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Cementacion
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República Bolivariana de Venezuela
La Universidad del Zulia
Facultad de Ingeniería
Escuela de Petróleo
PROFESOR: INTEGRANTES:
EDGAR PEREIRA CASTRO REINA
MOJICA ANTHONY
ASIGNATURA: SOLER ARIANNI
PERFORACION II VILLAMIZAR ALEJANDRA
INDICE.-
2
INTRODUCCION.-
La selección apropiada de las tuberías de revestimiento es un
factor importante en la programación, planificación y operaciones
de un pozo petrolero, y de igual forma la cementación tiene una
gran importancia en la vida del pozo, ya que los trabajos de una
buena completación dependen directamente de una buena
cementación.
3
EL CEMENTO.-
El cemento es una mezcla compleja de caliza (u otros
materiales con alto contenido en carbonato de calcio) sílice fierro y
arcilla, molidos y calcinados, que al entrar en contacto con el agua
forman un cuerpo solido. Esta mezcla de ingredientes se muele, se
calcina en hornos horizontales con corriente de aire y se convierte
en clinker, el cual contiene todos los componentes del cemento
excepto el sulfato de calcio que se le agrega como ingrediente final.
Los componentes que forman el cemento son óxidos
superiores de oxidación lenta. Esto significa que terminan su grado
de oxidación al estar en contacto con el aire al enfriarse.
De todos los cementos el portland es el más importante en
cuanto a términos de calidad. Es el material idóneo para las
operaciones de cementación de pozos.
4
Origen del Cemento:
Desde la antigüedad se emplearon pastas y morteros
elaborados con arcilla, yeso o cal para unir mampuestos en las
edificaciones. Fue en la Antigua Grecia cuando empezaron a usarse
tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini, los primeros
cementos naturales.
Desde tiempos remotos (aproximadamente 6.000 años A.C.)
ya se conocían las propiedades cementantes de algunas piedras
cuando se molían finamente y se mezclaban con agua. Los
egipcios, griegos y romanos utilizaron el yeso, las puzolanas
naturales y aún las calizas calcinadas como cementantes.
Posteriormente los ingenieros Smeaton (inglés) y Vicat (franés)
estudiaron y mejoraron los cementos existentes, hasta que en
1824, en Inglaterra, Joseph Aspdin comenzó la producción
industrial del cemento Pórtland que es el producto de la calcinación
5
conjunta de caliza y arcilla. Aspdin lo patentó como "piedra
artificial".
El término cemento Portland se debió a su parecido con la
piedra de Portland, que era muy utilizada para la construcción en
Inglaterra. El primer cemento Portland moderno, hecho de piedra
caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en
carbonilla (o escorias) y después trituradas, fue producido en Gran
Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se fabricaba en
hornos verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de
coque a las que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios
surgieron hacia 1880.
Composición Química:
Silicato tricalcico (3Cao.Sio2) habitualmente conocido como C3S.
Silicato dicalcico (2CaO.SiO2) habitualmente conocido como C2S.
Aluminato tricalcico (3CaO.Al2O3) habitualmente conocido como C3A.
Aluminio Ferrito Tetracalcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3) habitualmente conocido como C4AF.
Clasificación de Cementos Usados en la Industria Petrolera:
La API define 9 diferentes clases de cemento (de A a H)
dependiendo de la proporción de los cuatro componentes químicos
6
fundamentales (C3, C2S, C3A, C4AF siendo C = calcio, S = silicato,
A = aluminato y F = fluoruro).
Clase A y B: Uso en poca profundidad. Composición 50%
C3S, 25% C2S, 10% C3A, 10% C4AF.
Clase C: Produce alta resistencia temprana debido al alto
contenido de C3S.
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 más grueso - mejor retraso en
pozos más profundos.
Clase G es el tipo de cemento comúnmente utilizado.
7
LA CEMENTACION.-
La cementación es un proceso que consiste en mezclar
cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada
que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y
colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo
del revestidor.
El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las
zonas críticas (alrededor del fondo de la zapata, espacio anular,
formación permeable, hoyo desnudo, etc.).
8
Luego se deja fraguar y endurecer, formando una barrera
permanente e impermeable al movimiento de fluidos detrás del
revestidor.
Objetivos de la cementación:
Entre los propósitos principales de la cementación se pueden
mencionar los siguientes:
Proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo.
Aislar zonas de diferentes fluidos.
9
Aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación.
de las mismas por el fluido de perforación o por los fluidos del
pozo.
Evitar o resolver problemas de pérdida de circulación y pega
de tuberías.
Reparar pozos por problemas de canalización de fluidos.
Reparar fugas en el revestidor.
Tipos de cementación:
Cementación Primaria:
Se realiza al cementar los revestidores del pozo (conductor,
superficial, intermedio, producción, etc.) durante la perforación.
Entre los objetivos principales de esta cementación se pueden
mencionar los siguientes:
Adherir y fijar la sarta de revestimiento.
Restringir el movimiento de fluidos entre las formaciones
productoras y el confinamiento de los estratos acuíferos.
Proteger la sarta contra la corrosión.
10
Reforzar la sarta contra el aplastamiento debido a fuerzas
externas y reforzar la resistencia de la sarta a presiones de
estallido.
Proteger la sarta durante los trabajos de cañoneo
(completación).
Sellar la pérdida de circulación en zonas "ladronas".
Cementación Secundaria:
Es el proceso de forzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se realiza principalmente en reparaciones, reacondicionamientos o en tareas de terminación de pozos.
Los propósitos principales de esta cementación son:
Reparar trabajos de cementación primaria deficientes.
Reducir altas producciones de agua y/o gas.
Reparar filtraciones causadas por fallas del revestidor.
Abandonar zonas no productoras o agotadas.
Sellar zonas de pérdidas de circulación.
Proteger la migración de fluido hacia zonas productoras.
Importancia de la cementación:
La cementación tiene una gran importancia en la vida del
pozo, ya que los trabajos de una buena completación dependen
directamente de una buena cementación.
LECHADA DE CEMENTO.-
11
Las lechadas de cemento son suspensiones altamente
concentradas de partículas solidas en agua.
El contenido de sólidos de una lechada de cemento puede
llegar hasta un 70%.
La reología de la lechada de cemento esta relacionada con la
del liquido de soporte, la fracción volumétrica de los sólidos
(volumen de partículas/volumen total) y la interacción entre las
partículas.
En una lechada de cemento, el fluido intersticial es una
solución acuosa de varias clases de iones y aditivos orgánicos. Por
lo tanto, la reología de la lechada difiere de la reología del agua.
Los sólidos de una lechada están en función directa a su
densidad. Las interacciones de las partículas dependen 12
principalmente de la distribución de las cargas superficiales. Los
dispersantes del cemento, también conocidos como
“superplastificadores”, ajustan las cargas superficiales de las
partículas para obtener las propiedades reológicas deseadas de la
lechada.
EQUIPOS DE CEMENTACION.-
La zapata de cementación:
Al primer tubo que va en el hoyo se le enrosca y se le fija por
soldadura en su extremo inferior una zapata de cementación.
La zapata sirve para guiar la tubería en su descenso hasta la
profundidad donde se va a cementar. En su parte interna lleva un
mecanismo de obturación que actúa como una válvula de un solo
paso, la cual no permite que el fluido de perforación en el hoyo
entre en la sarta pero sí que el fluido que se ponga en la sarta
pueda bombearse hacia el espacio anular.
Esto le imparte a la sarta cierta flotación que desde la superficie
se contrarresta llenando la sarta con fluido bien acondicionado para
que descienda con más rapidez y a la vez queden balanceadas las
presiones externas. Todo el material interno que compone el
mecanismo y configuración de la zapata puede ser perforado con
barrena en caso necesario, como es requerido tratándose de la
primera y sarta intermedia para llegar a la profundidad final. En el
caso de la última sarta, la zapata no se perfora.
13
La unión o cuello flotador:
Para reforzar la función de la zapata y coadyuvar en la mecánica
de la cementación, se dispone que a cierta distancia del primer
tubo se coloque entre dos tubos una unión o cuello flotador. La
unión permite el flujo por la tubería hacia el hoyo pero impide, por
el mecanismo de su válvula de un solo paso, que fluidos del hoyo
entren a la tubería.
La unión tiene un asiento que sirve para asentar un tapón que
se inserta en la tubería detrás del último saco de cemento
bombeado.
Este tapón, al llegar al cuello flotador, no puede pasar y el
aumento de presión en la sarta indica que ya todo el cemento pasó
por el cuello y ha concluido el desplazamiento.
Unión o cuello flotador (cementación por etapas):
Cuando se trata de sartas muy largas la cementación se hace
en dos o tres etapas. En cuyo caso, para cada etapa, se dispone en
la sarta una unión que por diseño y construcción cumple funciones
adicionales, además de la función de la unión o cuello corriente.
Esta unión, además de su válvula, tiene orificios que, en el
momento apropiado, por el bombeo y la inserción de un dispositivo
adecuado, permiten la salida del cemento al espacio anular.
14
Para retener el cemento en el punto de salida y para que fluya
hacia arriba por el espacio anular, la unión lleva como parte
integral, o bien como complemento aparte asido a la sarta, a muy
corta distancia de la base de la unión, un cesto de cementación,
que al abrirse toma la forma de paraguas invertido.
Al abrirse hace contacto con la pared del hoyo y su forma
cónica le da configuración de cesto. Una vez hecha esa etapa de
cementación se procede sarta arriba con la siguiente etapa, a
través de otra unión similar que le fue colocada a la sarta a
profundidad determinada y así, sucesivamente, hasta terminar la
cementación por las etapas determinadas, previamente a la
inserción de la sarta en el hoyo.
Centralizadores:
Para que la sarta quede bien centrada en el hoyo, y a objeto de
evitar que se recueste contra la pared del hoyo, ocasionando luego
defectos en la continuidad del cemento en el espacio anular, se le
instalan a la sarta centralizadores en aquellos puntos que se
consideren necesarios.
Los centralizadores, por sus anillos que rodean el tubo y fijados
con puntos de soldadura, quedan a las profundidades deseadas. Los
flejes que unen los anillos tienen una curvatura hacia afuera para
hacer contacto con la pared del hoyo.
15
Raspadores:
En ciertas oportunidades, para lograr mejor adhesión entre el
cemento y la pared del hoyo, se le añaden raspadores a la sarta.
Estos raspadores, que pueden consistir de láminas en formas de
tiras largas donde van incrustadas los alambres o de anillos cuyos
alambres sobresalen circunferencialmente, raspan la pared del
hoyo con el fin de desprender el exceso de revoque que la cubre
para facilitar que el cemento cubra directamente las formaciones.
El raspado se efectúa durante la inserción de la tubería, y luego,
también, alzando y bajando lentamente la tubería, mientras se
bombea a objeto de ir desplazando hacia la superficie lo que se
haya desprendido de la pared del hoyo.
Cabezales de Cementación:
El cabezal de cemento conecta a la línea de descargue de la
unidad de cemento hacia la parte superior de la tubería de
revestimiento. Para una aplicación completa al agujero, la tubería
de revestimiento es corrida de regreso al piso del equipo de
perforación y los tapones son cargados a la superficie del cabezal
de cementación.
El lanzamiento incluye remover el reten y bombear el tapón
adentro del hueco.
16
Tapones de Cemento:
Los tapones de cemento son utilizados para separar la lechada
de cementación del espaciador o lodo y prevenir la contaminación.
En corridas de tubería de revestimiento largas, tapones adicionales
son bombeados antes y entre el tren de espaciadores para
minimizar la
contaminación causada por varios regímenes dentro de diferentes
espaciadores y para maximizar su efectividad cuando salgan hacia
el espacio anular.
Los tapones son normalmente fabricados de goma. Varios
aparatos propios son utilizados para "enganchar” los tapones unos
a otros para permitir una perforación más fácil (muchas veces
denominado perforable PDC).
El tapón de fondo tiene un delgado diafragma en su centro.
Después de que aterriza en el collar flotador, el diafragma se
ruptura cuando una presión diferencial predeterminada es
alcanzada. Normalmente se lanza antes del espaciador o del
cemento. El tapón de fondo tiene un centro sólido.
TECNICAS DE CEMENTACION DE POZOS.-
Cementación Primaria:
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Asegurarse de que se ha realizado una simulación del trabajo de cementación para establecer velocidades de fluido, mínimas y máximas y ECD’s.
Condicionar el lodo para reducir la reología (YP, gels) antes de la corrida final.
Confirmar que los tapones están correctamente colocados en el cabezal de cementación–fondo (diafragma) tapón por debajo, tope (solido) tapón.
Correr la tubería de revestimiento hasta a unos cuantos pies del fondo. Romper la circulación en caso de ser requerido, durante la corrida.
Circular por lo menos un volumen de la tubería de revestimiento para asegurar que no haya nada que taponee la zapata y para remover cualquier gas que se haya acumulado durante el viaje adentro del agujero.
Bombear espaciadores, soltar el tapón de fondo y bombear la lechada de cementación (de llenado y amarre).
Soltar el tapón de tope, despejar la línea de cementación y comenzar el desplazamiento.
La velocidad de desplazamiento debe ser alterada dependiendo de lo que se encuentre en el espacio anular (lodo, espaciador o cemento). La mayoría de los espaciadores y cementos, requieren de un flujo torrente (de ser posible) para maximizar la remoción de lodo y reducir la contaminación del lodo.
Cuando el tapón de fondo llega al collar flotador, el diafragma se debería romper permitiendo el bombeo continuo.
El volumen de desplazamiento para colocar el tapón de tope, deberá ser calculado con anterioridad.
La velocidad de desplazamiento debería ser reducida cuando el golpe de tapón se este realizando, para prevenir presiones excesivas y cualquier choque al momento que el tapón se colocado.
En caso de que el golpe no suceda, es practica común, desplazar hasta la mitad de la pista de la zapata nótese que algunos operadores han adoptado una filosofía de “bombear hasta golpear”).
Todos los retornos de lodo deberían ser monitoreados por perdidas, lo cual podría ser evidencia de la fractura de la formación.
18
En caso de que se observen perdidas, la velocidad de desplazamiento puede ser ajustada para reducir el ECD, i.e. perdidas de presión en el espacio anular.
El tapón debería ser golpeado con aproximadamente 1000 psi de diferencial, previamente confirmado que el margen de seguridad de ruptura de menos presión de la tubería de revestimiento, no va a ser excedido.
En caso de ser requerido la presión puede ser incrementada en este punto y se puede realizar una prueba de presión de la tubería de revestimiento (es necesario confirmar la presión de todos los componentes antes de realizar la prueba).
La presión deberá ser entonces liberada para confirmar que la válvula flotadora está funcionando y está soportando la presión diferencial de fondo debido al pesado cemento en el espacio anular.
Cementación por Etapas:
Utilizada en aplicaciones en donde largas secciones de tubería de revestimiento requieren cementación, pero existe preocupación por:
Largos tiempos de bombeo Altas presiones de bombeo Presión hidrostática excesiva debido a la columna de cemento
– excede la inclinación de fractura.
Primera etapa: Repetición de la cementación primaria
Segunda etapa: Esta necesita la inclusión de un collar DV, en la tubería de revestimiento, a una profundidad predeterminada. La primera etapa coloca al cemento en el espacio anular desde fondo arriba hasta el collar DV. Los puertos del collar DV pueden entonces ser abiertos lanzando un dardo especial (bomba) y trasquilando los pines retenidos (1000-1500 psi). La circulación es entonces establecida a través del collar DV. El procedimiento de cementación primaria puede entonces ser repetido, pero sin la reciprocidad de tubería. Más etapas podrían ser incluidas, de ser necesario.
Cementación con Tubería Interna:
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Accesos de cementación convencional con tubería de revestimiento de gran diámetro, resultaran en:
Grandes volúmenes de desplazamiento. Duración extendida de desplazamiento. Un volumen significativo de cemento permanece en la pista
de la zapata.Como una alternativa, la tubería de revestimiento podría ser
cementada a través de la tubería o el conducto de perforación. Se utiliza una zapata flotadora especial, la cual permite al conducto de perforación clavarse al proveer un sello hidráulico. La tubería de perforación se corre normalmente, entonces se corre la sarta interna y se clava dentro de la Zapata flotadora.
El trabajo de cementación procede igual, pero utilizando tapones de tubería de perforación, más pequeños. Después del desplazamiento y confirmación de que la zapata flotadora esta conteniendo la presión diferencial, la tubería o conducto puede ser retirada. Se necesita tener cuidado con esta técnica, ya que la posibilidad de que la tubería de revestimiento colapso, se incrementa significativamente.
Cementación con “Liner”:
Una sarta de liner usualmente incluye una Zapata y un collar flotador, junto con una tubería de revestimiento mas larga y un colgador de “liner” (colocado hidráulica o mecánicamente) para asegurar la parte superior. Todo el ensamble es corrido con tubería de perforación y luego se coloca el colgador a unos 300-500 pies dentro de la tubería de revestimiento anterior. Una vez asentado, el lodo es circulado para asegurar una vía de cemento libre de obstrucciones, alrededor del “liner”. Antes de la cementación la herramienta corrida es retraída del colgador del liner para garantizar la remoción posterior de la tubería de perforación. Las recetas de cementación con “liner” usualmente contienen aditivos extras para control de perdida de fluido, retardo, posible bloqueo de gas, etc. Debido a que las proporciones de mezcla son criticas y no existe lechada de relleno, es usualmente mezclado en cargas antes de llevar a cabo el trabajo. Esto garantiza la calidad y densidad del trabajo.
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Una típica operación de cementación con “liner”, procedería como sigue:
Posicionar el “liner” a la profundidad requerida. Circular fondo arriba – asegurar una reología baja (YP y gels
mínimo); rotar el “liner”. Colocar el colgador del “liner”. Soltar una herramienta activadora y quitarle peso a la sarta
(10-20Klbs). Bombear espaciador. Probar con presión las líneas de superficie. Bombear la lechada premezclada. Soltar el tapón. Bombear espaciador. Desplazar cemento fuera del “liner” y hacia el espacio anular
– rotar el “liner” de ser posible. Bombear el tapón hacia abajo, suelta el tapón de limpieza del
“liner”. Ambos tapones son bombeados hasta el nivel del “liner”
hasta que queden ajustados en el collar de aterrizaje. Golpear los tapones con 1000 psi. Desfogar la presión y revisar si existe flujo de retorno. Levantar, posicionar la tubería final en el tope del “liner y
circular exceso de cemento hacia fuera desde arriba del “liner.
Cementación Forzada:
Utilizar presión hidráulica para forzar al cemento adentro del espacio anular o formación. Sus aplicaciones usuales:
Sellar las zonas de producción de gas o agua para mejorar la producción.
Reparar las fallas de la tubería de revestimiento. Sellar las zonas perdidas. Trabajo remedial en trabajos de cementación primaria, es
decir trabajos “top up”. Prevenir migración vertical de fluido de reservorio a la zona
de producción. Prevenir el escape de fluidos de las zonas abandonadas
21
Para bombear cemento a la formación, se requerirá una permeabilidad de 500 darcies. Ya que esto normalmente no ocurre, se deberán utilizar varias técnicas para compensar.
Forzada con Alta Presión
Se fractura la formación y el cemento es forzado (se prefieren formaciones densas e impermeables).
Utilizar fluido de fractura libre de sólidos. La creación del enjarre de lodo prevendría la fractura.
Debido a que el sobrepeso generalmente provee el máximo esfuerzo principal (acción vertical), las fracturas iniciadas serian orientadas verticalmente, es decir, apartando la roca horizontalmente contra la dirección del mínimo esfuerzo principal.
Una vez que la fractura ha sido realizada, el cemento se localizara contra la zona de fractura y luego bombeado hacia la formación, una vez cerrado el pozo.
La presión de inyección deberá incrementarse gradualmente a medida que el cemento rellena la fractura.
Forzada con Baja Presión:
Aquí la presión siempre se mantiene debajo de la presión de fractura.
Las perforaciones deberán limpiarse – libre de lodo y otros materiales taponantes.
Una prueba de inyección, utilizando agua, deberá ser conducida primero para confirma la posibilidad de realizar una cementación forzada.
Un acrecentamiento de presión, forzaría al fluido del cemento hacia los poros dejando un enjarre ha ser formado en la superficie, inhibiendo gradualmente el proceso.
Cuando el proceso de inyección termina en una locasión, puede comenzar en un sitio distinto y continuara hasta que un sello impenetrable ha bloqueado todas las zonas de perdida.
Los adictivos de perdida de fluidos son importantes. El uso de cemento puro y por si mismo, resultaría en la deshidratación de la lechada, debido a la alta perdida de fluido del cemento puro. Esto crearía punteo antes de que toda la zona permeable haya podido ser sellada.
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Propiedades preferibles de lechada: perdida de fluido 5—200mls; agua: radio de solidos de 0.4 por peso.
Forzada Continua:
El cemento es bombeado lenta y continuamente hasta que se obtiene la presión deseada. Utilizado para reparar daños a la tubería de revestimiento.
Forzada con Estáticos:
Se detiene el bombeo periódicamente para permitir a la lechada hidratarse y crear el enjarre. Usualmente se bombea en incrementos de 0.25 – 0.5 bls cada 10-15 minutos.
Forzada con Preventores:
El cemento es bombeado a través de la tubería de perforación, localizado y forzado después de cerrar los BOP’s.
Debido a que el cemento no puede ser movido al espacio anular, es forzado hacia cualquier zona perdida.
Opción de forzada a baja presión. Es difícil colocar el cemento con exactitud. No puede ser utilizada para perforaciones selectivas forzadas. A medida que la tubería de revestimiento es presurizada,
restringido por las especificaciones de ruptura.
Forzada con Empacadores:
El empacador permite a la forzada de cemento para ser más exacto con el objetivo.
Debido a que el espacio anular es sellado, se pueden utilizar presiones más altas (no esta limitado por la ruptura de la tubería de revestimiento).
La profundidad de asentamiento es importante – si el asentamiento se hace a demasiada altura el cemento se contaminara con lodo y exceso de fluido bombeado en la formación, antes que el cemento. Si el asentamiento se hace demasiado bajo se corre el riesgo de cementar el empacador.
El empaque se colocara, normalmente, a 30-50 pies sobre la zona de interés con o sin la tubería de amarre.
23
Empacador recuperable de uso individual. La válvula trasera de presión previene el flujo de retorno
después de la forzada. Empacador recuperable de usos múltiples. Si ocurre el flujo de retorno después de soltar el empacador,
vuelva a colocar y fuerce nuevamente.
PARAMETROS QUE AFECTAN UNA CEMENTACION.-
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 11-18.5 ppg.
Los aditivos para ajustar la densidad incluyen:
Materiales reductores de densidad
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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.
Se construye menos volumen de lechada por saco de
cemento utilizado, es decir, baja la resistencia.
25
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 100 Unidades 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
26
y del tiempo transcurrido desde el mezclado, en el agujero
descubierto. Aceleradores (es decir 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.
Trabajo Forzado: esto requerirá una perdida de agua
controlada (usualmente 50-200mls) para así permitir a la
lechada de cementación el ser bombeada a las formaciones
antes de que se cree un enjarre significante e impermeable.
Cementación Primaria: la pérdida de agua es menos crítica
y estará usualmente en el orden de los 25-400mls.
Trabajo con “Liner”: perdida de fluidos o filtración
alrededor de los 50mls.
Hueco Horizontal: pérdida de fluidos o filtración menor a
50mls.
27
Permeabilidad:
Una vez asentado el cemento tiene una permeabilidad menor a
0.1 milidarcy (las piedras areniscas compactas tiene alrededor de 1-
10 millidarcies). Disturbios durante el asentamiento, es decir,
colado del gas o prueba de presión, puede incrementarse por varias
órdenes de magnitud.
DISEÑO DE CEMENTACION.-
CALCULOS DE CEMENTACION
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.
28
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.
EJEMPLO:
29
Un “liner” de 7” debe ser asentado según el esquema a
continuación:
Calcule lo siguiente:
· El monto de agua por saco requerido para resultar en 16 ppg de
lechada.
· La resistencia en pies cúbicos/saco.
· El volumen requerido de lechada.
· El tonelaje de mezcla de cemento requerido.
· El desplazamiento de lodo para asegurar el tapón de limpieza.30
· El desplazamiento de lodo para bombear el tapón
· Tiempo Requerido de Fraguado
Asumiendo lo siguiente:
- 30% exceso de volumen del agujero descubierto
- Temperatura estática de fondo 270ºF
- Formulación de lechada
- Clase G + 35% BWOC Polvo de Sílice
- D603 @ 0.4 galones por saco
- D109 @ 0.09 galones por saco
- Agua fresca
Nota:
BWOC = por peso de cemento
D603 aditivos - un aditivo liquido de perdida de fluido
D109 es un retardador de líquido de alta temperatura
Agua fresca es utilizada como el agua de mezcla, ya que el agua de
mar aceleraría el tiempo de fraguado.
Cálculos
La cantidad de agua por saco requiere resultar en 16 ppg de
lechada.
Usando una variación de la densidad de la ecuación = masa /
volumen, es posible el calcular la cantidad de agua requerida.
31
Primero es necesario el calcular el peso combinado y el volumen
de los componentes de la lechada por saco de cemento seco. La
mayor forma de hacer esto, es en forma de tabulador, como se
muestra a continuación:
Material Peso (lbs)
Volumen
Absoluto
(gal. /lb.)
Volumen
(gal)
Cemento 94 0.0382 3.59
Polvo de
Sílice32.9 0.0456 1.50
D603 3.6 0.110 0.40
D109 0.9 0.096 0.09
Agua Y / 0.12 0.12 Y
TOTAL 131.4 + Y / 0.12 5.58 + Y
Para tablas de cálculo de cementación, realice la lectura del
volumen absoluto para todos los componentes de la lechada.
Un saco de cemento pesa 94 lbs.
35% BWOC polvo de sílice pesa 35% x 94 lbs = 32.9 lbs.
Todas las figures en negro son tomadas de la formación de la
lechada.
Todas las figures en AZUL son calculadas dividiendo el volumen
entre el volumen absoluto para dar como resultado el peso.
Todas las figures en ROJO son calculadas multiplicando el peso
por el volumen absoluto para dar como resultado el volumen.
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Y es el monto de agua requerida.
De modo que para 16 ppg de lechada, los totales pueden ser
representados como:
16 = 131.4 + Y / 0.12
5.58 + Y
Re-acomodando esto nos da:
16 x (5.58 + Y) = 131.4 + 8.33Y
Y = 5.49 gal / saco
La resistencia en pies cúbicos / saco:
La resistencia es el volumen de lechada obtenido de la mezcla
de 1 saco de cemento con los aditivos especificados y agua de
mezcla, expresada en pies cúbicos/saco de cemento.
Este es el volumen total de la tabla de arriba convertida de
galones a pies cúbicos.
Por lo tanto,
Resistencia = (5.58 + 5.49) gal x 0.1337 pies cúbicos / gal
Resistencia = 1.48 pies cúbicos / saco
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El volumen requerido de la lechada
El volumen requerido de la lechada es la suma de lo siguiente:
Volumen de la pista de la zapata
“Liner” / 8½” volumen del agujero descubierto
“Liner” / 12¼” volumen del agujero descubierto
Exceso del agujero descubierto
“Liner” / volumen de la tubería de revestimiento
Las tablas de cálculo de cemento son invaluables para estos
cálculos, ya que tiene las capacidades y volúmenes pre-calculados.
Volumen de la pista de la zapata = (13,135 pies – 13,040
pies) x 0.0371 bbl/pies = 3.52 bbl.
“Liner” / 8½” volumen = (13,135 pies – 11,070 pies) x
0.0226 bbl/pies = 46.67 bbl.
“Liner” / 12¼” volumen = (11,070 pies – 11,050 pies) x
0.0982 bbl/pies= 1.96 bbl.
Exceso del agujero descubierto = (46.67 bbl + 1.96 bbl) x
0.3
= 14.59 bbl.
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“Liner”/Volumen de la tubería de revestimiento =
(11,050 pies – 10,555 pies) x 0.0256 bbl/pies = 12.67 bbl
VOLUMEN TOTAL = 3.52 + 46.67 + 1.96 + 14.59 + 12.67 bbl =
79.41 bbl o 445.9 pies cúbicos
El tonelaje de mezcla de cemento requerido:
El tonelaje de mezcla de cemento requerido es calculado,
primero tomando el número total de sacos de cemento requerido
(volumen total de la lechada dividido entre la resistencia),
convertido a tonelaje y luego adicionando un 35% (asignación para
el polvo de sílice).
Sacos de Cemento requeridos = 445.9 pies cúbicos / 1.48 pies cúbicos / saco
= 301.3 sacos
Tonelaje de cemento requerido = 301.3sacos x 94lbs/ saco/2205 lbs/toneladas métricas
= 12.84 toneladas de cemento
Tonelaje de mezcla requerido = 12.84 toneladas x 1.35
= 17.33 toneladas
Conociendo el número total de sacos de cemento requeridos,
es ahora posible calcular las cantidades totales de aditivo
requeridas y la cantidad de tanques de mezcla de fluido requeridas
(incluyendo la asignación para cualquier espacio muerto).
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El desplazamiento de lodo para asegurar el tapón de
limpieza:
El desplazamiento de lodo para asegurar el tapón de limpieza
es simplemente el volumen de la tubería de perforación hasta el
tapón de limpieza.
Recuerde utilizar un ID promedio de la tubería de perforación
(calibrando una cantidad de de juntas y tomando el ID promedio y
hacer una asignación para el disturbio interno de la junta de la
herramienta). No asuma que la capacidad de la tubería de
perforación es igual a las tablas cotizadas. Esto es de igual
importancia cuando se asientan tapones de cemento balanceados.
Para este ejemplo una capacidad de DP de 0.0179 bbl/pies es
asumida:
Volumen para asegurar el tapón de limpieza = 10,579
pies x 0.0179 bbl/pies
= 189.4 bbl
Para trabajos de cementación con “liner” la habilidad de
observar a la tubería de perforación correr el aseguramiento del
tapón de limpieza del “liner”, es una herramienta útil que permite el
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re-computo del volumen del desplazamiento total, en caso de ser
requerido.
El desplazamiento de lodo para bombear el tapón:
El desplazamiento de lodo para bombear el tapón, es la
capacidad del “liner” desde el tapón de limpieza hasta el cuello
flotador.
Volumen para golpear el tapón = (13,040 pies – 10,579
pies) x 0.0371 bbl/pies
= 91.3 bbl
Tiempo Requerido de Fraguado:
El tiempo de fraguado requerido es el tiempo total para mezclar,
bombear y desplazar la lechada. Algunas veces es requerido
asumir, pero siempre es útil realizar esta revisión y compararla
contra el tiempo de fraguado determinado en las pruebas de
laboratorio. En caso de que exista tiempo de fraguado insuficiente o
excesivo, entonces una nueva formulación de lechada es requerida.
Asumiendo lo siguiente:
Velocidad de mezcla de lechada de 3 barriles por minuto.
Velocidad de desplazamiento de 8 barriles por minuto.
Tiempo de contingencia de 30 minutos (permitiendo la
presencia de fallas, problemas con el equipo).
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Tiempo de Fraguado Requerido = Volumen Total de
Lechada dividido entre 3 + Volumen Total de Desplazamiento
dividido entre 8 + 30 minutos.
Tiempo de Fraguado Requerido = (79.41 / 3) + [(189.4 + 91.3) /
8] + 30
= 92 minutos
La velocidad de mezclado de la lechada debe ser determinada
para la unidad de cementación en uso y la velocidad de
desplazamiento debe ser modificada de acuerdo al tiempo estimado
de desplazamiento calculado, para asegurar la óptima eficiencia del
desplazamiento. Una velocidad mínima debe ser determinada en
caso de que se encuentren perdidas y la velocidad de
desplazamiento es reducida.
EQUACIONES Y CONVERSIONES UTILES
Pies Cúbicos = Barriles x 5.6146
Galones = Pies Cúbicos x 7.4805
Gallones = Barriles x 42
Barriles por Pie Lineal = (D2 – d2) x 0.0009714
Pies Cúbicos por Pie Lineal = (D2 – d2) x 0.005454
Donde D = diámetro del hueco o diámetro interno de la tubería
de revestimiento más larga, en pulgadas.
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d = diámetro exterior de la tubería de revestimiento o del “liner que
se está cementando, en pulgadas.
1 saco de cemento = 94 lbs
1 saco de cemento = 1 pie cúbico
CONCLUSION.-
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BIBLIOGRAFIA.-
WELL CEMENTING (Oil, Gas and Production). "Ron Sweatman".
CEMENTING TECNOLOGY. ”J Lecourtier”
MANUAL INSTRUCCIONAL SOBRE LA CEMENTACION DE
POZOS.
M.Dolores Proubasta. Diccionario de la Industria
Petrolera. (2005). Printed in U.S.A. Tulsa, Oklahoma.
Instituto Argentino del Petróleo y del Gas. El ABC del
petróleo (1996). Buenos Aires Argentina.
Pagina web: http://www.serviciosgdp.com/cursos/categoria/16
http: / /www.monografias.com/trabajos11pope/pope.shtml
http://www.oil-offshore-marine.com/show_cv.php?id=92252
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