Cementación de Pozos

Operación en la cual una mezcla de agua y cemento se coloca a una profundidad determinada para que cumpla entre otros con los siguientes objetivos:

* Excluir las aguas de las formaciones productivas

* Proteger al revestidor de presiones externas ( formación )

* Sellar zonas no productivas

* Proteger la tubería de revestimiento de la corrosión

* Evitar migración de fluidos entre diferentes zonas

* Controlar pérdidas de circulación

* Sellar zonas de fluidos no deseables

* Soportar el revestidor y todo el peso del equipo

Cementación

YAC-1

YAC-2DAÑO A LA FORMACIÓN

COMUNICACIÓN ENTRE

FORMACIONES

SECCIONES SIN

PROTECCIÓN

“GARANTIZAR EL AISLAMIENTO ZONAL, NO SOLO POSTERIOR A LA CEMENTACIÓN, SINO

TAMBIÉN EN EL TRANSCURSO DE LA VIDA PRODUCTIVA DE LOS POZOS”

Cementación

Cemento:

Mezcla de piedra Caliza y otros materiales ricos en Carbonato de Calcio con Arcilla y algo de Oxido de Hierro y Aluminio

+ Calor( 2600-3000 ºF )

Clinker(4-8%)

Cemento Portland

50% Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2)

25% Silicato Dicálcico ( 2CaO.SiO2)

4% Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3)

13% Ferro Aluminato Tricálcico o Tetracálcico ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3)

3% Sulfato de Calcio ( CaSO4)

3% Otros (MgO, Cal libre, Alcalis, Anhidrido Sulfurico)

Materiales Iniciales

CaO(Caliza)

SiO2 ( Sílice )

Al2O3 ( Arcilla )

Fe2O3 ( Oxido Férrico )

+ Yeso

Cementación

El API presenta nueve tipos de cementos A,B,C,D,E,F,G,H,J . El más utilizado es el

cemento tipo “H” al cual se le pueden adicionar retardadores y/o aceleradores.

Cementación

Propiedades del Cemento:

Las propiedades de los cementos utilizados en las operaciones de cementación, varían de acuerdo a lo siguiente:

* Ubicación Geográfica

* Condiciones de fondo de pozo (Temp., Prof., Presión, etc.)

* Tipo de Cementación

* Tipo de agua a utilizar para la mezcla

Estas propiedades dependen de:

* La relación de agua de las lechadas ( Gal /sac)

* Densidad de la lechada ( Lbs / Gal )

* Rendimiento de la lechada ( ft 3 / saco )

Cementación

Densidad de la lechada:

Debe ser lo suficientemente alta como para mantener el control del pozo.

En el campo se chequea mediante el uso de una Balanza de Lodos o con un Densistómetro

Si la densidad es incorrecta durante la cementación, se puedenafectar propiedades de la lechada como:

* Tiempo de bombeabilidad

* Características del flujo

* Capacidad de desplazamiento del lodo

* Agua libre

* Resistencia a la compresión

* Pérdida de fluido

Cementación

Clase de cementoAPI

Agua Mezclada

Gal/Saco %

Peso de laLechadaLbs/Gal

Rendimiento de la lechada Pie3/Saco

A 5.2 46 15.6 1.18

B 5.2 46 15.6 1.18

C 6.3 56 14.8 1.32

G 5.0 44 15.8 1.15

H 4.3 38 16.4 1.06

D,E,F 4.3 38 16.4 1.06

Densidad normal de los cementos

Cementación

Relación de agua de las lechadas:

Es importante para determinar el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresión del cemento

Regla de campo:

* Demasiado agua en la copa de muestra, aparecerá agua en la parte superior de la lechada.

* Poca agua: lechada espesa y difícil de bombear

Rendimiento de la lechada:

Es el número de pies cúbicos por saco de cemento, mezclados con

determinada cantidad de agua. Es preferible que sobre cemento y no que

falte, especialmente cuando puede haber contaminación con lodo, dilución

o canalización.

Cementación

Tiempo de Bombeabilidad :

Tiempo requerido para que un cemento comience a endurecerse o a formar resistencia de gel, o sea que sea bombeable bajo condiciones de fondo del pozo

Se obtiene a través de pruebas de laboratorio y con condiciones reales del pozo

LaboratorioMuestras de cemento+Aditivos+Agua de mezcla

Ensayo

Tiempo para lograr espesamiento

Condiciones de pozo:* Temperatura Estática de Fondo ( BHST )* Profundidad del pozo* Presión en el pozo

Cementación

Tiempo de Espesamiento:

Es el tiempo transcurrido desde que se aplica una presión y una

temperatura inicial al Consistómetro Presurizado hasta el tiempo en que

se alcanza una consistencia de 100 BC ( CONSISTENCIA BEARDEN )

Los resultados de estas pruebas son utilizados para determinar la

concentración de aditivos tales como aceleradores y retardadores

CONSISTOMETRO PRESURIZADO

Cementación

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 revestidor o liner.

Viscosidad y Contenido de Agua:

El tamaño de la partícula, el área superficial, y los aditivos, influyen en la cantidad de agua de mezclado requerida para lograr una viscosidad particular de la lechada.

Se entiende por Agua Máxima de una lechada el volumen de agua de mezclado que separe como agua libre un máximo de 1.5 % del volumen total.

El Agua Normal es el volumen de agua de mezclado que da una lechada de 11 unidades de consistencia, medidas en un consistómetro de presión atmosférica después de 20 min. de agitación

El Agua Mínima es el volumen de agua de mezclado que dan 30unidades de consistencia en el consistómetro de presión atmosférica, después de 20 min. de agitación

Cementación

CONSISTOMETRO ATMOSFERICO

VISCOSIMETRO ROTACIONAL

Viscosidad y Contenido de agua:

Cementación

Siempre es recomendable el uso de agua potable si está disponible. Sin embargo, en un taladro el agua se obtiene de una fosa abierta, un pozo perforado o una laguna. Esta agua puede contener contaminantes que pueden producir fallas en la cementación.

Calidad del agua de mezcla:

Entre estos contaminantes están: .- Fertilizantes disueltos en el agua de lluvia .- Desperdicios en los causes .- Productos de agricultura solubles (caña de azucar, remolachas, etc ) .- Vegetación descompuesta que produce Ácido Húmico, los cuales reducen el tiempo de espesamiento del cemento

Todas las pruebas de laboratorio al cemento a usar, deben hacerse con el agua de campo que será utilizada al momento de la cementación

Cementación

Resistencia a la Compresión:

Es la fuerza de compresión requerida para triturar el cemento, dividida entre el área seccional recta de la muestra. La resistencia compresiva del cemento es generalmente alrededor de 12 veces mayor que la resistencia a la tensión. Es por esto que siempre se reporta solamente la resistencia a la compresión

Analizador Ultrasónicode Cemento ( U.C.A )

Camara de Curado

Cementación

Permeabilidad:

Equipo utilizado para medir la permeabilidad del cemento fraguado

La permeabilidad de un núcleo de cemento fraguado, se determina midiendo la tasa de flujo a través del núcleo, a un diferencial de presión dado a través de la longitud del núcleo

PERMEAMETRO

Cementación

Calor de Hidratación:Al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una reacción exotérmica con una considerable liberación de calor.Mientras mayor sea la cantidad de cemento, mayor es la liberación de calor.

Se ve influenciado por la fineza y por la composición química del cemento, por los aditivos y por las condiciones del pozo

Mayor temperatura de fondo

Mayor cantidad de calor liberado

Mayor velocidad de reacción

Cementación

Control de Filtrado:

Equipo especificado por la API para medir la filtración de los fluidos de perforación ( lodos y cemento ), en 30 minutos a un diferencial de 1000 lppc de presión.

El volumen medido representa la tasa a la cual se pierde agua de la mezcla, cuando es expuesta a una diferencia de presión a través de un medio permeable

Es un factor muy importante en la cementación de pozos profundos, Liners de producción, tapones de cemento y cementaciones forzadas.

Alta perdida de filtrado a través de un medio permeable puede causar un incremento en la viscosidad de la lechada y rápida disposición del revoque, lo que puede producir fraguado prematuro de la lechada

Cementación

Firmeza:

Porcentaje de expansión o contracción lineal observada después del curado en una Autoclave bajo vapor saturado a una presión de 295 Lbs / pulg2 por tres horas.

Un cemento que cambia de dimensiones durante la cura, tiende a tener una mala adherencia al revestidor o a formar rajaduras o microfracturas

Fineza: Medida del tamaño de las partículas de cemento obtenida durante la molienda. Se expresa en términos de área superficial total calculada de las partículas de cemento por gramo de cemento

Se calcula de la tasa de asentamiento de las partículas de cemento suspendidas en Kerosene, medidas en un Turbidímetro Wagner

Cementación

Tipos de Cementación:

Primaria: es la realizada cuando es corrido por primera vez el revestidor o camisa (liner).

Funciones:

•· Aislamiento de la Zapata de Revestimiento.

•· Aislamiento de las Zonas de Producción – previene flujo cruzado entre los intervalos a

diferentes presiones.

•· Protección de zonas acuíferas – previene la contaminación de fluido de perforación de los

acuíferos.

•· Aislamiento de Intervalo Problema – perdidas extremas, control de pozos, entrada por

ventana.

•· Protección de Tubería de Revestimiento – de fluidos corrosivos de formación, es decir H2S,

CO2.

•· Soporte de la Tubería de Revestimiento – es decir soporte para el conductor.

Cementación

Secundaria: es también conocida como forzamiento (Squeeze) y su objetivo es bombear una lechada de cemento en el pozo, bajo presión, forzándola contra una formación porosa, tanto en las perforaciones del revestidor o directamente al hoyo abierto.

Se utiliza en el sellado de perforaciones, cementación de anillos en conductor, reparación de fugas en la tubería de revestimiento, forzarzapata de revestimiento, colocar tapones, etc.

Cementación

TAPONES DE CEMENTO EN HOYO ABIERTO

En algunas ocasiones, el hoyo debe ser obstruido con un tapón de cemento. Algunas causas son

Para abandonarlo.

Para desviarlo.

Evitar perdidas de circulación.

Evitar invasión de aguas de zonas profundas.

Los tapones de cemento, generalmente se colocan en hoyos desnudos y se usa tubería de perforación o tubería de educción para colocar el cemento en el sitio requerido. En vista de que el hoyo, siempre esta lleno de fluido de perforación o de fluido de completacion, se requiere que encima de la mezcla agua-cemento se coloque cierta porción de agua para mejorar la eficiencia del fraguado del cemento.

Para diseñar la colocación de un tapón de cemento se requiere balancear las columnas de cemento, agua y fluido en el hoyo, en vista de que los fluidos tienen diferentes gravedades especificas.

El volumen de agua en el anular debe colocarse antes de la mezcla agua-cemento y el volumen de agua dentro de la tubería debe bombearse después del cemento.

Cementación

- Condición pobre del agujero (patas de perro, estabilidad del

agujero descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama de

recortes, etc.)

- Condición pobre del lodo (altas fuerzas de gel y punto de

resistencia, alta perdida de fluido o filtración, enjarre grueso, alto

contenido de sólidos, perdida de material de circulación,

incompatibilidad de lodo/cemento).

- Centralización pobre (el cemento no se coloca uniformemente

alrededor de la tubería de

revestimiento, dejando lodo en el sitio).

- Perdida de Circulación

- Presión Anormal

- Presión Subnormal

- Presión Alta

PROBLEMAS COMUNES DE CEMENTACION

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

ZAPATA GUÍA: Es simplemente un niple que se

coloca en la parte inferior del primer tubo para permitir

una libre introducción de la tubería en el hoyo. Su

forma esférica en la parte inferior hace que el contacto

con la pared del hoyo sea la mas suave posible,

evitando así cualquier derrumbe de las paredes del

hoyo

Cementación

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

ZAPATA DIFERENCIAL: Tiene doble

función, sirve de zapata guía y de

flotador, tiene un dispositivo interno que

no permite, que la tubería se llene

completamente de fluido de esta forma

ejerce una flotación y ayuda con el peso

de la tubería. El dispositivo interno puede

convertirse en una válvula de retención

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

CUELLO FLOTADOR: Esta herramienta se

coloca en el extremo superior del primer tubo y el

extremo inferior del segundo tubo. Sirve de

elemento de flotación. Se transforma por medios

mecánicos, en válvulas de retención, lo que permite

que el fluido circule de la tubería a espacio anular,

pero no del espacio anular hacia la tubería. Esto

permite que la mezcla agua-cemento se quede en el

anular y no regrese a la tubería . El cuello flotador

sirve de soporte de los tapones de cemento.

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

TAPONES DE CEMENTO: Los tapones de cemento

son dispositivos que se introducen en la tubería de

revestimiento, durante la operación del bombeo de

cemento. Se usan dos tapones, los cuales separan la

mezcla agua-cemento del fluido en el pozo y de liquido

desplazante, al mismo tiempo el tapón inferior limpia la

pared de la tubería del fluido en el pozo y del liquido

desplazante, al miso tiempo el tapón inferior limpia la

pared de la tubería del fluido en el pozo y el tapón

superior limpia la tubería de la mezcla agua-cemento.

Cementación

Cementación

Los tapones son retenidos en el cuello flotador, y el tapón esta diseñado de tal manera que a presiones de 300 a 400 lpc se rompa un diafragma y permita la continuación del flujo de cemento. El tapón superior es casi una pieza solida y al llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la mezcla agua-cemento ha sido colocada en el sitio determinado.

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

CENTRALIZADORES: Son herramientas que se

colocan en la tubería de revestimiento para mantenerla

centralizada en el hoyo, la centralización de la tubería

permite que el espesor del cemento sea uniforme

alrededor de toda la tubería, evitando así crear un

desbalance en las presiones externas que podrían originar

problemas posteriores. Los centralizadores se colocan, el

primero entre la zapata y el cuello flotador, el segundo en

la unión del segundo con el tercer tubo, de allí en adelante

se coloca un centralizador cada dos tubos hasta 40 pies

por debajo del tope del cemento.

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

RASPADORES: Son herramientas que se

colocan en el revestidor con el objeto de

limpiar el revoque que se ha formado en la

pared del pozo. Los raspadores se colocan

desde 20 pies por debajo del tope del

horizonte productor hasta 20 pies por encima

de la den horizonte productor, con un

espaciamiento de 20 pies cada uno.

Cementación

Cementación

CABEZAL DE CEMENTACION: Esta pieza

se coloca en la parte superior del tubo que se

asoma a la superficie, se une por medio de

mangueras de acero a los sistemas de

mezclado y bombeo de cemento. Posee dos

cámaras de alojamiento para los tapones de

cementación, y un juego de válvulas que

permitan la operación completación .

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

Diseño de la cementación

• Accesorios para la cementación

• Cálculos en el pozo

• Secuencia operativa

• Estado mecánico del pozo

• Información de las geopresiones.

• Información de los fluidos de perforación

utilizados

INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA CEMENTACION

Cementación

Cementación

Cementación

Aditivos para Cementos:Funciones:

* Modificar densidad

* Aumentar o disminuir resistencia a la compresión

* Acelerar o retardar el tiempo de fraguado

* Controlar perdida de fluidos

* Reducir viscosidad de la lechada

* Aumentar resistencia frente a fluidos corrosivos

* Formación de puentes para el control de perdida de circulación

Cementación

Cementación

Densificantes:

Incrementan la densidad, limitan y mantienen presión para el control del pozo y

para mejorar el desplazamiento o remoción del lodo.

Entre ellos se tiene: Arena, Barita, Hematíta

Controladores de Filtrado :Previenen la deshidratación del cemento y evitan la disminución de la columna de cemento debido a la perdida de agua, lo cual origina reducción de la presión ejercida por la columna hidrostática.

Entre estos se tienen: Polímeros Orgánicos, Látex, Cemento con Bentonita y dispersante

Cementación

Aceleradores:

Aumentan la velocidad de la tasa normal de reacción entre el cemento y el agua.

Aumento de la resistencia a la compresión y disminución del tiempo de fraguado

o espesamiento ( acelerador total ).

Son generalmente agregados al cemento en temperaturas entre 32°F y 110°F.

Son fabricados a partir de cementos A, G y H.

Entre los mas usados están:

Cloruro de Calcio ( hasta 2% ) 60 °FCloruro de Sodio ( 1-5% ) >10 % ------ Retardador

Bórax (Na2B4O4.10H2O) Tetraborato de Sodio Decahidratado

Silicato de Sodio ( Diesel A ). Sistema Diesel

Material Orgánico de alto peso molecular. Prolongan el tiempo de

bombeabilidad y retardan el fraguado de la lechada de cemento

Entre ellos se pueden encontrar:

Lignosulfonato de Sodio y Calcio ( 0.1-1%)

Agua Saturada con Sal (15-17 Lbs / sc )

Lignosulfonato de Calcio ( 0.1-1.05 )

CMHEC (Carboximetil- Hidroxietil Celulosa)

Sal (Cloruro de Sodio) >10%

Retardadores:

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Extendedores:Existen varios métodos para reducir la densidad: controlando agua, agregando materiales

de bajo peso especifico o ambos métodos en común La Bentonita es el material mas

utilizado en diferentes formulaciones, tanto en polvo como en forma prehidratada.

Su función es variada y entre ellas se tienen: reducen la densidad de la lechada, aumentan

el rendimiento, disminuyen la perdida de filtrado y reducen los costos

Bentonita (2-16%)

Atapulguita (0.5- 4%)

Hidrocarburos Naturales :Gilsonita, Carbón (1-50 Lbs/scs)

Silicato de Sodio (1- 7.5 Lbs/scs)

Pozolanas, tierra Diatomacea, Cenizas en polvo, Perlitas Expandidas.

Cementación

Cementación

Dispersantes :

Se agregan al cemento para proveer propiedades de flujo y permitir el

bombeo de la lechada de cemento en flujo turbulento a menor caudal,

minimizando así los requerimientos de potencia hidráulica.

Disminuyen la viscosidad, bajan el punto cedente y la resistencia de gel

Entre ellos se tienen: Polímeros de cadena larga, Lignosulfonato de Calcio

y Cloruro de Sodio, Hidoxalatos Polisacáridos

Reología en Cementos:

Fluidos

Newtonianos: Proporcionalidad directa y constante entre la velocidad de corte y el esfuerzo de corte. Viscosidad independiente de la velocidad de corte, comienza a fluir inmediatamente de aplicado un esfuerzo

No-Newtonianos: No presentan proporcionalidad directa entre fuerza y flujo a presión y temperatura constante, necesitan de un esfuerzo adicional para comenzar a fluir

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