INGENIERIA DE CEMENTACION PETROLERA

Transcripción

1 1. Que es la Cementación Primaria Se realiza una vez terminada la fase de perforación con la tubería de revestimiento ya en el pozo y consiste en bombear cemento hacia el espacio anular. La cementación primaria tiene como principales funciones: Evita el flujo de los fluidos entre las formaciones. Fija la tubería de revestimiento con la formación. Ayuda a evitar surgencias descontroladas de alta presión detrás del revestimiento. Aísla la zapata de revestimiento. Aísla las zonas productoras previniendo el flujo cruzado entre los intervalos a diferentes presiones. La técnica de cementación primaria utilizada consiste en lo siguiente a) Circulación de lodo, para acondicionar el pozo: Antes de bombear la lechada en el pozo, se lleva a cabo otro proceso; utilizando la bomba del equipo de perforación se hace circular lodo de perforación (también conocido como fluido de perforación) en el pozo, con el fin de acondicionar el lodo y lavar el pozo. Si no se lleva a cabo el acondicionamiento, el paso de fluido (la lechada de cemento) por el anular puede verse dificultado por la presencia de sectores con lodo de corte gelificado. Entrada del lodo Salida del lodo b) Lanzamiento del tapón inferior: En los trabajos de cementación primaria, antes y después de la inyección de la lechada de cementación, se lanzan tapones limpiadores. Estos elementos sirven para separar la lechada de los fluidos de perforación, limpiar las paredes interiores de la tubería de revestimiento y obtener una indicación positiva (presión) de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento. MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 1

2 c) Bombeo de lavador y espaciador: Antes de bombear la lechada de cementación, por lo general, se bombea un lavador químico o un espaciador densificado, o ambos, para que actúen como buffer entre el fluido de perforación y el cemento. Los lavadores químicos son fluidos base agua que pueden utilizarse en espacios anulares pequeños con geometría del agujero regular. Estos fluidos pueden utilizarse cuando se puede lograr turbulencia en todas las secciones del espacio anular. Los espaciadores son fluidos densificados que se bombean en flujos turbulentos o laminares. Estos productos sirven para eliminar completamente los fluidos de perforación del anular antes de inyectar la lechada de cementación. Entrada lavador espaciador Salida de Lodo Tapón inferior El fluido lavador espaciador desplaza al lodo fuera del d) Bombeo de la lechada inicial o de relleno: Esta lechad es de menor densidad, está diseñada para proteger la parte superior del anular del revestimiento Bombeo de lechada Lechada de cemento Salida del lodo y espaciador Lavador - espaciador El tapón inferior asienta en el MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 2

3 e) Bombeo de la lechada de cola: La lechada de cola es una lechada de mayor densidad, diseñada para cubrir la sección inferior del anular desde el fondo del agujero. Normalmente, la lechada de cola presenta unas propiedades superiores a las de la lechada inicial. Es esencial que la lechada de cementación tenga la densidad correcta para que sus propiedades sean las deseadas Lechad de cola Lechada de cemento Lavador - espaciador Lechada de cemento (en el anular) f) Lanzamiento del tapón superior: El segundo tapón limpiador de cementación se denomina tapón superior. Se bombea al final de los trabajos de cementación con el fin de separar la lechada del fluido de desplazamiento que se bombea en la siguiente etapa del proceso, y evitar así que sea contaminada por dicho fluido. Una vez que la lechada ya se ha bombeado en la tubería de revestimiento, el tapón superior se lanza desde la cabeza de cementación g) Desplazamiento de las lechadas y tapones con fluido para desplazamiento: A continuación, las lechadas de cementación y los tapones limpiadores se bombean (son desplazados) hacia el fondo del pozo mediante el fluido de perforación u otro fluido. Este fluido de desplazamiento empuja el tapón superior y la lechada hacia abajo por la tubería de revestimiento. Cuando el tapón limpiador inferior llega al collar de flotación, la membrana situada en su parte superior se rompe y la lechada es bombeada, saliendo de la parte inferior de la tubería de revestimiento y subiendo por el anular. MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 3

4 Cuando el tapón superior llega al tapón inferior, hay un aumento de presión. Las lechadas de cementación se encuentran en el espacio anular y en el recorrido de zapata. El proceso habrá finalizado cuando se indique un aumento de presión en la superficie y el proceso de desplazamiento haya terminado. Luego, retornarán de dos a cinco barriles y parará el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que hay fugas en el collar de flotación. Entrada de fluido de desplazamiento Salida del fluido o lodo Tapón superior El fluido de desplazamiento desplaza al cemento fuera del revestido h) Comprobación de retorno de fluido: El collar de flotación está equipado con una válvula de retención que evita que los fluidos regresen por la tubería de revestimiento. Si la válvula está defectuosa, la lechada puede empujar los tapones y el fluido por la tubería de revestimiento, debido al efecto de retorno de los tubos en U. Al final de un trabajo de cementación, es necesario comprobar que el collar de flotación o la zapata de flotación no presenten fugas. Para realizar esta comprobación se espera a que el fluido retorne a los tanques de desplazamiento de la unidad de cementación. Si el collar de flotación o la zapata de flotación funcionan correctamente, dejarán que vuelvan de dos a cinco barriles y luego se interrumpirá el flujo. MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 4

5 Si este flujo de retorno continúa, significa que el collar de flotación tiene algún defecto. Fluido de desplazamiento Retorno de cemento El tapón superior asienta en el flotador i) Perforación del siguiente tramo si corresponde Salida del cemento MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 5

6 2. Cementación en una etapa Básicamente es la más sencilla de todas, la lechada de cemento es ubicada en su totalidad en el espacio anular desde el fondo hasta la profundidad deseada, para esto se requerirá de presiones de bombeo altas lo que implica que las formaciones más profundas deban tener presiones de formación y fractura altas y no permitir que se produzcan perdidas de circulación por las mismas. Usualmente esta técnica es usada en pozos poco profundos o para cementar el casing superficial, y el equipo de fondo será el básico para la cementación, zapato guía, collar flotador, centralizadores, raspadores, tapones de fondo y tope 3. Cementación en múltiples etapas: Los trabajos de cementación con múltiples etapas se utilizan para separar y aislar zonas. En primer lugar, la lechada de cementación se asienta alrededor de la sección inferior de una sarta de revestimiento con el cemento colocado hasta una profundidad determinada. A continuación, a través de los puertos del collar o collares de etapa colocados en la sarta de revestimiento, se cementan de forma sucesiva las etapas superiores. Un collar de etapa es básicamente una junta de revestimiento con puertos que se abren y cierran o sellan mediante camisas de accionamiento a presión. La cementación de etapas múltiples se utiliza con los siguientes fines: Reducir la presión hidrostática en las Formaciones que no pueden soportarla presión hidrostática ejercida por una columna larga de cemento Aislar dos zonas con problemas en una misma sección del agujero del pozo, por ejemplo, una zona de alta presión y una zona con una presión de fractura baja Ahorrar cemento en aquellos pozos en los que sólo es necesario cementar la parte inferior y una porción superior de la tubería de revestimiento Las tres técnicas de cementación de múltiples etapas más utilizadas son: Cementación regular en dos etapas; la Cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta Cementación continua en dos etapas; ambas etapas se cementan en una sola operación continua Cementación en tres etapas; la cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta. MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 6

7 4. Cementación del linner 5. Problemas en la cementación primaria Uno de los problemas que se presenta durante la cementación en los yacimientos es la pérdida de circulación, esta, es la invasión de un fluido hacia la formación. En la mayoría de las veces no se puede evitar debido a la misma naturaleza de la formación. Básicamente la pérdida de circulación se presenta de dos maneras diferentes: invasión y fracturación Invasión: Es la pérdida de la lechada de cemento hacia las formaciones que presentan cavernas, fisuras, fracturadas o no consolidadas y las causas principales son las siguientes. Las formaciones de grano grueso no consolidadas, pueden llegar a tener una permeabilidad suficiente para que la lechada invada la matriz de la formación, esto es frecuente principalmente en arenas y lechos someros. Cabe mencionar que el lodo de perforación también enfrenta este tipo de problema por lo que en la etapa de perforación se debe evitar la pérdida en estos intervalos pocos profundos, ya que esto, puede provocar el socavamiento de las formaciones no consolidadas causando inestabilidad, favoreciendo un derrumbe bajo la acción de una sobrecarga. Las formaciones agotadas, la excesiva producción de la zonas productoras que están ubicadas en el mismo campo o cercanas, pueden causar una presión de poro menor que la normal, en tal caso las densidades requeridas de las lechadas de cemento tienden a ser altos para controlar la presiones de poro de las otras formaciones expuestas, pero al llegar a la zona depletada la lechada la invade por su baja presión de poro. Las zonas cavernosas o fisuradas están estrechamente ligadas con las formaciones de carbonatos, es decir, de calizas y dolomía naturalmente fracturados, en las formaciones de caliza las fisuras se deben principalmente a que el agua disuelve parte de la matriz de la roca. En el momento de la cementación, la columna puede invadir libremente la zona vacía, el volumen perdido depende del grado de interconexión entre las fisuras. En algunas ocasiones, la pérdida de circulación se puede dar en los límites no sellados de las fallas Fracturación: Es debido a la fracturación hidráulica producida por las presiones excesivas inducidas, por la columna hidrostática que ejerce la lechada debido a su densidad. Una MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 7

8 vez que se ha hecho la fractura es muy difícil repararla y es muy poco probable que se restablezca la integridad del agujero a d b Entrada del lodo a d a) Arenas no consolidadas y grava de alta permeabilidad b) Zonas cavernosas o fisuradas en carbonatos (caliza o dolomía) c) Fracturas naturales, fallas y zonas de transición en carbonatos o lutitas duras d) Fracturas inducidas por el exceso de presión c MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 8

9 Una vez que ocurre la pérdida de circulación la roca afectada reduce su permeabilidad cuando hay una disminución del espacio poroso, esto se debe principalmente a la invasión de pequeñas partículas que pueden quedarse atrapadas en las interconexiones, la mayoría de estas partículas son provistas por el lodo de perforación o la lechada de cemento los aditivos químicos, baches lavadores y espaciadores. Esto conlleva a otro problema que existe en las operaciones de cementación: el daño a la formación que se define como cualquier cambio de la permeabilidad a zonas aledañas al pozo, generando un decremento substancial de la producción y reduciendo la vida útil del pozo. Si bien, el daño a la formación no se puede evitar, se puede disminuir, especialmente en la zona de interés (productoras), al evitar que se filtren partículas dentro de la formación. Las formaciones débiles o con bajas presiones de poro y fractura, deben cementarse con sumo cuidado para asegurar su aislamiento zonal y sin fracturarlas. Anteriormente los trabajos de cementación se realizaban con cementos convencionales, éstos ocasionaban demasiados problemas tales como mal aislamiento hidráulico, pérdida parcial o total de la lechada de cemento hacia la formación, etc. y no daban resultados satisfactorios, por lo que hoy en día, se disponen de nuevas lechadas de cemento cuya densidad son comparables a la del agua, que evitan el fracturamiento de la formación y las pérdidas de circulación durante las operaciones asegurando la integridad del pozo. Quizá el mayor desafío que se presenta en las operaciones de cementación es controlar las pérdidas de circulación incluso los fluidos de perforación más livianos y las lechadas de cemento más ligeras pueden perderse en zonas débiles o fracturadas. MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION Unidad 1: Cementación Primaria 9