los receptores registran el tren de ondas resultante, la onda se analiza para extraer información de la calidad de adherencia del cemento.
Fig. 10. Receptor a 5 ft. Cuando una herramienta sónica se corre dentro de un pozo revestido, el transmisor (Tx) envía una señal omnidireccional el cual impulso produce vibración en el revestimiento. (Fig. 10.)
Factores que afectan el registro: - Presencia de micro anillos, un micro anillo se produce cuando la tubería se contrae ligeramente de su tamaño por endurecimiento del cemento, causado por una pequeña separación entre ambos.
- Otros factores que pueden afectar las medidas de amplitud son el esfuerzo compresivo, del cemento espumoso, el tamaño y el peso de la tubería de revestimiento.
Aplicaciones: Que es lo que se desea obtener con la corrida de los registros CBL-VDL - Evaluar la cementación
- Verificar la integridad del cemento - Verificar aislamiento hidráulico - Determinar la calidad del cemento - ¿Existen canales? - ¿Se puede reparar? - ¿donde está el tope del cemento? (Fig. 7.) Las herramientas sónicas proporcionan el registro CBL y VDL ha sido la herramienta primaria de evaluación de cementación durante muchos años. Transmisor a 3 pies CBL, Transmisor a 5 pies VDL.
Interpretación de registros La tubería de revestimiento superficial debe cementarse para proteger y sellar las formaciones de agua dulce, suministrar un ancla para el equipo preventor de reventones y dar apoyo en la superficie para las columnas de tubería de revestimiento más profundas. Las columnas intermedias de las tuberías de perforación se cementan para sellar las formaciones con presiones anormales efectivamente, aislar formaciones no consolidadas que acusarían desprendimientos excesivos a menos que se sostengan con tuberías de revestimiento y cemento, y tapar zonas de pérdida de circulación para permitir que la perforación siga adelante. El cemento también protege, efectivamente la tubería de revestimiento de la vecindad corrosiva, principalmente fluidos corrosivos que pueden existir en las formaciones sub superficiales. Los registros de control de cementación, son: GR, TT, CCL, CBL, VDL, CET y sirven para detectar las condiciones del cemento en las paredes de la tubería y del pozo, en una cementación primaria, o sea la que se hace para fijar la tubería de revestimiento en el pozo luego de ser perforado; como después de cualquier otra cementación posterior durante trabajos de reacondicionamiento cuando el hueco ya está revestido y es necesario efectuar cementación forzada. Siempre van acompañados con un registro (CCL) y GR, con propósitos de que la herramienta pueda ubicarse a profundidad correcta.
Gamma Ray (GR) Es, una curva de correlación ubicada en la primera pista, con igual propósito, puede servir el registro Neutrónico (NL).
Tiempo de Transito (TT) Esta curva es utilizada como un controlador de calidad y es el tiempo se emplea para detectar el primer arribo al receptor a través de una barrera flotante o “ventana” que es el umbral de nivel de detección. Si la herramienta está centralizada en el pozo en tubería libre el TT debería proporcionar valores razonablemente precisos. Debido a que el TT es co nstante, siempre y cuando se tenga tubería de las mismas características en la zona a registrarse se obtendrá una línea constante. Las únicas causas para que este valor cambie son: las descentralizaciones de la herramienta y los collares (debido al cambio de espesor). Cuando en zonas cementadas hay variaciones del TT, esto puede deberse a factores que incrementan o disminuyen el TT, estos son: los collares, salto de ciclo, descentralización de la herramienta y señales de formaciones rápidas.
Registro de Collares (CCL) Es un registro localizador de collares o cuellos de la tubería de revestimiento. Es corrida en conjunto con registros de correlación como el Neutrón o GR. Los dos últimos servirán para correlacionar los registros de cementación con respecto a los registros a hueco abierto y con el CCL se puede correlacionar posteriormente nuevos registros de cementación o en operaciones de cañoneo.
Registro de Adherencia de Cemento CBL (Cement Bond Log) El perfil de cementación CBL se basa fundamentalmente en el uso de señales acústicas para determinar la calidad de adherencia del cemento a la cañería, además el perfil CBL (cement bond log) detecta vacíos, deshidratación y contaminación causada por el lodo. Este registro solo nos proporciona información de la adherencia del cemento a la cañería. Para indicar la buena o mala adherencia del cemento con la tubería, se basa en la medición de la atenuación que sufre la onda sónica al incidir en la tubería, lo cual se manifiesta por la amplitud que registra la curva. En términos del oído humano, la amplitud significa "cuan ruidoso" es el efecto de golpear una campana de metal desde el interior, pero que exteriormente se encuentra sostenida con las manos, como un revestimiento. En la práctica el cemento reemplaza a las manos, de tal manera que un pobre cemento aumentara la amplitud y un buen cemento la disminuirá. Tomando como constante el tamaño de la tubería, peso, espesor, resistencia del cemento a la compresibilidad de tal manera que estas constantes no afecten la interpretación cualitativa y cuantitativa del registro, en la determinación de la presencia del cemento en el espacio anular, existen las siguientes posibilidades:
Que el registro indique que la tubería no esté cementada -
Por ausencia de cemento
-
Por presencia de micro-ánulo que hace incrementar la amplitud.
Que el registro indique que la tubería esta cementada
Este registro de cementación no puede ofrecernos información acerca del porcentaje del anillo de cemento, nos puede indicar puntos claros de adhesión suficiente, las limitaciones de este perfil se deben al requerimiento del líquido en la cañería de cualquier densidad. El liquido es necesario para transmitir la pulsación desde el transmisor hasta la cañería para que el registro sea bueno es menester que el cemento haya fraguado. Los registros CBL efectuados en distintas etapas del fraguado del cemento nos muestran que la atenuación aumenta con el tiempo y llega al máximo cuando el cemento fraguó totalmente. El registro de cementación se mide en mili voltios por lo general se recomienda para la toma de este tipo de registros el periodo de 1 día para casos de cementos puros, y de 5 días para el caso de cementos con aditivos como ser retardadores. Esto es regulado por la resistencia compresiva del cemento.
Registro de Densidad Variable (VDL) Determina la buena o mala adherencia del cemento con la formación y/o la tubería mediante el comportamiento de un conjunto de curvas gruesas de acuerdo a sus ondulaciones o paralelismos y al rango en que estas se verifiquen. Para tener una buena imagen del tren de ondas completo provenientes de 1ª formación en secciones cementadas y con buena adherencia a la tubería, requisito básico es que las señales provenientes de la formación deben ser más fuertes que las provenientes del revestimiento. A continuación se tiene la interpretación del VDL la misma que se puede dividir en dos casos:
Mala adherencia del cemento a la tubería: Se reconoce por la presencia de fuertes líneas paralelas en toda secuencia de ondas, debido a la rata constante en el tiempo del arribo de la tubería. Se reconoce por la presencia de fuertes línea s paralelas entre 200 a 400 μ seg, debido a las señales del revestimiento seguidamente las líneas son ondulatorias debido a las señales de la formación. La intensidad de estas señales onduladas indicará el grado de adherencia del cemento a la formación.
Mala adherencia del cemento a la formación:
Se reconoce por la ausencia de señales de tubería entre 200 a 400 μ seg., cuando existe buen acople acústico entre cemento y tubería, o presencia de fuertes líneas paralelas de señales de tubería en caso contrario. Se reconoce porque entre 400 a 1000 μ seg se tendrán señales de formación muy débiles debido al mal acople entre cemento y formación, se caracteriza por la presencia borrosa de señales onduladas. Además puede existir la presencia de señales fuertes algo onduladas, pero paralelas de menor espesor que las anteriores al final de la pista correspondiente a las señales de lodo. El registro simultáneo de ambos perfiles, el CBL y el VDL son necesarios para tener efectividad en la operación, puesto que el Cement Bond Log, provee una evaluación cuantitativa de la cementación. El registro Variable Density Log se utiliza para confirmar ésta evaluación en forma cualitativa, y reconocer problemas o condiciones de la cementación.
Control de calidad de los registros de cementación Para realizar la evaluación cuantitativa de la calidad del cemento, además de usar la interpretación de los registros CBL y VDL, se incluye una combinación de registros de rayos gamma, un localizador de cuellos (CCL) y el tiempo de propagación (TT) que tarda la primera onda desde el transmisor hasta el receptor de tres pies. Los objetivos del control de calidad de la cementación son confirmar que el cemento está presente para suministrar soporte al revestimiento y asegurar que las zonas de interés estén hidráulicamente aisladas.
CONCLUSIONES El registro de cementación es muy útil ya que muchas veces no se tiene suficiente información después del entubado, o pozo ya cementado. En el cual se realiza el registro de cuantificación y cualificación de calidad del cemento. La cementación es el proceso termoquímico en el cual se reviste el tubo de acero con una capa de carbón dándole mayor tenacidad y resistencia a la abrasión y desgaste por corrosión. Teniendo varios tipos de cementación (Carburizacion, cianurizacion, nitrurizacion).
Aplicación Como principal aplicación del registro es el de evaluar la formación y la integridad del pozo, con el uso de las herramientas de registro sónico. El análisis de la calidad de la cementación, sus propiedades, adherencia, consistencia, volumen en las paredes del pozo, carácter de interacción de la formación con el cemento. Aplicación CBL. Evalúa la cementación Verifica la integridad del cemento Determina la calidad del cemento
Aplicación de VDL. Evaluar la cementación Verificar la integridad del cemento Verificar aislamiento hidráulico Determinar la calidad del cemento Separa el tope del cemento
Herramientas
CBL (Cement bound logging). Herramienta de baja frecuencia sónica. Mide la amplitud de la señal en la pared del revestimiento (alta amplitud, baja cantidad de c emento). VDL (variable density log). Registro de densidad variable de onda, registro de amplitud de onda sónica para mil microsegundos.
PNN. Herramienta de saturación sea de agua o hidrocarburo además de medir la salinidad y baja porosidad. SIPLOS. Conjunto de herramientas que te permite medir la tasa de producción o inyección. RBT. Herramienta de alta resolución que define la adherencia del cemento. Casing Inspector. Herramienta que indica la condición de revestimiento de pozo y tubería. RST. Herramienta para pozos entubados. ECS. Para interpretación litológica en pozo.
Que es lo que miden. Las distintas herramientas de registro de cementación miden ondas de transmisión sónica en KHz las mismas que definen las características del cemento, la interacción con la formación y el entubado. Siendo de amplitud alta cuando la cementación es baja, o de amplitud baja cuando la cementación es muy buena en el pozo. Las unidades de medida son mV.
Tipo de herramienta. Es una herramienta de tipo patín en el entubado del pozo donde el transmisor Tx emite las ondas de baja frecuencia de aproximado de 20 KHz. Los que serán recibidos en número de acuerdo a la herramienta.
Limitaciones de registro de cementación: En el cementado Problemas de flujo de origen mecánico (mala centralización de las tuberías, agujeros derrumbes, preflujo ineficiente, régimen de flujo incorrecto). Degradación de la lechada de cemento durante el curado (por relación de presión de poro del cemento y la presión de formación). Los poros del cemento pueden ser de 0,001 md. Pero en formaciones gaseosas este gas puede hacer que aumente hasta 5 md. Para ello se usan aditivos especiales. De análisis Formaciones no porosas donde las señales de llegada es la misma en el tubo y la formación, requiere consideración de salto de ciclo. Insuficiente tiempo de cementación. Espesor del cemento menor a 2cm, limita el registro. Burbujas de gas en el revestimiento del pozo hacen decrecer la señal acústica. Espacios vacíos en el cemento. Espesores de los tubos.
En el equipo
Errores de frecuencia de transmisión Velocidad de registro para VDL, CBL no mayores a 2.000 pies/hora
Factores que afectan el registro de CBL, VDL. CBL.
Salto de ciclo cuando la amplitud de E1 es muy pequeña, desplazándose a E3 en casos de muy buena adherencia.
La temperatura y la presión controlan la amplitud de onda. Centralización; selección de tamaños inadecuados de centralizadores para el revestimiento. Tiempo de cementación. Tamaño de revestimiento.
VDL.
Presencia de microanillos entre tuberías por la cementación. Tamaño, peso de la tubería y presencia de cemento espumoso.
Fig. 11. Buena adherencia a la tubería y a la Formación
Fig. 12. Buena adherencia Cemento – Formación
Fig. 13. Adherencia pobre al revestimiento
Fig. 14. Buena adherencia al revestimiento no a la Formación
Fig. 15. Formaciones rápidas
Fig 16. Evaluación del control de ca lidad de la cementación.
