19 nueva tecnología de cementación
69
Schlumberger Private Nueva Tecnología de Cementación Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo
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Nueva Tecnologíade
Cementación
Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo
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2 IPM
Nueva Tecnología
• CemCRETE
• CemSTONE
• CemNET
• CemSTREAK
• SFM (Control de Fracción de Sólidos)
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3 IPM
Lechadas Convencionales
Las partículas de cemento deben ser rodeadas por aguapara fluir como lechada
Suficiente agua debe primero añadirse para llenar los espacios vacíos entre los granos de cemento
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4 IPM
Con más agua se tienen:
• Menores densidades• Menores viscosidades
Pero también se tienen:
• Mayores tiempos de fraguado• Menor resistencia a la
compresión• Mayor permeabilidad
• Buenas propiedades de lechadas Buenas propiedades mecánicas
Lechadas Convencionales (Cont.)
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5 IPM
• Creado por el incremento de Fracción de Empaquetamiento por Volumen en la mezcla en seco
• La Fracción de Empaquetamiento (PVF) depende de la forma y tamaño de las partículas
CemCRETE (Cont.)
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6 IPM
Que hace que el PVF sea una innovación?
• El PVF usa principios de física en lugar de química• Desconecta el contenido de agua de la reología• La lechada y propiedades de fraguado del cemento
son resultantes de la mezcla en seco, no del contenido de agua
CemCRETE (Cont.)
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7 IPM
• Sistemas con tres clases de sólidos con distribución de partículas PSD
• Puede hacerse con uno a más componentes de diferentes tamaños
CemCRETE (Cont.)
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8 IPM
Menos agua = propiedades mecánicas mejoradas
CemCRETE
Lechada convencionalBajo peso
Cemento Portland
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de mezcla requerida (gal/sk)
40% porosidad @ 1.08 – 3.00 gr/cc
59% porosidad @ 1.90 gr/cc
77% porosidad @ 1.50 gr/cc
CemCRETE (Cont.)
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9 IPM
Permeabilidad (mD)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Bajo Peso Convencional
Propiedades de Cemento Convencional
vs. Tecnología CemCRETE
24 hr Esfuerzo Compresivo (psi)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Bajo Peso Convencionales
Fracción Sólida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
Bajo Peso Convencional
Pérdida de Filtrado (mL)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Bajo Peso Convencional
Solubilidad en Acido (peso %)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Bajo Peso Convencional
CemCRETECementos Convencionales
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10 IPM
Tecnología CemCRETE
• Cementos de producción más ligeros.
• Cementos de Alta-Densidad con mayor versatilidad.
• Cementos en Aguas Frías que fraguan más rápido.
• Cementos en trabajos remediales que se inyectan mejor.
A cualquier densidad de lechada
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11 IPM
LiteCRETELas lechadas LiteCRETE pueden cambiar el concepto que tenemos del cemento
• Lechadas con densidades menores a la del agua• Desarrollo más rápido de esfuerzo compresivo• Permeabilidad más bajas que los sistemas convencionales • Esfuerzo Compresivo para tapones de cemento de baja densidad• Cementos resistente al gas a cualquier densidad
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12 IPM
DensCRETEDensCRETE favorece el control del pozo durante
la cementación
• Simplifica el diseño de la lechada• Mejora reologías a altas densidades• Altas presiones de poro
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13 IPM
DeepCRETELas Lechadas DeepCRETE, para zonas de aguas
profundas permitiendo continuar con la perforación rápidamente
Dispersante no retardante
Acelerador Líquido de Baja Temperatura
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14 IPM
SqueezeCRETESqueezeCRETERepara problemas que los cementos convencionales no
– Fugas en Revestidores – Bocas de Liner– Canales por detrás del revestidor– Empaques de Grava– Zonas de Agua
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15 IPM
Trabajos de Cemento convencional no son duraderos
• Cambios en la temperatura en revestidores superiores
• Cambios en Peso de Lodo
• Actividad Tectónica
• Cambios en la formación
• Cambios en la construcción / daños en la completación
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16 IPM
Rango de Operación– Rango de Densidad: 1.43 – 2.25 gr/cc– Temperatura: 50 – 350 Fahrenheit– Expansión: Mayor al 3%
FlexSTONE
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17 IPM
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Cemento Salado
Espumado
Yeso
FlexSTONE
Expansión (%)
Compresible
FlexSTONE (Cont.)
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18 IPM
Rango de Operación– Rango de Densidad: 1.08 – 3.0 gr/cc– Temperatura: 50 – 450 F– Fuerza Flexional : 3X cemento convencional
DuraSTONE
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19 IPM
0.6 m
m = 8.5 kg
Sample : 5x5x5 cm
Blow of 50 N.m82 impactos 96 impactos
DuraSTONE
DuraSTONE (Cont.)
6 impactos con Clase G
Cemento Convencional
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20 IPM
DuraSTONE (Cont.)
• Fresado de Ventanas• Perforación Multilateral • Perforación Bicéntrica• Perforación de Alta Densidad
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21 IPM
Cemento Convencional
DuraSTONEDuraSTONE
DuraSTONE (Cont.)
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22 IPM Cemento Convencional DuraSTONE
DuraSTONE (Cont)
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23 IPM
CemNET• Características
– Fibras mezcladas con cemento para sellar la pérdida de circulación
– Ingeniería para un tamaño óptimo– Inertes
• Sin efecto en el tiempo bombeable • Sin efecto en el desarrollo del esfuerzo compresivo• Compatible con todos los aditivos de cementación• Extremadamente efectiva con sistemas CemCRETE • Mejora el efecto de taponamiento debido al PSD• Bajas Reologías
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24 IPM
CemNET (Continuación)• Aplicaciones
– Usado en fracturas, fisuras, cavernas, y zonas permeables– Limitante de temperatura a 450 0F– Usado para tapones de cemento y operaciones de cementación
primaria– No aplicable para ser usada en aplicaciones de lodos
• Beneficios – Fácil de Manipular– Sin asentamiento de Cemento– Cura pérdidas durante cementaciones primarias
• Siempre es preferible curar las pérdidas previo a la cementación– Reduce costos de desecho asociados por la reducción de retornos de
cemento
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25 IPM
• Las fibras en seco están unidas
–Fáciles de manipular y añadir al cemento
• Sin formación de grumos durante la mezcla
• Fibras bien dispersas una vez agitadas
– Alta eficiencia de taponamiento
• Red fibrosa a través de las zonas de pérdida
CemNET (Continuación)
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26 IPM
Pérdida
Pérdida
Pérdida
Cir
cula
ción
Red Fibrosa a través de las zonas de pérdida
CemNET (Continuación)
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27 IPM
• Bajo peso• Poco mantenimiento• Diseño compacto• Tracción en 4 ruedas• Fácil Operación• Tiempo Operativo
Reducido• Menores riesgos
asociados a la operación
CemSTREAK
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28 IPM
• 1 BombaTriplex • 2 Centrífugas• 2 Tanques de
Desplazamiento• 300 hp Motor Caterpillar
(170 hhp)• 125 pies de manguera de
tratamiento• 3000 psi max presión de
trabajo
CemSTREAK (Continuación)
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29 IPM
CEMENTO
Mezcla de Cemento
SG - 1.0+
SG - 3.2
Slurry weight - 1.9
=
Que sucede si el peso es de 1.0?
SG - 1.0
CEMENT
SG - 1.0CEMENTO
SG - 1.0
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30 IPM
Qué es Fracción de Sólidos (SF)?
Fracción de Sólidos + PorosidadFracción de Sólidos + Porosidad = 1= 1
•• La Fracción de Sólidos es el porcentaje de La Fracción de Sólidos es el porcentaje de material a granel en la lechadamaterial a granel en la lechadaSF(%) = Volumen de Sólidos / Volumen de SF(%) = Volumen de Sólidos / Volumen de LechadaLechada
•• Porosidad es el porcentaje de Agua en la Porosidad es el porcentaje de Agua en la lechadalechadaPorosidad (%) = Volumen de Agua / Porosidad (%) = Volumen de Agua / Volumen de Lechada Volumen de Lechada
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31 IPM
Fracción de Sólidos vs. Variación en Densidad
30ppg
8.34ppg
20.9ppg-58%
4.2%
Mezcla en seco
Objetivo
7.1%
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32 IPM
Fracción de Sólidos vs. Variación en Densidad
26ppg
8.34ppg
15.8ppg-42%
4.5%
9.5%
Mezcla en Seco
Objetivo
Schlum
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33 IPM
Fracción de Sólidos vs. Variación de Densidad
11ppg
8.34ppg
9.7ppg-50%
1%
8%
Mezcla en Seco
Objetivo
Schlum
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34 IPM
Fracción de Sólidos vs. Variación de densidad
8.45ppg
8.34ppg
8.4ppg-54%
0.1%
7.5%
Mezcla en Seco
Objetivo
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35 IPM
Fracción de Sólidos vs. Variación de Densidad
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36 IPM
Desempeño del “Solids Fraction Monitor” SFM
Surge in Density due to Blend Density Variation Job #19
February 14th, 2001 - Rig NDC-02 - Well BU564
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10:35:02 10:49:26 11:03:50 11:18:14 11:32:38 11:47:02 12:01:26
Time
So
lid F
ract
ion
(%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Slu
rry
Rat
e (b
pm
),
Slu
rry
Den
sity
(p
pg
)
Solid Fraction Slurry Density Slurry Rate
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37 IPM
Efecto de variación de densidad en mezcla en seco
80
90
100
Solid Fraction Control Density Control
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50 11:18:14Time
Sol
id F
ract
ion
(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50
80
90
100
Solid Fraction Control Density Control
80
90
100
80
90
100
Solid Fraction Control Density Control
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50 11:18:14Time
Sol
id F
ract
ion
(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50 11:18:14Time
Sol
id F
ract
ion
(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
10:35:02 10:49:26 11:03:50
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38 IPM
Nueva Tecnología - Resumen
• CemCRETE– LiteCRETE, DenseCRETE
• CemSTONE– FlexSTONE, DuraSTONE
• CemNET– Fibras para mezcla con cemento para sellas pérdidas de circulación
• CemSTREAK– Rápido, Limpio, Más Eficiente
• Control de Fracción de Sólidos SFM– Calidad de medición de la lechada
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39 IPM
Receso
15 Minutos
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Programa Computarizado de Cementación
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41 IPM
Programa Computarizado
• CemCADE
• WELLCLEAN II
• SoniCalc
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42 IPM
CemCADE
Cementing Computer Aided Design & Evaluation Programa computarizado de diseño para cementación
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43 IPM
CemCADE (Cont.)
• Gráficas Interactivas• Reportes• Intercambio de Datos• Base de Datos • Contro de Casos• Ayuda Extensa
• Visualizar Problemas• Impresión de Reportes• Duplicacidad Reducida• Sets de datos múltiples • Diferentes escenarios• Optimización
• Reducción del Tiempo para diseñar y Optimizar Trabajos de Cementación
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44 IPM
CemCADE - Entradas
Tipo de Pozo
FormaciónTubería
Calibre
Temp.
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45 IPM
CemCADE - Salidas
Colocación
Rangos de Seguridad
BHCT
Presión en CabezaEfecto U
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46 IPM
• Una herramienta numérica que ayuda al ingeniero a diseñar mejor un trabajo de cementación
• Predice la calidad del cemento por el cálculo de :• Posición de los fluidos durante y al final de su colocación• Canalización de Fluidos / Contaminación• Riesgo de lodo en la formación y el revestidor• Utiliza el modelo Herschel Bunkley
Es nuestro “Ojo en el fondo”Es nuestro “Ojo en el fondo”Es nuestro “Ojo en el fondo”
WELLCLEAN II
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47 IPM
Base Agua Base Aceite
Desplazando fluido
TR
Formación
“Zona Humidificante”La película de aceite es
removida
“Zona Humidificante”La película de aceite es
removida
Película Humidificante
Capa laminar en las paredes
Zona de Mezcla
“Zona de Erosión Tangencial”La capa laminar “erosionada”
Sin restos de “lodo en las paredes”
“Zona de Erosión Tangencial”La capa laminar “erosionada”
Sin restos de “lodo en las paredes”
“Zona de Mezcla”La “mezcla” es eficiente
Ej. El lodo es adelgazado en el mezclado (Emulsión Inversa)
“Zona de Mezcla”La “mezcla” es eficiente
Ej. El lodo es adelgazado en el mezclado (Emulsión Inversa)
WELLCLEAN II (Cont.)
Fluido Desplazado
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48 IPM
• Pozos verticales, inclinados y horizontales
• Flujo Laminar y turbulento • Modelo de 3 parámetros
Herschel-Bunkley – Mejor descripción a
bajas velocidades de corte
WELLCLEAN II (Cont.)
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49 IPM
Casos en el Campo• Nueva Orleáns
VADN data fue usada
Antes del Sim Despúes del S imNu m e r o d e P o z o s 5 3P o z o s C e m R e m e d i a l 3 0C o sto R e m edial ($K) 600 0
Antes del Sim Despúes del S imNu m e r o d e P o z o s 5 3P o z o s C e m R e m e d i a l 3 0C o sto R e m edial ($K) 600 0
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50 IPM
Resultados del simulador WELLCLEAN II
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51 IPM
Casos en el Campo
Antes de usar WELLCLEAN II:
Liner de 5 ½” a 52 grados de desviación
Después de usar WELLCLEAN II: (LiteCRETE HP)
Liner de 7” a 90 grados de desviación
• Noruega
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52 IPM
SoniCalc
• Calculadora de Registro Sónico– Soporta el uso para el proceso QA/QC
• “Wireline” (QA)• “Wireline” y Cementación (QC y Evaluación)
• Intersegmento– Cementación / Wireline
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53 IPM
SoniCalc (Cont.)
• CBL & USIT– y CBT
• Aseguramiento de Calidad– Ingeniero de Wireline – Calibración del registro antes del trabajo
• Control de Calidad del Registro y Evaluación– Revisar Configuración– Respuesta Esperada para Z, amplitud, atenuación
• Nivel-0 modelo, mejor caso
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54 IPM
SoniCalc (Cont.)• Entrada
– Pozo• Direccionamiento, temperatura,
revestidor
– Fluido de Registro• p, T ð Fluido de registro &
transductores
– Lechadas– Datos dados
• T superficial, pozo vertical, agua, cemento clase “G”
– Datos Importados• CemCADE
• Salida– Escenarios
• Solo información necesaria!• CBL/USIT QA/QC (y
evaluación)
– Archivo del Registro Eléctrico
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55 IPM
SoniCalc – Definición de Pozo
Schlum
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56 IPM
SoniCalc – Definición de Fluido de Registro
Schlum
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57 IPM
SoniCalc – Definición de Lechada
Schlum
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58 IPM
SoniCalc - Resultados
Schlum
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59 IPM
Programa Computarizado – Resumen• CemCADE
– Cementing Computer Aided Design y Evaluation Software– Reducción de Tiempo para Diseñar y Optimizar Trabajos de Cementación
• WELCLEAN II– Una completa solución ingenieril para la remoción del lodo – Una herramienta numérica que ayuda al ingeniero a diseñar mejor un trabajo
de cementación
• SoniCalc– Calculadora de registro sónico– Facilita al usuario el proceso de QA/QC– Interfase entre “Wireline” y Cementación
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Discusión
Schlum
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61 IPM
Que puede salir mal?
Schlum
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62 IPM
Que puede salir mal con los trabajos de cementación?
Schlum
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63 IPM
Que puede salir mal?
En orden de importancia:
1. La lechada de cementación es sobredesplazada (mas del volumen total de la tubería de revestimiento).
2. La densidad de la lechada mezclada, no es la especificada por elprograma.
3. El tapón de cemento superior es accidentalmente soltado, antes de bombear la lechada.
4. Equipo de cementación que falla durante un trabajo.• Bomba de cemento• Sistema a granel (entrega de cemento seco)• Equipo de grabación
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64 IPM
Que puede salir mal?> La lechada de cementación es sobredesplazada (mas del volumen total
de la tubería de revestimiento).
Es absolutamente esencial que las juntas mas bajas de la tuberíade revestimiento y la zapata estén completamente cementadas.
Un trabajo pobre en la zapata puede resultar en la caída de las juntas mas bajas por girado, durante la perforación y comunicación de los fluido del pozo arriba del espacio anular.Si el tapón de cemento superior no “golpea”, no sobredesplace hasta mas de la mitad del volumen de la senda de la zapata. Si los cálculos están siendo cuestionados y la altura del cemento es desconocida, estepreparado para circular todo el trabajo hacia fuera (rápidamente) y volver a cementar la TR. No dude al tomar decisiones, de otra forma el cemento se pondrá demasiado viscoso para ser circulado hacia fuera. Siempre comience la circulación lentamente, hasta que la lechada haya pasado la zapata y observe la presión con cuidado en busca de asentamiento del cemento o un golpe de tapón tardío.
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65 IPM
Que puede salir mal?> La densidad de la lechada mezclada, no es la especificada por el programa.
Los trabajos de cementación son críticos para la vida del pozo. La eficiencia del cementador debe ser asegurada antes de los trabajos de cementación.
Cuando debido a la eficiencia del cementador y no a la falla del equipo, no se puede entregar el producto requerido, se deberán tomar acciones para remediar la situación.
En caso de que el cementador no parezca competente o confiado (un WSS y un Ingeniero de Pozos no deberán asumir la eficiencia de un Contratista de Servicios), entonces el trabajo, en caso de que no se haya iniciado aun, deberá ser discutido con el Gerente de Proyecto, basado en el posible cambio del cementador. En caso de que el trabajo haya comenzado con una lechada pobre, los siguiente deberá ser considerado:
- Hay algún cementador competente cerca?- Esta la ventana de 0.2ppg, en cualquiera de los lados del diseño de
peso, siendo adherida?
- Es la lechada de una calidad tan pobre que el sello hidráulico se vera comprometido?
Schlum
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66 IPM
Que puede salir mal?> El tapón de cemento superior es accidentalmente soltado, antes de
bombear la lechada.
El trabajo de cementación esta condenado a fallar, dejando todo o parte del cemento dentro de la tubería de revestimiento, que tendrá que ser perforado hacia afuera antes de volver a cementar la TR.
SI ES QUE PUEDE!
Prepárese para una larga y costosa operación remedialDe modo que – No permita que pase.
Si el tapón de cemento superior se disloca debido a fallas de equipo (Cabezal de Cemento), dependiendo de cuando cae, el cemento interno tendrá que ser perforado hacia afuera y si algún cemento se ha ido al espacio anular, entonces podría requerir perforaciones y una forzada detrás de la TR.Haga todo lo posible para presenciar la operación de soltado del tapón, de forma que todo sea realizado en la secuencia correcta. No asuma que el cementador puede hacerlo correctamente.
Schlum
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67 IPM
Que puede salir mal?> Equipo de cementación que falla durante un trabajo.
• Bomba de cemento• Sistema a granel (entrega de cemento seco)• Equipo de grabación
Todo equipo de cementación deberá pasar una prueba de funcionamiento antes de un trabajo de cementación y revisiones regulares.
No permita que un trabajo prosiga, sabiendo que el equipo podría fallar.
Si el equipo de cementación falla antes del trabajo, permita que el cementador repare todas las fallas, antes de continuar con la operación de cementación.Si una falla es experimentada durante el trabajo de cementación,rápidamente asegúrese si el problema puede ser rectificado en un lapso de tiempo de 15 minutos. Si la respuesta es no, entonces considere dejar que las bombas del equipo de perforación circulen el cemento hacia fuera del pozo, mientras que el cementador lava su equipo y repara la falla. Continúe circulando el pozo hasta que el trabajo de cementación pueda serrealizado.
Schlum
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68 IPM
Que puede salir mal?> El trabajo de cementación debe ser bombeado según fue
diseñado y planificado, incluyendo los pesos de la lechada de cementación, volúmenes y gastos de bombeo.
El bombeo y la colocación, fuera del criterio del diseño, resultara en un enlace pobre del cemento.
• Asegúrese de que el Programa de Cementación ha sido leído y discutido con todos los involucrados.• El diseño esta ahí por una razón, siga el diseño.• Revise con cuidado las expectativas de la operación de cementación con el cementador, para que no existan áreas “grises” cuando el trabajo este en progreso.
Schlum
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69 IPM
Que puede salir mal?> Un ultimo punto !!
Cuando todo va bien operacionalmente y entonces cuando mira los registros el enlace del cemento es menos que perfecto?????
• Evalúe cuidadosamente si las 10 ultimas juntas tienen un buen sello. Si es así, y no hay agua, gas, o hidrocarburos no deseados por encima de ellos – no haga nada! Continúe perforando después de avisar a todos.• Si se ve como que no hay sello hidráulico, entonces planifique perforar y forzar en puntos críticos en la TR. Como mínimo la zapata, un punto medio, y la ultima zapata.• Si se sospecha que el registro es erróneo, aplique un aproximado de 500 psi dentro de la TR y vuelva a correr el registro.
