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Ingeniería de

Ingeniería petrolera

21/11/2013

Rosita Cerino Méndez

ÍNDICE

Introducción………………………………………………………………………………………………………………………………..……….3

Unidad.-4 Diseño de lechadas de cemento y operaciones de cementación de pozos……………………………………………………………………………………………………………………………..…………….……….4

4.1 Preparación de lechada de cemento………………………………………………………..…………………………………..5

Lechadas

Aditivos

Lechadas convencionales

Lechadas de baja densida

4.2 Pruebas de laboratorio y preparación de lechadas……………………………………………………….…………11

Estabilidad de las lechadas

Resistencia de la comprensión

Procedimiento para realizar un lechada de cemento

4.3 Operaciones de cementación de pozos………………………………………………………………………………………19

Cementación

Cementación en etapas

Procedimiento de cementacion

Procedimiento para le cementacion de una TR y de un Liner

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Conclusión……………………………………………………………………………………………………………………………..…………..26

Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………………...…………27

INTRODUCCIÓN

Durante la construcción de un pozo de petróleo el proceso de cementación es de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente operación de cementación traería drásticas consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el ambiente y a la seguridad.

Por tal motivo al momento de diseñar y cementar un pozo petrolero se deben tomar en cuenta ciertas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas al proceso de cementación. Por lo tanto este trabajo esta diseñado para cumplir estos objetivos proporcionando los conceptos básicos y conocer todo lo concerniente a lo que es la cementación, sus objetivos, su diseño, planificación, lechadas de cemento, equipos de cementación, entre otras cosas, que nos permita a los vencedores emprender los conocimientos básicos y necesarios para diseñar y ejecutar los programas de cementación durante la construcción y/o reparaciones de pozos.

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UNIDAD 4: DISEÑO DE LECHADAS DE CEMENTO Y

OPERACIONES DE CEMENTACIÓN DE POZOS

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4.1 PREPARACIÓN DE LECHADAS DE CEMENTO

Lechada: Es una suspensión de cemento en agua que debe ser fluida para poder ser bombeada y desplazada hasta la zona preestablecida. El volumen de agua determina la densidad y la bombeabilidad, y en cualquier caso es mayor que en el concreto, el exceso de agua incrementa la porosidad de la lechada fraguada; debilitándola.

En la industria petrolera es utilizada para el proceso de cementación de pozos, con el objetivo de crear rellenar el espacio entre los revestidores y el hoyo, formando una barrera sólida.

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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 formación y el revestimiento. Para lograr esto, las lechadas son mezcladas con una cantidad específica de agua que impida una separación de agua libre. El tamaño de la partícula, el área superficial, y los aditivos, todo influye en la cantidad de agua requerida en el mezclado para lograr una viscosidad particular de lechada

Para determinar el tiempo durante el cual se bombeará la lechada, es necesario conocer las condiciones del pozo, así como la potencia hidráulica requerida, caudal de desplazamiento, volumen de lechada y relación entre el diámetro del pozo y el revestimiento. Los datos de resistencia del cemento están basados en las temperaturas y presiones a que está expuesta la lechada en el fondo del pozo, e indican el tiempo requerido para que el cemento resulte suficientemente fuerte para soportar el revestimiento. Más detalladamente, algunos de esos parámetros necesarios para el diseño son:

Tiempo de cementación:

Es el tiempo mínimo requerido para el endurecimiento de la lechada por la deshidratación del cemento; este tiempo es 1.5 veces mayor que el tiempo de duración de las operaciones de cementación; es decir si las operaciones duran 5 horas, el tiempo de fraguado del cemento será 7.5 horas.

Tiempo de espesamiento:

Es el tiempo que se le da a una lechada para que permanezca lo suficientemente fluida para poder bombearse en el hoyo bajo determinadas condiciones de temperatura y presión.

Tiempo mezclando y bombeado:

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Es el tiempo mínimo para mezclar y bombear la lechada de cemento dentro del pozo hasta el espacio anular. Las consideraciones técnicas. Dependen del tiempo de bombeabilidad depende del tipo de trabajo, condiciones de pozo y el volumen de cemento que se desea bombear.

Tiempo soltando los tapones:

Es el tiempo requerido para soltar los tapones antes y después de la lechada de cemento para iniciar el desplazamiento. El tiempo que dura colocando cada tapón es de aproximadamente 10 minutos.

Tiempo de desplazamiento:

Es el tiempo requerido para que la columna de cemento se desplace dentro del revestimiento hasta llegar al fondo del hoyo. Este factor está en función de la profundidad de la sección a cementar, el caudal de bombeo y las propiedades del revestidor.

Aditivos

Los aditivos tienen como función adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones específicas de trabajo. Pueden ser sólidos y/o líquidos (solución acuosa). Pueden ser requeridos para:

•Variar la densidad de la lechada

•Cambiar la fuerza de compresión

•Acelerar o retardar el tiempo de asentamiento

•Controlar la filtración y la pérdida de fluido

•Reducir la viscosidad de la lechada

Las cantidades de aditivos secos normalmente son expresados en términos de porcentaje por peso de cemento (% BWOC). Los aditivos líquidos normalmente son expresados en términos de volumen por peso de cemento (gal/sx).

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Entre ellos tenemos:

Aceleradores:

Se usan en pozos donde la profundidad y la temperatura son bajas. Para obtener tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la compresión en corto tiempo.

Pueden usarse: cloruro de calcio (CaCl2, el más usado, en una concentración de 1,5 - 2,0%), silicato de sodio (Na2SiO3), cloruro de sodio (NaCl, al 2.0 - 2.5%), ácido oxálico (H2C2O4), agua de mar, etc.

Retardadores:

Utilizados en secciones profundas donde las altas temperaturas promueven un asentamiento más rápido. Hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia la compresión del cemento sea más lento. Los más usados son: lignitos, lignosulfonato de calcio (0,1 -1,5%), ácidos hidroxicarboxílicos, azúcares, derivados celulósicos, etc.

Extendedores:

Se añaden para reducir la densidad del cemento o para reducirla cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de reducir la presión hidrostática (con el fin de evitar una fractura) y aumentar el rendimiento (pie3/saco) de las lechadas. También reducen la fuerza de compresión e incrementan el tiempo de fraguado. Entre los más usados se tienen: bentonita prehidratada (2 - 20%), silicato de sodio (Na2SiO3), diatomeas (10 - 40%), mezclas 50:50 Pozolan con cemento Portland, etc.

Controladores de Filtrado:

Aditivos que controlan la pérdida de la fase acuosa del sistema cementante frente a una formación permeable. Previenen la deshidratación prematura de la lechada. Los

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más usados son: celulosa (CMHEC, 0,3 – 1%), polímeros orgánicos, reductores de fricción, etc.

Lechadas convencionales

En términos generales, dos tipos de lechadas se usan actualmente para la cementación de pozos, a menos que haya otros requerimientos por la hidrostática. El primer tipo es una lechada “neta” o “de cola” con densidades desde 15.5 lb/gal (1860 kg/m3) hasta 16.5 lb/gal (1980 kg/m3), dependiendo del tipo de cemento y de la BHST (temperatura estática de fondo de pozo), que se usa para anclar el casing y continuar lo antes posible la perforación. Se emplean aditivos según los requerimientos, para mejorar la reología y otras propiedades que mejoran el aislamiento de las zonas productoras. El segundo tipo es una lechada de relleno que tiene menos densidad y propiedades más pobres, la que, una vez fraguada, desarrollará baja resistencia y alta porosidad que sin embargo alcanzan para proteger y soportar el casing.

Ambas lechadas, tanto la de cola como la de relleno, se emplean para reducir el costo total de un pozo.

Sin embargo existen casos en el cual la presión de las formaciones a cementar se encuentra por debajo de lo normal, donde cementar con mezclas convencionales implica gran riesgo de fractura durante el bombeo. Una solución común es la cementación en etapas múltiples, que tiene como principal objetivo la colocación de cemento en el anular, pero esto no indica necesariamente lograr un buen aislamiento de las zonas productoras.

Para obtener resultados satisfactorios en una cementación primaria, es necesario que el cemento desarrolle adecuadas propiedades mecánicas. Al respecto, la práctica de décadas haexagerado la importancia de la resistencia a la compresión y olvidado que otras propiedades como las resistencias a la tensión y flexión y las propiedades

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elásticas tienen mayor relevancia en la competencia del anillo de cemento (concepto de cemento “flexible”).

Los problemas que causan una falla del aislamiento son bastantes críticos, los cuales pueden inclusive hacer abandonar un pozo.

Migración de fluidos incontrolados a través de anular. Cuando se comunican dos reservorios a través del anular.

Producción de fluidos de intervalos no deseados, como pueden ser agua o gas.

Inviabilidad de trabajos de estimulación y proyectos de recuperación secundaria. Esto debido a que el reservorio a estimularse no se encuentra totalmente aislado por lo que el fluido inyectado puede comunicarse con otras formaciones no objetivas.

Lechadas de baja densidad

Son Lechadas livianas y flexibles, que una vez fraguados, cumplen con los requerimientos necesarios (resistencia a la compresión, flexión y tensión) para la continuación de la perforación así como el aislamiento de zonas productoras de hidrocarburos durante la vida productora del pozo.

Todos los cementos sometidos a confinamiento, con el tiempo van a alcanzar una resistencia más o menos

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equivalente a la de la formación a su alrededor, independientemente del diseño inicial de la lechada.

Se sabe que a mayor resistencia a la compresión, mejor resultaría la adhesión del cemento.

Esto relaciona en el acoplamiento en las interfaces, el volumen llenado por el cemento y la porosidad del cemento fraguado, pues la porosidad está relacionada con el contenido de sólidos pero no necesariamente con el contenido de cemento (Debido que la gravedad especifica del cemento es 3.14, el uso de partículas de menor gravedad y tamaño en la mezcla reducirán la porosidad y densidad de la misma). Sin embargo se suele tratar de resolver una pobre adhesión del cemento aumentando la densidad de lechada (reduciendo la porosidad del cemento) en vez de resolver directamente el problema.

En el fondo del pozo, los cementos son dúctiles en vez de frágiles y las resistencias a la compresión resultan entre 2 y 9 veces mayores, Las lechadas de cemento “netas” (sin aditivos) mezcladas según las especificaciones API producirán generalmente cementos frágiles, de alta resistencia y cementos de baja permeabilidad.

La adhesión del cemento a la tubería está vinculada de cierta manera con la resistencia a la compresión, Las mezclas livianas debidamente con aditivos producirán mezclas flexibles, dúctiles y de alta resistencia a la compresión suficiente para garantizar un buen sello hidráulico durante la vida productiva del pozo.

El uso de las mezclas de cemento flexibles y de baja densidad en la cementación de pozos petroleros presentan las siguientes ventajas:

Cementación en etapa única de formaciones de baja presión, donde el uso de mezclas convencionales implicaría

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pérdidas de circulación durante el bombeo y por tanto sería necesario la cementación en múltiples etapas.

El uso de mezclas flexibles y dúctiles mejoran el comportamiento del cemento durante la vida productiva del pozo. Es decir presenta mejor respuesta frente a diversos efectos que ocurren durante la vida productiva del pozo, estos pueden ser.

• Disminución de presión dentro del pozo, lo que ocasiona que el casing se comprima induciendo micro-canales entre casing y cemento.

• Sobre presión del cemento y enfriamiento del mismo debido a trabajos de fracturamiento y acidificación, lo que induce a que el anillo de cemento se expanda radialmente, luego del trabajo este debe volver a su estado inicial manteniendo la adherencia. Para un buen sello en el espacio anular, el cemento debe ser lo suficientemente flexible para comportarse de forma similar a como lo hacen los elementos elásticos en un packer.

• Baleo o punzonamiento; En cementos frágiles las operaciones de bale ocasionan la formación de pequeños micro canales que pueden comunicar zonas indeseables.

Los aditivos especiales que se utilizan para la preparación de una lechada flexible y liviana son aquellos que reducen la densidad y mejoran la flexibilidad y ductilidad de la mezcla, debido a su menor gravedad específica y menor tamaño con respecto a las partículas de cemento, sin afectar en mayor medida la resistencia a la compresión. Entre ellos tenemos:

• Perlita expandida

• Gilsonita

• Finos de Carbón

• Micro esferas

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• Microfibras minerales

4.2 PRUEBA DE LABORATORIO Y PREPARACIÓN DE LECHADAS

Ensayos básicos de los cementos petroleros

Estabilidad de las lechadas

Para controlar la estabilidad de las lechadas, se necesita hacer la prueba de agua libre y la prueba de sedimentación.

Determinación del agua libre

El Agua Libre es una medida de la tendencia del fluido a separarse de la lechada antes del fraguado.

En pozos inclinados el agua libre puede coalescer para formar canales continuos sobre la parte superior del pozo, lo cual crea una especie de canal por donde pueda migrar el fluido (gas).

En pozos verticales el agua libre evita que la lechada de cemento sea homogénea, por lo que la cantidad de agua es

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menor a la evaluada, esto trae como consecuencia que las formulaciones de lechadas cambien sus propiedades con respecto a las iniciales.

Por esta razón se recomienda usar lechadas de cemento que no desarrollen agua libre.

El proceso de fraguado de la lechada es el resultado de que el cemento empiece a hidratarse con el agua de mezcla. Si se pierde agua de la lechada de cemento antes de que esta haya sido posicionada en el espacio anular, su tiempo de bombeabilidad decrecerá y las formaciones sensibles al agua pueden ser afectadas de manera adversa. La cantidad de agua perdida que puede ser tolerada depende de operación de cementación y de la formulación de la lechada.

La cementación forzada requiere bajos valores de pérdida de agua, debido a que el cemento debe ser inyectado a presión antes que se genere un revoque y bloquee las perforaciones, la norma API para el agua libre en cementos “G y H”, para una cementación forzada debe de ser cero. La cementación primaria no depende tan críticamente de la pérdida del agua. La cantidad de fluido perdido de una lechada en particular debe ser determinada a través de una prueba de laboratorio.

En pozos verticales y para una cementación primaria el agua libre no deberá ser mayor a 3.5 % para los cementos clase “G y H”; pero si se trata de una cementación primaria o cementación secundaria en un pozo horizontal, el agua libre deberá de ser cero (para cementos “G y H”). Esto se logra agregando aditivos reductores de filtrado o controladores de agua libre.

Para determinar el agua libre, la muestra de lechada es puesta en consisto metro, el cual se encarga de homogenizar la muestra, esta muestra debe de ser sometida fuerzas giratorias de 12000 rpm a 35 segundos,

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luego se saca la lechada y se deja reposar dos horas a 80 grados F O , en una probeta. Pasado este tiempo, se extrae el agua libre con un micro pipeta y se empieza la cuantificación del agua libre.

Prueba de sedimentación

Esta prueba, la cual ayuda a determinar si una lechada de cemento experimenta sedimentación, es usada en conjunción con la prueba de fluido libre para ayudar a determinar la estabilidad estática de una lechada de cemento bajo condiciones de fondo de pozo. Excesiva cantidad de fluido libre y puede indicar problemas en la estabilidad de la muestra de cemento.

• Resistencia a la Compresión

Los resultados pueden ser utilizados para:

Determinar el tiempo de fraguado antes del cañoneo Comparar extendedores, agentes densificantes,

materiales de pérdida de circulación u otros aditivos los cuales pueden afectar el desarrollo de la resistencia.

Determinar el grado de la resistencia a la retrogresión

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Esta prueba se refiere a la fuerza que puede soportar un cubo de cemento de cierta superficie antes de romperse. Cuando el cemento tiene valor de resistencia a la compresión de 500 psi, es considerado según la norma (API) adecuado para el trabajo de cementación.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, lo cual es necesario para soportar la cañería. Muchos trabajos de investigación han demostrado que una TR de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia a la tensión puede soportar hasta 200 pies de cañería, aun bajo condiciones de pobre adherencia del cemento.

Debido a que el ensayo de resistencia a la compresión son mejor analizados que la resistencia a la tensión, tenemos como regla que la TR es de 8 a 10 veces mayor que la resistencia a la compresión.

10 psi de TR = 100 psi de resistencia a la compresión

Hoy en día se mide la resistencia a la compresión en un analizador ultrasónico “UCA” (Ultra Sonic Cement Analyzzer). Con este aparato se determina el desarrollo de la resistencia a la compresión de las lechadas en forma continua donde la muestra es sometida a alta presión y temperatura (simulando las condiciones del pozo).

Se vierte la lechada en estudio en una serie de moldes, cubos de 1 pulgada por lado y se los coloca en un baño de agua a la temperatura requerida por la prueba, estos pueden ser:

a) Un recipiente a presión atmosférica para muestras a temperatura hasta de 180º F.

b) Un recipiente presurizable para muestras a temperaturas hasta de 380º F y presiones hasta de 3000 psi.

Por supuesto que éste es más caro, pero por otro lado es muy superior, ya que nos permite simular las condiciones del pozo durante el ensayo.

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Los tiempos recomendados para sacar las muestras son: 8, 12. 18, 24, 36, 48, y 72 horas.

Por lo general, las pruebas a las 8, 24 y 72 horas son suficientes; aunque a veces se necesita más información para los tiempos de espera de fraguado, (WOC), u otros datos. Una vez que se retiran los cubos del baño se les coloca, inmediatamente en una prensa hidráulica que incrementa la carga entre 1 000 y 4 000 psi por minuto. Cuando se rompe el cubo, se lee la máxima presión obtenida en la escala y esa será el valor de la resistencia a la compresión. Se deberá repetir la operación con varias muestras y luego se sacará el promedio.

Tiempo de bombeabilidad o de espesamiento

El tiempo de espesamiento es el tiempo que la lechada de cemento permanecerá bombeable bajo condiciones del pozo. También se define el tiempo requerido para que la lechada alcance 100 unidades Bearden de consistencia.

Es importante tomar en cuenta que el tiempo de espesamiento debe de ser mayor que el tiempo que va a durar el trabajo de cementación, para evitar cementación en la superficie de la tubería, en la cabeza de cementación y/o dentro del revestidor. Por lo tanto, este tiempo se debe estimar como el tiempo total del trabajo de cementación más un factor de seguridad de una a dos horas.

Tal vez sea ésta la prueba de laboratorio más usada en el campo; determina durante cuánto tiempo la lechada permanece en estado fluido, (y por consiguiente bombeable) bajo una serie de condiciones dadas en el laboratorio. (Presión y temperatura).

El aparato que se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es el consistómetro, que puede ser atmosférico o presurizable.

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Este último, tal vez sea el aparato más caro de un laboratorio de cementación, pero es necesario a fin de poder simular las condiciones del pozo.

El recipiente con la lechada a probar gira a velocidad constante, (movido por un motor eléctrico) dentro de un baño de aceite, a través del cual, se le aplica la temperatura y la presión deseada. Dentro del recipiente aislado, hay una paleta conectada a un resorte; a medida que la lechada gira, trata de arrastrar la paleta en el sentido de la corriente. Una lechada más viscosa ejercerá una fuerza mayor en la paleta, la cual a su vez, trasmitirá mayor torque al resorte y éste se mide por medio de un potenciómetro, del que está dotado el aparato.

El consistómetro está calibrado para poder leer directamente las unidades Bearden de consistencia (a veces llamadas Poises, por costumbre). Cuando la lechada alcanza 100 unidades de consistencia (Bc) no se puede bombear. Así el tiempo de bombeabilidad, exportado por el laboratorio será el transcurrido desde que se introduce la mezcla en el consistómetro hasta que el aparato marca los 100 Bc. La presión y la temperatura aplicadas, son aquellas que indica la norma API RT 10B que especifica la forma en que se debe desarrollar la prueba y que corresponderán a las condiciones aproximadas que se necesitarán en el campo cuando se cemente a una determinada profundidad. Los programas están especificados separadamente para cementaciones primarias, liners, cementaciones a presión y colocación de tapones de cemento con TP franca y con TF.

Agua para la preparación de la lechada

Agua Máxima: Es la cantidad de agua para la mezcla de cualquier composición de cemento que dará un volumen de fraguado igual al volumen de la lechada con más de 1 ½ % de agua libre separada. El agua máxima es la cantidad

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usada para la mayoría de las cementaciones por que el máximo rendimiento es necesario para cada saco.

Agua Normal: Es la cantidad de agua mezclada que alcanzara una consistencia de 11 BC (Unidades de consistencia).

El contenido de agua normal de una lechada de cemento, es lo que cede una lechada que tiene 11 unidades de consistencia, luego de haber sido agitada durante 20 minutos, a 80° F de temperatura en un consistómetro a presión atmosférica. Para determinar el contenido normal de agua de una lechada, a veces hay que hacer muchas pruebas con diferentes porcentajes de agua.

Agua mínima: Es la cantidad de agua mezclada que dará una consistencia de 30 BC, esto nos dará una lechada bastante espesa que puede ser usada para controlar pérdidas de circulación

El mínimo contenido de agua de una lechada es aquel que hace lograr a la misma, una consistencia de 30 unidades luego de haber sido agitada durante 20 minutos en un consistómetro a presión atmosférica y 80º F de temperatura.

Por lo general, las pruebas de contenido de agua se hacen con cementos puros, ya que el agregado de aditivos puede hacer variar la consistencia de la lechada, sin cambiar el porcentaje de agua.

• Determinación de la pérdida de filtrado

Puede ser medida de dos maneras:

Filtrado de baja presión: Se aplican 100 psi y se va leyendo la cantidad de líquido que cae en el cilindro graduado a los 1/4, ½, 1, 2, y 5 minutos de iniciada la prueba, yluego a intervalos de 5 minutos cada uno. Si la muestra se deshidrata totalmente antes de media

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hora, se registra el tiempo que tardó en hacerlo. El filtrado se reporta en cc/30 minutos a 100 psi.

Filtrado de alta presión: La presión aplicada ahora será de 1000 Psi y las lecturas se efectuarán de la misma manera. Si la muestra se deshidrata antes de los 3 minutos se extrapola para reportar cc/30 minutos. Así durante el ensayo para la determinación del filtrado se asume que hay más lechada presente que lo que realmente tenemos en el recipiente que por otro lado es lo que sucede en el pozo.

El filtro prensa de alta presión, incorpora también un baño a una temperatura controlable a fin de simular las condiciones reales; la temperatura a la cual se hizo la prueba, deberá estar registrada en el reporte. Es debido a ésta ventaja que el filtro de alta presión se utiliza más que el de baja, y los resultados obtenidos son expresados como cc de filtrado cada 30 minutos a 1000 psi.

• Reología

Por medio de esta prueba se describe el comportamiento de la lechada en movimiento a través de la tubería y otros ductos. Para describir las propiedades reologicas de las lechadas de cemento se utilizan el modelo de plástico de Bingham o el modelo de la ley de las Potencia

El viscosímetro de Fann, es un aparato de tipo rotacional, movido por un motor sincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener velocidades rotacionales de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM.

Un cilindro exterior o rotor, gira a una velocidad constante para cada ajuste de RPM, que es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y ésta, a su vez, produce un cierto torque en un cilindro interior a bob sobre el que actúa un resorte. La torsión que adquiere el resorte puede relacionársela con la viscosidad de la lechada y medirla de esta manera. Las lecturas obtenidas se emplean para la

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determinación de las propiedades reologicas (N’ y K’) que son de fundamental importancia para el cálculo de caudales críticos y determinación del régimen de desplazamiento. (Turbulento, Laminar o Tapón) de las cementaciones.

N’= Índice de comportamiento

K’= Índice de consistencia.

• Determinación de la densidad:

Se utiliza para ello un equipo llamado balanza de lodos. En el laboratorio se pondrá especial cuidado en eliminar todo el aire contenido en la muestra de cemento.

En esta prueba, la densidad de la lechada es medida luego de ser removido todo el aire presente en ella mediante una balanza presurizada.

Dependiendo de los aditivos usados para preparar la lechada, esta podría contener una gran cantidad de aire interno cuando es mezclada. Si este aire no es removido, la balanza con la que se mide la densidad puede arrojar datos erróneos.

Procedimiento para realizar una lechada de cemento

Se pesa la cantidad de agua, cemento y aditivos en una balanza electrónica

Se mezcla el agua, cemento y aditivo en una mezcladora API.

La mezcla se realiza de la siguiente manera: o Por 15 segundos a 4000 rpm se mezclan los

aditivos. o Y luego por 35 segundos a 12000 rpm toda la

lechada Se mide la densidad de la lechada en una balanza

presurizada

Después de mezclar la lechada en la mezcladora API se pasa al consistómetro atmosférico para simular las

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condiciones de mezclado que soportará la lechada antes de ser bombeada al pozo.

Se mide la reología de la mezcla en el viscosímetro FANN donde se le determina el punto cedente y la viscosidad plástica de la lechada. Estas características nos permiten conocer qué tipo de flujo nos va a permitir esa lechada (flujo turbulento o flujo tapón). Por medio del computador, nos dice si va a entrar en flujo turbulento con tantos barriles/min.

Se mide el agua libre en un equipo para análisis de agua libre que nos permite evaluar la cantidad de agua libre que puede migrar a través de la lechada.

Se mide la cantidad de perdida de filtrado de la lechada en el filtro prensa bajo condiciones dinámicas de presión y temperatura.

Se toma una muestra de la lechada y se coloca dentro del consistómetro presurizado, que es un equipo el cual nos permite simular las condiciones del fondo del pozo (presión y temperatura) y determinar el tiempo de espesamiento de la lechada.

Se mide la resistencia a la compresión de la lechada: o Cámara de curado: Equipo de alta presión y alta

temperatura donde se elaboran bloques de muestra de las diversas lechadas de cemento diseñadas, los cuales serán sometidos a diversos esfuerzos.

o Analizador ultrasónico de cemento (UCA): Equipo diseñado para evaluar la resistencia a la compresión pero a partir del método sónico. Puede utilizarse para probar la resistencia de una lechada durante un tiempo prolongado.

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4.3 OPERACIONES DE CEMENTACIÓN DE POZOS

La cementación es un proceso de mezcla y desplazamiento de una lechada (cement slurry) (cemento seco mezclado con agua y aditivos) dentro del espacio anular entre el revestimiento y el hueco abierto.

Al unir el revestimiento a la formación, la cementación sirve a varios propósitos muy importantes:

• Protege la formación productiva.• Ayuda a controlar reventones provenientes de zonas

sobre-presionadas.• Sella zonas problemáticas o de pérdida de circulación

antes de continuar la perforación.• Ayuda a soportar el revestimiento.• Previene la corrosión del revestimiento.

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 también a remover torta de lodo que haya quedado y saca el lodo antes que llegue el cemento, reduciendo la contaminación.

Al prepararse para la cementación, se instala la cabeza de cementación en la junta superior del revestimiento. Se conecta una línea de descarga desde la bomba de cemento hasta la cabeza de cementación. Se dispone en la cabeza de cementación un tapón limpiador de fondo (bottom wiper plug) y el tapón limpiador superior (top wiper plug).

A medida que la lechada descargada por la bomba va llegando a la cabeza de cementación, el tapón 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 tapón superior de la cabeza de cementación.

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Los tapones y el cemento son bombeados al fondo del revestimiento usando las bombas de lodo del taladro. El tapón de fondo sienta sobre el collar flotador. El lodo continúa siendo bombeado con el fin de desplazar el cemento, el cual pasa por la válvula 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 operación, para asegurarse que la lechada que es mucho más densa que el lodo no se esté perdiendo dentro de la formación (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 tapón superior se sienta sobre el tapón inferior que ha sido retenido en el collar flotador. En este punto, se incrementa la presión en la bomba dado que el lodo ya no puede pasar más allá del tapón superior.

La bomba es detenida inmediatamente y se descarga la presión alcanzada. Con la presión ya descargada del revestimiento, se cierra la válvula en le collar flotador para impedir que el cemento vuelva a introducirse dentro del revestimiento.

Es importante descargar la presión de revestimiento antes que el cemento se endurezca, pues esta presión podría hacer inflarse al revestimiento. Si se permite que el cemento se endurezca, el revestimiento se despegará del cemento endurecido perdiendo contacto con él.

El cemento debe desplazarse rápidamente para crear turbulencia en el anular para remover el máximo posible de torta de lodo. Sin embargo una presión excesiva en el revestimiento y en las conexiones en superficie pueden

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causar una ruptura, el flujo o presión excesivos en el anular pueden resultar en un rompimiento de la formación y en pérdida de circulación, y flujo excesivo puede originar derramamiento de lodo.

Normalmente las cañerías conductoras, guía 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 también se deben proteger las capas de agua potable, evitando su contaminación. Las cañerías intermedias en cambio, solo se cementan en su parte inferior y en los tramos en los cuales se deban aislar zonas problema. La cañería final se cementa en toda la longitud necesaria para dejar aisladas las formaciones de interés productivo y aquellas que puedan interferir con la futura producción de los hidrocarburos.

Para colocar el cemento en el espacio anular entre casing y pozo, es necesario bombearlo hasta su lugar de colocación, 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 características requeridas para cada caso. A estos productos los denominamos genéricamente aditivos.

Cementación en etapas

Sabemos que la cementación realizada para asegurar la cañería y aislar las diferentes capas del subsuelo, se efectúa circulando una lechada de cemento hasta colocarla en el espacio anular desde el zapato hasta la altura deseada, es decir cubriendo la longitud que es necesario aislar.

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En algunos casos, debido a la ubicación de las formaciones que se desea aislar, si se pretendiera aislar todo el conjunto con un solo tramo de anillo de cemento, su gran longitud podría acarrear algunos problemas que es necesario evitar.

El principal inconveniente es que, salvo que la inyección con la cual se está operando tenga un peso específico similar al de la lechada de cemento, una columna de lechada más pesada que el lodo originará en el espacio anular una sobrepresión considerable.

Es necesario por lo tanto en muchos casos limitar la altura de los anillos de cemento, pero como al mismo tiempo se necesita aislar capas distantes, se debe recurrir a una forma especial de cementación primaria que se denomina CEMENTACION EN ETAPAS.

Con esta técnica es posible efectuar dos o hasta tres tramos de anillos de cemento en el espacio anular, independientes entre sí.

Para llevar a cabo una operación de este tipo es necesario utilizar un conjunto de accesorios especiales de la cañería de los cuales el zapato y el asiento del tapón son sólo ligeramente diferentes a los usados para una sola etapa, pero se incorpora un nuevo elemento llamado “dispositivo de cementación en etapas”.

El o los dispositivos de cementación en etapas se colocan intercalados en la cañería y en correspondencia con el nivel inferior del anillo de cemento que se desea realizar. Básicamente este dispositivo consiste en un sistema de camisas deslizables cuyo desplazamiento permite abrir o cerrar la comunicación entre el interior de la cañería y el espacio anular.

Preparación para una cementacion

Cementacion primaria:

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1.- Verificar que haya en presas el suficiente lodo para desplazar la lechada.

2.- Verificar el suministro de agua que sea lo suficiente para preparar la lechada.

3.- Si se trata de una cementación donde se va a manejar grandes volúmenes de lechada, debe contar con los dos laboratorios, rendimientos de lodo y dos necesarios para prepararla y tiempos bombéables.

4.- Si se instala un tanque estacionario para bombear agua, verificar su llevado con anticipación y verificar que no tenga fugas.

5.- Verificar que las líneas para suministro de lodo para desplazar la lechada no estén tapadas por asentamientos de material químico (barita).

6.- Verificar la existencia de otros fluidos en caso de que se requiera.

7.- Verificar que la unión de enlace entra la cabeza de cementar sea de la misma medida de la TR que la rosca se compatible y en buen estado.

8.- Revisar que las bombas del lodo del equipo estén en óptimas condiciones de operación.

9.- Contar con tablas de información técnica de las bombas a utilizar (duplex o triplex).

10.- Revisado de manómetros, localizador de peso y consola de control.

11.- Revisión del sistema de comunicación y voceo del equipo.

12.- Asegurar buena iluminación en áreas de presas principalmente la del retorno de fluidos en temblorina.

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13.- Tener la bitácora en orden donde se haya registrado las medidas, grados y pesos de las tuberías de revestimiento al introducir.

14.- Verificar que estas tuberías estén bien estibadas y ordenadas en las rampas, de acuerdo a sus libradores de pesos y medidas para su introducción en el pozo.

15.- Verificar que la nomenclatura de las franjas pintadas en la TR coincidan con el orden de la introducción de las mismas, medir en forma selectiva la tubería que esta colocada en la parte superior de la rampa (del extremo de cople al primer hilo del piñón cortejando los datos asentados en la bitácora.

16.- verificar que las roscas de las cuerdas de los piñones y cajas de la TR estén previamente engrasados con sus protectores de vinil (no metálicos) colocados en forma correcta.

17.- contar con una presa para recibir fluidos excedentes de la lechada y evitar la contaminación del lodo en presas.

18.- contar con el servicio de transporte de los desechos de estos fluidos para desechar en locaciones autorizadas.

19.- contar con los accesorios requeridos para estar pesando la densidad de la lechada, en buen estado.

20.- evitar el deterioro de fluidos de desecho que contengan sustancias radioactivas o dañinas para la salud.

Procedimiento para le cementacion de una TR y de un Liner

La preparación y los procedimientos para cementar una TR (intermedia) y una TR corta (liner) son:

1. Tener la profundidad programada.

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2. Solicitar cemento y la unidad cementadora, con 4 horas de anticipación.

3. Hacer preparativos para meter TR.

4. Acondicionar lodo para meter TR sin problemas.

5. Efectuar viaje corto a la zapata y circular 1 ciclo completo.

6. Solicitar material para TR (según diámetro)

7. Preparar andamio (medio changuero).

8. Confirmar unidad y cemento a la hora indicada.

9. Cerciorarse que haya suficiente agua para la operación.

10. Desconectar manguera del stand pipe.

11. Meter TR.

12. Instalar unidad cementadora en cuanto llegue.

13. Hacer las circulaciones y el movimiento verticales, según programa.

14. Revisar la cabeza de cementación.

15. Preparar los dispersantes ha usar.

16. Terminada la última circulada, soltar el tapón diafragma.

17. Bombear:

a).- Dispersantes.

b).- Colchón de agua (según programa).

c).- Lechada, verificando su densidad.

18. Soltar tapón ciego y desplazar con lodo, usando la bomba del equipo o la unidad de alta.

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19. Llegando el tapón al cople, suspender la operación.

20. Descargar presión a cero.

21. Cerrar la válvula de la cabeza de cementación.

Otras Aplicaciones

Hay operaciones de cementación secundaria que se realizan como parte de servicio al pozo y en workover.

Durante la cementación, el cemento puede que no suba uniformemente entre el revestimiento y la pared del pozo, dejando espacios vacíos de cemento. A esto se le llama ‘canalización del cemento’ (cement channelling). Las canalizaciones de cemento pueden ser remediadas con una operación llamada cement squeeze. Consiste en bombear a alta presión cemento perforando el revestimiento para re-cementar las áreas canalizadas o para bloquear una formación no cementada. Se puede realizar para aislar una formación productora, sellar escapes de agua o reparar escapes en el revestimiento.

La cementación secundaria también se puede realizar para tapar en un pozo una zona productora para probar otra, para taponar un pozo seco (y abandonar el pozo), para taponar un pozo con el fin de hacer una desviación.

Problemas mas frecuentes y como prevenirlos:

1. Falta de agua: De antemano deberá de almacenarse agua suficiente para la operación.

2. Falla de la unidad cementadora: probar la misma antes de iniciar la operación, y si falla, no iniciar a cementar hasta que llegue otra en condiciones.

3. Pérdida parcial y pérdida total de circulación: Si es pérdida parcial, es recomendable bajar el gasto de bombeo

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para reducir la presión; ahora, si la pérdida es total, hay que continuar con la operación.

4. Fuga en la cabeza de cementación: reemplazarla por otra de inmediato.

5. Falla en la unidad almacenadora de cemento (trompo) tratar de corregir la falla y tener otra línea alterna de aire del equipo.

6. Al desplazar la lechada, que el exceso de cemento caiga en la presa de asentamiento, dejar en la descarga de la línea de flote, a un elemento de la cuadrilla para estar pendiente, y cuando salga el cemento, que se descargue en el contenedor de recortes.

7. Al desplazar la lechada, fallen las bombas del equipo: terminar de desplazar con la unidad de alta.

8. Fuga en las uniones del stand pipe: cambiar los empaques de las uniones.

9. Descontrol del pozo: efectuar procedimiento de cierre de preventores.

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CONCLUSIÓN

La cementación es un proceso petrolero que tiene por objeto endurecer las paredes del pozo para conservar las mejores cualidades de la formación, contando con técnicas y practicas operaciones que provienen de una planificación para un plan de trabajo supervisado por especialistas con el fin de orientar al desarrollo y aplicación para explotar , transportar , procesar , y tratar los hidrocarburos .

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.

Los propósitos principales de la cementación son Proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo, aislar zonas de diferentes fluidos, aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las mismas por el fluido de perforación o por los fluidos del pozo, evitar o resolver problemas de pérdida de circulación y pega de tuberías, Reparar pozos por problemas de canalización de fluidos y Reparar fugas en el revestidor entre otras, e allí la gran importancia de la cementación.

Este trabajo muestra una de los factores importantes en la ingeniería petrolera, es de vital importancia conocer y saber aplicar los métodos necesarios en la cementación y en el diseño de estas mismas.

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