1) Cemento.Se denomina cemento a un conglomerante hidrulico que, mezclado con agregados ptreos (grava, arena, etc.) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plstica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia ptrea, formando el llamado hormign o concreto. Su uso est muy generalizado en construccin e ingeniera civil, su principal funcin la de aglutinante.El primer tipo de cemento usado en un pozo petrolero fue el llamado cemento Portland, el cual fue desarrollado por Joseph Aspdin en 1824, esencialmente era un material producto de una mezcla quemada de calizas y arcillas. El cemento Portland es un material cementante disponible universalmente. Las condiciones a las cuales es expuesto en un pozo difieren significativamente de aquellas encontradas en operaciones convencionales de construcciones civiles.2) Tipos de Cemento.Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composicin, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos, pero se pueden establecer dos tipos bsicos de cementos: De origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporcin 1 a 4 aproximadamente. De origen puzolnico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgnico o volcnico.Cementos especialesSon aquellas tecnologas de cementacin utilizadas para resolver los problemas de prdida de circulacin, microanillos, cementacin en ambiente corrosivo, altas temperaturas y migracin de gas, entre ellos tenemos: micro cementos, cementos tixotrpicos (Mara Petrleo), cemento espumado y cemento expansivos.-Micro cementos: Es una tecnologa desarrollada para resolver los problemas de cementacin primaria, donde se requiere alta resistencia con baja densidad, para taponar zonas de prdida de circulacin o micro anillos por donde el cemento normal no puede circular. La composicin de este cemento es igual a la del cemento portland y se diferencia en el tamao de partculas, el cual es de 10 micrones en promedio, siendo est 10 veces menor que el cemento clase A API.-Cementos tixotrpicos: En trminos prcticos, las lechadas de cemento tixotrpico son dispersas y fluidas durante el mezclado, bombeo y desplazamiento; pero forma una estructura rgida cuando el bombeo se detiene. Una vez que la agitacin es continuada, la estructura se rompe y la lechada adquiere, nuevamente, las propiedades de fluidez.Al igual que los micro cementos, los tixotrpicos son usados para cementar formaciones con problemas de prdida de circulacin, sin embargo por su propiedad gelificante, son ideales para zonas cavernosas y formaciones de fcil fracturas. Otro uso de los cementos tixotrpicos incluyen: reparacin y correccin de revestidores; en zonas donde se requiere que la lechada sea inmvil rpidamente y para prevenir migraciones de gas. Una de las posibles desventajas de los cementos tixotrpicos se basa en los cambios de sus propiedades de bombeabilidad. Despus de cada periodo esttico, la resistencia y el punto cedente tienden a incrementar.-Cemento espumado: Son empleados para aislar las formaciones con bajo gradiente de fractura. Especialmente, aquellos donde se requieren densidades menores de 11 lb/gal. Estos cementos se caracterizan por su alta resistencia a la compresin, lo cual causa menor dao a la formacin sensible al agua, pueden reducir los cambios de flujo en el espacio anular, y permite la cementacin en zona de prdida total de circulacin.-Cemento expansivo: Un cemento que se expande volumtricamente despus de fraguado, debe ser deseable para cerrar microanillos o prevenir la migracin de gas en un grado limitado. Las acciones que causan la expansin, son debido a la formacin de la etringita de la reaccin entre el yeso y el aluminato de triclcio. Los cementos expansivos comerciales estn constituidos por potland combinado con sulfoaluminato de calcio, y sulfato de calcio y cal.3) CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS SEGN SU GRADO API.Los cementos tienen ciertas caractersticas fsicas y qumicas y en base al uso que se les puede dar en cuanto a rango de profundidad, presiones y temperaturas a soportar, etc. La API define 9 diferentes clases de cemento (de A a H) dependiendo de la proporcin de los cuatro componentes qumicos fundamentales (C3, C2S, C3A, C4AF; siendo C=calcio, S=silicato, A=aluminato, y F=floruro). Clase A: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000, cuando no se requieren propiedades especiales. La relacin agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs. Clase B: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000, cuando hay condiciones moderadas a altas resistencia al sulfato. La relacin agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs. Clase C: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000, cuando se requieren condiciones de alto esfuerzo. La relacin agua/cemento recomendada es 6.3 gal/sxs. Clase D: usado generalmente para pozos desde 6000 hasta 10000, para condiciones moderadas de presin y temperatura. Est disponible para esfuerzos moderados a altos. La relacin agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase E: usado generalmente para pozos desde 10000 hasta 14000, para condiciones altas de presin y temperatura. La relacin agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase F: usado generalmente para pozos desde 10000 hasta 16000, para condiciones extremas de presin y temperatura. Est disponible para esfuerzos moderados a altos. La relacin agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase G y H: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 8000 o puedan ser usados con aceleradores o retardadores para cubrir una amplia variedad de rangos de presin y temperatura. La relacin agua/cemento recomendada es 5,0 gal/sxs. El cemento ms comnmente usado es el G. 4) CEMENTACIN DE POZOS.Es el procedimiento que consiste en mezclar agua + cemento + aditivos para formar una lechada de cemento, por medio de equipos especiales de mezclado y bombearla a travs del revestidor hacia los puntos crticos del anillo formado entre el pozo y el revestidor, o tambin a pozo abierto en una seccin preestablecida.Para los trabajos de cementacin se deben atender especialmente las caractersticas de los cementos, aditivos, ensayos, planificacin del trabajo, y la operacin en s de una cementacin primaria, cementacin de liner (camisas de produccin), cementacin a presin y tapones de abandono. Tambin debern tenerse en cuenta los equipos de bombeo, mezcladores, sistemas de transporte a granel (bulk), y varias herramientas y accesorios de fondo de pozo utilizados en las cementaciones. Cementacin primaria: Se realiza al cementar los revestidores del pozo (conductor, superficial, intermedio, produccin, etc.) durante la perforacin. Cementacin 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 terminacin de pozos. Puede ser: cementaciones forzadas y tapones de cemento.5) Objetivos de la cementacin.Entre los propsitos principales de la cementacin se pueden mencionar los siguientes: Proteger y asegurar la tubera de revestimiento en el hoyo. Aislar zonas de diferentes fluidos. Aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminacin de las mismas por el fluido de perforacin o por los fluidos del pozo. Evitar o resolver problemas de prdida de circulacin y pega de tuberas. Reparar pozos por problemas de canalizacin de fluidos. Reparar fugas en el revestidor. Proteger el hoyo de un colapso. Reparar trabajos de cementacin 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 prdidas de circulacin. Proteger la migracin de fluido hacia zonas productoras.6) Planificacin de una Cementacin.La planificacin para un trabajo de cemento consiste en evaluar cierta cantidad de caractersticas, incluyendo: Evaluacin de condiciones de hoyo abierto (limpieza de hoyo, tamao, desgastes en el hoyo, temperatura). Propiedades del lodo. Diseo de Lechada. Posicionamiento de la lechada. Equipo adicional (equipo de flotacin, centralizadores, ECP's)7) Preparacin del Cemento.La materia utilizada en la fabricacin de los cementos Portland es caliza (Carbonato de Calcio) y arcillas o esquistos (pizarras cristalinas: cuarzo con mica, clorita o talco). El hierro y la almina se agregan frecuentemente cuando no estn presentes en las calizas o arcillas. Estos materiales se mezclan juntos ya sea por va hmeda o seca, y luego se introducen en un horno rotativo que funde la mezcla de caliza a temperaturas de 2600 a 3000F en un material llamado Clinker del cemento. Luego del enfriamiento, el Clinker se pulveriza y se mezcla con pequeas cantidades de yeso, que es el que controla el tiempo de fraguado final del cemento. A continuacin se muestra el proceso de elaboracin del cemento Portland.8) Qumica del Cemento.Cuando los productos del Clinker del cemento se hidratan con agua, se combinan para formar cuatro fases cristalinas. Las frmulas y designaciones de estas cuatro fases se muestran en la siguiente tabla:

Composicin Qumica de los Cementos Portland

Fase ComponenteFrmulaDesignacin

Aluminato TriclcicoSilicato Triclcico Silicato DiclcicoFerro-aluminato Tetraclcico3CaO. Al2O33CaO. SiO32CaO. SiO24CaO. Al2O2.Fe2O3C3AC3SC2SC4AF

Tabla N1: Resumen de la composicin Qumica del cemento.Es un factor muy importante para la seleccin de un cemento de calidad. Existen seis caractersticas importantes que pueden ser observadas en una seccin de cemento pulido:-Silicato Triclcico (C3S): Formado de cristales en forma hexagonal o angular de coloracin azul plido, pastel y verde. La presencia del C3S tiene directa relacin con la rapidez en la hidratacin del cemento, es decir; fraguado y resistencia temprana. Rangos de tamaos de 30 a 60 m de estos cristales, deben estar presentes en un porcentaje cercano al 50 % del total de la muestra, para que la misma sea satisfactoria.-Silicato Diclcico (C2S): Consiste de cristales esfricos o redondeados, a menudo con superficie spera y no altamente coloreada. Aparentemente los cristales no estn envueltos en una hidratacin inicial, pero en lugar de ello se hidrata lentamente para mejorar el valor final de la resistencia a la compresin. El C2S se encuentra normalmente en un 20 a 25 % del total de la muestra.-Ferro Aluminato Tetraclcico (C4AF): Es una matriz de color blanco que rodeado de otros cristales, tiene alta densidad y contribuye significativamente al peso del cemento (12 % del volumen total). Es relativamente bajo.-Aluminato Triclcico (C3A): Consiste de cristales de color gris de aspecto filamentoso, se encuentra presente entre 0 y 8 % del total del volumen del cemento. ste se hidrata rpidamente, es decir; tiene una rpida reaccin, reologa, fraguado, en lo cual reduce el tiempo de bombeabilidad cuando est presente en altas concentraciones.-Oxido de Magnesio (MgO): Est constituida de pequeas placas hexagonales de color rosado y es el que produce el efecto de la inconsistencia del cemento fraguado. Ocupa no ms del 6 % del volumen total.-Oxido de Calcio (CaO): Est constituido de pequeas esferas lisas, altamente coloreadas de rojo, prpura, verde, etc., y se consigue generalmente agrupado. Demasiado contenido de cal libre en un cemento puede resultar en una gelificacin prematura. Un 0.5 % de cal libre en el cemento es un valor apropiado.9) Diseo de una Cementacin.El programa de cementacin debe disearse para obtener una buena cementacin primaria. El trabajo debe aislar y prevenir la comunicacin entre las formaciones cementadas y entre el hoyo abierto y las formaciones someras detrs del revestidor. Debe considerarse el no fracturar alrededor de la zapata del conductor o de la sarta de superficie durante las subsiguientes operaciones de perforacin o cuando se corren las otras sartas de revestimientos.Al planificar una cementacin, independientemente del tipo de revestidor debe considerarse informacin sobre: Referencia de pozos vecinos. Geometra del hoyo (dimetro/forma). Tipo de fluido de perforacin existente en el sistema. Problemas presentados durante la perforacin. Tipo de cemento, lechada y aditivos a utilizar por la compaa. Efectuar pruebas API para cada una de las lechadas de cemento. Equipos y herramientas a utilizar por la compaa de cementacin. Centralizacin del revestidor. Condiciones ptimas de una cementacin. Tener la densidad apropiada. Ser fcilmente mezclable en superficie. Tener propiedades reolgicas ptimas para remover el lodo. Mantener sus propiedades fsicas y qumicas mientras se est colocando. Debe ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente. Desarrollar esfuerzo lo ms rpido posible una vez que ha sido bombeado. Desarrollar una buena adherencia entre revestidor y formacin. Tener una permeabilidad lo ms baja posible. Mantener todas sus propiedades bajo condiciones severas de presin y temperatura.10) PARMETROS CONSIDERADOS EN EL DISEO DE UNA CEMENTACIN.Entre los parmetros que se requieren para el desarrollo de un trabajo de cementacin se tienen: Remocin del Lodo.Aunque existen otras importantes causas, la propia remocin de restos de lodo son requisitos previos para controlar migracin de fluido a travs del cemento. Indiferente de la calidad de la formulacin del cemento mismo, continuos canales de lodo en el anular entre dos zonas permeables favorecen el flujo en el anular.Las tcnicas de remocin del lodo para minimizar la fuga de gas son las siguientes:-Acondicionamiento del lodo.-Centralizacin del revestidor.-Movimiento del revestidor, a saber reciprocacin o rotacin, durante la circulacin del lodo.-Opcin del preflujo propio y espaciador, en trminos de compatibilidad con el lodo y el cemento, densidad, reologa, control de prdida de fluidos y control de slidos.-Opcin del propio volumen de fluido (tiempo de contacto).-Determinacin, por una simulacin en computadora de la tasa de flujo adecuada, acordando condiciones del hoyo con preferencia a altas tasas y flujo turbulento. Densidad de la Lechada.El control de gas durante e inmediatamente despus de la colocacin del cemento es muy similar al del control del pozo durante la perforacin. Por esta razn, uno de los primeros acercamientos al problema estaba simplemente en incrementar las densidades de los fluidos. Sin embargo, tal acercamiento es limitado por el peligro de prdida de circulacin fracturamiento de un intervalo, s las densidades del fluido son demasiadas altas.Esta densidad a su vez debe estar por encima de la presin de poro y por debajo de la presin de fractura para controlar el proceso de cementacin.-Presin de Poro: Es la presin que ejercen los fluidos de la formacin.-Presin de Fractura: Es la mnima presin o esfuerzo mnimo que se requiere para fracturar la formacin.La principal diferencia entre el control del pozo durante la perforacin y durante la cementacin es la cada libre el fenmeno de U-tubing que ocurre durante el trabajo de cementacin.Si la densidad del fluido de perforacin es alta (sobre 15 lpg), pequeas diferencias de densidad del lodo, espaciador y cemento podran minimizar el fenmeno de cada libre.-Fenmeno de U-Tubing: este fenmeno se da en el pozo cuando por diferencias de densidades entre el lodo, espaciador y cemento, teniendo el cemento la densidad mayor, este crea en el fondo del pozo a la salida de la zapata una velocidad mayor a la cual es inyectada en el cabezal durante el proceso de cementacin, lo que trae como consecuencia erosin de la formacin en el fondo del pozo, este fenmeno puede ser controlado minimizando las densidades entre los fluidos y controlando la reologa (VC> VE> VL), este control de reologa a su vez minimiza el efecto de cada libre.-Cada Libre: durante el desplazamiento de los fluidos puede originarse un fenmeno denominado cada libre, debido a la diferencia de densidad entre el o los espaciadores, la lechada de cemento y el fluido de perforacin. Durante la cada libre, la tasa de los fluidos cambia constantemente. Inicialmente, la columna en cada libre se mueve ms rpido que la tasa de bombeo en la superficie. Eventualmente, la tasa alcanza un valor mximo y disminuye cuando los fluidos ms densos llegan al fondo. Durante la etapa de desaceleracin, los fluidos pueden desplazarse a tasas por debajo del mximo diseado para la operacin. Geometra del Hoyo.El hoyo perforado debe reunir ciertos requisitos para que sea cementable y se logren los objetivos deseados. Esta porcin de la planificacin del trabajo de cementacin comienza antes de que el pozo sea perforado. Se debe obtener un sello hidrulico entre el cemento y el revestidor, entre el cemento y la formacin, al mismo tiempo los canales de lodo y gas dentro del cemento deben evitarse. Para lograr estos objetivos, el hoyo perforado debe disearse y perforarse bajo las siguientes condiciones:-Debe tener tres pulgadas ms grande que el dimetro exterior del revestidor, el mnimo absoluto es de 1.5 pulg ms grande.-Cerca del dimetro como sea posible (sin socavados).-Recto como sea posible, es decir, sin demasiado grado de desviacin, para hoyos verticales. -Estabilizado y acondicionado (sin sedimento, fluyendo o prdida de circulacin). Canalizacin.Gran cantidad de estudios demuestran que el factor que ms influencia tiene en la consecucin de una buena cementacin primaria es la eficiencia de desplazamiento del lodo de perforacin.Una baja eficiencia del desplazamiento genera la presencia de canales de lodo en la columna de cemento. Estos canales impiden el correcto aislamiento entre zonas. Un desplazamiento inadecuado puede ser debido a una tasa de circulacin insuficiente para las condiciones del pozo y del lodo, el uso de espaciadores inadecuados a la excentricidad de la tubera en el hoyo debido a una centralizacin deficiente especialmente en el caso de hoyos desviados. A este respecto, cabe sealar que el perodo de circulacin antes de cementar es fundamental sobre todo si se considera que el lodo esttico se gelifica durante el tiempo de corrida del revestidor. Varias referencias indican que garantizar un mnimo del 95% de lodo en movimiento antes de cementar mejora notablemente las posibilidades de una buena cementacin. La canalizacin del cemento en el espacio anular tambin puede ser debida a la invasin de fluidos de formacin, siendo el caso ms comn el de invasin de gas. La interpretacin de los registros en caso de invasin o en general de canales que no contactan la cara externa del revestidor es mucho ms compleja. Ciertos estudios revelan que la invasin de gas genera canales de tamao proporcional a la tasa de invasin, los cuales pueden ser sellados siempre y cuando se consiga comunicarlos con las perforaciones.Sin embargo, a fin de mejorar las posibilidades de una cementacin exitosa, es fundamental conocer la presin de poros y las caractersticas de los fluidos de formacin anticipadamente. De esta manera se pueden tomar las previsiones necesarias con respecto al diseo de la operacin. Centralizacin del Revestidor.La uniformidad del cemento alrededor del revestimiento determina en gran medida la efectividad del sello entre ste y las paredes del hoyo perforado. Estudios realizados revelan que la eficiencia de desplazamiento del fluido de perforacin por el cemento se mejora si el revestimiento tiene una centralizacin de 75 %.Como los hoyos son raramente rectos, la tubera generalmente estar en contacto con las paredes del hoyo en varios lugares. La desviacin del hoyo puede variar desde cero hasta 70 u 80 grados en pozos direccionales y hasta 90 en pozos horizontales. En los pozos horizontales la irregularidad geomtrica incrementa la posibilidad de un pequeo espacio anular entre el revestidor y el hoyo, debido a la excentricidad del revestidor combinada con las fuerzas gravitacionales sobre el lado estrecho del hoyo. Esto puede inducir una porcin del revestidor no cementada, debido a las excesivas fuerzas necesarias para remover los materiales depositados en esta zona (slidos o fluido de perforacin gelificado en esta rea).Cualquier excentricidad del hoyo horizontal es crtica, debido a su efecto sobre la distribucin de velocidad de flujo en el hoyo. Los topes de cemento o ambos lados del anular pueden ser separados por cientos de pies como resultado de la diferencia de velocidades entre la parte superior y la inferior del anular, alcanzadas durante el trabajo. Sin una apropiada centralizacin del revestimiento, trabajos de cementacin no pueden ser exitosos en estos pozos desviados. La centralizacin del revestidor es para crear un rea uniforme de flujo en el espacio anular que es perpendicular a la direccin del flujo.El propsito fundamental de los centralizadores es prevenir la canalizacin durante el proceso de desplazamiento del fluido de perforacin por mantenimiento de la tubera centralizada en el hoyo. Adems los centralizadores deben ser utilizados para evitar el pandeo del revestidor frente a formaciones altamente permeables y en hoyos reducidos, y colocados en las partes donde haya mayor integridad de la formacin.Si el revestidor se encuentra perfectamente centralizado, la distribucin del fluido ser uniforme alrededor de toda la tubera, si ocurre lo contrario, el fluido tiende a moverse a una velocidad ms alta en la zona ms amplia del espacio anular, adelantndose a cualquier otro fluido que fluya en la parte ms estrecha. Esto se torna ms grave mientras mayor sea la descentralizacin del revestimiento y depende, por supuesto, de la configuracin del hoyo. Tipos de Centralizadores.-Centralizadores Tipo Fleje:Consisten en varios arcos de acero tensados entre s por medio de anillos de acero en los extremos. Estos equipos no solamente centralizan, sino que tambin mejoran enormemente el xito de la cementacin. Ventajas:-Son ms fciles de adquirir y menos costosos que los rgidos.-Pueden ser corridos en zonas estrechas o lavadas del hoyo, debido a la compresin del deflector. -Puede ayudar a reducir el torque, cuando se requiere rotacin de la sarta.Desventajas-Deben ser empujados en el hoyo para mantener fuerzas mnimas de corrida. Puede causar daos a la formacin, cuando se est reciprocando la tubera.-Las fuerzas excesivas causadas por un inadecuado espaciado pueden torcer los deflectores.

Figura N1. Modelos de Centralizadores Tipo Flejes-Centralizadores Rgidos: Este tipo de centralizador se diferencia de los anteriores debido a que presenta aletas incrustadas de 45 a 50, lo cual hace que el fluido del anular cambie de direccin y choque contra las paredes de la formacin, mejorando de tal forma la eficiencia de desplazamiento del lodo, a la vez que contribuye en una mejora de la colocacin del cemento en el anular. El movimiento de remolino creado por el ngulo que forman las aletas, ayuda a impedir la canalizacin del cemento, lo cual no sucede con un modelo de aletas rectas.Entre sus caractersticas principales se tienen:-Rotacin Libre: est diseado para desplazarse sobre la tubera y para que acte como una superficie de apoyo durante la rotacin y el movimiento alternativo, pero puede fijarse en un lugar especfico.-Reduce la Torsin: acta como una superficie de apoyo, reduciendo enormemente la torsin necesaria para la rotacin de la tubera de revestimiento durante la cementacin.-Mejora del Flujo: un rea de flujo reducida, combinada con las aletas en espiral produce un movimiento de vrtice de los fluidos y da una velocidad de fluido neta aumentada con direccin.-La Tubera Gira Libremente: este diseo permite que la tubera gire libremente dentro del centralizador. Esto hace que sea la herramienta ideal para ser usada en pozos desviados y cuando la tubera tiene movimiento alternativo.Las recomendaciones para colocarlos dependern del grado de desviacin que presente el hoyo a ser cementado, colocndolos preferiblemente en los puntos de mayor inclinacin (puntos de apoyo del revestidor con las paredes de la formacin), sobre la base de un mnimo de centralizador por juntas, garantizando de esta forma una mayor excentricidad de la tubera en el hoyo y por ende la uniformidad de rea de flujo, de esta forma podr evitarse el efecto de canalizacin. Este efecto puede ser reducido reciprocando y/o rotando la tubera antes y durante el proceso de cementacin.Ventajas:-No tienen fuerzas de corrida en hoyos verticales.-Permiten una mejor colocacin del cemento hacia las paredes de la formacin debido al ngulo de desviacin que presentan las aletas del mismo.Desventajas:-Resulta ser ms costoso que los de tipo flexible, debido a su poca disponibilidad y diseo.-No se pueden expandir para proveer centralizacin en hoyos ensanchados (fuera de calibre).

Figura N 2. Modelos de Centralizadores del Tpo Rgido.-Raspadores o Limpiadores de Pared: Estos dispositivos se instalan en la parte exterior del revestidor y su funcin es remover mecnicamente el revoque de las paredes del hoyo, lo cual permite mejorar la remocin de lodo, ya que rompe la resistencia de gel del lodo en el espacio anular.

Figura N3. Tipos de Raspador o Limpiador de Pared. Reologa.El estudio de la reologa de los fluidos involucrados en los trabajos de cementacin es muy importante ya que puede indicar las prdidas de carga de las lechadas, as como tambin los caudales mnimos requeridos para desplazar un fluido, ya sea por flujo tapn o turbulento dentro de la tubera o por el espacio anular formado entre el revestidor y el hoyo.La utilizacin de los parmetros reolgicos de un fluido, permite estudiar los siguientes aspectos:-Velocidad anular y tasa de bombeo para mantener el rgimen de flujo (tapn, laminar o turbulento).-Velocidad en el interior del revestidor.-Presin en el cabezal y en el fondo del pozo.-Potencia necesaria para el bombeo.Los fluidos se clasifican en Newtonianos y No-Newtonianos, los primeros poseen una proporcionalidad directa y constante entre la velocidad de corte y el esfuerzo de corte durante un flujo laminar, la viscosidad es independiente de la velocidad de corte (a temperatura y presin constante), y comienza a fluir inmediatamente al aplicarle una fuerza.Por otro lado los fluidos No-Newtonianos son reolgicamente complejos y se clasifican como Plsticos Bingham y Fluidos Exponenciales (Power Law). Los fluidos No-Newtonianos no poseen proporcionalidad directa entre la fuerza y el flujo (a temperatura y presin constante), adems existen algunos que no comienzan a moverse inmediatamente despus de aplicarle una fuerza, pero todos cumplen con los diferentes rgimen de flujo (tapn, laminar o turbulento). Las lechadas de cemento, los fluidos de perforacin (lodos), fluidos de inyeccin, etc., son fluidos No-Newtonianos. Para la reologa, los trminos ms utilizados para clasificar los fluidos son la Viscosidad Plstica y el Punto Cedente (Yield Point); segn el modelo Plstico de Bingham se tienen:-Viscosidad Plstica: es la fuerza necesaria para hacer fluir un determinado volumen de fluido que se encuentra en reposo y se expresa como la diferencia entre la lectura a 600 rpm y la de 300 rpm.p = L600 - L300-Punto Cedente: es el mximo esfuerzo que este fluido puede soportar sin sufrir una deformacin permanente y est asociado con la capacidad de acarreo que posee un volumen determinado. Est representado grficamente como la interseccin de la lnea que une a los puntos L600 y L300 en el eje del esfuerzo de corte. = Y + 2.008855x105*p* donde: = Esfuerzo de corte (lb/pies2)Y = Punto Cedente (lb/pies2)p = Viscosidad Plstica (cp) = Velocidad de Corte (seg-1)-Modelo Exponencial: Este modelo se basa en el supuesto que los fluidos presentan una proporcionalidad entre el logaritmo de la presin de friccin y el logaritmo del flujo.Para este modelo se obtiene la Viscosidad Aparente de la lechada con los valores de las lecturas del viscosmetro y donde la ecuacin es la siguiente: = K`*()n`donde:K`= ndice de consistencia y esta expresado en lbfs2 / pie2n` = pendiente de la relacin esfuerzo de corte / velocidad de corte, o tambin llamado ndice del comportamiento del flujo, el cual es un parmetro adimensional que cuantifica el grado de comportamiento No-Newtoniano del fluido.-Viscosidad Aparente: De una determinada velocidad de corte viene determinada por: = 47880*K`*(Sr)n-1Esto quiere decir que para cuando n`=1 se trata de un fluido Newtoniano, ya que la viscosidad es directamente proporcional al esfuerzo de corte.-Teora sobre Rgimen de Flujo: Tanto las lechadas de cemento como los lodos de perforacin y completacin son fluidos no-newtonianos, los cuales pueden presentar tres regmenes de flujo. -Flujo Tapn: ste se obtiene cuando se bombea el fluido a bajas tasas, lo cual provoca que el fluido se desplace como un tapn semi-slido. Para la remocin del lodo por parte de los preflujos, este tipo de flujo slo remover el lodo no gelificado (sobrepasar los bolsones de lodo) removiendo aproximadamente el 60 % del lodo.-Flujo Laminar: Cuando se bombea a altas velocidades, el fluido se mueve siguiendo una trayectoria continua, uniforme y sin formar remolinos. El flujo laminar es ms efectivo a la hora de remover el lodo por parte de los preflujos, ya que ste logra quitar alrededor del 90 %.-Flujo Turbulento: Luego del flujo laminar, a mayores velocidades, el fluido comienza a moverse de una forma muy desordenada y violenta, lo que incrementa la fuerza de arrastre, por esto los preflujos cuando se desplazan bajo este rgimen, son capaces de remover ms de 95 % del lodo. Siempre y cuando sea posible, el flujo ptimo tanto para realizar la circulacin del lodo antes de la cementacin y luego colocar el cemento en el fondo del pozo, es el flujo turbulento utilizando un caudal moderado.-Densidad Equivalente de Circulacin (ECD): La Densidad Equivalente de Circulacin (ECD) representa el efecto combinado de la densidad del fluido y de la fuerza requerida para circularlo a travs del sistema. La magnitud de la ECD depende del tipo de flujo y de las propiedades del fluido. Las cadas de presin producidas por un fluido a bajo regimen turbulento son considerablemente ms elevadas que las que se producen para un flujo laminar. A flujo turbulento se disminuye la cada de presin, bajando la velocidad de circulacin y cualquier cambio en las propiedades del fluido tiene una influencia mnima de presin.La ECD se debe mantener en valores aceptables que dependen de la presin de fractura y la presin poral de las formaciones. Valores altos de ECD pueden causar el fracturamiento de la formacin y provocar prdida de circulacin, para valores bajos de ECD, puede causar que los fluidos de formacin entren hacia el pozo, pudiendo provocar una arremetida.Para calcular la ECD se utiliza la siguiente ecuacin:

Cada de Presin en Anular Profundidad*0.052 ECD = Densidad del Fluido + -Flujo por Anular Excntrico: La excentricidad de la tubera juega un papel predominante en la circulacin del lodo antes de la cementacin, en la cementacin en s y en los procesos de desplazamiento. El efecto de la excentricidad en el perfil de velocidades y en los gradientes de presin de un fluido no-newtoniano fluyendo por el espacio anular, ha sido sujeto a varios estudios.En la Industria Petrolera, la excentricidad o porcentaje de Stand-off (STO) definida en las normas API Spec. es igual a:

Lmin rh - rp STO = Donde:STO: porcentaje de Stand OffLmin: distancia mnima entre el dimetro externo de la tubera y el dimetro interno del hoyo.rh: radio del hoyorp: radio de la tubera.El mayor efecto de la excentricidad es la diferencia que existe en la distribucin de la velocidad alrededor del anular, donde se favorece el flujo en la parte ms ancha del anular y disminuye en la parte ms estrecha.11) LECHADA.Es una mezcla de cemento, agua y aditivos especiales utilizada en las operaciones de cementacin con el fin de sellar y evitar la comunicacin entre el hoyo perforado y el pozo. 12) PROPIEDADES REQUERIDAS DE UNA LECHADA DE CEMENTO.Las profundidades de terminacin, la temperatura del pozo, las condiciones del pozo, y los problemas durante la perforacin deben considerarse al disear la composicin de una lechada de cemento.Los factores que se requieren en el diseo de una lechada de cemento se muestran a continuacin: Viscosidad y Contenido de Agua.En las cementaciones primarias, las lechadas de cemento deben poseer una viscosidad o consistencia que ofrezcan un desplazamiento eficiente del lodo, y permitan una buena adherencia del cemento con la formacin y el revestidor o liner.Se debe tener en cuenta que en una columna cementada, el exceso de agua libre se separa formando bolsones, en lugar de emigrar las gotas hacia la parte superior.Tambin se debe considerar, que si bien el incremento en el contenido de agua permitir mayores tiempos de bombeo y retardo en el frage, nunca se debe incrementar el agua del cemento, a menos que se agregue bentonita o un material similar, los cuales tienen la propiedad de retener el agua. El exceso de agua siempre producir un cemento de poca resistencia al esfuerzo y a la corrosin.

Figura N 4. Viscosmetro Fann 35 Tiempo de Bombeabilidad Espesamiento. Es el tiempo requerido para mezclar y bombear la lechada dentro del pozo y hacia el espacio anular. El equipo de laboratorio para determinar el tiempo de bombeabilidad de cualquier lechada de cemento bajo condiciones de laboratorio, est especificado en los procedimientos de ensayos recomendados por el API.

Figura N 5. Consistmetro Presurizado Resistencia a la Compresin.El cemento requiere una determinada resistencia a la compresin para soportar la tubera de revestimiento. Las investigaciones han demostrado que una capa de cemento en un anillo de 10 pies, teniendo solamente 8 psi de resistencia de tensin, puede soportar ms de 200 pies de revestidor, aun bajo pobres condiciones de adhesividad del cemento. Al fijar el revestidor de superficie cuando sean requeridas elevadas cargas de mecha para retirar el equipo de flotacin, se ejerce una carga adicional a travs del revestidor y la capa de cemento.Es generalmente aceptado en la industria del petrleo que una resistencia a la compresin de 500 psi es adecuada para la mayora de las operaciones. Al decidir cunto tiempo deber esperarse para que el cemento frage, es decir; el tiempo WOC, es importante lo siguiente:-Conocer la resistencia del cemento antes de que la re-perforacin pueda continuar.-Conocer las caractersticas del desarrollo de la resistencia de los cementos en uso.

Figura N 6. Analizador Ultrasnico de Cemento ( UCA ) Densidad de la Lechada.La densidad de una lechada en todos los trabajos de cementacin, excepto en las cementaciones a presin, debe ser lo suficientemente elevada para controlar el pozo. Existen varias formas de controlar la densidad. Para corregir los defectos de medicin de densidad, se fabrican balanzas presurizadas, las cuales al presurizar la lechada, 30 psi aproximadamente, reducen las burbujas de aire entrampadas en la mezcla a un mnimo espacio. Calor de Hidratacin.Cuando se mezcla el cemento con el agua, ocurre una reaccin exotrmica con una considerable liberacin de calor. Mientras mayor es la masa de cemento, mayor ser la evolucin del calor. El calor de hidratacin (algunas veces llamado calor de la reaccin o calor de solucin), se ve influenciado por la fineza y la composicin qumica del cemento, los aditivos y el medio ambiente en el fondo del pozo. A mayor temperatura de formacin, ms rpida ser la reaccin y mayor ser la evolucin del calor. En la mayora de los pozos, el anillo entre formacin y revestidor es de pulg a 2 pulg, excepto en las zonas lavadas. Control de Filtrado.El control de la filtracin de las lechadas de cemento es muy importante en cementaciones de pozos profundos, liner (camisa de produccin) y cementaciones a presin. La prdida por filtrado a travs de un medio permeable puede causar un aumento de la viscosidad de la lechada y una rpida deposicin de revoque del filtrado, restringiendo el flujo. Los factores que influyen en la prdida por filtrado de las lechadas son el tiempo, la presin, la temperatura, y la permeabilidad. El API ha especificado un ensayo para medir la filtracin en 30 minutos. Con 100 @ 1000 psi de presin en un aparato llamado filtro prensa. El procedimiento API emplea un conjunto filtrante que contiene un soporte, un cilindro y una malla No.325 soportada por una malla No.60. Permeabilidad.Aunque al disear las lechadas de cemento slo se da nfasis a la permeabilidad de cemento fraguado, existen mtodos para medir la permeabilidad al agua y al gas. El API ha especificado los mtodos y determinacin de la permeabilidad por medio de un Permemetro. El cemento fraguado tiene muy baja permeabilidad, ms baja que la que posee la mayora de las formaciones. Los resultados de campo han mostrado que a temperaturas menores de 200 F, la permeabilidad decrece con el tiempo y con la temperatura. Despus de siete das de curado, la permeabilidad es muy baja para ser medida. La permeabilidad al gas, del cemento fraguado, es ms elevada que al agua, pero las determinaciones de la permeabilidad al gas son dificultosas por las mediciones del flujo de gas. Los cementos fraguados de 3 @ 7 das tienen menos de 0.1 md de permeabilidad (promedio), y las areniscas tienen una permeabilidad al gas en un rango de 0.1 @ 2000 md.13) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PROPIEDAD DE LA LECHADA. Influencia de la Presin y Temperatura. La presin y temperatura afectan el tiempo de bombeabilidad y resistencia a la compresin de las lechadas de cemento. La temperatura tiene mayor influencia; a medida que la temperatura aumenta, la lechada de cemento se deshidrata y fragua ms rpidamente, ocasionando que el tiempo de bombeabilidad disminuya Calidad de Agua de Mezclado.Idealmente, el agua para mezclar con el cemento debe ser razonablemente limpia y libre de productos qumicos solubles, materias orgnicas y otros materiales contaminantes. Esto no siempre es prctico, pero donde sea posible debe considerarse la mejor fuente de agua. Por lo general el agua ms utilizada en la cementacin se obtiene de acuferos existentes durante la perforacin, o de un tanque abierto cerca del equipo y ha sido provista de zonas acuferas perforadas poco profundas, o de un lago. Esta agua es satisfactoria para la mezcla con el cemento para pozos con profundidades menores a 5000 pies, particularmente cuando es relativamente clara y posee un contenido de slidos menor a 500 ppm.Los materiales inorgnicos (cloruros, sulfatos, hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos) aceleran el frage del cemento, dependiendo de la concentracin en que estn presentes. Estos productos cuando estn mezclados con el agua en pequeas concentraciones, tienen un efecto daino en los pozos no profundos. Estas mismas aguas si se utilizan en pozos profundos con altas temperaturas, causarn un fraguado prematuro de la lechada de cemento, particularmente si el agua contiene ciertas cantidades de carbonatos y bicarbonatos. Tipos de Fluidos de Perforacin y Aditivos sobre el Cemento.Un problema significativo en la cementacin del pozo es la remocin efectiva del lodo de perforacin durante el desplazamiento de la lechada. La contaminacin y dilucin por el lodo pueden daar los sistemas de cementacin, como as tambin los aditivos del lodo y del revoque. La mejor forma de combatir las contaminaciones del lodo y los efectos de los aditivos del lodo, es la utilizacin de tapones de goma en el revestidor y entre los fluidos y preflujos lavadores a la cabeza de la lechada, que pueden ser del tipo de lechadas removedoras, colchones qumicos y colchones mecnicos. Ataque de Sales en el Fondo del Pozo.Las sales de las formaciones que contienen sulfato de sodio, sulfato de magnesio y cloruro de magnesio, son consideradas entre los agentes ms destructivos para los cementos en el fondo del pozo.Los sulfatos generalmente son considerados como los productos qumicos ms corrosivos con respecto al cemento fraguado en el fondo del pozo. Ellos reaccionan con los cristales de calizas y Aluminato Triclcico (C3A). Estos cristales requieren un mayor volumen que el provisto por el espacio poral en el cemento fraguado, y dan por resultado una excesiva expansin y deterioro del cemento.14) ADITIVOS REQUERIDOS PARA EL DISEO DE LECHADAS.Adems de los cambios de temperatura y presin a las que estn sometidas las lechadas de cemento durante el proceso de cementacin de un pozo, la lechada de cemento debe ser diseada para contener formaciones dbiles o porosas, fluidos corrosivos y formaciones con fluidos sobrepresurizados. Todas estas condiciones pueden ser ajustadas a travs del desarrollo de aditivos para cemento. Los aditivos modifican el comportamiento del cemento permitiendo su colocacin entre el revestidor y la formacin, un desarrollo rpido de la resistencia a la compresin y un aislamiento adecuado entre zonas durante la vida del pozo.Hoy en da existen infinidad de aditivos para cementos petroleros, los cuales estn disponibles en el mercado, muchos de ellos pueden ser adquiridos en forma slida o lquida. Generalmente se reconocen siete (7) categoras de aditivos, como son: Aceleradores.Reducen el tiempo de espesamiento de la lechada de cemento, y ayudan a aumentar la tasa de desarrollo de resistencia a la compresin y poseen las siguientes aplicaciones:-Reducen el tiempo de bombeabilidad.-Incrementan la resistencia a la compresin.-Se utilizan usualmente para cementar revestidores de superficie, pozos poco profundos y por supuesto en tapones de cemento.Tipo de aceleradorMezcla (% por peso de cemento)Tipo de cementoModo de uso

Cloruro de Calcio (CaCl2 )2-4Todas las clases APISeco o hmedo

Cloruro de Sodio (NaCl)3-10 (en el agua)1.5-5 (en cemento)Todas las clases APISeco o hmedo

Formas deshidratada de Yeso20-100Clases API, B,C,G o HSeco

Silicato de Sodio1-7.5IdemSeco o hmedo

Cementos con dispersantes y agua reducida0.5-1.0IdemSeco o hmedo

Tabla N 2. Tipos de aceleradores utilizados en diseo de lechadas de cemento. Retardadores.Incrementan el tiempo de espesamiento de la lechada y su aplicacin es la siguiente:-Prolongan el tiempo de bombeabilidad.-Retardan el fraguado.Tipos de retardadoresMezcla (% por peso de cemento)

Lignosulfonatos de Sodio y Calcio0.1-1.0

Lignosulfonato de Calcio0.1-1.0

Lignosulfonato de Calcio- Acido orgnico0.1-2.5

Agua saturada con sal15-17 lbs/sk

Tabla N 3.Tipos de Retardadores Extendedores.Disminuyen la densidad de la lechada, y/o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen de la lechada. Los extendedores del cemento se utilizan para lograr las siguientes condiciones:La disminucin de la densidad de la lechada reduce la presin hidrosttica durante los trabajos de cementacin, ayudando a prevenir prdida de circulacin, debido a la ruptura de formaciones dbiles. Los extendedores incrementan el volumen de mezcla por saco de cemento por lo tanto, esto da como resultado una reduccin en la cantidad de cemento para preparar un volumen requerido de mezcla, lo cual origina una disminucin en los costos de las lechadas. Existen tres mtodos para reducir la densidad:-Controlando el agua.-Agregando materiales de bajo peso especfico.-Incorporando gas a la lechada de cemento.La bentonita es el material ms utilizado en diferentes formulaciones, tanto en polvo, como en forma hidratadaAplicaciones:-Reduce la densidad de la lechada.-Aumenta el rendimiento.-Disminuye la prdida de filtrado.Rendimiento: se refiere al volumen que se obtiene en pies cbicos (pies3) por cada saco (sk) de mezcla.ExtendedoresIntervalo de densidades de lechadas obtenidas (lpg)Funcin

Bentonita11.5 - 15.0Control de prdida de fluido

Cenizas finas13.1 - 14.1Resistencia a fluidos corrosivos

Silicato de Sodio11.1 - 14.5Ideal para mezcla con agua salada

Microesferas 8.5 - 15.0Buena resistencia a la compresin, estabilidad trmica y propiedades aislantes

Cemento Espumado6.0 - 15.0Excelente resistencia y baja permeabilidad

Tabla N 4. Tipos de Extendedores. Densificantes. Aumentan la densidad de la lechada la cual posee las siguientes aplicaciones:-Incrementar la densidad.-Limitar y mantener presin para el control del pozo.-Mejorar el desplazamiento del lodo (remocin).Tipo de densificanteMezcla (% por peso de cemento)

Arena5 25

Barita 10 108

Hematita 4 104

Tabla N5. Tipos de Densificantes Dispersantes.Reducen la viscosidad operante de la lechada. Aplicaciones:-Disminuyen la viscosidad.-Bajo punto cedente.-Baja resistencia de gel.Tipo de dispersanteCantidad en la Mezcla (lbs / sk)

Polmeros en polvo de cadena larga0.3 - 0.5

Lignosulfonato de Calcio0.5 - 1.5

Cloruro de Sodio1 - 16

Tabla N6. Tipos de Dispersantes Controladores de Filtrado.Controlan la prdida de la fase acuosa de la lechada hacia la formacin. Las aplicaciones de este aditivo son las siguientes:-Prevenir la deshidratacin del cemento.-Evitar la disminucin del volumen de la columna de cemento debido a la prdida de agua, lo cual origina reduccin de la presin ejercida por la columna hidrosttica.Tipo de agentesMezcla(% cemento) Tipo de CementoModo de Uso

Polmeros Orgnicos (celulosas)0.5 - 1.5Todas las clases APISeco

Polmeros Orgnicos (dispersantes)0.5 - 1.25Todas las clases APISeco o en agua

Ltex1.0 gal / skTodas las clases APISeco o en agua

Cementos con Bentonita y Dispersantes12 16G y HSeco

Tabla N 7. Tipos de agentes controladores de Prdida de Filtrado Antimigratorios.Minimizan la despresurizacin de la lechada disminuyendo la movilidad del gas en la lechada de cemento. Aplicaciones:-Utilizado para prevenir flujo de gas en el anular despus de cementar (reduce la permeabilidad).-Brinda cero agua libre.-Mejora la adherencia.-Controla el filtrado.AntimigratorioConcentracin en la Mezcla (%)

Polmeros1 - 10 ( 0.5 - 3 gal/sk)

Microslica 1.5 15

Tabla N 8. Tipos de Antimigratorios.15) MIGRACIN DE GAS A TRAVS DEL CEMENTO. Durante el proceso de frage de una lechada de cemento ocurren cambios fsicos y qumicos que le ocasionan cierta vulnerabilidad frente al gas. Se entiende como Migracin de Gas a Travs del Cemento: al flujo de gas que logra penetrar la matriz del cemento durante su periodo de frage, generando canales por donde puede fluir.

ZONA DE GAS BAJA PRESIONZONA DE GAS ALTA PRESIONPOZO #1POZO #2

Figura N7. Escenarios de Migracin de Gas en el Anular a travs del Cemento. Cundo Ocurre?Mientras el mecanismo exacto de la falla puede ser muy complejo hay evidencia sustancial que indica que el flujo de gas ocurre debido a una reduccin en la presin hidrosttica ejercida por la columna de cemento durante su periodo inicial de hidratacin.-Encogimiento del Volumen de Cemento: Cuando el cemento entra en el periodo de frage y aceleracin de hidratacin, incrementa la tensin intergranular, adems del entrecrecimiento de la hidratacin del silicato de calcio; por lo que se deduce que la hidratacin del cemento es responsable por la reduccin de un volumen absoluto de la matriz del cemento, tambin llamado contraccin qumica del cemento.-Proceso de Hidratacin y Transmisin de Presin: Cuando el cemento est lquido, transmite toda la presin hidrosttica en el anular a las zonas de inters que contienen hidrocarburos, evitando el flujo de gas.Cuando el cemento comienza a fraguar, comienza a haber una interaccin entre las partculas y una presurizacin de los espacios vacos existentes entre ellas que permite se auto soporten generando un sello muy dbil. Seguidamente pasa al proceso de gelificacin donde ocurre lo siguiente:-Disminucin de la hidrosttica.-Prdida de fluido por filtrado y/o absorcin.-Despresurizacin de los espacios vacos entre partculas.-Disminucin del volumen de la masa.Al ocurrir esto, y si no se tiene algn mecanismo que lo evite, el gas desplazar el agua remanente en los espacios porales generando canales a travs de la matriz, permitiendo as la migracin del mismo.

Cemento pastoso imbombeableFluido BombeableCemento fraguadoBaja RCCemento duroAlta RCFigura N8. Etapas del fraguado del cemento. Por qu Ocurre?-Causas comunes:-Mala operacin durante el mezclado de cemento.-Mal acondicionamiento del hoyo antes de cementar (Circulacin del pozo deficiente, poca remocin, presencia de gas, movimiento de la tubera, etc).-Mala centralizacin del revestidor (Stand Off < 75 %)-Mal diseo de lechada de cemento.-Causas adicionales:-Presencia de fluidos y/o gases corrosivos (H2S y CO2).-Esfuerzos extremos en el pozo (rompimiento del cemento).-Retrogresin del cemento (produccin de zonas calientes). Por dnde puede Migrar el Gas?-Canales:-Fallas en remocin efectiva del lodo de perforacin.-Agua Libre.-Insuficiente o Excesiva prdida de hidrosttica:-Gelificacin.-Disminucin volumtrica del cemento.-Prdida de filtrado.-Prdida de sello entre Cemento Revestidor Formacin:-Deshidratacin del revoque.-Disminucin volumtrica del cemento-Esfuerzos mecnicos en el pozo-Micro anillo:-El gas fluye a travs de micro anillos.-90% de los pozos sufren de micro anillos. -Se manifiesta como presin en el anular.-Cuando se libera presin vuelve a incrementar.-Se manifiesta despus de das o meses de la cementacin.-Cualquier partcula entre 5 y 25 micra (0.001) de cambio en dimetro es suficiente para que migre gas. Proceso de Migracin del Gas.-Pobre Aislamiento Zonal:-Prdida de produccin.-Falla en tratamientos de estimulacin.-Contaminacin de formaciones cercanas.-Zonas someras presurizadas.-Arremetida de pozo o Blow out :-Prdida de produccin.-Peligro al personal.-Equipos daados o perdidos.-Se requiere reparacin (Seguridad y Regulaciones):-Equipo de pozo daado.-Forzamiento para lograr aislamiento de zonas.-Corrosin del revestidor. Tcnicas de Prevencin.Una de las ms importantes consideraciones para la seleccin de una tcnica preventiva determinada, es la integridad de la formacin. Las zonas depletadas pueden conducir a problemas graves de migracin de gas luego de cementar. Estos intervalos despresurizados pueden tambin causar el retorno de prdida y/o deshidratacin de la columna de cemento pudiendo llegar a formar puentes. Los puentes de cemento pueden iniciar una reduccin en la presin hidrosttica de la columna de fluido debajo de los mismos, agravando la tendencia a la migracin del gas.Otros parmetros que se deberan considerar cuidadosamente antes de seleccionar una tcnica preventiva determinada son:-La configuracin del pozo.-Las limitaciones de presin en el equipamiento superficial y de profundidad.-Diseo tubular y anlisis de la estabilidad de carga.-Reologa del lodo y el cemento.-Control de calidad del cemento.-Disponibilidad y precisin de los datos del registro que determina el diametro promedio del hoyo (caliper) de pozo.-Datos precisos de profundidad y presin poral para todas las zonas a cementar.-Temperaturas de circulacin precisas.-Problemas encontrados durante la operacin de perforacin.-Conocimiento de las prcticas anteriores de terminacin.-Economa.Entre las tcnicas de prevencin se tienen:-Acondicionamiento y remocin de lodo.-Movimiento del revestidor y centralizacin (rotacin o reciprocacin, durante la circulacin del lodo y posiblemente durante la colocacin del cemento).-Control de presin del anular (mantener la densidad del cemento, espaciador y lodo entre la presin de fractura y la presin de poro).-Cementaciones por Etapas: Cuando una de las tcnicas ms simples y econmicas para la prevencin de flujo de gas en el espacio anular no es prctica, las herramientas de cementacin en mltiples en el pozo pueden ser empleadas para cementar selectivamente el revestidor. Cada etapa de cementacin o columna debera fraguarse antes de realizar la etapa subsiguiente. Esta tcnica puede prevenir la migracin de gas en el espacio anular en algunos pozos mediante el uso de columnas de cemento ms corta, no continuas. Mediante la abertura sucesiva de los dispositivos de cementacin, cada etapa subsiguiente, es bombeada al pozo provocando una separacin fsica y en tiempo de cada etapa de cementacin.-Diseo de cementos impermeables: La migracin de gas puede ser prevenida reduciendo la permeabilidad del sistema de cemento durante el tiempo de transicin crtica de lquido a slido. Para estos efectos se han creado diversos aditivos tales como la Microslica y el carbn disperso. La partculas pequeas de estos aditivos se colocan en los espacios dejados entre las partculas de cemento (< 3m) que da como resultado una disminucin de la porosidad de la matriz del cemento.El polmero crea una pelcula alrededor de las partculas hacindolas impermeables y a la vez evita su movilidad a travs de la matriz del cemento. Adems, ste tipo de diseo de lechada deben poseer un filtrado (< 50 cc / 30 min), el agua libre (0,5) y la decantacin del cemento (< 0.1 lpg).-Sistemas de fraguado en ngulo recto: Las lechadas de cemento de fraguado en ngulo recto, pueden ser definidas como sistemas cementantes que no muestran una progresiva tendencia a la gelificacin, de frage rpido y adems de la acelerada hidratacin cintica. Estos sistemas mantienen una carga total hidrosttica en la zona de gas hasta el comienzo del frague, y desarrolla una muy baja permeabilidad en la matriz con suficiente velocidad a prevenir la intrusin del gas.16) EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA CEMENTACIN -Zapata:es una vlvula de flujo unidireccional ubicada en el primer tubo de revestimiento y protege el extremo inferior de la sarta revestidora. Existen dos tipos, zapata gua y zapata flotadora la cual posee una vlvula checker.-Cuello flotador: este va instalado a una distancia de uno a tres tubos del fondo. Al igual que la zapata esta provisto de vlvulas de contra presin o dispositivo diferencial para lograr el efecto de flotacin de la sarta revestidora e impedir el flujo de la lechada en sentido contrario evitando arremetidas a travs del revestidor. Aunado a esto el cuello flotador tambin sirve como tope a los tapones de desplazamiento, garantizando que la longitud del revestidor por debajo del cuello quede lleno de cemento dando una seguridad razonable de que habr cemento de calidad alrededor de la zapata.-Tapones:tienen como funcin limpiar las paredes del revestidor durante su paso y de servir como un medio de separacin entre el lodo y el cemento en el caso del tapn inferior (tapn blando) y entre el cemento y el fluido desplazante en el caso del tapn superior (tapn duro). El tapn superior tambin sirve como indicador cuando se ha desplazado completamente la lechada, ya que cuando este hace contacto con el tapn inferior o se asienta en el cuello flotador, la presin de bombeo aumenta instantneamente.

Figura N9 Tapones.-Centralizadores:estos se colocan a lo largo del revestidor en zonas especficas con el propsito de facilitar la bajada de la tubera hasta la profundidad deseada y suministrar a esta una separacin uniforme de las paredes del hoyo (relacin de standoff), para permitirque la lechada fluya de manera ptima por el espacio anular y se ubique a lo largo de este equitativamente. Entre los tipos de centralizadores tenemos: Centralizadores flexible, rgidos y slidos.

Figura N10 Centralizadores.-Stop collar:este dispositivo se utiliza para restringir el movimiento de los centralizadores y puede presentarse como parte integral del centralizador o como una pieza independiente del equipo.Junto con estos equipos de flotacin se enva al taladro dos cajas de soldadura fra, utilizado para fijar con mayor seguridad la zapata y el cuello flotador a la tubera revestidora.-Cabezal de cementacin:Proporciona una conexin para las lneas de cementaciny un receptculo para los tapones de cementacin, los cuales son cargados antes de la operacin y luego selectivamente descargados al interior del revestidor segn el caso.Este equipo esta provisto con vlvulas y accesorios apropiados para conectarlas lnea de circulacin y cementacin y se conecta a la tubera ravestidora por medio de una junta o unin denominada cross over.Equipos utilizados durante la ejecucin de una Cementacin:-Cementador: Es la unidad utilizada para bombear la lechada de cemento hasta su ubicacin final en el pozo. Este equipo cuenta con dos bombas triple que proporcionan la presin necesaria para impulsar el cemento hacia el hoyo a el caudal requerido, adems posee tres bombas centrifugas usadas en la alimentacin de las triples, en la succin de agua al equipo y en la recirculacin respectivamente. Para la mezcla de la lechada esta unida posee una tina de mezcla de 8 barriles de capacidad y para el desplazamiento dos tanques de 15 barriles cada uno. La operacin del equipo se realiza desde un panel de control donde se accionan las bombas triples, las centrifugas, las vlvulas hidrulicas, se controla la velocidadde los motores,adems de vlvulas manuales como la entrada del cemento y en agua a ala tina de mezcla y a los tanques de desplazamiento. Cabe sealar que esta unidad bombea la lechada directamente al pozo (al vuelo) o premezclada por otro equipo llamado batch mixer.

Figura N11 Cementador.-Bath mixer: Equipo utilizado para la premezcla de la lechada y la densificacin de los espaciadores antes de ser bombeada al hoyo por el cementador en los casos que se requiera; para ello esta unidad cuenta con dos tanques de 50 barriles cada uno y una tina de mezcla de 8 barriles. Tanto esta como los tanques utilizan dos sistemas de mezcla como lo son la agitacin con aspa o hlice giratoria y la recirculacin.

Figura N12 Bath Mixer-Tolva para cemento: Es un equipo utilizado para el transportar el cemento silica y/o carbonatohasta el lugar de destino, posee un sistema de dos o tres recipientes o bolas con sus respectivas lneas de aire, carga , descarga y venteo con un compresor integrado que genera la presin de aire. El principio funcional de esta unidad es similar a la de un silo, es decir, su operacin se efectapor compresin y descompresin del recipiente (bola),para dar movimiento al polvo hasta la unidad correspondienteya sea hacia el camin mezclador (bombeo al vuelo), o al bath mixer (lechada pre-mezclada).

Figura N13 Tolva para cemento.-Vacuum: Esta unidad se utiliza en ciertos trabajos cuando se requiere la succin de cualquier cantidad de lechada que retorne a superficie. Consta bsicamente de un tanque cilndrico con un compresor, el cual produce vaco en el interior del tanque induciendo la succin por diferencia de presiones.

Figura N14 Vacuum.

-Cisterna: Consiste bsicamente en un recipiente cilndrico parecido al vacuum el cual se encuentra dividido internamente en tanques en los que se transporta los fluidos que conforman el tren de pre-flujo (lavadores, trazadores Y espaciadores). La descarga en este equipo ocurre por gravedad y su contenido es succionado por el equipo al cual se encuentra conectado (mezclador o bath mixer). Su ventaja reside en la capacidad de llevar en una sola unidad diferentes fluidos; a dems los tanques internos son comunicables cuando se amerite.

Figura N 15 Cisterna.17) PROCESO DE LA CEMENTACION.Generalmente se bombean de 10 a 15 barriles de agua antes de bombear la lechada. El agua funciona como agente limpiador del hueco y proporciona un espaciador (spacer) entre el lodo y la lechada. Ayuda tambin a remover torta de lodo que haya quedado y saca el lodo antes que llegue el cemento, reduciendo la contaminacin.Al prepararse para la cementacin, se instala la cabeza de cementacin en la junta superior del revestimiento. Se conecta una lnea de descarga desde la bomba de cemento hasta la cabeza de cementacin. Se dispone en la cabeza de cementacin un tapn limpiador de fondo (bottom wiper plug) y el tapn limpiador superior (top wiper plug).A medida que la lechada descargada por la bomba va llegando a la cabeza de cementacin, el tapn de fondo va bajando por el revestimiento por delante de la lechada. Una vez que el volumen de cemento ha sido bombeado, se extrae un pasador retenedor para dejar salir al tapn superior de la cabeza de cementacin.Los tapones y el cemento son bombeados al fondo del revestimiento usando las bombas de lodo del taladro. El tapn de fondo sienta sobre el collar flotador. El lodo contina siendo bombeado con el fin de desplazar el cemento, el cual pasa por la vlvula abierta en el collar flotador, saliendo de la zapata y entrando al anular. Mientras tanto el revestimiento es movido hacia arriba y hacia abajo y / o rotado para ayudar a desplazar el lodo.De nuevo se recuerda que es importante vigilar los niveles de los tanques durante esta operacin, para asegurarse que la lechada que es mucho ms densa que el lodo no se est perdiendo dentro de la formacin (es decir, el nivel de los tanques debe permanecer constante mientras se lleva a cabo el desplazamiento).Cuando se desplazado todo el cemento fuera del revestimiento, el tapn superior se sienta sobre el tapn inferior que ha sido retenido en el collar flotador. En este punto, se incrementa la presin en la bomba dado que el lodo ya no puede pasar ms all del tapn superior.La bomba es detenida inmediatamente y se descarga la presin alcanzada. Con la presin ya descargada del revestimiento, se cierra la vlvula en le collar flotador para impedir que el cemento vuelva a introducirse dentro del revestimiento.Es importante descargar la presin de revestimiento antes que el cemento se endurezca, pues esta presin podra hacer inflarse al revestimiento. Si se permite que el cemento se endurezca, el revestimiento se despegar del cemento endurecido perdiendo contacto con l.El cemento debe desplazarse rpidamente para crear turbulencia en el anular para remover el mximo posible de torta de lodo. Sin embargo una presin excesiva en el revestimiento y en las conexiones en superficie pueden causar una ruptura, el flujo o presin excesivos en el anular pueden resultar en un rompimiento de la formacin y en prdida de circulacin, y flujo excesivo puede originar derramamiento de lodo.Normalmente las caeras conductoras, gua y/o de seguridad se cementan hasta la superficie, ya que es necesario aislar totalmente de la superficie los terrenos menos consolidados que se encuentran cercanos al nivel del suelo y tambin se deben proteger las capas de agua potable, evitando su contaminacin. Las caeras intermedias en cambio, solo se cementan en su parte inferior y en los tramos en los cuales se deban aislar zonas problema. La caera final se cementa en toda la longitud necesaria para dejar aisladas las formaciones de inters productivo y aquellas que puedan interferir con la futura produccin de los hidrocarburos.Para colocar el cemento en el espacio anular entre casing y pozo, es necesario bombearlo hasta su lugar de colocacin, por lo que el cemento debe estar en forma fluida. Esto se consigue preparando una mezcla de cemento mas agua denominada lechada de cemento. A esta lechada se le agregan productos que le otorgan al cemento las caractersticas requeridas para cada caso. A estos productos los denominamos genricamente aditivos.18) REGISTROS UTILIZADOS EN LA CEMENTACIN DE POZOS.Los registros para saber las condiciones de una cementacin, son aquellos que se corren en pozos entubados. Estos registros se utilizan en la industria para adquirir informacin que no ha ya sido obtenida cuando se tena el pozo desnudo.Los registros de control de cementacin, son: GR, TT, CCL, CBL, VDL, CET , estos registros sirven para detectar las condiciones del cemento en las paredes de la tubera y del pozo, en una cementacin primaria, o sea la que se hace para fijar la tubera de revestimiento en el pozo luego de ser perforado; como despus de cualquier otra cementacin posterior durante trabajos de reacondicionamiento cuando el hueco ya est revestido y es necesario efectuar cementacin forzada. Siempre van acompaados con un registro (CCL) y GR, con propsitos de que la herramienta pueda ubicarse a profundidad correcta.Lasherramientas deregistrosdecementacinemitenunaenerga acstica omnidireccional que viaja a travs de losfluidos del revestidor desde unTransmisor y se reflejan de regresoa travs de estosmismos fluidoshastaun receptor de sealescolocado en la herramienta a una distanciafijada.La amplitud del receptor es proporcional al porcentaje dela circunferencia derevestidorcubierta por elcemento. La distancia que la seal viaja deltransmisoralreceptordepende lacalidaddelacoplamientoacsticode cementoal revestidor y a la formacin.El objetivo principal del registro de cementacin es Indicar la adherencia del cemento detrs del casing y produccin asegurando el sello entre arenas productoras.La interpretacin de los registros de cementacin se ve afectada por la considerable cantidad de parmetros que influyen en las lecturas de las herramientas utilizadas para realizarlas corridas.Las Herramientas que componen al CBLcomnmente consisten en los siguientes equipos:-Gamma Ray/ CCL:se usa como registro de correlacin. Los Rayos Gamma miden la radiacin en la formacin y el CCL registra la profundidad de los cuellos de los revestidores. Estos registros de correlacin sirven como referencia para un buen nmero de trabajos en Hoyo Entubado o Revestidor, como Caoneo, asentamiento de Tapones, entre otros. -CBL/VDL:CBL mide la Integridad de la Adherencia del cemento entre el Revestidor y el Hoyo. Es posible aplicando el concepto de la onda acstica que se transfiere a travs del pozo. El registro VDL muestra una vista desde arriba del corte de una parte superior de la onda acstica representando como se adhiri el cemento desde el revestidor hacia la pared del pozo.-Caliper:este registra los dimetros del pozo en cada punto de profundidad.En general, el registro CAST muestra una cementacin regular en todo el intervalo registrado. La amplitud del CBL no presenta resultados conclusivos en la mayor parte del registro, lo cual sucede a menudo cuando se evalan cementos complejos, y se tomara en cuenta en la discusin. En este caso en particular el CBL muestra arribos de formacin regulares, sugiriendo presencia de cemento en todo el intervalo registrado.19) nuevas tecnologas de cementacin.La consecucin de este objetivo se logr a travs del anlisis y revisin de los resultados de las pruebas de tanque, realizadas a lechadas de cementos livianos, por las empresas de servicio. Sistema Black Lite Bj ServicesLa compaa BJ Services ha desarrollado un sistema de cementos donde la reduccin de la densidad se logra con la adicin del BlackLITE, que de igual manera proporciona alta resistencia a la compresin, la cual se obtiene mediante la mezcla de carbn activado con una distribucin granulomtrica y rea superficial ptima, que reducen la porosidad y la permeabilidad del cemento fraguado. Permitiendo esta tecnologa que los esfuerzos internos se distribuyan de una manera homognea en la matriz, alcanzando propiedades antimigratorias, estabilidad reolgica, mejor control de prdida de filtrado y adherencia.Este sistema de cemento tiene su principal aplicacin en la cementacin primaria de zonas depletadas, en zonas con bajo gradiente de fractura donde existen riesgos de prdida de circulacin, o en la colocacin de tapones donde reducir el efecto de migracin del cemento a travs del lodo debido a la diferencia de densidades.Caractersticas:-Son lechadas de baja densidad, dentro de un rango de 10.0 a 16.0 lpg, con un desarrollo de resistencia a la compresin entre 1000 a 7000 psi respectivamente, dependiendo de la concentracin y temperatura. -Es compatible con la mayora de los aditivos de BJ Services y con todos los cementos API.-Las lechadas preparadas con BlackLITE presentan alta estabilidad trmica ya que pueden ser diseadas para temperaturas comprendidas entre 80 a 350 F, sin generar agua libre ni sedimentacin. Esto es en funcin de los aditivos que utilice.Ventajas:-Buena adherencia.-Provee baja densidad.-Por su baja densidad, disminuye las posibilidades de prdida de circulacin y fracturamiento de la formacin.-Una vez fraguado, proporciona alta resistencia a la compresin sin lmites de profundidad.-Compatible con todos los cementos API y con la mayora de los aditivos convencionales.-Aplicable en un amplio rango de temperaturas y profundidades, sin perder sus propiedades caractersticas.-Se puede utilizar en concentraciones que van desde 5% hasta 80% para obtener densidades desde 10.0 lpg hasta 16.0 lpg, generando resistencias de 50 a 300 % superiores a las lechadas convencionales.Propiedades de la lechada de Cemento:-Densidad de la lechada: La densidad de la lechada de cemento debe ser tal que permita mantener el control sobre el pozo.-Requerimiento de Agua: El API, recomienda usar 5,2 galones de agua por saco de cemento. Es importante para determinar el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresin del cemento.-Rendimiento: es el volumen que se obtiene, a partir de un diseo de lechada, con una bolsa de cemento. Se expresa en unidad de volumen dividido una bolsa o saco.-Tiempo de espesamiento: El tiempo de espesamiento es el tiempo que la lechada de cemento permanecer bombeable bajo condiciones de pozo. Tambin se define como el tiempo requerido para que la lechada de cemento alcance 100 unidades Bearden de consistencia. -Temperatura Circulante: se define como el valor de la temperatura a la cual la lechada de cemento ser expuesta durante su colocacin en el agujero del pozo. -Temperatura esttica: es la temperatura a la cual estar expuesto el cemento durante la vida del pozo.-Resistencia a la compresin: El desarrollo de la resistencia a la compresin es una funcin de muchas variables, como: la temperatura, presin, cantidad de agua de mezcla aadida y el tiempo transcurrido desde la mezcla. El API recomienda que la resistencia a la compresin de un cemento despus de 24 horas de fraguado no deba ser menor de 500 psi. -Reologa: Por medio de sta se describe el comportamiento de la lechada de cemento en movimiento a travs de las tuberas y otros conductos. Para describir las propiedades reolgicas de las lechadas de cemento se utilizan comnmente el modelo de plstico de Binhgham o Ley de Potencia.-Filtrado: Controlan la fase acuosa de los sistemas del cemento, frente a zonas permeables -Agua libre: Si se pierde agua de la lechada de cemento antes de que esta haya sido posicionada en el espacio anular, su tiempo de bombeabilidad decrecer y las formaciones sensibles al agua pueden ser afectadas de manera adversa. La cantidad de agua perdida que puede ser tolerada depende de operacin de cementacin y de la formulacin de la lechada. La cementacin primaria no depende tan crticamente de la prdida del agua. Sistema Venlite - Halliburton Es un nuevo sistema desarrollado por la compaa Halliburton, de baja densidad y con alta resistencia a la compresin diseado para ser utilizado en pozos con bajo gradiente de fractura.Este sistema de baja densidad est compuesto por cementos bsicos petroleros (clase G y H) y tres componentes bases, denominados como A, B, y C, adems de los aditivos qumicos que sean necesarios para cumplir con las condiciones del pozo.El componente A, es un material de naturaleza cementante que se caracteriza por poseer partculas aproximadamente 10 veces ms pequeas que el cemento convencional; el componente B, es un material liviano que ayuda a prevenir la retrogresin del cemento y a controlar el fluido libre en las lechadas, y el componente C es un material a base de microesferas huecas, siendo el ms importante en la composicin de la lechada, ya que define la densidad de la misma. La mezcla consiste en el uso de material para encapsular aire (microesferas huecas), cementos de fina molienda, aditivos para control de prdida de filtrado y retardadores. Propiedades del VenLITE:-Alta resistencia a la compresin.-Con la distribucin de las partculas de diferentes tamaos se espera una disminucin de la permeabilidad del cemento fraguado.-La baja gravedad especfica de las microesferas (0.68) provee a la lechada de baja densidad.-Proporciona menor ECD.Ventajas:-Compatible con todos los cementos API.-Es estable ante los cambios de temperatura.-Posee alta resistencia a la compresin (>2300 lpc @ 24 hrs).-Puede ser utilizado en pozos hasta una profundidad de 14000 pies de profundidad con presiones mximas de 11000 lpc.-Presenta un rango de densidades amplio (8.5 14 lpg).Desventajas:-No puede ser utilizado a profundidades mayores de 14000 pies, puesto que no es estable a presiones por encima de 11000 lpc.-Requiere de un riguroso cuidado al instante de ser mezclado.-Por su alta viscosidad, no puede ser desplazado a altas tasas ya que podra exceder el ECD.

RECOMENDACIONES

Masificar el uso de tecnologas que permitan mejorar la integridad de las formaciones productoras, para cementar el pozo de manera segura y evitar prdidas de circulacin inducidas por el bombeo d los fluidos (lodos, lavadores, espaciadores, lechadas) durante la cementacin, que puedan daar las formaciones atravesadas.Establecer una mnima diferencia de densidades entre el lodo, espaciadores y la lechada de cemento (hasta 0,5 LPG) cuando la densidad equivalente de circulacin (ECD) sea cercana al gradiente de fractura.Utilizar otros registros geofsicos de pozo para determinar las propiedades fsicas de las rocas, a fin de realizar un diagnstico riguroso que puede establecer las posibles fallas en el proceso de cementacin.

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