Capítulo 4

BJ Services – EDC LARNeuquén, Argentina

Applied CementingTraducción Feb´04 – Rev. 1.0 Set´04

98

Capítulo 4

EQUIPO DE CEMENTACIONUnidades de mezcla/bombeo......................................................................... 98

Unidades móviles................................................................…………... 98Unidades montadas sobre skid.......................................................... 102

Equipo de registro/monitoreo........................................................................ 105Analizador de tratamiento de pozos (WTA), modelo 3600................ 105Minimonitor II, modelo 3305................................................................. 106Densímetro neumático DB-III................................................................ 107Densímetro electrónico DB-IV ............................................................. 107Densímetro nuclear de cemento.......................................................... 108

Equipo para ensayos de laboratorio …………………………………………… 109Analizador ultrasónico de cemento (UCA).......................................... 110Consistómetro a presión atmosférica................................................. 111Consistómetro presurizado.................................................................. 112Filtro Prensa........................................................................................... 112Permeabilímetro..................................................................................... 113Viscosímetro Fann…............................................................................. 113

Dispositivos de fondo de pozo para cañerías ….......................................... 115

Unidades de mezcla y bombeo

En el campo y en el laboratorio, BJ Services utiliza equipo de cementación devanguardia para prestar servicios de cementación de primera calidad. Desde las

unidades de mezclado y bombeo y de almacenaje y transporte (bulks) demateriales a granel hasta los equipos de monitoreo, registro y pruebas,

BJ Services privilegia el buen desempeño.

Unidades móviles

BJ posee varios tipos de unidades móviles:los PSM, el RAM, el Slurry Master y el sistema de mezlado tipo jet.



99

Mezclador recirculador promedio (RAM). El RAM terrestre es una unidad móvilindependiente (Figura 48) que se utiliza para efectuar mezclas continuas o en batches.La unidad consta de los siguientes componentes:� Una cónsola de comando, que alberga todos los controles en un lugar central y

permite al operador ingresar la densidad deseada antes de que se inicie lacementación.

� Un microprocesador, que monitorea constantemente la densidad de mezclado yajusta el flujo total para mantener la densidad deseada.

� Un caudalímetro magnético, ubicado entre la bomba de presión y el manifold desucción de la bomba Pacemaker de BJ, que mide con precisión el caudal de flujodurante la mezcla y desplazamiento de la lechada.

� Dos Densímetros DB-IV, uno de los cuales mide contínuamente la densidad de lalechada en la cubeta pequeña de recirculación y el otro que mide la densidad finalde la lechada. Ambos emplean una celda de peso electrónica para mayor precisióny confiabilidad.

� Un Mini monitor (3305), que muestra en tiempo real el desarrollo de un trabajo (seisparámetros: dos de presión, dos de flujo y dos de densidad) y registra la densidadfinal de la lechada, a fin de tener un registro permanente de la cementación.

Fig. 48 - RAM para uso en tierra de BJ Services



100

Mezcladores recirculadores. El mezclador de lechadas de precisión (PSM), unsistema de mezclado de cemento recirculador, permite preparar y controlar la densidadde lechadas consistentes para un amplio rango de densidades. Compacto y liviano, elPSM utiliza la energía de mezclado de la lechada que se recircula mientras seincorpora el cemento a granel al sistema y mezclar exhaustivamente la lechadaresultante. El PSM, ha sido diseñado tomando en cuenta al operador y al encargado demantenimiento y plantea pocos problemas de mantenimiento. El sistema posee muypocas partes móviles y se controla con una sola palanca. Las versiones móviles dePSM son las unidades de cementación tales como el Modelo 118 (compacto) que semuestra en la Fig. 49, el Modelo 148 (tractor-remolque) y el Modelo 138 (compacto).

Fig. 49 - Unidad de cementación móvil, modelo 118 PSM

El PSM ha sido diseñado para brindar un control preciso de la densidad (puedemezclar cualquier lechada bombeable con una diferencia de apenas ± 0,2 libras/galón),una densidad constante (el sistema mantiene una lechada homogénea durante todo eltrabajo), mezclado a altos caudales (superiores a los 10 BPM), mezclado condensidades pesadas (lechadas de hasta 22 lb/gal a 4 BPM), mezclado continuo acualquier caudal deseado para satisfacer los requerimientos normales de cementacióny mezclado en batches de cantidades sumamente pequeñas de lechada.

Mezcladora tipo “jet”. El mezclador jet que se muestra en la Figura 50, constade una tolva en forma de embudo, un recipiente de mezclado, una tubería de descarga(“cuello de ganso”), un cajón de mezcla y líneas de agua. Cuando la corriente de aguaen la línea del jet pasa a través del jet, entra al recipiente del mezclador y se produceun vacío que toma el cemento hacia afuera de la tolva, y al mismo tiempo la gravedadobliga al cemento a continuar ingresando en la tolva (Figura 51). Cuando el cementoseco entra en contacto con la corriente de agua en el recipiente del mezclador, setransforma en cemento líquido (lechada) y fluye a través de la tubería (“cuello deganso”) y hacia el cajón de mezcla.



101

Si la lechada necesita ser más liviana, se agregará más agua a través de la líneade derivación que se encuentra aguas abajo del recipiente de mezclado (Figura 50).

Fig. 50 – Mezclador tipo jet (cortesía del API; tomado de Prácticas de cementación depozos petroleros, pág.93.)

Fig. 51 - Cementación con el mezclador tipo jet (cortesía del SPE/AIME; tomado deCementación, pág. 61.)



102

Las lechadas de densidad “normal” (14,8 - 16,5 lb/gal) pueden mezclarse acaudales de hasta 8-9 BPM y las lechadas más livianas a un caudal de hasta 12 BPM.La lechada más pesada que normalmente se mezcla hoy en día con un mezclador tipojet es de 17 lb/gal aproximadamente y el caudal se reduce a 4-6 BPM o menos. Lavelocidad de mezcla de una lechada depende de la constitución de la mezcla, elmétodo utilizado, de la velocidad de descarga del agua de mezclado, del equipo decemento a granel (bulk) y de las condiciones del pozo tales como presiones y fluidosexistentes en el pozo. En la mayoría de los casos, con cualquier tipo de mezclador, elsistema de descarga del equipo de cemento a granel (el “bulk”) constituye el factorlimitante de la velocidad de mezclado.

Unidades montadas sobre skid

Al diseñar unidades montadas sobre skid para operaciones costa afuera ylocaciones remotas en tierra, BJ hace hincapié en los niveles tradicionales de altorendimiento que deben poseer los equipos livianos y altamente portátiles. Existen en elmercado una amplia gama de unidades de bombeo simples y dobles, equipadas conbombas Pacemaker, que ofrecen una gama de transmisiones y mandos.

PSM. El PSM se encuentra disponible en tres configuraciones montadas sobreslid: la unidad con motor diesel, montada sobre skid y con panel de control y módulo demezclado independientes; una unidad eléctrica montada sobre skid, con panel decontrol y módulo de mezclado independientes y un skid de bombeo a alta presión eintegral, con un módulo de mezclado independiente (Figura 52).

Fig. 52 - PSM con motor diesel, montado sobre skid con PSM integral y módulo demezclado independientes.



103

RAM. El RAM es una unidad doble automática de mezclado y bombeo decemento que está montada sobre un skid (Figura 53) y equipada con un minimonitor,Modelo 3305, que registra los parámetros del trabajo para fines de análisis en línea yposteriores al trabajo. Permite controlar la densidad y proporcionar lechadasconsistentes en un amplio rango de densidades con una precisión de hasta ±0,1libras/galón.

Fig. 53 – Mezclador recirculador montado sobre skid (RAM)

Simple, confiable y eficaz, el RAM contempla las opciones de mezclado continuoo en batches. La lechada de cemento se mezcla inicialmente en el módulo de mezcladoy luego pasa al tanque primario de 4 bbl para seguir mezclándose. Seguidamente, fluyepor un vertedero hasta el taque secundario de 21 bbl o taque de recircular promedio,que está equipado con un agitador de velocidad variable diseñado para reducir elarrastre de aire y mezclar y promediar la lechada para lograr un control exacto de ladensidad. Cuando la lechada abandona el tanque secundario, se mezcla y se hacerecircular continuamente hasta que se se comprueba que se ha logrado la densidaddeseada. Este proceso, representado en la Figura 54, elimina prácticamente laposibilidad de bombear al pozo una lechada de densidad incorrecta.



104

Fig. 54 – Mezclador recirculador montado sobre skid (RAM)

El cemento puede mezclarse en batches en el sistema RAM para obtener ladensidad deseada. Existen dos densímetros, uno neumático y otro nuclear, quegarantizan un control máximo de la densidad.

El densímetro neumático monitorea la densidad de la lechada en la cubetaprimaria y se utiliza para fines de control; el nuclear registra continuamente en ungráfico de tira de papel la densidad de la lechada a medida que se bombea al pozo,ubicado en el lado de alta presión de la unidad skid.

Tanque vertical de mezclado (VMT). El VMT (Figura 55) es un mezcladorhidráulico tipo helicoidal montado en un skid. Posee una capacidad nominal paralíquidos de 25 bbl (1050 gal).



105

Fig. 55 - Tanque vertical de mezclado (VMT)

EQUIPO DE MONITOREO Y REGISTRO

EL EQUIPO DE MONITOREO Y REGISTRO resulta indispensable en eldesempeño del trabajo. Es por ello que BJ emplea los instrumentos más avanzados delcampo para monitorear la marcha del trabajo. Entre ellos se encuentran el analizadorde tratamiento de pozos (WTA), Modelo 3600; el Minimonitor II Modelo 3305; eldensímetro neumático DB-III; el densímetro electrónico DB-IV y el densímetro nuclearde cemento.

Analizador de tratamiento de pozos, Modelo 3600

El WTA, modelo 3600, es un instrumento de avanzada (Figura 56) quemonitorea y analiza los datos para servicios de cementación y estimulación de pozosde petróleo. El modelo 3600, que pesa 35 libras, es fácilmente transportable. La unidadmide 14 x 18 x 23 pulgadas y, aunque es resistente a los golpes y a prueba desalpicaduras, no debe ser innecesariamente manipulada bruscamente ni expuesto alagua.

Los tres componentes principales del modelo 3600 son una pantalla sensible altacto, la combinación de impresora/plotter y el cassette de datos intercambiable deestado sólido. La pantalla sensible al tacto es brillante y fácil de leer y dicha sensibilidadhace que la WTA resulte muy fácil de operar. Por su parte, la impresora/plotter permiteregistrar en tiempo real los parámetros más importantes del trabajo (presión, caudales,densidades) que seleccione el operador. El panel posterior permite realizar todas lasconexiones de entrada y salida.



106

En usos especiales, las salidas pueden emplearse para controlar equipos demezclado tales como bombas para aditivos líquidos y transportadores de aditivossecos.

El modelo 3600 opera en tres modos básicos: cementación, acidificación yfracturamiento. Puede monitorear, almacenar y registrar hasta 6 entradas defrecuencia, seis analógicas y dos de densidad.

Generalmente, estos parámetros representan condiciones de superficie, talescomo presión, caudal, densidad, datos de los espumantes y temperatura. El modelo3600 no requiere prácticamente ningún mantenimiento, aunque, obviamente, debemantenerse limpio para funcionar correctamente.

Fig. 56 - Analizador de tratamiento de pozos (WTA) de BJ Services, Modelo 3600

La limpieza es particularmente crítica para los conectores de entrada y salida. Launidad completa es resistente a salpicaduras tanto en el panel posterior como en lapantalla sensible al tacto y la tapa de la impresora/plotter cuando están correctamenteinstaladas en su sitio.

Minimonitor II, modelo 3305

El minimonitor II, Modelo 3305, es un sistema portátil de registro de datos ymonitoreo que se utiliza en cementaciones, acidificaciones y pequeños trabajos defracturamiento. La unidad, que se muestra en la Figura 57, es resistente y adecuadapara ser usada en operaciones de campos petroleros y costa-afuera.

Es compatible con los equipos y accesorios de BJ existentes tales como laspantallas o display de altura y remotas, el grabador analógico de cuatro canales, laimpresora externa, el densímetro nuclear, los transductores de presión y los pick-upsmagnéticos.



107

Fig. 57 - Minimonitor II de BJ Services, modelo 3305

Densímetro neumático DB-III

El densímetro neumático DB-III consta de un tubo en U pivotado y sustentadopor una celda de peso y accionador neumático. El tubo en U está pivotado sobre dospivotes flexibles y acoplado a los niples de entrada de fluido a través de acoplamientosflexibles especiales. Monitorea continuamente la densidad de la lechada durante lasoperaciones de mezclado con el PSM. La entrada de la lechada al densímetro seconecta al múltiple de descarga de la bomba por medio de una rejilla y un orificio.Cuando la bomba se encuentra en funcionamiento, la lechada fluye a través del tubo enU del densímetro y se devuelve al tanque de mezclado.

Se envía entonces una señal neumática del densímetro al panel de controldonde se muestra la densidad de la lechada en un medidor en libras por galón. En unextremo del densímetro se encuentran un manómetro de presión de aire, unbloqueador del tubo en U y un drenaje de filtro de aire.

Densímetro electrónico DB-IV

El densímetro electrónico DB-IV (Figura 58) consta de un tubo en U pivotado quese sustenta en una celda de peso electrónica. El tubo en U se encuentra montadosobre dos pivotes y acoplado a los niples de entrada de fluido. Tanto el tubo en U comolos niples de entrada de fluido están fabricados de acero inoxidable tipo 316 y losacoplamientos son de neopreno. El equipo está colocado en una caja de aluminio, quea su vez se encuentra montada en una base aislada contra vibraciones.



108

El rango estándar de medición del densímetro es de 0 a 25 lb/gal (0,00 a 3,00gramos por centímetro cúbico).

La lectura de densidad se realiza por medio de un cable estándar que seconecta al módulo de la pantalla del DB-IV. La salida auxiliar del módulo de la pantallapuede alimentar un monitor 3305 ó 3600. Por consiguiente, el DB-IV puede emplearsecuando está conectado a un monitor 3305 ó 3600 localmente o a distancia por mediode un cable estándar.

Fig. 58 - Densímetro electrónico DB-IV de BJ Services

Densímetro nuclear de cemento

El densímetro nuclear de cemento (Figura 59) es un sistema de monitoreo dedensidad diseñado específicamente para cementaciones. Consta de una unidadpantalla/grabadora, un equipo fuente/detector y un indicador remoto opcional. Undetector recibe un haz de radiaciones, proveniente de una pequeña fuente nuclear, queatraviesa la tubería y la lechada de cemento. El detector amplifica la cantidad deradiación absorbida por el fluido, que luego se muestra en una pantalla de cristal líquido(LCD) grande y de fácil lectura. Luego, se produce un trazado calibrada en elregistrador integral de gráficos de tira de papel.



109

Figura 59 - Densímetro nuclear de cemento de BJ Services

EQUIPOS PARA ENSAYOS DE LABORATORIO

Los Laboratorios de ensayos de BJ Services, en TOMBALL, están equipados paradiseñar, probar y evaluar cementos y aditivos para todas las cementaciones de pozos.El trabajo de diseño de ingeniería es mejorado por un sistema terminal decomputadora. Las operaciones de laboratorio se llevan a cabo normalmente entre las8.00 a.m. y las 5.00 p.m. y los servicios técnicos de cementación están de guardia las24 horas del día, los 7 días de la semana.

Generalmente, se efectúan los siguientes ensayos para cementación:� Ensayos de tiempo de espesamiento a temperaturas de circulación de fondo

comprendidas entre los 32° y los 600°F y presiones de fondo de 0 a 40.000 psi.� Resistencia a la compresión a temperaturas estáticas de fondo comprendidas entre

los 0° y los 750°F y presiones de 0 a 20.000 psi.� Análisis ultrasónico de desarrollo de la resistencia del cemento.� Viscosidad.� Agua libre.� Reología.� Resistencia de gel.� Pérdida por filtrado.� Pérdida de circulación.� Arrastre de aire, formación de espuma y densidad de la lechada.� Compatibilidad lodo/espaciador/cemento.� Remoción del lodo y humectabilidad del espacio anular.� Expansión del cemento.



110

� Flujo de gas a través del cemento.� Concentración del retardador en la mezcla en el campo.� Prueba de la adhesión al corte.� Ciclo congelación-descongelación para zonas frías (congeladas).� Permeabilidad.� Estabilidad del cemento espumado

La publicación del Instituto Americano de Petróleo “API Specification 10”, ofreceinstrucciones detalladas para estandarizar todos los ensayos sobre cementos parapozos petroleros. En los próximos párrafos, se describen algunos de los equipos delaboratorio que se emplean para realizar ensayos de cementación.

Analizador ultrasónico de cemento (UCA)

El UCA (Figura 60) es el instrumento que se emplea para monitorear eldesarrollo de la resistencia a la compresión de una muestra de cemento (sus valoresnominales son 400°F y 20.000 psi). La diferencia de tiempo que registra un impulsoultrasónico al ser transmitido y recibido a través de una celda de ensayo es traducidaen un valor de resistencia a la compresión por una unidad microprocesadora centralcapaz de efectuar ocho pruebas independientes al mismo tiempo sin destruir lasmuestras. Como no se rompen las muestra sometidas a ensayos, es posible utilizar unamuestra de ensayo para remplazar numerosos ensayos cuando se desea conocer eldesarrollo de la resistencia para distintos tiempos de curado a una temperaturaespecífica. Los datos sobre resistencia de cualquier período pueden recuperarse si sesolicita al microprocesador que los alimente en un plotter computarizado, que produciráun gráfico del desarrollo de la resistencia a la compresión en función del tiempo decurado. El UCA permite al operador determinara cuándo el cemento ha alcanzado unnivel satisfactorio de desarrollo de resistencia a la compresión y le evita tener queesperar que transcurra un tiempo arbitrario de curado para determinar si esconveniente proseguir con las operaciones seguras.



111

Figura 60 - Analizador ultrasónico de cemento (UCA).

Consistómetro de presión atmosférica

El consistómetro de presión atmosférica (Figura 61) es un aparato dentro delcual se vierte la lechada de cemento. El aparato, calibrado a una temperaturacomprendida entre 32° y 200°F, se utiliza para acondicionar lechadas para realizar losensayos destinados a determinar la cantidad de agua libre que existe en una lechada,la cantidad de pérdida por filtrado y las propiedades reológicas de una lechada.

Fig. 62 - Consistómetro de presión atmosférica

UCA – Modelo 4260 Portátil

UCA MODELO 4262 (TWIN CELL)



112

Consistómetro presurizado

El consistómetro presurizado (Figura 62) es un aparato que está construído conuna celda cilíndrica para contener la lechada, rotativa, provisto de un equipo de paletasfijas, todo contenido en una cámara de alta presión. Con intrumental calibrado paratrabajar hasta 40.000 pci y 600°F, se emplea en los ensayos de tiempo deespesamiento para medir el tiempo durante el cual una lechada en particularpermanece en estado fluido bajo ciertas condiciones de laboratorio que simulan lascondiciones de pozo. Estas pruebas resultan de utilidad al comparar varios cementosde pozos petroleros.

Fig. 62 - Consistómetro presurizado

Filtro Prensa

El Filtro-prensa (Figura 63) se encuentra disponible en dos modalidades: unaque opera a temperatura ambiente y una presión de 100 psi y otra que funciona a altapresión (1000 psi) y alta temperatura (400º F). Se utiliza para determinar la cantidad depérdida de fluido en una prueba de filtración.



113

Fig. 63 – Filtro Prensa

Permeabilímetro

El permeábilímetro (Figura 64), que consta de un molde de chapa o aceroinoxidable, un sujetador, un manómetro de presión y pipetas graduadas, es un aparatoque se emplea para determinar la permeabilidad al agua del cemento fraguado.

Fig. 64 - Permeabilímetro

Viscosímetro Fann

El viscosímetro Fann (Figura 65), disponible en dos modelos (las series 34 y 35),es un instrumento versátil que se utiliza en el laboratorio para efectuar ensayos deviscosidad. El modelo de la serie 34 posee dos velocidades de prueba, 600 y 300 rpm,y una posición neutral para determinar la gelificación tixotrópica de los fluidos deperforación de acuerdo con los procedimientos del API.

Stirred Fluid Loss Cell



114

Este módulo se usa para evaluar los fluidos tales como fluidos plásticosBingham. El modelos de la serie 35 es una versión de seis velocidades que se empleapara hacer ensayos a 600, 300, 200, 100, 6 y 3 rpm sin detener la rotación. Muestra elesfuerzo de corte (lecturas del fann) continuamente en una escala graduada y permiteobservar características de viscosidad en función del tiempo. Las lecturas paradeterminación de parámetros reológicos que se requieren actualmente son las lecturasa 300, 200, 100, 6 y 3 y rpm, por lo que el viscosímetro de la serie 34 ya no cumple losrequerimientos del API.

Figura 65 - Viscosímetro - El modelo ilustrado es un Chandler Serie 35.



115

DISPOSITIVOS DE FONDO DE POZO PARA CAÑERÍAS

Cuando se perfora un pozo, se coloca y fija, cementándola, una cañería de acerocomo parte de la perforación continua o de la terminación del pozo. La cañería impideque el pozo se derrumbe y se desempeña además como conductor desde la formaciónproductora (zona productora) hasta la superficie. El cañería debe estar sustentada ysellada con una lechada de cemento que se coloca en el espacio anular comprendidoentre ella y el pozo. Un buen anillo de cemento detrás de la cañería es importante porlas siguientes razones:

• Sella las formaciones penetradas en el pozo, impidiendo así la migración de fluido ogas entre ellas.

• Protege la cañería de: (a) las presiones de estallido y colapso, (b) los esfuerzos quese aplican con la tubería de perforación durante la re-perforación posterior y (c) elataques de los fluidos y gases corrosivos.

• Sustenta el peso de la sarta de revestimiento (casing).

La cementación primaria de la cañería es fundamental para completarcorrectamente cualquier pozo. La reparación de un trabajo de cementación mal hecho(cementación correctiva a presión) resulta costosa y larga. Las buenas cementacionesdependen de la calidad de los materiales y herramientas, pero, más aún, de lapreparación que haya recibido el personal responsable en el uso de los mismos.

Una vez que se perfora el pozo, debe bajarse en él una cañería de acero, tramo portramo, por medio de la torre de un equipo de perforación hasta que se llegue a laprofundidad deseada. El equipo empleado para bajar la cañería debe resistir el peso dela sarta de revestimiento de acero (menos la flotación que recibe del fluido que seencuentra en el pozo). En pozos muy profundos, los esfuerzos que sufre el equipo deperforación puede ser muy grandes. Si permitimos que la cañería se vaya llenando confluido mientras desciende por el pozo, su flotación equivaldrá al peso del fluidodesplazado por el espesor de las paredes de la cañería. Por otra parte, si no se permiteque la cañería se llene de fluido, la sarta de revestimiento desplazará una cantidad defluido mucho mayor y el peso sobre la torre del equipo será muy inferior.

Un tipo fundamental de equipo de fondo utilizado para bajar y cementar la cañeríaen el pozo está constituido por un dispositivo de flotación instalado en el extremoinferior de la sarta de revestimiento. El dispositivo de flotación cumple las siguientesfunciones:• Hace flotar la cañería mientras ésta desciende por el pozo (proporcionándole

flotabilidad).• Impide el retorno de lechada de cemento, desde el espacio anular, hacia la cañería.• Guía la cañería en su recorrido por el pozo por medio de zapatos guías y de

flotación.• Ofrece un asiento para que se ubiquen los tapones de goma para cementaciones.



116

El equipo de flotación que se encuentra unido a la sarta de revestimiento o dentrode la misma desempeña un papel muy importante en el éxito de la cementación. Lainformación que se presenta en los próximos párrafos explicará cada tipo de equipo,comenzando por el que se encuentra en el fondo de la sarta y continuando en sentidoascendente.

En la actualidad, se emplean tres tipos de zapatos guías: el simple, el de flotación yguía combinados y el de llenado automático. El zapato guía es un cilindro de acerocorto y pesado que se encuentra unido al fondo del primer tramo de tubería que sehace descender por el pozo. El zapato posee un perfil redondo en la parte inferior, queimpide que el cañería tropiece con irregularidades, obstrucciones y rebordes y previeneque la pared del pozo se desmorone. Una rosca hembra para la conexión con lacañería se encuentran en el extremo superior. Siempre se utiliza el zapato guíaindependientemente de que se emplee, o no, un dispositivo de flotación. Lacombinación de zapato flotador y guía, denominada zapato flotador se utilizafrecuentemente y especialmente en sartas de tuberías largas y costosas ya que eldispositivo de flotación (que por lo general es una válvula de contrapresión o deretención) es un accesorio muy conveniente, aunque también pueda emplearse uncollar flotador. El dispositivo de flotación no es demasiado costoso, razón por la cual aveces se opta por colocar una segunda válvula de contrapresión. Los zapatos deflotación también se construyen con una válvula a “charnela” en lugar de una bola. Loszapatos de flotación se instalan en el mismo lugar que los zapatos guías.

Por su parte, el collar flotador, que se instala uno o dos (a veces más) tramos detubería por encima del fondo de la sarta de revestimiento, posee rosca hembra en elextremo superior y rosca macho en el extremo inferior que se utilizan para efectuar laconexión a la cañería. Normalmente, el collar flotador se baja entre el primer y elsegundo tramo de la cañería. Posee una válvula de retención que permite la circulaciónhacia abajo (durante el descenso, mas no durante el ascenso), de fluido a través de lasarta de revestimiento. Ello permite que la cañería flote en el pozo, debido a que seencuentra parcialmente vacío. La válvula de contrapresión se cierra por la presión de lacolumna externa de fluido, lo que impide el ingreso de fluido a medida que se baja lacañería por el pozo. La magnitud de flotación depende de la cantidad de fluido que sealoje en la sarta de revestimiento a medida que ésta se llena desde la superficie.

Cuando la cañería ha bajado hasta la profundidad deseada, se establece lacirculación en sentido descendente por la cañería y la válvula de flotación. La válvulaque se encuentra en el collar de flotación también cumple la función de válvula deretención (check-valve) en la sarta y previene el retorno de cemento una vez que éstese ha bombeado a su sitio, en el espacio anular, fuera de la sarta. Esto es importante,porque la densidad de la lechada es casi siempre superior a la del fluido dedesplazamiento. Además, la válvula de contrapresión sirve para prevenir un reventónen el cañería, función esta que reviste una mayor importancia aún cuando existenformaciones de alta presión expuestas en el pozo abierto. Nótese que esta función y laprecedente son las mismas en el zapato flotador y en el collar flotador.



117

El collar flotador actúa como “tope” o asiento de los tapones de goma cuando sedesplaza el cemento. Ello permite que la lechada permanezca dentro del (de los)tramo(s) de tubería que está(n) en el fondo o contiene(n) el zapato, para que eloperador tenga cierta garantía de que el cemento que se encuentra fuera de la cañeríaen ese momento es de buena calidad. La lechada puede contaminarse justamentedetrás del tapón de tope. La mayoría de los operadores emplean un collar flotador a laaltura de una o varias juntas por encima del zapato de la cañería con el propósito decrear espacio dentro de la cañería para el cemento contaminado. Por otra parte, existeun collar de asiento (bafle) que es similar al collar flotador en apariencia externa.

Sin embargo, el collar de asiento no contiene una válvula de retención o decontrapresión; solamente sirve para reterner el tapón de cementación y dejar uno ovarios tramos de cañería llenos de cemento.

Otro tipo de equipo de flotación es la válvula de flotación de inserción, quegeneralmente consta de una charnela o una válvula de bola y un asiento de válvulainstalados como una unidad en un acoplamiento entre dos tramos de cañería. Estaválvula se emplea cuando los requerimientos de resistencia no son tan estrictos.Además, resulta menos costosa que el collar flotador. La mayoría de los collares deflotación con válvula de inserción y zapatos de flotación con válvula de inserciónemplean una válvula a charnela instalada en una caja externa de acero. Todas laspartes internas de esta herramienta están elaboradas con aluminio fundido perforable.

Debido a que muchas compañías fabrican equipos de flotación, éstos varían endiseño y construcción. Algunos fabricantes utilizan una válvula con resorte provista deun anillo flexible de sellado, mientras que otros emplean una válvula tipo bola. Ambostipos de válvulas han demostrado ser confiables, incluso cuando se han bombeado através del anillo grandes cantidades de ripios, arena, materiales para pérdida decirculación y otros desechos. La válvula y el concreto que la sostiene en su lugar en lacaja externa de acero deben soportar la fuerza de la presión hidrostática durante eldescenso y la cementación del cañería. El asiento del tapón debe tener capacidad desoportar el impacto del asentamiento de un tapón de cementación al tocar fondo. Lasbordes que están maquinados en la caja externa deben ser perforables con mechasconvencionales. La caja externa sigue siendo parte integral del cañería y debe ser tanresistente a las presiones de estallido y colapso como lo es la cañería misma. Todaslas herramientas que se encuentran instaladas como parte integrante de la sarta derevestimiento deben poseer este tipo de resistencia.

El dispositivo de flotación para llenado se baja con la sarta de revestimiento parafacilitar el ingreso de fluido del pozo a caudales predeterminados y controlados yconservar cierta flotabilidad con el propósito de aliviar la carga de la torre del equipo.

Debe permitirse que cierta cantidad de fluido ingrese a la cañería mientras éstedesciende por el pozo, debido a las siguientes razones:



118

• La presión hidrostática del lodo se incrementa con la profundidad y en pozosprofundos podría superar la resistencia al colapso de la cañería vacía.

• En vista de que todo el fluido del pozo debe ser desplazado entre el cañería cerraday el pozo, las presiones de empuje pueden ser demasiado elevadas y resultarintolerables para alguna formación del pozo.

• El peligro de que se produzcan derrumbes en el pozo alrededor de la cañería podríahacer necesario dar inicio a la circulación y las operaciones de cementación lo antesposible después de la colocación de la cañería. Si la cañería está vacía, alasentarse, el tiempo necesario para llenarla desde superficie podría ser demasiadolargo.

• Ahorra tiempo de bajada de la cañería porque no es necesario detenerseperiódicamente para llenar desde superficie.

Entre las modalidades de zapato flotador y collar flotador, se encuentran losdispositivos de llenado diferencial o automático. Estos dispositivos permiten que unacantidad controlada de lodo ingrese desde el fondo de una sarta de revestimientomientras ésta se baja por el pozo. El uso de un equipo de llenado automático tiende aeliminar una de las causas de pérdidas de circulación porque reduce el efecto pistón y,por consiguiente, reduce la presión de empuje a medida que se hace descender lacañería por el pozo. El equipo de llenado automático elimina la necesidad de llenar lacañería a medida que se enrosca y baja cada tramo de la cañería. En general, estedispositivo permite que el flujo ingrese a la cañería a través de una pequeña válvula acharnela que se encuentra montada sobre una válvula a charnela más grande y que seabre hacia arriba. El resorte que mantiene cerrada la válvula pequeña determina lapresión a la cual se abre, manteniéndose así el nivel de fluido dentro de la cañería auna profundidad constante con respecto a la superficie. La válvula a charnela que essimilar a la válvula de flotación de inserción se mantiene abierta en su sitio con unacamisa fijada con pernos mientras se hace descender la cañería. Cuando la cañería seencuentra a unos cuantos tramos del fondo o cuando se desea detener el llenado, selanza una bola por la cañería. La bola se asienta en la camisa que mantiene abierta laválvula de contrapresión.

Luego, con una presión de 900 a 1000 psi que se aplica a la cañería, se cortan lospernos que sostienen la camisa y la mueven hacia abajo, desenganchando así laválvula. A continuación se puede bombear la bola hacia afuera del collar flotador dellenado diferencial y hasta la zapato flotador de llenado diferencial (de utilizarse),desenganchándola también. En este momento, puede darse inicio a la circulación y lacementación.

Los collares y zapatos de flotación solían unirse al cañería por medio de soldadura,pero esta práctica se ha descontinuado en la mayoría de los casos a favor decompuestos químicos que fijan (traban) las roscas, a fin de evitar que se desenrosquendurante la reperforación.

La soldadura de los zapatos, acoplamientos y collares puede debilitar la cañería, porlo que conviene evitarla en la medida de lo posible. Los tramos de roscas trabadas,cuando se instalan y fijan correctamente soportan una mayor torsión antes de romperseque una cañería fijada por soldadura.



119

Un zapato con obturador (packer) de formación y un collar se utilizan en un pozocuyas formaciones inferiores son demasiado débiles para tolerar la presión hidrostáticade una lechada de cemento colocada en el espacio anular. Se guía y hace flotar lacañería en el pozo al igual que ocurre con el equipo convencional de flotación y se dejacaer una bola por la cañería, la cual cae sobre la herramienta. La presión que se ejercesobre la bola mueve una camisa hacia abajo, expandiendo otra camisa de sello degoma contra la pared de los orificios, abriendo los orificios encima del packer ycerrando una válvula que se encuentra debajo del packer. El cemento es derivadohacia el espacio anular por encima del packer y se mantiene en su lugar con unaválvula de sello. Existe otro tipo de zapato con obturador de formación que posee unaválvula a charnela por debajo del obturador. Esta válvula puede utilizarse para llenar lacañería a través de un orificio. Un tapón de cementación enganchado y sellado a undeflector instalado en la parte superior de la herramienta previene el retorno de lalechada por la cañería después de la cementación. La junta giratoria instalada en lacañería por encima del zapato con packer permite la rotación de la cañería sin causardaño al packer expandido.

Capítulo 4

Documents

Transcript of Capítulo 4