INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS. Ing. De perforación Mariana Gamboa

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS

2 Objetivo General Describir el proceso de cementación de pozos abarcando desde su planificación hasta su ejecución

3 Tabla de Contenido Introducción a la cementación de pozos Objetivos Cementación de revestidores Tipos de cementación Planificación Clases de cemento Propiedades del cemento Aditivos del cemento

4 Introducción a la cementación de pozos

5 Introducción a la cementación de pozos Proceso de cementación Lodo Cementación es el proceso en el cual una lechada de cemento se coloca en el espacio anular entre la sarta de revestimiento y la formación, mediante el bombeo hacia abajo del revestidor siendo posteriormente desplazado alrededor de la zapata del revestimiento hacia arriba en el anular. La calidad resultante del trabajo de cementación será factor predominante en el éxito de operaciones futuras tanto de perforación como de producción. Espaciador (agua) Tapón superior (desplazamiento) Tapón inferior (limpieza) Cuello flotador Zapata flotadora Cemento Lodo Diafragma Espaciador Tapón superior Tapón inferior Lodo original Espaciador Cemento Lodo Espaciador Esta sección será perforada Bombeo de preflujos y lechada Trabajo finalizado

6 Objetivos de la cementación de pozos

7 Funciones de la cementación de pozos Hidráulicas Mecánicas

8 Funciones de la cementación de pozos Funciones Hidráulicas Producir selectivamente la formación para excluir fluidos indeseables Limitar los tratamientos de estimulación al intervalo de interés Limitar los procesos de recuperación secundaria y terciaria Asegurar la integridad de la zapata del revestidor para controlar el pozo en caso de arremetidas Ejercer el control sobre los patrones de producción del yacimiento Evitar la corrosión externa del revestidor Evitar la contaminación de los acuíferos de agua dulce por los fluidos del pozo y de la formación.

9 Funciones de la cementación de pozos Funciones Mecánicas Soportar o reforzar el revestidor. Proteger el revestidor de los esfuerzos y choques cuando se perfora para profundizar. Evitar el pandeo del revestidor. Soportar la formación. Aislar o abandonar una sección de hoyo o todo el pozo Servir de soporte para operaciones de sidetrack

10 Cementación de revestidores

11 Cementación de revestidores Revestidor Conductor Evitar que el fluido de perforación circule fuera de ellos, causando la erosión de los sedimentos blandos que se encuentran cerca de la superficie. Revestidor Superficial Sellar y proteger los acuíferos de agua dulce, suministrar un anclaje para los impiderreventones y dar soporte superficial para el resto de las sartas de revestimiento que se usarán en el pozo. Revestidor Intermedio Sellar zonas de presiones anormales, aislar efectivamente formaciones incompetentes que pueden causar desprendimiento a menos que sean soportadas, cerrar zonas de pérdida de circulación y facilitar el control del pozo en caso de arremetidas. Revestidor / Liner de Producción Evitar la migración de fluidos a otras zonas que podrían causar una reducción de la productividad del pozo y para aislar zonas productoras para desarrollos futuros.

12 Cementación de revestidores Cementación de las fases Revestidor Conductor Tipo de Cemento: Clase A ó B API u otra Clase API con aditivos (aceleradores, entre otros). Tamaño: Desde 16 hasta 30 que van desde 40 hasta 500 pies, en algunos casos excepcionales hasta 2000 pies. Funciones: 1. Estabilizar y proteger la base del equipo de flotación 2. Mantener las formaciones que no están consolidadas 3. Confinar la circulación de fluidos de una zona a otra 4. Prevenir el flujo de agua y las pérdidas de circulación

13

14 Cementación de revestidores Revestidor Superficial Tipo de Cemento: Clase A ó B, API u otra Clase API con aditivos (aceleradores, retardadores, extendedores, entre otros) Tamaño: Desde 7 hasta 16 que van desde 0 hasta pies. Funciones: 1. Prevenir la contaminación por agua fresca o dulce de los acuíferos 2. Poder realizar la conexión de la válvula BOP y cabeza de pozo 3. Brindar soporte al revestidor más profundo y la sarta de producción. 4. Confinar las zonas no profundas y prevenir las pérdidas de circulación.

15 Cementación de revestidores Revestidor Intermedio Tipo de Cemento: Clase B ó H, API u otra Clase API con aditivos (extendedores) especiales o no para la lechada de llenado, y para la de cola un cemento clase B, G ò H API Petrolero, con aditivos modificadores de las características físicas. Tamaño: Desde 7 hasta 11-3/4 que van desde 0 hasta +/ pies. Funciones: Prevenir el ensanchamiento del hoyo cuando se profundiza la perforación Proteger la sarta de producción de la corrosión Confinar el pozo si la densidad del lodo resulta inadecuada para mantener la presión alta de formación. Prevenir la eventual pérdida de circulación Proteger la sarta de perforación de las zonas con tendencia a pegas de tubería

16 Cementación de revestidores Revestidor De Producción Tipo de Cemento: Clase B, G, H u otro especial API, con aditivos modificadores de las características físicas. Tamaño: Desde 5-1/2 hasta 9-5/8 desde superficie hasta la zona de producción Funciones: Proteger el hoyo durante la vida del pozo Aislar y prevenir la migración de fluidos Poder controlar el pozo si el tubing falla. Proteger los equipos dentro del pozo. Poder producir selectivamente (gas o crudo).

17 Cementación de revestidores Liner de Producción Tipo de Cemento: Similar al Revestidor de Producción. Tamaño: Desde 4-1/2 hasta 7 que va extendido a través de la zona productora, colgado a través del revestidor de producción. Pueden colgarse hasta dos camisas de producción. Funciones: Similares al revestidor de producción Limitar la necesidad de bajar un revestidor de producción completo desde superficie hasta el objetivo productor

18 Tipos de Cementación

19 Tipos de Cementación Primaria: Una vez bajado los diferentes revestidores se realiza una cementación convencional, utilizando para ello un procedimiento que involucra: tapones, espaciadores, lechadas (scavenger, llenado y cola), aditivos generales de acuerdo al tipo de pozo, fluido de desplazamiento. Revestidor corrido desde superficie hasta la profundidad de asentamiento. Bombeo desde superficie hasta el fondo del revestidor Usa dos tapones Toma un largo período de tiempo Longitud extensa de tubería expuesta al cemento Puede llevarse a cabo con DP insertado en un receptáculo y requiere un solo tapón generando menor tiempo de operación.

20 Tipos de Cementación Camisa o liner de producción.

21 Tipos de Cementación Más de una etapa. Es opción cuando: Largos tiempo de bombeo Elevadas presiones de bombeo Excesiva presión hidrostática generada por la columna de cemento Zona de pérdida Permite: Dejar de bombear cemento en zonas de pérdida

22 Tipos de Cementación Secundaria: Este tipo de cementación se puede describir como el proceso de colocación de lechadas de cemento, debido a un defecto de la cementación primaria, o para sellar, abandonar o proteger la migración de fluidos. Este tipo de cementación conlleva a unos procedimientos más especializados para la solución de problemas existentes. Pueden ser forzamientos o tapones. Objetivos de la cementación secundaria o remedial : Tubería Cola de tubería Obturador Zona perforada

23 Tipos de Cementación Forzamientos: Es el más común de los tipos de cementaciones remediales, y se define como el proceso de aplicar presión hidráulica para forzar o exprimir un volumen de lechada de cemento: Dentro de las cavernas de la formación expuesta Contra una zona permeable En canales o zonas mal cementadas detrás del revestidor En las perforaciones de producción Con el objeto de corregir el deficiente aislamiento zonal alcanzado en la cementación primaria, o sellar una zona. Se realizan durante : La perforación La completación En las Operaciones de Reparación y Reacondicionamiento (RA/RC)

24 Tipos de Cementación Tapones de cemento: aislar, desviar. Hoyo de superficie Abandono de pozo Pérdida de circulación en hoyo abierto Aislar intervalos abiertos por saturación de agua Desviar la trayectoria del pozo Realizar sidetrack Revestidor de superficie Abandono del pozo Sección no productora Tapón de superficie Cementación primaria Tapón protector del revestidor de superficie La mecha limpia el cemento y se direcciona hacia la formación (sidetrack) El tapón se coloca en hoyo abierto debido a: Pez dejado en el hoyo Pérdida del objetivo geológico Posición estructural pobre Revestidor de producción Cementación primaria Tapón de aislamiento al tope del revestidor Intervalo perforado

25 Se utilizan con la finalidad de aislar zonas con alta producción de agua

26 Planificación de la Cementación de pozos

27 Tema 2. Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Planificación de la Cementación Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Profundidad. Profundidad y configuración del pozo Geometría del hoyo. Altos ángulos de desviación. Diámetro del hoyo. INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

28 Tema 2.Atributos del pozo que condicionan Planificación operación de la Cementación de cementación Profundidad y configuración del pozo La profundidad influye en la temperatura, volumen de fluido, presión hidrostática y presión friccional. La presión y la temperatura afectan el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresión de las lechadas de cemento Se requiere tanto MD como TVD INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

29 Tema 2.Atributos del pozo que condicionan Planificación operación de la Cementación de cementación Geometría del hoyo Aislamiento zonal completo dentro del hoyo, evitando los canales de lodo y gas para obtener el sello hidráulico requerido. El caliper permite estimar el diámetro del hoyo y a su vez el volumen anular. Optima ubicación de los centralizadores INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

30 Angulo de inclinación Los altos ángulos de desviación pueden tener tremendo impacto sobre los parámetros del pozo y pueden requerir el diseño de sistemas especiales para el desplazamiento del lodo y lechadas de cemento sin agua libre. TVD < MD Arenas saturadas de agua: mayor sección de hoyo expuesta TVD Sen A = Cat. Op = TVD Hip MD MD = TVD Sen A

31 Diámetro del hoyo El hoyo raramente está en calibre, dado que algunas formaciones son más susceptibles a erosión que otras. Intervalos socavados

32 Tema 2. Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Planificación de la Cementación Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Presiones de fondo. Presión de fractura. Condiciones del hoyo Zonas de pérdida de circulación. Presencia de gas Propiedades físicas y químicas del lodo. INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

33 Planificación de la Cementación Presiones de fondo Importantes desde el punto de vista de la seguridad del pozo: se diseña a partir de la curva de lodo (sobre balance), identificación de riesgos operacionales asociados a zonas de alta y baja presión. Diseño de densidad de preflujos y lechada óptimos Posible influjo anular Mala calidad de la cementación Objetivo: Mantener el pozo en control en todo momento. Producción de agua Si la compresibilidad de la roca es muy alta NO puede ser corregida

34 Zonas de perdida de circulación o con presencia de gas de formación Requieren especial atención para evitar dañar la formación o permitir el influjo de gas hacia el pozo, lo cual es posible mediante el diseño de lechadas especiales. Propiedades físicas y químicas de lodo Las propiedades físicas y químicas del lodo juegan un papel muy importante en el diseño de la cementación, en vista de que los lavadores químicos, espaciadores y otros fluidos de limpieza deben ser compatibles con el mismo y pueden requerir de aditivos especiales. Mientras mayor sea el porcentaje de remoción del revoque mejor será la adherencia del cemento con la formación y el revestidor.

35 Tema 2. Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Planificación de la Cementación Atributos del pozo que condicionan la operación de cementación Circulante: durante la operación (condiciona el tiempo de espesamiento y la selección del retardador). Medición : API, medida real (preferida), modelos físicos. Temperatura Estática: T yac Medición : registros eléctricos o gradiente geotérmico del área. Temperatura muy alta Diferencia de temperatura (tope fondo): Una regla práctica es que la temperatura estática en el tope del cemento sea mayor a la temperatura circulante de fondo. Si no es posible entonces aplicar cementación por etapas A mayor temperatura la lechada se deshidrata y el fraguado se produce más rápidamente. Esto ocasiona que el tiempo de bombeabilidad disminuya (se discutirá en detalle más adelante). Temperatura muy baja INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

36 Planificación de la Cementación Caso Real 100 pies en Guasare como bolsillo para poder producir la base de la última arena. Observo perdida de circulación. Bajó el revestidor con pérdida de circulación a nivel de Guasare. Como consecuencia de la pérdida se originó el Influjo de gas con corte de lodo de14.1 a 12.9 lpg.

37 Planificación de la Cementación Atravesó Guasare con lodo de 14.1 lpg Presión desconocida en Guasare. Calizas fracturadas. PERDIDA DE CIRCULACIÓN Pozo controlado con la columna hidrostática ejercida por el cemento.

38 Planificación de la Cementación Información solicitada para la elaboración de diseño de la cementación: Información general Diagrama mecánico (si aplica) Previo a la cementación: Calibrar el hoyo Relajar el fluido de perforación Disponibilidad de todos los equipos y herramientas en el sitio Calibración de las bombas de lodo del taladro / gabarra (en caso de revestidores)

39 Planificación de la Cementación Artículos de completación y producción del pozo que afectan el aislamiento zonal durante la vida productiva del pozo El diseño de la cementación debe considerar no solo el ambiente pozo formación influyente durante la ejecución de la operación en si, sino también el futuro, el cual puede alterar las propiedades físicas del cemento perdiendo así su capacidad de aislar efectivamente la zona, dependiendo de los factores mecánicos, químicos y físicos a los que sea sometido el pozo a lo largo de su vida productiva. Entre ellos se pueden mencionar los siguientes: Proceso de cañoneo en las cementaciones. Zonas de gas a alta presión. Pozos sometidos a inyección de vapor. Pozos sometidos a combustión in situ. Pozos sometidos a inyección de dióxido de carbono. Fracturamiento hidráulico. INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

40 Planificación de la Cementación Proceso de cañoneo en las cementaciones. Uso de tecnología de cargas a chorro INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

41 Planificación de la Cementación Proceso de cañoneo en las cementaciones. Genera Presiones puntuales: PSI Produce Deformación plástica: revestidor, cemento y formación Se requiere: Alta resistencia compresiva y Buena adherencia Atenuar energía de onda de impacto Revestidor y cemento deben INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

42 Planificación de la Cementación Zonas de gas a alta presión Efectos de la migración del gas Alta presión anular en superficie Reventones Aislamiento zonal deficiente Pérdidas de gas a zonas no productivas Estimulaciones deficientes Bajas tasas de producción, y otros INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

43 Planificación de la Cementación Zonas de gas a alta presión Mecanismos de la migración de gas (Animaciones). b) Formación de microanillos en las interfaces a) Canales de lodo c) Invasión de gas en la matriz INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

44 Planificación de la Cementación Zonas de gas a alta presión Consideraciones para el control de la migración del gas Presión de la formación Permeabilidad Tasa de flujo de gas Temperatura de fondo Geometría y desviación del hoyo Altura de la columna de cemento Presión de fractura de la formación INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

45 CASO REAL: imágenes del evento Planificación de la Cementación Cabria Falla de los pilotes por el socavamiento del lecho marino provocado por el gas Mesa de trabajo BOP Imagen sub - lacustre

46 Planificación de la Cementación CASO REAL: columnas de fluidos antes del evento

47 CASO REAL: análisis causa - efecto REVENTÓN Planificación de la Cementación Por qué? Arremetida no no controlada Caída Caída del del paquete de de perforación Socavamiento de de la la base base estructural de de la la fundación No No se se detectó el el influjo influjo de de gas gas Columna desbalanceada por por la la pérdida de de circulación de de los los fluidos fluidos hacia hacia el el pozo pozo Columna desbalanceada debido debido a las las densidades de de los los pre-flujos fuera fuera de de las las programadas Filtración del del gas gas No No se se dispone de de medidores de de flujo flujo en en el el canal canal de de retorno durante el el proceso de de cementación Sobre-estimación de de los los gradientes de de presión de de la la formación (práctica operacional) Causa Raíz El El sistema está está alineado a la la gabarra de de ripios ripios No No se se dispone de de data data de de registro en en el el área área a las las profundidades referidas

48 CASO REAL: identificación de causa raíz Planificación de la Cementación Factores causales No se tomaron a tiempo las medidas pertinentes, en vista de que no se detectó el influjo de gas. Columna desbalanceada por la pérdida de circulación de los fluidos hacia el pozo, lo cual ocasionó una ruptura del revoque y la posterior canalización del mismo a través de la garganta poral, generando una menor presión hidrostática en el fondo, favoreciendo la intrusión del gas en el pozo. Densidades de los pre - flujos fuera de las programadas, lo cual originó un desbalance de la columna hidrostática. Causa raíz Densidades de los pre - flujos fuera de las programadas, lo cual originó un desbalance de la columna hidrostática.

49 Planificación de la Cementación Pozos sometidos a inyección de vapor Temperaturas mayores a 400 F Requerimientos de la lechada (Lechadas especiales) Lechadas de baja densidad Formaciones de bajo gradiente de fractura Formaciones de alta permeabilidad Canalización: incompatibilidad del cemento con el fluido de perforación. Análisis de fallas/causas Microanillos alrededor del revestidor: encogimiento del cemento durante el fraguado Inestabilidad del cemento al choque térmico: produce pérdida de adherencia entre el cemento y el revestidor. INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

50 Planificación de la Cementación Pozos sometidos a inyección de vapor INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

51 Planificación de la Cementación Pozos sometidos a combustión in situ Requerimientos de la lechada Temperaturas entre 700 y 1700 F. Consideraciones similares a pozos sometidos a inyección de vapor INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

52 Planificación de la Cementación Pozos sometidos a inyección de dióxido de carbono Resultado del proceso químico Extracción del material sellante de la matriz Aumento de porosidad y permeabilidad Formación de sílica amorfa. Pérdida Integridad estructural Protección al revestidor Aislamiento zonal La corrosión del dióxido de carbono en los cementos utilizados en la industria petrolera es difícil de evitar en la actualidad, y es por ello que existen formulaciones de cemento disponibles en el mercado que disminuyen dicha acción. INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

53 Planificación de la Cementación Pozos sometidos a fracturamiento hidráulico Fracturamiento hidráulico Esfuerzo de tensión Fractura del anillo de cemento Desalojo del anillo (unión cemento tubería) INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN DE POZOS / AISLAMIENTO ZONAL

54 Clases de cemento

55

56 Clases de Cemento Componentes básicos Existen varios tipos de cemento aprobados por la API, los cuales se diferencia entre si por la distribución de cinco componentes básicos, denominados C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 AF, CaSO 4. Silicato dicálcico (C2S) Es el componente responsable de la baja hidratación del ambiente y esto hace que desarrolle su resistencia a largo plazo. Silicato Tricálcico (C3S) Es un componente de mayor concentración y es el responsable de una resistencia temprana (1 a 28 días). Aluminato Tricálcico (C3Al) Es el responsable de proporcionar una hidratación rápida al cemento y es el componente que controla el fraguado y el tiempo del mismo. Protege al cemento del ataque de los sulfatos. Ferro Aluminato Tetracálcico ( C4AlFe) Es el componente que le da color al cemento, proporciona bajo calor de hidratación.

57 Clases de Cemento Cementos API: Son Cementos de pozos petroleros manufacturados en la misma forma esencial como los cementos Portland y de los ingredientes pero en proporciones diferentes de refinamiento.

58 Clases de Cemento CLASIFICACION DE CEMENTOS API

59 Clases de Cemento CLASIFICACION DE CEMENTOS API

60 Clases de Cemento

61 Clases de Cemento

62 Clases de Cemento

63 Clases de Cemento

64 Propiedades del cemento

65 Propiedades del Cemento

66 Propiedades del Cemento Al realizar una mezcla agua cemento se requiere conocer sus propiedades para una eficaz cementación, por lo que se realizan las pruebas siguientes : Relación Agua-cemento Densidad Tiempo de Espesamiento Rendimiento Filtración Resistencia a la Compresión Permeabilidad del Cemento Reología Tiempo de fraguado Temperatura de fondo

67 Propiedades del Cemento Agua de mezcla (mixing water) Es la cantidad correcta de agua con que debe mezclarse el cemento. Si se usa agua en exceso de esta cantidad, la lechada queda aguada y el agua se separará del cemento flotando en una capa de agua libre. Si se usa menos agua, la lechada queda muy espesa y puede llegar inclusive hasta quedar incompleto el fraguado. El API, recomienda usar 5,2 galones de agua por saco de cemento. Calidad del Agua de Mezcla Siempre es recomendable el uso de agua potable si está disponible. Sin embargo, en un taladro el agua se obtiene de una fosa abierta, un pozo perforado o una laguna. Todas las pruebas de laboratorio al cemento a usar, deben hacerse con el agua de campo que será utilizada al momento de la cementación, la cual puede contener contaminantes que pueden producir fallas en la cementación, tales como: Fertilizantes disueltos en el agua de lluvia Desperdicios en los causes Productos de agricultura solubles (caña de azúcar, remolachas, entre otros) Vegetación descompuesta que produce Ácido Húmico, los cuales reducen el tiempo de espesamiento del cemento

68 Propiedades del Cemento Densidad (slurry density) Llamado también peso de la lechada. El peso en libras por cada galón de lechada. La densidad depende tanto de la cantidad de agua como de los aditivos que se agreguen. La mayoría de las lechas tienen densidades que oscilan entre 11 y 18.5 lpg. Se mide con la balanza de lodos

69 Propiedades del Cemento Tiempo de espesamiento (thickening time) Llamado también tiempo de bombeabilidad. Se considera la mezcla no fraguada mientras mantenga su condición de bombeabilidad. El API considera el tiempo de espesamiento, al tiempo que transcurre desde su preparación hasta que alcance una viscosidad de 100 poises, se mide con un Consistómetro, donde se pueden simular las condiciones de hoyo Información: Liner de 7 Prueba Tanque Densidad de la lechada: 16.2 lpg BHCT: 211 F BHST: 250 F Resistencia alcanzada: 1830 PSI a 39 hrs

70 Propiedades del Cemento Rendimiento (yield) Llamado también volumen de la lechada. Es el volumen final de lechada que resulta cuando un saco de cemento se ha mezclado con los aditivos y la cantidad especifica de agua. Filtración La filtración del cemento puro es alta, unos 1000 cc en un filtro prensa a 1000 PSI y durante 30 minutos usando una malla N Para una cementación primaria debe reducirse a un rango de 150 a 400 cc o menos.

71 Propiedades del Cemento Resistencia a la compresión (compressive strength) El API recomienda que la resistencia a la compresión de un cemento después de 24 horas de fraguado no debe ser menor de 500 PSI. El cemento puro ofrece mayor resistencia que lo especificado, pero al usar aditivos se deben realizar pruebas porque estos reducen este parámetro. Información: Liner de 7 Prueba Tanque Densidad de la lechada: 16.2 lpg BHCT: 211 F BHST: 250 F Resistencia alcanzada: 1830 PSI a 39 hrs

72 Propiedades del Cemento Permeabilidad La permeabilidad de un núcleo de cemento fraguado, se determina midiendo la tasa de flujo a través del núcleo, a un diferencial de presión dado a través de la longitud del núcleo

73 Propiedades del Cemento Reología La reología de cementación es determinada utilizando un reómetro de seis velocidades equipado con la manga de rotor apropiada y el muelle de torsión. Después de grabar las lecturas de dial correspondientes a las seis velocidades rotarias preseleccionadas (600, 300, 200, 100, 6 y 3 rpm), los diferentes parámetros reológicos pueden ser calculados valores Vp, Pc, n y K

74 Propiedades del Cemento Tiempo de fraguado (setting time) Tiempo que toma la lechada para convertirse en sólido. Ya tiene resistencia a la compresión. Temperatura de fondo, estática (static BHT) Temperatura en el fondo del pozo antes de empezar a cementar. Este valor debe calcularse usando el gradiente de temperatura. BHT = ( F / pie) x profundidad + 80

75 Propiedades del Cemento Geles estáticos (Static Gel Strength) +/- 40 min

76 Aditivos del cemento

77 Aditivos del Cemento A partir del desarrollo de los cementos básicos (Clase G y H API) y del equipo de mezcla a granel, comenzaron a usarse aditivos con mas frecuencia y con mas facilidad. Hoy en día las lechadas cementadoras pueden diseñarse para requerimiento específicos de cada pozo, en todo el mundo. La mayoría de los aditivos están en forma de polvos que pueden fluir libremente y ser mezclados en plantas a granel, para obtener una distribución uniforme. Si no se dispone de silos a granel, la mayoría de los aditivos podrán mezclarse junto con el agua de mezcla. Funciones de los aditivos Modificar la densidad del cemento desde 10,8 a 20 lb/gal. Aumentar o disminuir la resistencia a la compresión. Acelerar o retardar el tiempo de fraguado. Controlar la perdida de fluido. Reducir la viscosidad de la lechada. Aumentar la resistencia frente a fluidos corrosivos. Formación de puentes para el control de perdida de circulación.

78 Aditivos del Cemento Tipos de aditivos 1. Aceleradores del Cemento: Los aceleradores del cemento reducen el tiempo de fraguado del cemento en pozos de baja temperatura. Se utilizan más comúnmente en pozos someros de poca profundidad donde el tiempo de la lechada debe acelerarse. Si no se utiliza este producto el agua se separa de la lechada cambiando sus características y evitando un fraguado adecuado. Cementos con aceleradores pueden llegar a desarrollar una resistencia a la compresión de 500 PSI en tiempo tan breve como cuatro horas. Esto ahorra tiempo de equipo. Entre los aceleradores más comunes tenemos el Cloruro de Calcio (CaCl 2 ) el cual es el acelerador aceptable mas ampliamente para todas las clases de cemento API. Se recomienda un intervalo de uso entre pies. Una excesiva cantidad de cloruro de calcio aumenta la viscosidad. Fabricación y proceso de hidratación del cemento

79 Aditivos del Cemento 2. Control de pérdida de circulación: La pérdida de circulación puede producirse durante el proceso de perforación, cementación o de completación. Esta situación no puede ser confundida con la pérdida de filtrado, en donde únicamente la parte fluida (filtrado) se pierde hacia la formación. Hay tres tipos de formaciones que normalmente crean la necesidad de usar un aditivo de pérdida de circulación: Formaciones muy permeables: suelen producir pérdida gradual de fluido que usando un aditivo apropiado, puede controlarse. Formaciones fracturadas: La pérdida se genera cuando se aplica una alta presión hidrostática generando la fractura. El resultado es una rápida y completa perdida de circulación. Formaciones cavernosas: Contienen espacios vacíos producidos por la acción de aguas subterráneas. Pueden encontrarse inesperadamente produciéndose una pérdida de circulación rápida y completa, cuya recuperación puede ser difícil, sin embargo, por reducción de la densidad de la lechada y agregado de un material que forme tapones o puentes se puede lograr.

80 Aditivos del Cemento Entre los aditivos más comunes de pérdida de circulación tenemos: MATERIAL GILSONITA FORMA GRANULAR RANGO DE USO 50 lbs/sc REQUERIMIENTO DE AGUA 2 gal/50 lbs PERLITA GRANULAR pie 3 /Sc 4 gal/pie 3 CASCARA DE NUEZ GRANULAR 1-5 lbs/sc 0.85 gal/50 lbs PAPEL CELOFAN HOJUELAS lbs/sc NO NYLON FIBRAS lbs/sc NO

81 Aditivos del Cemento 3. Extendedores (Aditivos para Disminuir la Densidad): Se añaden para reducir la densidad del cemento o para reducir la cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de reducir la presión hidrostática y aumentar el rendimiento (pie³/saco) de las lechadas. Cuando se los prepara con la cantidad recomendada de agua, los cementos API (clases A,B,G y H) tendrán densidades de lechadas superiores a los 15.6 lb/gal. Puesto que muchas formaciones no van a soportar columnas largas de cemento con esta densidad se deberá agregar aditivos que disminuyan el peso de la lechada. Aparte de funcionar como agentes reductores de peso, los aditivos de disminución de densidad también aumentan el rendimiento de la lechada y a veces disminuye la perdida de filtrado. El peso de la lechada de cemento se reduce: Agregando materiales que aumenten el rendimiento de agua. Agregando sólidos de baja gravedad especifica. Extendedores comunes: bentonita, gilsonita, microesferas, entre otros.

82 Aditivos del Cemento 4. Densificantes: Aditivos que aumentan la densidad del cemento o que aumentan la cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de aumentar la presión hidrostática, de acuerdo a los requerimientos de diseño. Entre los densificantes tenemos la ARENA de OTTAWA, Illinois, la Barita, Hemática, ilmenita. Se encuentra disponible en sacos de 100 libras. Tiene una densidad global de 71 lbs/ft³. Requerimiento de agua ninguno. Intervalo de uso entre pies. Otro aditivo es el HI-DENSE No.3 disponible en sacos de 100 libras. Tiene una densidad global de 187 lbs/ft³. Requerimiento de agua de 3% en peso del HI- DENSE No.3. Intervalo de uso entre pies.

83 Aditivos del Cemento 5. Retardadores: Retardan el tiempo de espesamiento, hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia la compresión del cemento se demore o fragüe demasiado rápido. Se utilizan en pozos profundos con altas temperaturas de fondo. Puesto que al aumentar la temperatura disminuye el tiempo de bombeabilidad, dado que el aumento de la temperatura de circulación deberá compensarse con un aumento en la concentración del retardador. Los cementos clases G y H pueden usarse hasta 8000 pies de profundidad tal como vienen de fabrica, o con Retardadores para profundidades tan grandes como pies. El porcentaje de retardadores que se va a usar es critico. Las variaciones en la cantidad a utilizar tienen como consecuencia: Retardo inadecuado: Puede ocurrir que la lechada fragüe antes de terminar la cementación. Retardo excesivo: Esto puede producir una espera excesiva

84 Aditivos del Cemento 6. Controladores de filtrado (perdida del agua): Controlan la pérdida de la fase acuosa del sistema cementante frente a una formación permeable. Previenen la deshidratación prematura de la lechada, mediante la disminución de las filtraciones o perdidas de fluidos, según las condiciones de fondo de pozo. 7. Dispersantes: Las lechadas de cemento son suspensiones altamente concentradas de partículas sólidas en agua, en el cual el contenido de sólidos pueden ser hasta de 70%. La reología de estas suspensiones, es función de la reología de la fase líquida, fracción de volumen de sólidos e interacciones entre partículas. El desarrollo de los dispersantes trajo consigo una reducción de la fricción interna en la lechada y un aumento de su fluidez. 8. Aditivos especiales: Antiespumantes, aditivos fibrosos para aumentar la durabilidad del cemento, trazadores radioactivos, controladores de la retrogresión, control de la canalización del gas y otros. Antiespumantes: Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la preparación de la lechada

85 Aditivos del Cemento Trazadores radiactivos: Permiten determinar fácilmente la ubicación del tope de cemento detrás del revestidor. Controladores de la retrogresión: La resistencia compresiva del cemento aumenta con la temperatura hasta 230 F, por encima de la cual todos los cementos pierden resistencia. Esta pérdida de la resistencia conocida como retrogresión, está acompañada por un aumento de la permeabilidad. La sílice es la usada comúnmente. Es el típico caso de los pozos sometidos a inyección de vapor. Controladores de la migración del gas: El gas puede migrar a través de canales del fluido de perforación, microanillos en la unión cemento - revestidor y canales en la matriz del cemento. Se utilizan cementos impermeables con fraguado en ángulo recto (tiempo de transición muy corto) y fraguan rápidamente.

86 Variables que originan una mala cementación FACTORES TIPO DE FALLAS - Agua de mezcla contaminada. - Fraguado Instantáneo. - Estimación incorrecta de la temperatura. - Retardador insuficiente. - Zapata y cople obturados (tapados) - Velocidad de introducción inadecuada. - Atropamiento de la tubería. - Pérdide de circulación. - El tapón no salio de la cabeza de cementación. - Tapón de cemento deformado. - Cálculo de volumen de desplazamiento incorrecto. - Tubería rota. - Fallas mecánicas en el equipo de bombeo. - Agua o presión de suministro insuficiente. - El cemento no cubrió los objetivos geológicos. - Deshidratación del cemento. - Tubería recargada en la pared. - Propiedades insuficientes del lodo. - Imposibilidad de mover la tubería. - Ampliación del diámetro del agujero. - Bajo caudal de desplazamiento. - Relación agua-cemento inapropiada. - Aditivos no adecuados. - Frente limpiador inapropiado. - Fallas mecánicas del equipo que interviene en la operación. - Interrupción en el bombeo. - El tapón no asienta sobre el cople. - No se alcanza presión final. - Cemento en el interior de la tubería o en el lugar inadecuado en el espacio anular. - Mezclado incompleto de cemento. - Canalización de gas por el espacio anular. - Canalización del cemento en el lodo. - Fraguado prematuro.