Conceptos Basicos de Cementacion

Cementación pet-219 Conceptos básicos

TEMA 1

CONCEPTOS BASICOS DE CEMNTACIÓN

1.1.- INTRODUCCION

La cementación de un pozo petrolero es el proceso de mezclar cemento seco y ciertos aditivos con

agua (lechada) y bombearlo a través de la cañería de acero a puntos críticos en el anular que se

encuentra alrededor de la cañería o en el agujero abierto debajo de la sarta de cañería. (Figura 1.1).

El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las zonas críticas (alrededor del fondo de la

zapata, espacio anular, formación permeable, hoyo desnudo, etc.). Luego se deja fraguar y

endurecer, formando una barrera permanente e impermeable al movimiento de fluidos detrás del

revestidor.

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.

Las dos principales funciones del proceso de cementación primaria son restringir el movimiento de

fluido entre las formaciones y para adherir y sostener la cañería.

En adición el aislamiento de zonas productoras de petróleo, gas y agua, el cemento también ayuda a:

1. Proteger la cañería de la corrosión

2. Prevenir reventones mediante la rápida formación de un sello.

3. Proteger la cañería de impactos de cargas en perforaciones más profundas.

4. Y sellar zonas de pérdida de circulación, o zonas ladronas (que absorben el fluido)

5. Excluir las aguas de las formaciones productivas.

6. Proteger al revestimiento de presiones externas.

7. Sellar zonas no productivas.

8. Sellar zonas de fluidos no deseables.

DOCENTE: Angel Perez Gomez 1


El trabajo de una cementación primaria consiste, en lo siguiente una vez que la cañería esta en

fondo del pozo, hay que acondicionar el lodo, para luego reemplazarlo por una lechada que se

prepara en superficie. Antes de bombear la lechada se larga el tapón inferior, el cual llega hasta el

collar flotador, por detrás del tapón se bombea la lechada luego el tapón superior, que se desplaza

con agua o lodo. El tapón superior asienta sobre el tapón inferior.



FIG 1.1

1.2.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS

1.2.1.- PRIMEROS TRABAJOS.-

La industria estadounidense de petróleo tradicionalmente data sus principios con la perforación del pozo Draque en 1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada para cerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arena petrolífera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la Unión Petrolera Co, es la primera vez que usa una lechada en la industria petrolera.

Este pozo antes de bombearle una lechada tenia la siguiente producción: 80 % de agua , 20 % Oil.

Luego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras después de dejar el pozo 28 días sin actividad tenemos la siguiente producción de líquidos: 90 % de oíl, 10 % de agua. Hoy en día esta técnica se usa.

Le aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla que consiste en 50 sacos de cemento portland puro. Después de 28 días el cemento fue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforación a través de la arena petrolífera, la zona de agua había sido



efectivamente aislada. Esto se convirtió en una práctica aceptada y pronto se propagó a otros campos en California donde dificultades similares eran encontradas.

En el año 1920 Halliburton logra perfeccionar las operaciones de cementación, teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y presión sobre las lechadas y el cemento fraguado, hasta ese año no se utilizan aditivos, a la fecha se conocen más de 60 tipos de aditivos.

1.3.- ¿A QUE SE LLAMA CEMENTO?

Pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas, es decir capaz de unir fragmentos de masas o de materiales sólidos en un todo compacto, tal definición involucra a un gran número de materiales o sustancias diferentes, teniendo muy poco en común una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una de ellas importancia técnica diferente. Los cementos que se usan en la industria petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta de referirse a este tipo de cementos es hablar de cementos calizos.

El cemento es un material fino con grandes propiedades de endurecimiento que resulta de pulverizar la escoria que se produce de calcinar materiales calcáreos con cierto porcentaje de arcilla.



Tiene una Gravedad Específica de 3.14, y en contacto con el agua forma una mezcla espesa que lentamente va endureciendo hasta formar un sólido fuerte y compacto. La solidificación de la mezcla ocurre en tres etapas:

- a. Fraguado rápido: de 2 a 3 horas.

- b. Endurecimiento: de 18 a 24 horas.

- c. Solidificación: después de 24 horas

El Instituto Americano del Petróleo (API), ha especificado los tipos de cemento que deben usarse y las características que debe tener la mezcla agua cemento

1.4.- FABRICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND

Son el resultado de mezclar Clinker + Yeso (Sulfato de calcio), en una proporción de (95 -97 %)/ (5 -3 %)

1.4.1.- Clinker

Es un compuesto químico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamos caliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de los materiales ( 2:1 , 1:3/4 ) , que tiene un proceso de fusión a 1400 – 1600 *C.

1.4.2.- Calizas

Pueden ser de diferentes tipos como ser: El carbonato de calcio (CO3Ca), abundan en la naturaleza para fabricar el cemento portland es adecuado el procedente de todas las formaciones geológicas , la formas más puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse la Creta y las Margas.

1.4.3.- Arcillas

La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esencia son productos de meteorización de silicatos de los metales alcalinos y alcalinotérreos, en especial los de feldespato y micas.

Pueden ser del grupo del caolín y/o montmorillonita.

Veamos el área superficial de estas arcillas

Caolín: aproximadamente 15 m2 / gr.

Momtmorillonita: aproximadamente 800 m2 / gr.



Fig. HORNO ROTARIO PARA PRODUCIR CLINKER VIA SECA

fig. PROCESO DE MANUFACTURA DEL CEMENTO



1.4.5.- RECUPERACION DE MATERIAS PRIMAS

Tanto las arcillas como la caliza se las obtienen de las canteras, dependiendo de la dureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este material se lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamaño adecuado para llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormente indicadas.



1.4.6.- PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO

1.- ZONA DE DESHIDRATACION 100 ºC

La temperatura en esta zona es de 100 ºC, se pierde toda el agua libre que tiene la materia prima.

2.- ZONA DE DESCARBONIZACION 400 ºC

Es donde toda la caliza se descompone.

CO3Ca (s) ------------------- CO2 (gas) + CaO(s)

En esta zona todo el material orgánico es eliminado. Si existen sulfatos se observa eliminación de los óxidos de azufre (SO2 y SO3).

Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contacto con el agua reaccionan, para formar ácidos, carbónico, sulfúrico y sulfuroso.

Pueden también volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida de materiales como gases puede llegar a ser hasta un 30 % de la carga inicial.

3.- ZONA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Es acá donde empiezan a reaccionar los óxidos, esta es una zona de calcinación, el 20 – 30 % del material se funde y tiene lugar la formación del clinker. En esta zona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestos cristalizados, la temperatura de 1400–1600 ºC es muy importante para la calidad del clinker.



El giro del horno mediante sus motores, su inclinación de 10 a 20 grados hacen que el material se vayan formando bolitas de hasta 2”, esto es lo que sale del horno y se llama clinker, al salir del horno tiene un enfriamiento programado luego pasa a una serie de molinos donde se lo muele para darle una superficie especifica requerida (cm2 / gr), luego hay que mezclarlo con yeso y se lo envasa.

El yeso tiene la finalidad de darle características hidráulicas al clinker y retardar su tiempo de endurecimiento, e incrementar su resistencia.

1.4.7.- PROCESO ESQUEMATICO VIA SECA

Caliza + Arcilla -> Chancado -> Transporte -> Molienda -> Horno -> Enfriamiento -> Clinker -> Mezcla Yeso + Clinker

1.4.8.- COMPOSICION QUIMICA DEL CLINKER

CO3Ca + Arcilla -> Clinker *

Composición Clinker:

- SC3 ---- 3 CaO.SiO2 = Silicato tricalcico. Alita

- SC2 ---- 2 CaO.SiO2 = Silicato dicalcico. Belita

- AC3 --- 3CaO. Al2O3 = Aluminato tricalcico

- AFC4 – 4 CaO.Fe2O3 Al2O3 = Aluminato ferritatetracalcico

1.4.9.- FUNCION DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DEL CLINKER

SC3: Es el contribuyente mayoritario del cemento Portland 45 – 65 %. Es responsable de la mayoría de las reacciones hidráulicas en el estado inicial. Se encuentra presente en el cemento de una manera impura. La formula real es: 54 CaO. 16SiO2 Al2O3. Mg O

Es el componente que influye en todas las etapas del frague del cemento, pero especialmente en la etapa de endurecimiento hasta los 28 días.

SC2: Es el segundo componente del cemento portland entre 15 – 35 %. Existen 4 tipos de cristales poliformes (alfa, alfa prima, beta y gamma). Predomina la forma Beta, que tiene la siguiente formula química: Ca87 Mg.Al. Fe (Na0.5 KO0.5 ) (Al Si42 O180 )

Debido a que la velocidad de hidratación es baja comparada con la del – SC3 , no tiene un rol importante en el desarrollo de la resistencia en tiempos cortos, si en tiempos mayores a 28 días.



AC3: Pose una gran velocidad de hidratación porque es importante en las primeras reacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componente minoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en la resistencia final al ataque de las aguas ulfatadas. Su formula general es :

((Ca ,Mg)72- (n+m)(Na(2n+m)))72 + n ((Al,Fe)48 –(m+2) (Sim + ¾ Z ) ) O144

Las especificaciones del API permiten hasta un 15% - AC3 , para aquellos cementos que tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm de sulfatos se llaman sulfatadas)

AFC4: No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en el cemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indica que la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener una máxima resistencia a los sulfatos.

El Clinker tiene otros componentes de menor importancia como ser :

Trialuminato pentacalcio: 5 CaO 3Al2O3 --- C5 3 A

La ferrita dicalcica: 2 CaO Fe2O3

K2 O, Na2 O, MnO2

Estos no son importantes, porque están en concentraciones menores al 2 %.

1.5.- COMO REACCIONAN LOS COMPONENTES DEL CLINKER CON EL AGUA

DOCENTE: Angel Perez Gomez

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1.6.- COMPOSICION QUIMICA DE LOS CEMENTOS API

Los cementos API más usados en la industria petrolera son el G y H. Un análisis químico vía seca de estos cementos nos da la siguiente composición química.


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El control de la calidad de los cementos API es muy importante. Para esto tenemos que solicitar un análisis vía seca. El API nos da las siguientes ecuaciones, que deben usar para conocer a partir del análisis la cantidad de los cuatro componentes del clinker, estas ecuaciones son:

Estas ecuaciones pueden ser usadas solo si la relación Al2O3 / Fe2O3 , > a 0.64


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Verifiquemos la relación anterior 5.8 / 2.8 = 2.07 > a 0.64

SC3 = 4.07(65.6) – 7.6 (22.2) – 6.72(5.8) – 1.43 (2.8) – 2.85 (1.8) = 50.2

SC2 = 2.87 (22.2) – 0.754 (50.2) = 25.86

AC3 = 2.65 (5.8) – 1.69 (2.8) = 10.64

AFC4 = 3.04 (2.8) = 8.51

Hemos mencionada que una vez esta molido el clinker tenemos que mezclarlo con yeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso, esto porque el clinker tiene una velocidad rápida de hidratación al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energía Hidráulica, esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores, el yeso para retardar el frague del cemento así obtenido se lo puede mezclar con agua , esta mezcla llega a fraguar pero depende de muchos factores.

1.7.- FRAGUE DEL CEMENTO

El frague de la lechada es la generación continua de la resistencia, es decir la Consolidación de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambios químicos debido a la hidratación de sus componentes produciéndose una cristalización de los mismos que generan una resistencia en los cementos en el estado de frague.

Veamos desde el punto de vista químico y físico el frague.


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REQUERIMIENTOS COMO OBTENERLOS

1. FRAGUADO RAPIDO AUMENTANDO EL % DE C3S

2. FRAGUADO LENTO DECRECIENDO EL % DE C3S

3. BAJO CALOR DE HIDRATACION LIMITANDO EL C3S Y C3A

4. RESISTENCIA A LOS SULFATOS LIMITANDO EL C3A

1.7.1.- Desde punto de vista químico

La hidratación del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos al Principio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Cálcicos donde el azufre lo provee el yeso. En esta etapa el CaO libre que puede existir también se hidrata dando lugar a los Ca(OH)2 . Luego de 24 horas de iniciado el proceso empieza la hidratación del AC3 cristalizando junto con el remanente de CaO, mientras que el SC2, menos básico y el hidrato de silicio forman un gel coloidal. La hidratación del SC3 no se completa hasta los 28 días, donde en este tiempo ya empieza a cristalizar.

1.7.2.- Desde el punto de vista físico

Primera etapa.- Frague inicial ocurre cuando la lechada pierde toda su Plasticidad y se vuelve friable al grado tal que dos fragmentos de una mezcla rota no pueden formar una masa homogénea cuando se la pone en contacto íntimo. La plasticidad no se la recupera aun colocando los pedazos en agua.

Segunda etapa.- Luego del fraguado inicial el cemento sufre cambios físicos debido a que continúa la hidratación, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayor dureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como la condición que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una aguja penetración de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat)

Tercera etapa. Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 días, y como consecuencia de nuevos ajustes químicos que dan como resultado un aumento gradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de endurecimiento, este periodo es muy importante en las operaciones de cementar cañerías, mientras más largo este tiempo más antieconómico es para la operadora, para acortar estos tiempos se han diseñado los aditivos, para bajar este periodo a horas.


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Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunos compuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados:

- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia, hay que aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor área superficial ( mayor molienda)

- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC3 y de AC3, mas rápido es el frague inicial.

- Si se quiere retardar el frague se debe controlar el contenido de SC3 y de AC3, y la molienda debe ser más gruesa.

- Las aguas subterráneas que se encuentran durante la perforación contienen sales disueltas, las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles a pequeños % de esta sales, por ejemplo:

- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho más que las de ClNa.


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- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague, aunque a veces lo aceleran.

- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual manera cualquier aditivo que en solución genere iones OH-

- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos térreos además de afectar el tiempo de frague pueden causar desintegración del cemento fraguado, por largos tiempo de contacto con el cemento fraguado.

- Las soluciones de SO4Na2, SO4Mg , causan falta de solidez o fuerzas en el cemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone en contacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo un hinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado una cristalización con expansión originando disgregación del cemento. Se tiene igual comportamiento si el contenido de CaO es alto.

- Los cementos que tienen < del 3 % de AC3 , son inmune al ataque de las aguas sulfatadas.

- Cuando las lechadas son contaminadas con los lodos de perforación, se ven afectadas las propiedades de las lechadas y del cemento fraguado , esto es por el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4= , CO=3 , OH- , Cl- , CO3H- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidas celulosa polianionica,etc.)

Es importante tener en cuenta que la molienda del cemento influye en el tiempo de frague. La mayoría de los cementos API están molidos de manera que el 85 % del mismo pasan por la malla # 200.

Es importante entender el concepto de que todo cemento fraguado debe tener un volumen similar al volumen de lechada que lo origino, esto no ocurre siempre así depende del agua de mezcla. Existe un % de agua critico para formar la lechada, donde no hay separación de agua de mezcla , un exceso del agua genera un mayor volumen de lechada pero un menor volumen de cemento fraguado , ya que el resto se separa como agua libre.


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Como se observa en las figuras el agua libre se separa en la parte superior , para la cantidad de agua libre que se libera de una lechada influye el agua usada para la mezcla , el envejecimiento del cemento , la forma como ha estado almacenado el cemento , es muy importante recordar que le cemento es un material higroscópico toma con facilidad la humedad, cemento que se lo observa duro con bolas no debe utilizarse para preparar las lechadas , otro factor importante es el contenido de aceite en el lodo , que si se mezcla con la lechada retarda el frague de la lechada , produce falta de adherencia a la formación y tubería , produce grietas por donde puede migrar el gas.

1.8.- TIPOS DE CEMENTACIÓN

Primaria

Secundaria

En la operación de perforación se efectúan por lo menos dos cementaciones, sin embargo en la historia completa de un pozo petrolero pueden ser muchas las operaciones de cementación que pueden efectuarse. Entre ellas tenemos:

Cementaciones de todo el espacio anular entre el hoyo y la tubería de revestimiento, cuando estas son relativamente cortas (revestimiento superficial).


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Cementación del espacio anular, solamente en una sección inferior (revestimiento intermedio y de producción)

Cementación de intervalos de espacio anular en pozos relativamente profundos (cementación por etapas)

Cementación en zonas bien definidas para excluir producción de agua, gas o para abandonamiento (cementación forzada)

Cementaciones para formar puentes que obstruyan ciertos intervalos.

1.9.- CEMENTOS ESPECIALES

Un número de materiales cementantes, usados muy efectivamente para la cementación de pozos, no están dentro de una Clasificación específica de la API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo una especificación reconocida, sus calidades y uniformidad están generalmente controladas por el distribuidor.

Estos materiales incluyen:

1. Cementos Puzzolanos Portland

2. Cementos Puzzolano – Cal

3. Cementos de Resina o Plástico

4. Cementos de yeso

5. Cementos diesel – petróleo

6. Cementos Expansivos

7. Cementos Refractarios

8. Cementos de Látex

9. Cementos para ambientes de congelación permanente

1.9.1.- Cementos Puzzolánicos.- Los Puzzolánicos incluyen cualquier material con silicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de cal y agua desarrollen características cementantes.

Estos pueden estar divididos en Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormente de origen volcánico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos


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mediantes el tratamiento de calentamientos de materiales naturales tales como arcillas, lutitas y algunas rocas silíceas.

El Fly Ash es una Combustión producto del carbón y es ampliamente usado en la industria petrolera como una Puzolana. Este es la única puzolana respaldado por ambas especificaciones tanto la API como ASTM.

Cuando el cemento Portland se hidrata, el hidróxido de calcio es liberado. Este químico por sí mismo no contribuye en la dureza o en el estrechamiento del agua y puede ser removido mediante la lixiviación. Cuando el Fly Ash está presente en el cemento, se combina con el hidróxido de calcio, ambos contribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.

El Fly Ash tiene una gravedad específica de 2.3 a 2.7, dependiendo de la fuente, comparado con la gravedad específica del los Cementos Portland de 3.1 a 3.2. Esta diferencia en gravedad específica da como resultado una lechada de cemento Portland de peso más liviano que las lechadas de consistencia similar hechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la API para el Fly Ash).

1.9.2.- Cementos Puzzolánicos con Cal.- Los cementos puzzolánicos con cal o cal – silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, y pequeñas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con agua para producir formas de Silicato de


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Calcio. A bajas temperaturas sus reacciones son más lentas que reacciones similar con Cementos Portland, y además generalmente son recomendadas para cementaciones primarias a temperaturas superiores a los 140 ºF.

Las características de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores de la retardación, peso liviano, económicos, y poseen una dureza estable a altas temperaturas.

1.9.3.- Cementos Plásticos o con Resina.- Los cementos plásticos o con resinas son materiales especialmente usados selectivamente para taponamientos de agujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementación para disposición de desechos. Son usualmente mezclas de agua líquida con resinas, y un catalizador mezclado con un Cemento API Clase A, B, G, o H.

La única propiedad de estos cementos es que cuando la presión es aplicada a la lechada la fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un sello dentro de la formación. Estos cementos son especialmente usados en pozos con volúmenes relativamente pequeños. Son efectivos a temperaturas que van de un rango de 60 a 200 ºF.

1.9.4.- Cementos de Yeso.- Los cementos de yeso son usados para trabajos de remediación de una cementación. Normalmente, están disponibles en:

1. Una forma semihidratada de yeso (CaSO4 * ½H2O) y

2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 * 2H2O).

Las únicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse rápidamente, su alta dureza temprana, y su expansión positiva (aproximadamente 0.3%). Los cementos de yeso son mezclados con Cementos API Clase A, G, o H en un rango de 8 a 10% de concentración para producir las propiedades tixotrópicas. Esta combinación es particularmente útil en pozos someros para minimizar los recursos de emergencia después de su desplazamiento.

Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo donde no hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la pérdida de circulación, los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volúmenes iguales de cementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble y permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen propiedades de ubicación muy rápidas y pueden ubicarse prematuramente durante el desplazamiento. (Ver sección 3.6, concerniente a la pérdida de circulación).

1.9.5.- Cementos Diesel – oil.- Para controlar el agua en la perforación o en la producción de pozos, las lechadas de Cementos Diesel – Oil son frecuentemente usadas. Estas lechadas están básicamente compuestas de Cementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosén con un agente activo en superficie. Los cementos diesel – oil tienen tiempos de


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bombeabilidad ilimitados, y no se ubicarán a menos que sean desplazados en una zona con asientos de agua: allí la lechada absorbe agua y sitúa un cemento denso y duro.

La función del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario para humedecer las partículas de cemento. Algunas composiciones de cemento diesel – oil contienen un anión surfactante cuyo efecto es extender la reacción o tiempo de espesamiento para permitir una penetración adicional a la formación.

El cemento diesel – oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo de agua, pero también puede ser usado para reparar fugas en la cañería, para combatir algunos problemas de pérdida de circulación, para taponar canales detrás de la tubería y para controlas la penetración de la lechada. (Ver figura 2.5).

1.9.6.- Cementos Expansivos.- Para algunas condiciones de fondo de pozo es deseable tener un cemento que se expandirán a través del filtrado de lodo y de la tubería. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composiciones que se expanden ligeramente cuando se ubican.


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Estas reacciones que causan esta expansión son similares al proceso descrito en la literatura de cementación como Ettringite.

Ettringite es el proceso de formación de un cristal que toma lugar entre los sulfatos y el aluminato tricálcico componente en el Cemento Portland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 * 3CaSO4 * 32H2O) son tipo Portland a los cuales se les ha añadido un Anhídrido Sulfoaluminato de Calcio (4CaO * 3Al2O3 * SO3), sulfato de calcio (CaSO4), y cal (CaO).

FIGURA 2.6.- CRISTALES ETTRINGITE EN EL CEMENTO

Concurrentemente hay tres tipos de Cementos expansivos comerciales:

1. Tipo K.- Los cuales contienen Sulfoaluminato de calcio como componente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de los fabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, la reacción creada por la hidratación de expansión es aproximadamente de 0.05 a 0.20%.

2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cemento de alto C3Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un 10 a 15% de yeso. Las características expansivas son similares a aquellas del tipo K.

3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la añadidura de pequeñas cantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producir fuerzas expansivas.


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En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificación en los estándares de la API para medir las fuerzas expansivas de los cementos. La mayoría de los laboratorios usan la prueba expansiva de bar, empleando un molde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento.

La fuerza expansiva es medida cortamente después de la ubicación del cemento por una base de referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansión máxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidráulica también han sido usadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos

1.9.7.- Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementos con alto contenido de alúmina fabricados con la mezcla de bauxita (aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertos con crisol hasta que esté licuado.

Dos de los más ampliamente usados cementos con alto contenido de alúmina son los llamados Lumnite (fabricado por Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra y Francia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star Lafarge Inc.). Los análisis de estos materiales difieren de los cementos Portland porque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricación del Cemento Portland.

Los análisis típicos de estos cementos refractarios muestras que contienen aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeñas cantidades de Silicato y Hierro. Los Aluminatos de Calcio en


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estos cementos producen un endurecimiento rápido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque de químicos corrosivos.

Los cementos con alto contenido de alúmina son usados en pozos con combustión in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 ºF durante el proceso de quemado.

Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer las condiciones individuales de cada pozo, pero las características de retardación se diferenciarán de los cementos Portland. La adición de Cemento Portland a los Cementos refractarios causarán una ubicación rápida además, cuando ambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de forma separada.

1.9.8.- Cementos de Látex.- Mientras que el Cementos de látex es a veces clasificado como un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos API Clase A, G, o H con látex líquido o en polvo. Estos látex con químicamente conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones de feniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtrado de una lechada de cemento en los pozos. El Látex líquido es añadido en relaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El látex en polvo no congela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportado al lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el látex líquido son mostradas en la tabla 2.13.


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1.9.9.- Cementos de Congelación Permanente.- Los problemas especiales aparecen en el conductor de cementación y en la superficie de la cañería en medios ambientes congelados.

A través del Ártico hay formaciones con cojinetes de hielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden ser descritos como suelos congelados en algunas áreas y en otros como bloques de hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente conveniente usarlo para una colocación rápida, con un cemento con calor de hidratación bajo que no derretirá el suelo congelado.

FIGURA 2.7.- ÁREAS DE CONGELACIÓN PERMANENTE EN NORTE AMÉRICA.

Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso y de cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla de cemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicará a los15ºF antes de su congelamiento. Para la superficie de la cañería estas lechadas son normalmente diseñadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, aún así el desarrollo de dureza es un poco rápido y varía un poco a temperaturas entre 20 y 80 ºF.

1.20.- RESUMEN

En las últimas dos décadas, la estandarización de los cementos y su uso en los campos ha sido grandemente simplificada. El número de clases API ha sido reducido al punto que las Clases API G y


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H son las más ampliamente usadas. Aproximadamente el 80% de los cementos usados en pozos en países no comunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dos clases.

Aproximadamente el 65% del cemento hecho en los Estados Unidos es el API Clase H (mayormente en las operaciones de la Costa del Golfo y en las del Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido en California y en áreas de montañas Rocky. El resto de cemento usado en pozos son el Clase A (10%) o el Clase C (10%).

En operaciones internacionales, la mayoría del cemento usado en pozos es el API Clase G (Canadá, Europa, Medio Este, Sud América, y el Este Lejano). Los Cementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo el mundo.


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Conceptos Basicos de Cementacion

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