PERFILES EN POZOS ENTUBADOS: PERFILES DE CEMENTACIÓN REGISTROS DE CEMENTACIÓN

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1 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE CIENCIAS GEOLOGICAS INGENIERIA GEOLOGICA GEOLOGIA DEL PETRÓLEO PERFILES EN POZOS ENTUBADOS: PERFILES DE CEMENTACIÓN REGISTROS DE CEMENTACIÓN Docente: Ing. Grisel Jiménez Soto Estudiantes: Barradas Ticona Gary Hidalgo Arellano Catalina Murillo Garzón Solangel Quenta Mantilla Orlando Uzeda Orellana Geila Fecha: 10 julio

2 INDICE SINOPSIS DIVULGATIVA RESUMEN TÉCNICO CAPÍTULO I: GENERALIDADES Introducción 1.2 Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Conceptos Básicos de Cementación 2.2 Factores que afectan al registro 2.3 Características y parámetros fundamentales Tipos de cementación a) Cementación primaria b) Cementación secundaria 2.4 Tipos de cemento Clase A y B Clase C Clase D, E y F Clase G y H Clase G 2.5 Propiedades del cemento Rendimiento Densidad de la Lechada Agua de Mezcla Tiempo de Fraguado (Capacidad de Bombeo) Fuerza de Compresión Perdida de Agua Permeabilidad 2.6 Cálculos de cementación Evaluación de la calidad del cemento Índice de adherencia Composición típica de onda para revestidor sin cemento: Composición típica de la señal de onda para revestidor con buena cementación: 2.8 Problemas comunes de cementación CAPITULO III: HERRAMIENTAS Herramienta CBL (cement bond logging) Definición Características Unidades 2

3 Principios de medida Factores que afectan el registro CBL Formaciones Rápidas Aplicaciones Herramienta VDL (registro de la densidad variable de ondas) Definición Características Unidades Principios de medida Factores que afectan el registro Aplicaciones CAPITULO IV: 4.1. Herramientas especiales de registración PNN SIPLOS RBT (Radial Band Tools) Casing Inspector RST ECS 4.2. Interpretacion de registros Gamma Ray (GR) Tiempo de Transito (TT) Registro de Collares (CCL) Registro de Adherencia de Cemento CBL (Cement Bond Log) Registro de Densidad Variable (VDL) Herramienta para la Evaluación del Cemento (CET) 4.3. Control de calidad de los registros de cementación CAPÍTULO V: CONCLUSIONES ANEXOS CAPÍTULO I ANEXOS CAPÍTULO II ANEXOS CAPÍTULO III ANEXOS CAPÍTULO IV 3

4 SINOPSIS DIVULGATIVA El presente trabajo publicado en línea; está dirigido a estudiantes, universitarios y a personas que se encuentren interesadas en lo que respecta a los registros. Recopila los principales perfiles de cementación incluye: Conceptos básicos, Características, Aplicaciones, Herramientas más utilizadas, y Factores que afectan a un buen desarrollo de los mismos. Describe de manera concisa tipos de cementación y sus parámetros principales, además del índice de adherencia, que es fundamental durante la cementación, con énfasis en la explicación de las principales herramientas como ser CBL ( Cement Bound Logging), VDL ( Variation Density Logging), PNN, SIPLOS, RBT entre otros, con su respectiva interpretación eficaz de los tipos de registros obtenidos, también se menciona los factores que los pueden alterar y la evaluación de la calidad de la cementación. Finalizando con las conclusiones a las cuales arribó el grupo, en base a todo el trabajo realizado. Todo esto presentado en 36 pag. Separadas por capítulos con sus respectivos anexos, incluyendo el respectivo índice y la bibliografía consultada. 4

5 Resumen Técnico El presente trabajo, es una recopilación de las características principales de los perfiles de cementación, conceptos básicos, aplicaciones, herramientas mas utilizadas, y factores que afectan a un buen desarrollo de los mismos. Definiendo la importancia del registro de cementación, útil en el estudio de pozos entubados, cementados, o ya concluidos pero sin información, mediante el análisis de la calidad del cemento, generando información al respecto. Se tocan temas como, tipos de cementación ; Carburizacion, cianurizacion, nitrurizacion. (Primaria durante la perforación y secundaria como una etapa posterior donde se considera el sellado de perforaciones, cementado de anillos, reparación de fugas en la tubería). Tipos de cementos (a y b), c, (d,e,f), (g y h). Además del índice de adherencia, que es fundamental durante la cementación, por otra parte, también tendremos la explicación de las principales herramientas como ser CBL ( Cement Bound Logging), VDL ( Variation Density Logging), PNN(herramienta de saturación), RBT (herramienta de alta resolución), Casin Inspector, RST (herramienta para pozos entubados), ECS, CET, GR, TT, CCL, mostrando una interpretación eficaz de los tipos de registros obtenidos, los factores que los pueden alterar y la evaluación de la calidad de la cementación. Finalmente se propondrá las conclusiones a las cuales arribó el grupo, en base a todo el trabajo realizado. 5

6 CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1 Introducción Un registro o perfil de pozo quiere decir una grabación contra profundidad de alguna de las características de las formaciones rocosas atravesadas, hechas por aparatos de medición (herramientas) en el hoyo del pozo. Los registros en pozos entubados se utilizan en la industria para adquirir información que no haya sido obtenida cuando se tenía el pozo desnudo, además este tipo de perfil de hoyo entubado es para medir las características del pozo revestido, cementado y muchas veces completado. Son muy útiles cuando no existe información del hoyo y el pozo está revestido los registros pueden ser corridos para describir o remediar los problemas en el hueco. En adición, los registros de medición de la calidad del cemento pueden usarse para evaluar la calidad del llenado del espacio anular con cemento. Por otro lado, Los registros en hoyo entubado son herramientas de diagnóstico de lo que se pueda hacer en pozo y sus principales aplicaciones serían: La evaluación de la formación y la Integridad del pozo. La cementación de la tubería de revestimiento en los pozos petroleros es casi una práctica universal y se hace por muchas razones, dependiendo de la clase de tubería que se esté cementando. Cuando se requiere tubería de revestimiento conductora, debe cementarse para que el fluido de perforación circule fuera de ella y origine la erosión de la superficie que la tubería de revestimiento diseñada, se supone que debe evitar. 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 (o tramos) intermedios de tubería 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 subsuperficiales. 1.2 Objetivos 6

7 1.2.1 Objetivo General Realizar una investigación exhaustiva acerca de los registros de cementación en pozos entubados, con el fin de presentar una exposición que nos permita adquirir los conocimientos básicos necesarios acerca del tema y transmitirlos a nuestros compañeros de curso Objetivos Específicos Comprender los conceptos básicos y necesarios acerca de los registros de cementación. Conocer los tipos de registros que se realizan para el control de la cementación. Identificar las principales aplicaciones de dichos registros sus limitaciones y alcances. Identificar las herramientas y unidades de medida. Realizar un resumen técnico de los resultados obtenidos durante la realización del proyecto y de las principales conclusiones. CAPÍTULO II 7

8 MARCO TEÓRICO 2.1 Conceptos Básicos de Cementación La cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de una pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico. Cementación, proceso para endurecer las superficies de productos de acero con el fin de hacerlos más resistentes a la abrasión y el desgaste, mientras que el interior permanece blando y, por tanto, más tenaz y resistente a la fractura. Presenta el inconveniente de que aumenta la fragilidad de los materiales, disminuyendo sus propiedades resistentes ante el choque y las vibraciones. Existen varias formas de realizar la cementación; carburación, consiste en disolver carbono en la superficie; cianurización, utiliza sales fundidas a base de cianuros alcalinos, y la nitrurización, que consiste en añadir nitrógeno. 2.2 Factores que afectan al registro La cementación exitosa de las tuberías de revestimiento y tuberías cortas es una operación difícil que requiere de una planeación apropiada del trabajo en función de las condiciones del pozo y de un conocimiento de los mecanismos de presión involucrado durante la colocación de la lechada de cemento. Sin embargo, existen también errores en la cementación, cuyas causas pueden ser clasificadas en dos grandes categorías: 1. Problemas de flujo de origen mecánico. Tuberías mal centralizadas en pozos desviados Agujeros derrumbados Preflujo ineficiente Régimen de flujo incorrecto Estas condiciones se caracterizan por una remoción incompleta del lodo en el espacio anular del cemento. 2. Degradación de la lechada de cemento durante la etapa de curado. 8

9 Experimentos de laboratorio confirmados por pruebas de campo han demostrado que la presión diferencial entre la presión de poro del cemento y la presión de formación es la causa de muchas fallas en las cementaciones. Medidas de laboratorio han demostrado que un cemento bien curado tiene una permeabilidad del orden de md, con un tamaño de poro debajo de 2 m y una porosidad de alrededor de 35%. Sin embargo, cuando se permite que el gas migre dentro de la lechada antes de completarse el curado, la estructura de poros es parcialmente destruida y el gas genera una red de poros tubulares los cuales pueden alcanzar hasta 0.1 mm de diámetro y crear permeabilidades tan altas como 1 a 5 md. Este cemento gaseoso, a pesar que soporta el casing, no es capaz de proporcionar un sello apropiado para el gas de la formación. Se tienen disponibles ahora ciertos aditivos que previenen este mecanismo y aseguran un aislamiento apropiado de la zona en intervalos que contienen gas. Ya sea que la causa de mala cementación sea de origen mecánico o de presión, el resultado afectará el aislamiento hidráulico entre las formaciones, la cual es la función principal de una cementación primaria. Un programa de evaluación de la cementación deberá ser capaz de determinar no solo la calidad de la operación de cementación o la necesidad de trabajos de reparación, sino analizar también las causas de fallas con el fin de mejorar el programa de cementación de futuros pozos en el mismo campo. Existe la posibilidad de que también se pueda incurrir en errores en la interpretación, debido a ciertas condiciones tales como: Métodos de Detección de la Amplitud: Se debe hecho de fijar valores mínimos y máximos en calibración. Formaciones rápidas (no porosas): Esta condición sucede cuando las señales de llegada de la formación ocurre antes o al mismo tiempo que las de la tubería. Herramienta descentralizada: Esta condición reduce la amplitud. Insuficiente tiempo de fracturado de cemento: esta condición incrementa la amplitud. Espesor del cemento menor a 3/4"(2cm.): Ocurre cuando el revestidor esta descentrado con relaci6n al pozo esto hace que la tubería descanse en una cara del pozo ocasionando un incremento, en la amplitud, frente a formaciones porosas o un decremento frente a formaciones, duras. Esta condición ocurre por falta de centralizadores al bajar la tubería de revestimiento (revestidor) o debido al demasiado espaciamiento entre ellos. Burbujas de gas: Las burbujas de gas en la cara del pozo hace decrecer la señal acústica. Espacios vacíos en el cemento (Canalización) esto hace incrementar la amplitud. Espesor de la Tubería los cambios de espesor de la tubería causan alteración en los valores de la amplitud, disminuyéndolos. 9

10 A estos habrá que añadir los del equipo: Tipo de transmisión, frecuencia de transmisión, etc. Técnicas de operación: Velocidad de registro (no mayor de pies/hora, para CBL - VDL), calibraciones, etc. 2.3 Características y parámetros fundamentales Tipos de cementación a) Cementación primaria Se realiza al cementar los revestidores del pozo durante la perforación, tiene por objeto adherir y fijar la sarta de revestimiento restringiendo el movimiento de fluidos entre las formaciones productoras y el confinamiento de los estratos acuíferos. b) Cementación secundaria Cementación adicional realizada en una fase posterior, es decir sellado de perforaciones, cementación de anillos en conductor, reparación de fugas en la tubería de revestimiento. 2.4 Tipos de cemento Clase A y B - Uso en poca profundidad. Composición 50% Ca3Si, 25% Ca2Si, 10% Ca3Al, 10%Ca4AlF Clase C - Produce alta resistencia temprana debido al alto contenido de Ca3S Clase D, E y F - Cementos retardados debido a molienda gruesa o inclusión de retardadores orgánicos (lingosulfanatos) Clase G y H - Para uso general, compatible con la mayoría de los aditivos y puede ser utilizado en un vasto rango de temperaturas y presiones. H es mas grueso - mejor retraso en pozos más profundos. Clase G - Es el tipo de cemento comúnmente utilizado. 2.5 Propiedades del cemento 10

11 2.5.1 Rendimiento El rendimiento del cemento en pies cúbicos por saco, es el volumen que será ocupado por el cemento, el agua de mezcla y los aditivos una vez que la lechada este mezclada. Esto variara dependiendo de la clase de cemento Densidad de la Lechada Una mezcla estándar que comprenda 5 galones de agua y 94 libras (1 saco) de cemento, creara una lechada con una densidad de 15.8 ppg. La densidad de la lechada es ajustada variando, ya sea la proporción del agua de mezcla o el uso de aditivos. La mayoría de las densidades de lechada se encuentran en un rango ppg. Los aditivos para ajustar la densidad incluyen: Materiales reductores de densidad Bentonita (SG 2.65) reduce una lechada de 15.8 ppg a 12.6 ppg con 12% de bentonita Diatomeas Gilsonita (SG 1.07) Puzol (SG 2.5) una mezcla 50:50 con 2% de bentonita creara una lechada de 13.3 ppg Materiales incrementadores de densidad Baritina (SG 4.25) Ilmenita (SG 4.6) Hematites (SG 5.02) Agua de Mezcla Las proporciones de agua de mezcla detalladas anteriormente, dependen de: La necesidad de una lechada bombeable. Un monto mínimo de aguas libres en caso de permitir que se quede/asiente. Reducir la proporción de agua de mezcla tiene el siguiente efecto: Causa un incremento en la densidad, fuerza de compresión y viscosidad de la lechada La lechada se hace más difícil de bombear 11

12 Se construye menos volumen de lechada por saco de cemento utilizado, es decir, baja la resistencia. Durante una operación de cementación típica una lechada de llenado o relleno y lechada principal o de amarre son muchas veces utilizados. La diferencia entre estas es debido a la reducción en la cantidad de agua de mezcla siendo usada. Un incremento en contenido de aguapara la lechada de amarre, va a permitir tiempos de bombeo y tiempo de asentamiento mas largo pero resulta en una fuerza de compresión menor y en agua libre adicional. El agua libre puede volver a ser utilizada con adicionando bentonita en la lechada para ligar el agua libre Tiempo de Fraguado (Capacidad de Bombeo) El tiempo de fraguado es el tiempo disponible para la mezcla de una lechada, bombeada y desplazada dentro del anular antes de que comience a fraguar y a asentarse. Este tiempo va a depender de los aditivos utilizados (retardadores para incrementar el tiempo y aceleradores para reducir el tiempo) y las condiciones dentro del agujero descubierto (un incremento en la temperatura, presión y perdida de fluido o filtración va a reducir el tiempo de fraguado). El tiempo de fraguado es determinado durante las pruebas de laboratorio. El tiempo para alcanzar 100Unidades Bearden (Bc) es registrado como el tiempo de fraguado. La capacidad de bombeo normalmente cesara alrededor de 70 Bc Fuerza de Compresión Una fuerza de compresión de aproximadamente un mínimo de 500psi, incluyendo el factor de seguridad, se hace necesaria para apoyar la sarta de revestimiento y soportar diferentes presiones antes de continuar perforando. Para tuberías de revestimiento o sartas de liner una fuerza de compresión de aproximadamente 2000 psi es muchas veces requerida para perforar. El periodo de Esperar por Cemento (WOC), permite a la fuerza del cemento a desarrollarse por completo. El periodo de tiempo depende de la temperatura, presión, proporción de agua de mezcla y del tiempo transcurrido desde el mezclado, en el agujero descubierto. Aceleradores (esdecir CaCI2) puede reducir el tiempo de WOC hasta menos de 3 horas Perdida de Agua El proceso de asentamiento del cemento es el resultado de una reacción química que resulta en deshidratación. De modo que es importante que cualquier pérdida de agua sea controlada hasta que el cemento sea colocado para asegurar que se mantenga bombeable. La cantidad aceptable de perdida de agua dependerá del tipo de trabajo que se esta realizando Permeabilidad Una vez asentado el cemento tiene una permeabilidad menor a 0.1 milidarcy (las piedras areniscas compactas tiene alrededor de 1-10 milidarcies). Disturbios durante el asentamiento, 12

13 es decir, colado del gas o prueba de presión, puede incrementarse por varias ordenes de magnitud. 2.6 Cálculos de cementación Los cálculos principales requeridos para un trabajo de cemento son: La cantidad de lechada requerida para llenar el espacio anular fuera de la tubería de revestimiento, hasta la altura programada. La cantidad de lodo necesaria de bombear para desplazar el cemento, es decir, golpear el tapón de superficie. En todos los cálculos de cemento es necesario conocer la resistencia por saco de cemento siendo utilizado, para poder confirmar que hay suficiente material en la locasión (incluyendo material para contingencias). La resistencia/saco depende de la cantidad de aditivos en el cemento y la densidad final requerida de la lechada. Los esquemas son invaluables para clarificar los volúmenes requeridos incluyendo detalles con respecto a las capacidades anulares (agujero descubierto y agujero descubierto con tubería de revestimiento), diferentes grados de tubería de revestimiento, longitud de las secciones, etc. 2.7 Evaluacion 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 = amplitud de la onda en un punto de referencia (transmisor), mv. - A = amplitud de la onda después de haber viajado cierta distancia desde el punto de referencia (receptor). - D = distancia desde el punto de referencia, pies. 13

14 2.7.2 Composición típica de onda para revestidor sin cemento: La magnitud de la onda es mayor en la tubería libre, creando la señal un efecto de anillo. Si el revestidor no está acústicamente acoplado a un material solido en el anular, la única señal detectada por el receptor será la señal del revestidor. Este efecto puede ser creado por cemento inestable, débil cementación, existencia de micro anillo entre el cemento y el revestidor o inexistencia del cemento en el anular. Fig Composición típica de la señal de onda para revestidor con buena cementación: Es requerido un buen acoplamiento acústico del cemento al revestidor 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 revestidor. Fig Problemas comunes de cementación Problemas comunes que afectan todos los trabajos de cemento incluyen: Condición pobre del agujero (patas de perro, estabilidad 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, enjarre grueso, 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 14

15 CAPITULO III HERRAMIENTAS 3.1 Herramienta CBL (cement bond logging): Definición: - Amplitud del primer arribo positivo en mv. - Medido en el receptor a 3 pies - Función de la adherencia revestidor 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. 1) Características: Herramienta de baja frecuencia (sónicas). Mide la amplitud sónica de la señal reflejada por la pared del revestidor, mientras mayor sea esa amplitud menor la cantidad de cemento Unidades: CBL Amplitud en mili voltios mv. (Fig. 3.2) 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 revestidor (no cemento) la tubería es libre de vibrar generando un sonido fuerte. Cuando el revestidor está adherido al cemento, las vibraciones del revestidor 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 revestidor. 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 revestidor se usa para determinar la amplitud y el tiempo de transito del primer arribo. (Fig.3. 4a), (Fig. 3.4b), (Fig. 3.4c). 15

16 3.1.5 Factores que afectan el registro CBL: - Selección de los parámetros de adquisición - Stretching; En escenarios de buena adherencia cemento-revestidor, 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. 3.5a) - 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. 3.5b) - 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. 3.5c ) - Microanillo; Espacio capilar ( micrones) presente entre el revestidor y el cemento: (líquido, gas). Contracción del cemento si hay cambios en el fluido en el pozo. Película de lodo en la pared del revestidor 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 este cuando el anular este lleno. - Centralización; Selección inadecuada de los centralizadores para el tamaño del revestidor estos pueden ser centralizadores rotos centralizadores débiles en pozos desviados o herramienta dañada o doblada, Revestidor dañado. Obteniendo de esta manera las siguientes consecuencias, el camino de la onda desbalanceado y el tren de onda resultante no tiene sentido (Fig. 3.5d) - 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 revestidor - Fluidos en el pozo Formaciones Rápidas: En casos de buen cemento y cuando el dt de la formación es menor al dt revestidor, 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 revestidor. Cuando se sospeche su presencia, se debe registrar con herramientas que tienen arreglos de espaciamiento más cortos. 16

17 3.1.7 Aplicaciones: - Evalúa la cementación - Verifica la integridad del cemento - Determina la calidad del cemento (Fig.3.3) 3.2 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.3.6) 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.3.8) 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. Cuando una herramienta sónica se corre dentro de un pozo revestido, el transmisor (Tx) envía un omnidireccional el cual impulso produce vibración en el revestidor. (Fig. 7) 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. 17

18 3.2.6 Aplicaciones: - Evaluar la cementación - Verificar la integridad del cemento - Verificar aislamiento hidráulico - Determinar la calidad del cemento - Existen canales - Se puede reparar y donde está el tope del cemento (Fig. 9) 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. 18

19 CAPITULO IV 4.1. Herramientas especiales de registración Para determinar algunas de las características de las formaciones del subsuelo es necesario llevar a cabo la toma de registros. Para esto se utilizan herramientas como las que fueron anteriormente descritas, que constan de una unidad móvil (o estacionaria en pozos costa afuera) que contiene un sistema computarizado para la obtención y procesamiento de datos. También cuenta con el envío de potencia y señales de comando (instrucciones) a un equipo que se baja al fondo del pozo por medio de un cable electromecánico. El registro se obtiene al hacer pasar los sensores de la sonda en frente de la formación, moviendo la herramienta lentamente con el cable. Además de las mencionadas en el anterior capítulo, existen otras herramientas especiales que son empleadas en la registración, como ser: PNN Es una herramienta de saturación que permite definir en tiempo real la diferenciación del gas seco con el condensado y que posterior a su procesamiento define la saturación de hidrocarburos y agua en cada zona. La herramienta PNN es una herramienta muy competente en formaciones de baja salinidad (menores a 5000 ppm) y baja porosidad (menor a 8%) SIPLOS Es un conjunto de herramientas de producción que permiten interpretar cuantitativamente los perfiles de producción. Con el paquete HWFlow se calculan rápidamente y correctamente las tasas de producción o inyección resolviendo asi diferentes problemas en la producción como conificación de agua o gas y los casos de flujo cruzado RBT (Radial Band Tools) Es una herramienta de cementación de alta resolución que determina la adherencia de cemento ultra light detrás del Casing y entre el Casing y la formación en un radio de 360º Casing Inspector Son herramientas para inspeccionar la condición de revestimiento del pozo y tubería. 19

20 4.1.5 RST Que fue diseñada para la evaluación de pozos entubados ECS Cuya respuesta es óptima para la determinación de litología en pozo abierto. Los registros de cementación están entre los registros de pozos más difíciles de interpretar, debido a que éstos constan de un gran número de mediciones en comparación con muchos otros registros de pozos y adicionalmente es necesario correlacionar todas estas mediciones para poder ofrecer una interpretación con el menor grado de incertidumbre posible. El propósito de los registros de cementación es indicar la adherencia del cemento detrás del casing y producción asegurando el sello entre arenas productoras. Así mismo, la interpretación de los registros de cementación se ve afectada por la considerable cantidad de parámetros que influyen en las lecturas de las herramientas utilizadas para realizar las corridas. Debido a lo anteriormente descrito surge la necesidad de desarrollar un mecanismo que establezca niveles de prioridades sobre cada una de las mediciones, evalúe las características que pueden presentar éstas, para luego ponderar las diferentes condiciones que pueden estar presentes en la zona a evaluar y así dar una interpretación del trabajo de cementación realizado. Luego de definir el comportamiento de las herramientas bajo diferentes condiciones de adherencia del cemento, condiciones operacionales del proceso de cementación y de la corrida de la herramienta, se elabora un patrón que contiene información de cómo son afectadas las diferentes mediciones de las herramientas (curvas e imágenes), es decir, cuáles son los modelos característicos en cada uno de los formatos usados para la presentación de las mediciones, bajo diferentes condiciones de adherencia del cemento, condiciones operacionales del proceso de cementación y condiciones de la herramienta al realizar la corrida del registro. Este patrón tiene como objetivo ordenar la información recabada y de esta manera identificar de forma rápida los modelos característicos sobre las mediciones, para todas aquellas condiciones que el cemento pudiese presentar en el anular. La metodología desarrollada para la interpretación de los registros de cementación tiene en cuenta: el control de calidad que se debe seguir para la toma y posterior interpretación de cada uno de los registros, las características de cada una de las mediciones que se realizan, datos generales de la operación de cementación y sobre las características de las formaciones atravesadas durante la perforación y por último valores obtenidos por las compañías de servicio para diferentes tipos de cemento y tamaños de revestidor tales como amplitud, tiempo de tránsito, atenuación y valores de impedancia teóricos. 20

21 El patrón para interpretación de herramientas sónicas y ultrasónicas utilizadas para evaluar la calidad de la cementación, presenta un módulo de entrada de datos correspondiente a cada una de las mediciones realizadas por cada una de las herramientas. Adicionalmente se ha incorporado una sección que permite llevar un control de calidad sobre el proceso de interpretación, con la finalidad de asegurar que la información suministrada por la compañía de servicio sea confiable. Éste módulo de entrada de datos tiene la particularidad de desplegar una serie de imágenes gracias a las cuales podemos responder preguntas básicas en la interpretación como ser: Cómo es la amplitud con respecto a la esperada? Ocurren cambios comparables en la curva de amplitud comparada con la de rayos gamma? La curva de amplitud varia de valores pequeños a valores grandes? Se aprecia el efecto de espejo? (disminuye la curva del Tiempo de Tránsito y la de amplitud) Los collares son más visibles de lo que se espera para el bajo nivel de amplitud? Cómo se aprecian los collares del revestidor? Es una curva alta, relativamente constante, excepto por los saltos en los collares del revestidor? Hay variaciones en la curva? Hay aumento de amplitud considerable desde cierto punto del registro hacia la parte superior manteniéndose relativamente alto? Se aprecia el efecto paralelo? (La amplitud disminuye y el Tiempo de Tránsito aumenta) Disminuyo considerablemente la curva de amplitud con respecto a la corrida de registro sin presión aplicada? 4.2. 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. 21

22 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 constante, 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 decrementa 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 22

23 (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 revestidor. 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: o o 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 23

24 adherencia a la tubería, requisito básico es que las señales provenientes de la formación deben ser más fuertes que las provenientes del revestidor. 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 líneas paralelas entre 200 a 400 µ seg, debido a las señales del revestidor 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 Herramienta para la Evaluación del Cemento (CET) Pertenece a una nueva generación de herramientas ultrasónicas cuya construcción permite un examen detallado del cemento detrás de la tubería. Los sistemas clásicos se evaluación del cemento miden la amplitud o atenuación de las ondas que se propagan a lo largo de la tubería. El diseño moderno aprovecha el principio de resonancia de la señal en el espesor de la tubería para superar las limitaciones de la herramienta anterior. El análisis de la calidad de cementación alcanza su mayor utilidad cuando suministra indicaciones precisas de la resistencia del cemento y de su distribución alrededor de la tubería. 24

25 4.3. 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 revestidor y asegurar que las zonas de interés estén hidráulicamente aisladas. 25

26 CAPITULO V 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). 5.1 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 26

27 5.2 Herramientas CBL (Cement bound logging). Herramienta de baja frecuencia sónica. Mide la amplitud de la señal en la pared del revestidor (alta amplitud baja cantidad de cemento) 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 Casin Inspector. Herramienta que indica la condición de revestimiento de pozo y tubería RST. Herramienta para pozos entubados ECS. Para interpretación litológica en pozo. 5.3 Que es lo que mide. 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. 27

28 Las unidades de medida son mv. 5.4 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. 5.5 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 vacios en el cemento Espesores de los tubos En el equipo Errores de frecuencia de transmisión Velocidad de registro para VDL, CBL no mayores a 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. 28

29 La temperatura y la presión controlan la amplitud de onda. Centralización selección de tamaños inadecuados de centralizadores para el revestidor. Tiempo de cementación Tamaño de revestidor VDL. Presencia de microanillos entre tuberías por la cementación. Tamaño, peso de la tubería y presencia de cemento espumoso. 29

30 ANEXOS CAPITULO II Fig 2.1 Típica onda de revestidor sin cemento. Fig 2.2 típica onda de revestidor con buena cementación 30

31 ANEXOS CAPITULO III Fig. 3.1 Definición del tiempo de transito Fig. 3.2 Unidades del CBL milivoltios mv y las unidades del VDL microsegundos µs Fig. 3.3 Aplicación de la herramienta CBL 31

32 (a) (b) (c) Fig.3.4 Principios de medida Fig. 3.5a Stretching Fig. 3.5b Salto de ciclo Fig.3.5c P y T Fig. 3.5d Centralizador 32

33 Fig. 3.6 VDL Fig. 3.7 Principios de medida VDL Fig. 3.8 Características del VDL Fig. 3.9 Aplicaciones de la Herramienta VDL 33

34 ANEXOS CAPÍTULO IV Fig 4.1 Buena adherencia a la tubería y a la formación 34

35 Fig 4.2 Buena adherencia cemento formación 35

36 Fig 4.3 Adherencia pobre al revestidor 36

37 Fig 4.4 Buena adherencia al vestidor no a la formación 37

38 Fig 4.5 Formaciones rápidas Fig 4.6 Evaluación del control de calidad de la cementación 38

39 Fig 4.7 Interpretación cuantitativa de los registros CBL y VDL: 39

40 BIBLIOGRAFÍA (Sede web) (2011). Espinoza Alvaro. Registros de Pozos. Recuperado en: (3(2012, 4 julio). Ciccola, V. Cornielis, J. Millán, J. PDVSA INTEVEP. EVALUACIÓN DE CEMENTACIONES A TRAVÉS DEL DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA DE INTERPRETACIÓN DE REGISTROS Chelotti L. Acosta N. 2009, PERFILES DE POZOS (sede web). 40