CEMENTACIONES REMÉDIALES.

INTRODUCCIÓN.

La cementación remedial se describe brevemente como una operación de cementación la cual es desarrollada para remediar una condición indeseable del pozo. Actualmente el termino que ha sido usado ampliamente para referirse a la practica de cementaciones remédiales es el de cementación forzada.

La cementación forzada es el proceso de aplicar hidráulicamente una presión a una lechada de cemento para forzar o introducir la lechada en el lugar deseado y deshidratar la lechada después del desplazamiento para crear una masa la cual permanecerá en el lugar y al solidificarse creara un sello.

La cementación forzada puede ser desarrollada durante las operaciones de perforación y terminación o algún tiempo después, durante el periodo de producción del pozo. Algunas de las razones para efectuar una cementación forzada son:

Reparación de una falla o una inadecuada operación de cementación primaria. Obturar zonas de gas o agua. Aislar una zona explotada para disparar otra. Abandonar una zona improductiva. Sellar zonas ladronas o de perdida de circulación durante la perforación. Reparar roturas de tuberías de revestimiento. Modificar los perfiles de inyección en pozos inyectores. Proporcionar un sello inicial para un liner.

A pesar de las razones expuestas para una cementación forzada, el problema más difícil es el desplazamiento de un volumen adecuado de cemento o sellante en el lugar correcto para remediar el problema.

Las operaciones de cementación forzada son desarrolladas bajo una variedad de condiciones. Las técnicas y los materiales usados para una operación pueden no ser exitosas en otras, por lo que estas operaciones de cementación forzada retan continuamente a la ingeniería y al personal de operación para diagnosticar correctamente el problema, determinar la lechada de cemento (o material sellante), preparar una detallada operación de cementación y ejecutarla en el pozo citado.

Frecuentemente considerada un arte, la cementación forzada es una ciencia aplicada plagada de equivocaciones y reglas sordas. La aplicación de sondeos tecnológicos acoplado con una atención detallada de todas las variables envueltas en el diseño y ejecución de una cementación forzada incrementara en gran escala las oportunidades de éxito.

MITOS Y EQUIVOCACIONES.

Muchas equivocaciones acerca de la cementación forzada persisten a pesar del considerable conocimiento de los fundamentos del proceso. Por esta razón, los éxitos de una operación de cementación forzada frecuentemente son arriesgados, porque falla la aplicación de sondeos y la tecnología documentada.

Invasión del cemento. Uno de los mitos más antiguos es que toda la lechada de cemento entrara en la permeabilidad de la matriz de la formación. El promedio de las partículas del cemento es muy grande para que esto ocurra en muchas formaciones. Sin embargo, desde que la lechada esta como un sólido en suspensión en agua, el filtrado de la lechada forzado bajo presión diferencial puede entrar en la formación.

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Muchos cementos tienen partículas de un tamaño promedio entre 20 y 50 micrones del diámetro esférico equivalente. De acuerdo a la teoría de invasión de las partículas, él puenteo o llenado del vacío ocurre cuando una concentración suficiente de partículas que tienen un diámetro mucho menor que una tercera parte del promedio del diámetro de los poros del área está en el fluido de inyección. Por tanto, una típica lechada de cemento llenara el vacío de las caras de la formación que tengan un diámetro de poro entre 60 y 150 micrones.

El diámetro del medio poroso de una arena típica es proporcional a la raíz cuadrada de su permeabilidad al aire como lo describe la ecuación de Carman-Kozeny:

Donde:

d50= diámetro del medio poroso, micrones.c= constante relacionado con la distribución del tamaño del grano (tipo, cementante, etc.)

para arenas limpias se usa generalmente 0.95.k= permeabilidad al aire, milidarcis (md)

Una arena limpia muy porosa que tiene una permeabilidad al aire alrededor de 2000 md, tendrá un diámetro promedio de poro tan bajo como 20 micrones, el cemento realmente llenara la cara de esta formación, por tanto el único camino para que más partículas de cemento penetren a la formación sea por geodas pequeñas enteras, fracturas naturales o fracturas creadas durante la cementación forzada.

PRESIÓN ALTA NO NECESARIA. Otra equivocación común es que se requiere una presión final alta para que una operación de cementación forzada sea exitosa. El éxito de una cementación forzada puede ser logrado usando únicamente la presión suficiente para desplazar el cemento al punto adecuado y mantenerse ahí hasta que se solidifique.

El intentar lograr una irrealista presión final alta puede ser en detrimento para obtener una exitosa cementación forzada. Una alta presión puede crear fracturas o extender las ya existentes en la zona. Una vez que la fractura es creada, generalmente la presión requerida para propagarla es menor.

La presión puede iniciar a incrementarse durante el trabajo, y después decrecer abruptamente. Este tipo de perfil de presión puede ocurrir porque las fracturas existentes se están llenando y un enjarre del filtrado inicia a formarse. Como se incrementa la presión, es excedida la presión para la extensión de la fractura de la formación. La fractura se extiende y la presión decrece. Como resultado, será requerido un volumen extra de lechada de cemento para llenar la fractura extendida y posiblemente trabajos extras de cementación forzada.

Las fracturas llenadas con cemento también pueden dañar la productividad del pozo. Si existe flujo radial de la formación hasta el agujero y la fractura esta en el mismo eje que el agujero, se podrá observar una disminución de la producción o un pozo improductivo. No obstante, cuando las fracturas llenadas con cemento interceptan al agujero o el plano de las fracturas naturales de la formación, puede ocurrir un decremento en la producción.

LA PRESIÓN FINAL DE UNA FORZADA PUEDE SER IGUAL A LA PRESIÓN ESPERADA EN TRABAJOS FUTUROS. En el cemento que no tiene hidratación química, la presión final es alcanzada en la mayoría de operaciones de cementación forzada. Durante la hidratación, el cemento desarrolla un esfuerzo compresivo y algún esfuerzo de adherencia sobre las superficies adyacentes. El cemento puede resistir grandes esfuerzos después de la hidratación, y la presión final es aplicada antes de que el cemento haya desarrollado un sustancial esfuerzo compresivo.

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LA PRESIÓN FINAL ALTA NO ASEGURA UN ÉXITO. Una presión final alta no siempre es una indicación exacta del éxito de la forzada. La presión alta no garantiza que el cemento ha sido colocado en la posición correcta para remediar el problema. Sobre grandes intervalos, un cemento de alta perdida de fluido puede perder el fluido suficiente para llegar a ser inmovible en la parte superior del punto de inyección y no permitir llenar otros. Como se muestra en la figura 1.

LA PRESIÓN FINAL NO ABRE SIEMPRE TODAS LAS PERFORACIONES. Cuando se establece la inyección dentro de las perforaciones existentes, la presión alta no siempre asegura que todas las perforaciones aceptaran fluido. Esto es cierto, particularmente si son usados fluidos cargado de sólidos durante la inyección. La presión alta puede ser en detrimento por (1) el llenado de las perforaciones con sólidos no hidráulicos que no efectuaran un sello confiable o (2) crearan una fractura que aceptara todo el fluido.

UN GASTO BAJO DE BOMBEO NO ABRE SIEMPRE TODAS LAS PERFORACIONES. Incluso con fluidos limpios, libres de sólidos, no todas las perforaciones aceptaran el fluido con la misma presión, por tanto, se deberá usar un gasto suficiente para crear una caída de presión a través de las perforaciones para divergir el flujo a mas perforaciones. Sin embargo, el gasto deberá ser a una presión por debajo de la presión de fractura de la formación expuesta.

Cuando no se puede obtener el gasto suficiente a una presión menor que la de fractura de la formación, se pueden usar técnicas de divergencia mecánicas, tales como bolas selladoras, para sellar las perforaciones que aceptan el fluido inicialmente y desviar el flujo a otras perforaciones.

HORIENTACIÓN DE LA FRACTURA. Las fracturas creadas durante las operaciones de cementación forzada con alta presión, están orientadas a lo largo del plano perpendicular a la dirección del mínimo esfuerzo principal. Una fractura horizontal será creada si la presión de fractura de la zona es más grande que la presión de sobrecarga. Una fractura vertical será creada si la presión de sobrecarga es más grande que la presión de fractura.

En pozos desviados o formaciones de capas inclinadas, la fractura creada puede no ser verdaderamente vertical u horizontal con relación al agujero, fig., 2 y 3. Esta es otra razón por la que la presión alta de fractura no puede restablecer el aislamiento en el agujero.

TECNICAS DE CEMENTACIÓN FORZADA.

Las técnicas fundamentales de cementación forzada pueden ser categorizadas por la presión con la cual se desplaza el cemento o el material sellante, el método usado en la presión de inyección para proporcionar el sello y el procedimiento de bombeo usado.

PRESIÓN. Las operaciones de cementación forzada pueden ser desarrolladas a una presión arriba o debajo de la presión de fractura de la formación expuesta. La inyección de la lechada de cemento u otro material sellante a una presión mas grande que la presión de fractura de la zona es clasificada como una cementación forzada a alta presión. De forma similar las operaciones donde el material sellante es inyectado con una presión mas baja que la presión de fractura de la formación es llamada cementación forzada a baja presión

La comparación de los resultados de una cementación forzada a baja presión y una con alta presión en un intervalo perforado se ilustra en la figura 4 y 5.

PRESIÓN DE AISLAMIENTO. La presión de aislamiento es necesaria para inyectar la lechada dentro del lugar adecuado en el agujero. En general son utilizados dos métodos de presión de aislamiento en las operaciones de cementacion forzada.

El método original para la cementación forzada fue el método bradenhead, el cual es llevado a cabo a través de tubería de producción o de perforación sin el uso de un empaque o herramienta

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similar. La presión se incrementa cerrando los preventores o las válvulas del cabezal de control, después de que el cemento ha sido bombeado y desplazado cerca del extremo de la sarta de tubería de trabajo.

Un procedimiento en común, es bombear un volumen predeterminado de lechada de cemento con un peso especifico fuera de la tubería de trabajo. Los fluidos circulados son recolectados en la superficie (excepto en casos de perdida de circulación) mientras el cemento es colocado, entonces la sarta de trabajo es levantada fuera de la lechada, el cabezal es cerrado y el fluido de desplazamiento es bombeado hacia abajo de la tubería de trabajo, como el bombeo continua, la lechada de cemento es forzada dentro o contra zonas débiles porque estas no pueden mover hacia arriba el fluido del espacio anular.

El fluido de desplazamiento es bombeado hasta que la presión deseada se alcanza o hasta que un volumen especifico del fluido ha sido bombeado. El método es usado extensivamente para forzadas en pozos someros, en taponamientos, en forzadas con tubería flexible y algunas veces para forzar cemento en zonas particularmente de perdida durante la perforación.

Cuando se realiza una forzada con este método en un pozo somero los fluidos de la tubería de trabajo pueden ser desplazados dentro de la formación delante del cemento. En pozos profundos el cemento puede ser colocado a mitad del camino bajo la tubería de trabajo antes de que las válvulas de la tubería de revestimiento sean cerradas en la superficie. La aplicación de este método es restringido, porque la tubería de revestimiento puede estar ajustada en la presión sobre el punto de inyección y la presión máxima esta limitada por la resistencia a la presión interna de la tubería de revestimiento. Además es difícil colocar el cemento con exactitud a través del intervalo programado.

El método de cementación forzada con herramientas utiliza un empacador ya sea recuperable, permanente o un retenedor de cemento, bajado y anclado con tubería o cable, cercano a la cima del intervalo que será tratado. Esta técnica es considerada generalmente superior a la técnica Bradenhead porque confina la presión en un punto especifico del agujero. Antes que el cemento sea bombeado y desplazado, se realiza una prueba para determinar la presión de fractura de la formación. En ciertas circunstancias, la sección bajo las perforaciones donde será forzado el cemento, deberá estar aislado con un tapón puente. Cuando se usa una herramienta recuperable, la lechada remanente deberá ser circulada en inversa una vez que se alcanzo la presión requerida.

El objetivo y las condiciones de la zona determinan si se usa alta o baja presión.

TECNICAS DE BOMBEO. Dos técnicas de bombeo son comúnmente empleadas para operaciones de cementación forzada: bombeo continuo ó intermitente. Estos términos han sido usados en las operaciones de campo para describir las técnicas de bombeo usadas para la inyección del cemento. Estos términos son descritos en párrafos subsecuentes.

La cementación forzada con bombeo continuo es el método donde la inyección es constante y la presión final se logra porque el cemento ó material sellante se inyecta continuamente dentro de la zona de interés. Aunque la lechada de cemento se mueve continuamente, los gastos de inyección pueden ser reducidos tanto como la presión se incremente. Un perfil de presión típico para una cementación forzada continua se presenta en la fig. 6

La cementación forzada con bombeo continuo ha sido frecuentemente asociada con las forzadas a alta presión. Sin embargo, esto no siempre podría ser el caso. Las forzadas con bombeo continuo son generalmente de fácil diseño y ejecución.

Una desventaja significativa de las forzadas con este método es que no hay seguridad de que la lechada de cemento alcanzara todos los puntos de entrada del agujero y proporcione el sello deseado. Todo el cemento podría ser forzado dentro de la porción más alta del intervalo debido a la concentración de un nudo. Fig.7

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La cementación forzada por hesitación consiste de ciclos alternados de bombeo y breves periodos de cierre. Típicamente, todo el volumen de cemento es desplazado fuera de la tubería de trabajo y situado a través del intervalo programado antes que la operación de bombeo sea detenido, los periodos de detenimiento del bombeo son usualmente entre 5 y 15 minutos, seguidos de periodos de bombeo de 0.5 a 2 barriles de fluido y con gastos menores a 0.5 barril por minuto. El perfil de presión de una forzada por hesitación se ilustra en la fig. 8

PRESIÓN PARA FORZAR CEMENTO.

La presión para forzar un fluido, es la presión sobre el punto de inyección, muy frecuentemente, la presión manométrica registrada en la superficie se conoce como la presión para forzar. Esto es un error y puede contribuir a una falla en el trabajo. La presión sobre el punto de inyección es la suma de la presión superficial de bombeo y la hidrostática, menos las perdidas de presión por fricción. En muchas operaciones de cementación forzada, los gastos de bombeo son bajos y las perdidas por fricción son pequeñas.

En la mayoría de los casos, si el cemento puede ser desplazado al punto apropiado, se puede obtener una operación de cementación forzada exitosa con 500 a 1000 Psi de presión final efectiva sobre la presión de inyección inicial (en el punto de inyección), la presión deberá mantenerse de 10 a 15 min., sin regresar fluido. Se recomienda utilizar baja presión para las operaciones de cementación forzada en donde sea posible.

Un factor de seguridad de aproximadamente 300 Psi debajo de la presión de fractura es razonable para forzadas de baja presión. Si se planea circular en inversa después de la forzada, la presión final deberá ser de 300 a 500 Psi, sobre la presión de circulación inversa, si la zona estará expuesta a esta presión.

SELECCIÓN DE MATERIALES Y SU APLICACIÓN

El cemento Pórtland y agua son los materiales básicos más comunes de la lechada utilizada para cementaciones remédiales de cualquier tipo. Las lechadas de cemento Pórtland relativamente no son caras y pueden ser modificadas rápidamente con una variedad de aditivos disponibles en el mercado. La mayoría del equipo de campo esta diseñado para preparar y bombear rápidamente estas lechadas.

El cemento tiene sus limitaciones en algunas aplicaciones de las forzadas. Las lechadas de cemento no son fluidos verdaderos y por lo tanto podrían no penetrar huecos ó canales muy pequeños. La fuga de gas en la boca de los liners puede llegar de canales tan pequeños, que los sólidos del cemento no pueden penetrar para sellar la fuga.

Los coples de cementación múltiple, las herramientas de cementación por etapas y las camisas de tie-back, pueden presentar problemas similares. En algunos casos, grandes canales de flujo pueden ser creados por la alta presión o por cualquier otro material que puede ser considerado.El cemento no es químicamente adherible a la superficie del acero y no forma buen sello contra superficies mojadas en aceite. Finalmente, el cemento es químicamente atacado por un medio ambiente ácido, salado y sulfuroso.

Otros materiales tales como los cementos sintetices (resinas epoxidicas), cementos de altos aluminatos y el cemento-diesel-aceite también pueden ser considerados. Los cementos sintéticos generalmente son fluidos verdaderos y pueden fluir dentro de cavernas o canales pequeños, los cuales no son penetrados por los sólidos del cemento Pórtland. Los cementos sintéticos químicamente pueden adherirse a las superficies, particularmente a las mojadas con aceite. Las limitaciones de los cementos sintéticos, incluidos los de baja densidad (menos de 14 lbs/gal), es el alto costo y los problemas operacionales (algunos cementos sintéticos, se debilitan después del curado, dependiendo después de las condiciones de presión y temperatura).

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Los cementos con altos contenido de aluminatos pueden ser requeridos cuando el área cementada puede estar expuesta a temperatura fuera del rango de estabilidad del cemento Pórtland. Los cementos de altos aluminatos son difíciles de retardar a altas temperaturas. El cemento-diesel-aceite(DOC, lechadas de cemento Pórtland en aceite) fueron desarrollados a principios de los 50s y han sido usados para controlar la producción indeseable de agua bajo una variedad de condiciones donde lechadas acuosas tuvieron pobres resultados. El DOC deberá ser contactado con agua al colocarlo, y es difícil mezclarlo a densidades aproximadamente mayores a 16 lbs/gal. La carencia de agua que permita la hidratación de las partículas del cemento al colocarlo, es una causa muy común de falla donde se utilizo el cemento-diesel-aceite.

Aunque usado ampliamente, las lechadas de cemento acuosas pueden no ser siempre la mejor alternativa de material para todas las operaciones. Últimamente, la alternativa de materiales podría ser gobernada por las condiciones del pozo, uso futuro, las condiciones y objetivos de las operaciones de cementación forzada.

PLANEACIÓN DE LA OPERACIÓN.

La planeación de la cementación forzada es critica una vez que el problema ha sido diagnosticado y el objetivo de la operación ha sido definido. En el apéndice A se presenta un ejemplo de calculo y ayuda para planear una cementación forzada.

TIPO DE PROBLEMA. El tipo de problema es el factor clave que influencia el proceso de planeación. Una cementación forzada no deberá ser desarrollada a menos que el problema y los resultados esperados estén bien definidos. Cada problema tiene una clave variable la cual deberá ser identificada, reconocida y direccionada. Cuando se forzaran perforaciones, el principal problema es la inseguridad de que todas las perforaciones estén abiertas y que todas aceptaran fluido. La dilución o el lavado hacia fuera de la lechada después del desplazamiento es el mayor problema cuando es forzada en flujos de agua.

Los canales pueden tener varios y diferentes problemas, dependiendo de la causa del canal. Si el canal fue causado por una desviación del cemento por el fluido de perforación durante la operación de cementación primaria, establecer comunicación con este canal es frecuentemente la tarea más difícil. Herramientas de perforación de tuberías con fase de 90° proporcionarían probabilidades de conectar con el canal. Si el canal fue causado por una pobre centralización durante la cementación primaria como se ilustra en la fig. 9, en ese punto posiblemente existe un vacío porque no entro cemento, sin embargo un vacío puede ser creado por un Fracturamiento o una acidificación (en carbonatos). La fractura puede no extenderse en la misma dirección del canal, por lo tanto requiere de múltiples operaciones de cementación para remediar el problema.

Las fugas en la boca de los liners frecuentemente no son selladas por la existencia de canales muy pequeños para aceptar las partículas necesarias de cemento para proporcionar un sello. Los canales de flujo deberán ser abiertos o agrandados con Fracturamiento o Acidificación para proporcionar un vacío o hueco suficiente para aceptar cemento.

Las roturas de tuberías de revestimiento o agujeros son frecuentemente las operaciones de cementación forzada más difíciles de diseñar. Frecuentemente la prevención de un daño adicional a la T.R. es una preocupación de principal importancia. La presión aplicada a la T.R. durante la forzada puede extender la rotura o abrir nuevos agujeros en zonas débiles de la T.R. otra preocupación de interés secundario es el llenado de las cavernas mas allá de la zona de daño; este volumen es frecuentemente muy difícil de determinar.

TIPO DE POZO. El tipo de pozo también deberá ser considerado cuando se planea una operación de cementación forzada. Los pozos productores e inyectores presentan retos un poco diferentes. En pozos productores frecuentemente es la temperatura del yacimiento, mientras que en pozos inyectores pueden haber sido enfriados por la inyección de fluidos. Los pozos de baja presión pueden tener zonas expuestas las cuales se fracturaran fácilmente. El Fracturamiento de la

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formación puede ocurrir cuando el cemento es bombeado dentro de la tubería de trabajo debido al incremento de la presión hidrostática.

Ambos tipos de pozo (inyectores y productores) pueden tener acumulación de sólidos en la tubería de revestimiento y producción. Un escariador de tubería deberá ser corrido para remover los depósitos de la superficie de las tuberías si se usa un empacador o retenedor de cemento para la operación. Se debe circular un solvente a través del intervalo programado, para remover depósitos de hidrocarburos de las perforaciones. El cemento no se adhiere o proporciona un sello confiable en las superficies que no son limpiadas y mojadas con agua.

Los depósitos de metal pueden ser removidos por el remojo con ácido o agentes gelantes. Algunos depósitos de metal pueden ser removidos por métodos mecánicos.

Los pozos productores pueden haber sido controlados para prepararlos para la forzada, si se utilizo lodo en el control es posible que sea necesario utilizar alta presión para la operación, los fluidos limpios de terminación como las salmueras de bromuro de calcio, cloruro de zinc o los cloruro de calcio son fuertes aceleradores para la mayoría de las lechadas de cemento, por lo que se deberá evitar la contaminación de las lechadas con lodo o salmueras.

En pozos de gas, se deberá circular para desalojar del agujero cualquier burbuja de gas, el gas no deberá ser bombeado por delante del cemento dentro de la zona que será forzada, ya que este gas se podrá filtrar de regreso a través del cemento colocado. En pozos en donde se efectuaron operaciones de cementación forzada en zonas saturadas de agua o con CO2 u otros gases también pueden ser afectados por el flujo cruzado entre zonas o por el movimiento interzonal de los fluidos.

TIPOS DE FORMACIÓN. Las areniscas son caracterizadas por su matriz porosa, y la producción de los fluidos ocurre a través de los poros interconectados los cuales constituyen la permeabilidad. Los carbonatos tales como las calizas y dolomitas tienen típicamente una matriz de porosidad menor y la permeabilidad es mucho menor que la de las areniscas. La mayoría de producción de fluidos o flujos, ocurren a través de cavernas o de fracturas naturales interconectadas. Formaciones de lutitas, anhidrita y salinas frecuentemente son encontradas en operaciones de cementación forzada. Estas formaciones típicamente tienen baja porosidad y permeabilidad. Las formaciones salinas son fácilmente disueltas por fluidos acuosos.

La perdida de filtrado de los cementos ocurre mas rápidamente en zonas de buena permeabilidad como las areniscas. Los carbonatos pueden contener fracturas naturales o cavernas, las cuales aceptaran toda la lechada de cemento, pero la baja permeabilidad de la matriz hace que la filtración ocurra a baja velocidad. En estos caso se requiere un material obturante en la lechada de cemento para taponar las fracturas naturales o cavernas para prevenir la perdida de toda la lechada en la formación.

Las formaciones salinas, las lutitas, y anihidritas pueden ser dañadas por el agua dulce del filtrado de los cementos. Las sales (cloruro de sodio o potasio) se pueden adicionar a los diseños de los cementos para reducir el efecto adverso del filtrado. También, la sal incluida en el diseño del cemento puede proporcionar un buen sello con este tipo de formaciones.

En general, se requieren mayores volúmenes de cemento y lechadas de cemento con alta perdida de fluido para operaciones de cementación forzada en carbonatos que en areniscas.

HISTORIA DEL POZO. Durante la planeación del proceso se deberá revisar la información del pozo tal como: gastos de producción ó inyección, presión y volumen. Con intuición la presión y temperatura, pueden ser obtenidas de estos datos, las cuales pueden ser experimentadas durante la operación. La historia de las estimulaciones y cualquier otra operación previa de cementación remedial también son importantes.

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Los procedimientos de estimulación crean cavernas detrás de la T.R.; estas cavernas aceptaran todo el cemento. Los tratamientos de Fracturamiento hidráulico pueden haber creado grandes cavernas las que aceptaran un gran volumen de cemento. Además, lo que pudo haber sido diagnosticado como un canal detrás de la T.R., puede ser una fractura creada durante los procesos de terminación. Estas fracturas se pueden extender una distancia considerable desde el agujero y un trabajo de cementación forzada a baja-presión puede no ser la solución al problema.

En carbonatos, los Fracturamiento ó las acidificaciones crean cavernas que pueden conectarse con una red de fracturas naturales. Los volúmenes de cemento serán influenciados por las cavernas existentes y el intervalo que será forzado.

Cementación forzada a baja o alta presión. Las cementaciones forzadas a baja presión son preferidas por la mayoría de los operadores, el diseño de la lechada frecuentemente es muy compleja, pero a menudo el cemento necesario es menor y generalmente hay mejor control sobre el desplazamiento. Sin embargo existen condiciones las cuales impiden el desplazamiento a baja presión. Las operaciones a baja presión a menudo son aplicadas con los propósitos siguientes:

1. Llenado de cavernas existentes detrás de la T.R.2. Aislar zonas múltiples en una sola operación.3. Aislar un intervalo grande disparado.4. Aislar pozos de baja presión de fondo.5. Aislar un intervalos de baja permeabilidad.6. Aislar intervalos improductivos.7. Inyección de limpieza, si el fluido que esta en el pozo esta libre de sólidos y se inyecta

delante del cemento.

Las forzadas a alta presión son requeridas ó aplicadas a menudo por las condiciones ó tipos de operación siguientes.

1. Cuando se esta forzando con fluidos del pozo cargados de sólidos.2. Forzando donde no existen cavernas detrás de la T.R.3. Forzando en zonas individuales pequeñas.4. Sellando fugas en boca de liner.5. Forzando zapatas de T.R.

La técnica de baja presión se puede llevar a cabo en la mayoría de las operaciones, siempre que existan cavernas y puedan ser abiertas completamente con fluidos limpios, libres de sólidos. Para aplicar esta técnica es necesario preparar el pozo y planear cuidadosamente la operación. Una falla al realizar esto, expone seriamente la aplicación y el éxito de la técnica de baja presión. Sin embargo, algunas condiciones hacen necesaria la forzada a alta presión.

Técnicas de bombeo. La cementación forzada con bombeo continuo es una técnica generalmente muy sencilla, relativamente se usan diseños de cemento simples y se dispone de una buena oportunidad para alcanzar la presión final. esta técnica se utiliza frecuentemente para:

1. Aislar flujos de agua.2. Recementar zapatas de T.R.3. Bloquear zonas productoras.4. Cementar complementos.5. Obturar varios tipos de perdida de circulación.6. Recementar bocas de liner.7. Recementar ó reparar algunos daños en la T.R.

Las mayores desventajas de esta técnica son: (1) la inseguridad de que la lechada que será forzada dentro del agujero entre a los puntos que necesitan ser sellados y (2) la presión final de la operación no indica una forzada exitosa.

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Cuando se utiliza el método de hesitación hay mayor oportunidad de que todo el cemento penetre en los puntos de interés. En las operaciones de cementación forzada con el método de hesitación, se requiere una lechada de cemento, una planeación y un criterio más sofisticados. La hesitación no es recomendada a menos que sea controlada la perdida de fluido de la lechada utilizada. Sin embargo, la hesitación frecuentemente incrementa las oportunidades de obtener una forzada exitosa aun y cuando con el procedimiento inicial del trabajo se intento efectuarlo con bombeo continuo. Durante la hesitación la perdida de fluido de la lechada forma un revoque el cual puede (1) divergir los fluidos a otras áreas las que previamente no estaban aceptando fluido, (2) desarrollar un revoque ó deshidratarse parcialmente, permanecer en el lugar y solificarse proporcionando el sello deseado.

MÉTODOS DE AISLAMIENTO DE PRESIÓN. La presión anticipada del punto de inyección, la exactitud del sitio de colocación de la lechada a través del intervalo y el factor económico, influenciaran la decisión del tipo de aislamiento de presión que deberá ser usado. El método Bradenhead expone todo el anular a la presión aplicada durante la operación. Las condiciones de la T.R. deberán ser consideradas cuando se utilice este método. Si la forzada esta siendo realizada para remediar una parte ó un agujero de la T.R. causado por corrosión, la T.R. expuesta a la presión durante la forzada puede crear nuevos problemas. Por otro lado, si la T.R esta en condiciones muy pobres, anclar una herramienta recuperable puede ser muy riesgoso.Cuando se usan herramientas para realizar la forzada, solo una parte de la T.R esta expuesta a la presión. Las herramientas para forzadas también proporcionan una mayor seguridad de que el desplazamiento del cemento es realizado en el intervalo programado.

SELECCIÓN DE LA HERRAMIENTA DE FONDO. Los tipos básicos de las herramientas de fondo para forzadas son: recuperables y permanentes (perforables). El tipo más común de los recuperables son los empacadores, aunque también se utilizan los no recuperables. Los retenedores de cemento son las herramientas más comunes del tipo de los no recuperables.

Las herramientas recuperables ofrecen la ventaja de que son removidos después del trabajo para reducir el tiempo de perforación (rebajar la herramienta), cuando el intervalo forzado es para una reentrada. Los empacadores recuperables, pueden ser movidos y utilizados en varias ocasiones, permitiendo varias operaciones de cementación forzada en un solo viaje. Las herramientas recuperables generalmente se usan cuando el potencial del flujo de regreso después de la operación es bajo, el flujo de regreso puede ser inducido dentro del pozo por el efecto del suaveo, creado cuando la herramienta es desanclada y sacada.

Las herramientas perforables son recomendadas cuando el flujo de regreso después de la cementación es probable, como cuando se efectúan operaciones de cementación forzada en zonas de alta presión ó de flujos de agua. Las herramientas perforables pueden ser ancladas cerca de las perforaciones; sin embargo, el cemento no puede ser colocado sobre todo el intervalo, lo cual es posible cuando se usan herramientas recuperables. Las herramientas perforables también son usadas cuando existe un alto riesgo de que caiga cemento sobre la herramienta durante el trabajo o cuando hay una T.R. débil (la que podría colapsarse) sobre la herramienta. En los dos casos, puede no ser posible recuperar la herramienta después del trabajo. En las condiciones que se presentan en la fig. 10 generalmente las operaciones se desarrollan con herramientas perforables, planear una cementación forzada con herramienta recuperable es un “suicidio”, puesto que hay un gran potencial de cementar la herramienta dentro del pozo.

POSICIÓN DE LA HERRAMIENTA. Varios factores influyen en el lugar donde será anclada la herramienta, a pesar del tipo de esta. Las herramientas no se pueden anclar en tuberías gastadas ó corroídas. Las cuñas pueden perforar la tubería ó la herramienta no puede ser anclada por el agrandamiento del diámetro de la tubería. El agrandamiento de la tubería podría ocurrir por el asentamiento de las cuñas ó cuando se aplica presión a la T.R. durante los trabajos de cementación forzada, también estas herramientas no se pueden anclar en coples.

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La superficie de la T.R debe estar libre de rebabas o depósitos, los cuales podrían dañar los elementos de sello o impedir el anclaje o sello de la herramienta. Donde sea posible, la herramienta debe ser anclada en una sección donde exista una buena funda de cemento alrededor de la T.R. (adherencia)

El lugar mas seguro para la herramienta será un punto, el cual permitirá limpiar toda la sarta de trabajo de la lechada de cemento antes de que ocurra la inyección en la zona de interés, particularmente donde se utilizan lechadas de cemento de alta perdida de agua.El uso de esta técnica puede no ser recomendable en columnas de T.R. muy pequeñas o para bombear cemento desde la herramienta y desplazarlo en un intervalo grande con un gran volumen hasta el punto de inyección, lo que permite la contaminación del cemento con los fluidos del pozo. Lo que es mas, si la herramienta es anclada muy lejos del punto de inyección, una sección muy grande de la T.R. esta expuesta a la presión durante la forzada.

Es importante minimizar el volumen de fluido de control inyectado a la zona de interés delante del cemento. La distancia ente la posición de la herramienta y el punto de inyección, representa el volumen de fluido que seria inyectado delante del cemento y frecuentemente representa el cemento que seria rebajado después de la operación. Una cola de tubería puede ser usada abajo de algunas herramientas, y permiten que estas herramientas sean colocadas lejos del punto de inyección, pero no obstante permiten colocar el cemento cerca del intervalo programado. Se recomiendan las colas de tubería de aluminio o fibra de vidrio. Este material puede ser fácilmente partido si el cemento llegara a deshidratarse alrededor del tubo cola.

La contaminación del cemento puede afectar las propiedades reológicas, el tiempo de fraguado y él esfuerza compresivo. Los lodos base aceite son viscosificados y densificados con sólidos mojados en agua y pueden producir una masa viscosa la cual es muy dura para inyectarla a la zona de interés. El cloruro de calcio de las salmueras que son la fase interna de los lodos base aceite, puede causar una dramática reducción de los tiempos de fraguado. Los lignosulfonatos utilizados en los lodos base agua, son retardadores muy fuertes para la mayoría de los cementos. La contaminación de los lodos base aceite, puede reducir el esfuerzo compresivo hasta un 75% ó más, como se presenta en la fig. 11.

Se presenta una guía que podría ser considerada cuando se seleccione el punto de anclaje de la herramienta.

1. Una distancia que proporcione un volumen de 2 a 5 barriles bajo la herramienta.2. No más de 75 pies de distancia entre el punto de inyección y la herramienta.

EQUIPO SUPERFICIAL. Un ensamble de válvulas (manifold) alta presión es recomendable para la mayoría de las forzadas. Por lo general se disponen de dos diseños; vertical y horizontal, ambos diseños desarrollan la misma función, el diseño vertical se presenta en la fig.12. Las líneas de tratamiento son corridas desde el manifold hasta el equipo de bombeo y de ahí hasta la sarta de trabajo, el anular y a la presa de residuos. El manómetro localizado en el manifold, indica la presión en la sarta de trabajo y el anular.

La ventaja del ensamble de válvulas (manifold) alta presión es que la trayectoria del fluido puede ser direccionada desde una posición central. Este ensamble deberá ser instalado en una posición donde el operador pueda comunicarse fácilmente con el cementador, representante de la compañía y con el operador de la herramienta de fondo. Cuando sea necesario utilizar el ensamble de válvulas, la compañía de servicio deberá ser informada previamente a la operación. Se pueden requerir líneas de tratamiento extras para correrlas desde el ensamble de válvulas a la cabeza del pozo, bombas y presa de desperdicio. Generalmente se requieren un doble (conexión de oreja) y un chicksans regular para una instalación apropiada.

Los ensambles de alta presión, contienen múltiples válvulas, las que son parte critica por la diversidad de fluidos que fluyen a través de ellas. Todas las válvulas deberán ser probadas con las

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condiciones propias del trabajo, y el ensamble de válvulas deberá ser probado con presión, antes de cada trabajo.

PRESIÓN TUBULAR. Una suposición que se hace para proteger la tubería es que la presión que se aplica a la T.R. por dentro, también deberá aplicarse por fuera durante la operación. El colapso de la T.R. es posible y deberá tomarse en consideración durante la planeación de la operación. La resistencia a la presión interna no deberá ser excedida, puesto que se crearía una rotura en la T.R ó entre las perforaciones y se puede causar un gran problema que originalmente no existía. Se deberán considerar las condiciones de la T.R. cuando se estime la resistencia a la presión interna y de colapso.

La presión anular no debe exceder la resistencia al colapso de la T.R y T.P. sin embargo, se recomienda mantener la presión en el anular para la mayoría de las operaciones de cementación forzada donde se utiliza herramienta. Hay tres razones para observar la presión anular que son: (1)se puede determinar la integridad de la presión anular, (2) la presión anular puede ser monitoreada durante la operación y (3) la presión adicional proporcionada y soportada por la T.R ayuda a prevenir el colapso.

ESTABLECER LA INYECCIÓN. Antes de bombear el cemento, la inyección del fluido dentro del intervalo que será forzado deberá ser establecido. El termino “ruptura” frecuentemente es usado para describir el proceso de establecer la inyección dentro de la zona antes de la cementación forzada. Sin embargo la ruptura amplia las fracturas de la zona. Esto deberá ser evitado si es posible. La inyección dentro de la zona deberá ser intentada a una presión más baja que la de fractura de la formación de la zona. Para determinar la inyectividad se deberá utilizar de preferencia fluidos limpios libres de sólidos.

Se puede requerir fracturar la formación para establecer la inyección en carbonatos, areniscas de baja permeabilidad, lutitas, anhidritas ó secciones de sal, y cuando se utiliza fluidos cargados de sólidos como el lodo de perforación como fluido de inyección. Frecuentemente se requiere fracturar la capa de cemento alrededor de la boca de tuberías cortas (liner) para proporcionar un canal lo suficientemente grande para aceptar las partículas del cemento. El Fracturamiento de la formación debajo de la zapata de la T.R. anterior es echa rutinariamente cuando se cementan tuberías cortas con el método forzada a alta presión (tack-and-squeeze) y cuando se realizan cementaciones forzadas a zapatas de T.R.

Un gasto de inyección mínimo de 2 bbl/min, con un fluido libre de sólidos y bombeado a una presión mas baja de la de fractura es suficiente para establecer la inyección. Si el intervalo a ser forzado esta disparado se recomienda usar bolas selladoras para divergir el flujo a tantas perforaciones como sea posible. Una falla al abrir todas las perforaciones, puede resultar en un requerimiento de mas de una forzada para sellar la zona.

INYECCIÓN DE FLUIDOS. Cuando los fluidos que preceden a los cementos están cargados de sólidos, a menudo los resultados son muy pobres. Por lo que se prefieren fluidos limpios, libres de sólidos. Las soluciones ácidas que contienen surfactantes son agentes de limpieza muy efectivos.

Comúnmente se usan los ácidos inorgánicos diluidos tales como el clorhídrico y el fluorhídrico. La mezcla de estos ácidos diluidos comúnmente llamada “mud-acid” es efectiva para atacar el filtrado (enjarre) y los residuos de los lodos de perforación. También se usan los ácidos débiles tales como el acético y fórmico. Los surfactantes deberán usarse en cualquier fluido para reducir la tensión superficial, remover los depósitos de hidrocarburos y para ayudar a mojar en agua las superficies que estarán en contacto con el cemento. También se requieren agentes quelantes en los ácidos para prevenir la precipitación del oxido de fierro y el incremento del PH en la formación.

Donde se usaron lodos base aceite, se recomienda un fluido compuesto de diesel con el 1 al 10% (por volumen) de solvente mutual y 10% de ácido acético para remover los residuos del lodo. Cuando se encuentran altas concentraciones de depósitos parafínicos ó asfáltenicos ( ó lodos con

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material asfaltenico), el tolueno y xileno pueden sustituir la parte del diesel para proporcionar la limpieza.

Estos fluidos deberán ser seguidos de agua o salmuera con 1% de surfactante (por volumen) antes de que el cemento sea inyectado al intervalo.

VOLUMEN DE CEMENTO. El volumen de cemento optimo es el volumen requerido para sellar la caverna. Se utiliza mas lechada por el problema de desplazar el cemento al lugar adecuado para proporcionar el sello. Generalmente el volumen de cemento necesario es inversamente proporcional a la presión de inyección y directamente proporcional al gasto de inyección. Cuando la presión de inyección es alta y los gastos de inyección bajos, se usan pequeños volúmenes de cemento. Las siguientes reglas pueden ser consideradas cuando se determine el volumen de cemento a usar.

1. Dos sacos por pie del intervalo disparado, con un mínimo de 50 sacos. 2. Un mínimo de 100 sacos si se puede obtener un gasto de inyección de 2 bls/min, de otra

manera debe usarse como mínimo 50 sacos.3. El volumen de lechada no deberá exceder la capacidad de la sarta de trabajo.4. El volumen de lechada no deberá resultar en una columna que no pueda ser reversada.5. El volumen de la caverna ó la zona a ser llenada con respecto al cemento mas el volumen

que será dejado dentro de la T.R. pero no menos de 50 sacos.

Este ultimo puede ser estimado por medio del registro de calibración, el volumen de ácido de un tratamiento y la solubilidad de la formación (carbonatos), ó el volumen del tratamiento de un Fracturamiento hidráulico. Se puede usar en la estimación un ancho de fractura (fracturas apuntaladas) de 1/8 a ¼ de pulgadas. La altura de la fractura y la profundidad de penetración son más difíciles de estimar. Un programa del diseño de una fractura hidráulica puede ser muy útil si otros datos necesarios no están disponibles.

Los carbonatos típicamente fracturados, requieren de un volumen mayor de cemento que las areniscas donde se efectúo una fractura. Los volúmenes de cemento más comunes en carbonatos varían entre 200 y 400 sacos.

EQUIPO DE MEZCLA. Las lechadas de cemento son diseñadas para tener propiedades especificas de tiempo de espesamiento, esfuerzo compresivo, perdida de fluido y propiedades reologicas a una relación especifica de agua-cemento. Aunque estas cambian durante la filtración, la cual ocurre en el fondo del pozo, la lechada es preparada y diseñada en superficie.En el presente, para preparar la lechada de cemento, el recirculador es considerado el método más correcto. Los pequeños volúmenes usados en las operaciones de cementaciones forzadas, pueden ser preparados fácilmente en un recirculador. La recirculación de la mezcla de cemento se hace en forma continua para tener un buen control de la densidad. Los jets mezcladores no se recomiendan para preparar lechadas que serán usadas en las cementaciones forzadas. ESTIMACIÓN DE LA PRESIÓN DE INYECCIÓN EN UN PUNTO. Conocer la presión de inyección en un punto, es critico para entender el progreso de la operación. Monitorear la presión de inyección en un punto, puede hacer la diferencia entre un trabajo exitoso ó fallido. La presión de inyección en un punto es:

Donde:

Pz= presión de inyección en un punto de la zona.

Ph= presión hidrostática de la columna de fluido.

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Pp= presión aplicada en la superficie.

Pf= caída de presión por fricción durante el bombeo.

ISDP= presión de cierre instantánea, la cual es medida en la superficie en el momento en que se detiene el bombeo.

En muchos casos la caída de presión por fricción es muy pequeña y puede ser omitida durante la estimación de la presión de inyección. Al omitir la caída de presión por fricción, proporcionaremos un factor de seguridad porque la presión estimada será mas alta que la presión actual en el punto de inyección.

El ejemplo de un método gráfico para encontrar la presión de inyección en un punto durante la operación, se describe en el apéndice A.

LAVAR EL EXCESO DE CEMENTO. Desalojar el exceso de cemento de la T.R. se hace para ahorrar tiempo y el costo de rebajar el cemento fraguado. Esto es muy común en operaciones con tubería flexible ó cuando se utiliza una cola de tubería abajo del empacador recuperable. El cemento fresco desplazado de estas operaciones, puede ser alterado y por lo tanto arriesgar el éxito de la operación. Un rango de éxito de 65% ha sido reportado en operaciones donde el exceso de cemento ha sido desalojado después de la operación. Un rango de 95% de éxito fue notado en operaciones donde el exceso de cemento quedo como tapón y posteriormente fue rebajado.

DISEÑO DEL CEMENTO.

TEMPERATURA Y PRESIÓN. La temperatura es la única variable más importante que afecta la hidratación del cemento. Es necesario que la información de la temperatura sea altamente confiable para diseñar la lechada de cemento para una forzada.

La temperatura del pozo y el tiempo en que es desarrollada la operación de la cementación forzada, esta influenciada por el tipo, historia y estado mecánico del pozo, tiempo de circulación, gasto y tipo de fluido. La cuestión más importante en determinar la temperatura para la operación de la cementación forzada es si el pozo se puede ó no circular a través de intervalo propuesto. Si no, la temperatura estática del intervalo deberá ser usada para el diseño del cemento.

El efecto del gasto y tiempo de circulación sobre la temperatura del pozo se puede observar en la fig. 12. Las diferencias en los gastos de flujo afectan la temperatura circulante y el tiempo requerido para que la temperatura se estabilice a una temperatura circulante seudoestática. El impacto del tipo de fluido se puede ver en la fig. 13, las salmueras y los fluidos de perforación con un alto contenido de sólidos, tienen diferente capacidad calorífica y calor especifico.

La cédula API de temperaturas para forzadas, está basada en la circulación de lodos. Si se circula una salmuera, los valores publicados pueden ser diferentes significativamente. También se debe considerar la temperatura del fluido en la zona de admisión. La circulación de fluidos frescos ó fríos, enfrían el pozo más, que la circulación de fluidos calientes bajo la misma condición.

El tipo de pozo también influye en su temperatura. Los pozos inyectores al igual que los pozos invadidos de agua pueden tener temperaturas considerablemente mas bajas que la normal en pozos productores que están a la misma profundidad y condiciones de temperatura. La inyección de fluidos frescos por grandes periodos, como es común en pozo invadidos, puede reducir significativamente la temperatura del yacimiento en el pozo y alrededor del mismo. La temperatura del pozo puede no incrementarse aún con dos ó tres días de cierre antes de la forzada. El perfil normal de la temperatura en un pozo productor que tiene una temperatura estática de fondo de alrededor de 178° F es comparado en la fig. 14 con un pozo similar, el cual ha estado invadido con agua salada por 5 años. La temperatura del yacimiento en el pozo y cerca del pozo es

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considerablemente diferente. El diseño de la composición del cemento basado sobre la temperatura normal del pozo productor, puede tener excesivo tiempo de fraguado y una muy baja perdida de fluido para la operación de la forzada del pozo inyector.

La presión tiene algunos efectos sobre el tiempo de fraguado fig. 15, pero no tantos como la temperatura. Los cambios de presión tienen un impacto más sorprendente sobre el tiempo de fraguado en la parte más baja de la escala de presión que al final. Por ejemplo, el tiempo de fraguado cambia mas por un incremento de presión de 0 a 5,000 Psi, que por un incremento de 10,000 a 15,000 Psi.

TIEMPO DE FRAGUADO (ESPESAMIENTO). El tiempo de fraguado requerido para una operación en particular varia de acuerdo a las condiciones del pozo y al diseño de la forzada. Desde que se planea el programa operativo, se puede determinar un tiempo de fraguado suficiente para colocar la lechada y circular en inverso cualquier exceso (sí es planeado) mas un factor de seguridad. Se recomienda un factor mínimo de 30 a 45 min. , sobre el tiempo estimado de la operación.La cementación forzada directa (bombeo continuo) usualmente requiere de menos tiempo de bombeo que la forzada por hesitación. El incremento del filtrado (enjarre) generalmente es más rápido en lechadas de alta perdida de agua usadas en forzadas directas (bombeo continuo). La formación del enjarre ocurre generalmente a un ritmo mas bajo para las lechadas de baja perdida de fluido usadas para forzadas por hesitación. El tiempo de fraguado es importante principalmente para la lechada de la cual el filtrado no es removido. La filtración altera la relación original agua-cemento, esto reduce el tiempo de fraguado a un valor menor que el determinado en el laboratorio.

ESFUERZO COMPRESIVO. El esfuerzo compresivo no es de mayor importancia en el diseño de la lechada para una forzada. Sin embargo, el esfuerzo compresivo, proporciona la resistencia al cemento cuando se aplica presión. El esfuerzo compresivo de la lechada determinado con pruebas de laboratorio no es indicativo del esfuerzo ó rango de esfuerzo desarrollado por el enjarre depositado en el intervalo forzado.

CONTROL DE LA PERDIDA DE FLUIDO. La pregunta más común echa referente al diseño de la lechada de cemento es la concerniente al volumen necesario para controlar la perdida de fluido. La técnica usada en la cementación forzada, la permeabilidad de la formación y la presión diferencial, afectan el volumen de perdida de fluido necesario en una operación. Como se menciono, las lechadas típicas para una forzada por bombeo continuo deberán tener alta perdida de fluido y las forzadas por hesitación baja perdida de fluido.

La fig. 16 compara el efecto de la permeabilidad de la formación con la acumulación de la perdida de filtrado sobre un tiempo, para una lechada que tiene una perdida de fluido API de 134 cc/30 min. ( Con una presión diferencial de 1,000 Psi), como sugieren estos datos, la alta perdida de fluido se puede usar en formaciones de baja permeabilidad. En formaciones como carbonatos, lutitas, anhidritas ó salinas, el control de la perdida de fluido puede no ser necesaria. Los cementos de baja perdida de fluido pueden ser fluidos fracturantes efectivos, se pueden requerir largos tiempos de trabajo para desarrollar el enjarre suficiente, cuando se usan cementos de baja perdida de fluido en pozos de baja permeabilidad.

Para forzadas con bombeo continuo y en carbonatos, comúnmente se usa una perdida de fluido API de 200 cc/30 min. ó más alto. La perdida de fluido en las lechadas para forzadas por hesitación, generalmente es entre 25 y 150 cc/30min. este valor se puede ajustar de acuerdo a las condiciones del pozo, permeabilidad de la zona expuesta y la presión diferencial esperada.

RETARDADORES. En algunas operaciones se requieren retardadores para proporcionar el tiempo de fraguado suficiente para colocar el cemento. Los retardadores más comunes son los lignosulfonatos ó sus derivados. Muchos polímeros que controlan la perdida de fluido ó dispersan el cemento, también pueden retardar el tiempo de fraguado. El carboximetil hidroxietil celulosa

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(CMHEC) es un agente de control de perdida de fluido usado mundialmente, el cual también se puede usar como un retardador efectivo para algunos rangos de temperatura.

Algunos retardadores comerciales y sus rangos de trabajo de temperatura reportados se presentan en la fig. 17, existe una notable brecha entre los 190°F y 210°F, donde pocos retardadores son aplicables. Este rango de temperatura es la brecha entre el limite de la temperatura de trabajo mas alta de muchos retardadores de baja temperatura y el rango de temperatura de trabajo mas baja aplicable de los retardadores de alta temperatura. Los errores en la temperatura dentro de estos rangos pueden causar serios efectos en los resultados de la operación.

El perfil del tiempo de fraguado de retardadores disponibles comercialmente de rango-medio se presenta en la fig.18, sobre la parte mas baja, al final del rango efectivo de trabajo, los cambios sustanciales de temperatura tienen menos efecto sobre el tiempo de espesamiento. Como la temperatura se incrementa, la pendiente de la curva del tiempo de fraguado/la temperatura se incrementa, indicando que los cambios de temperatura tienen un gran efecto sobre el tiempo de fraguado. En los limites de la temperatura, cercanos a las temperaturas de trabajo mas baja de los retardadores, una pequeña variación puede tener un efecto catastrófico sobre el tiempo de fraguado.

Si es posible, se recomienda, que el punto medio del rango de temperatura de trabajo del retardador sea cercano a la temperatura del pozo esperada durante la operación.

REOLOGÍA. Generalmente se requiere que los fluidos sean de baja viscosidad para permitirles fluir fácilmente dentro de los canales de flujo. Desafortunadamente la mayoría de los aditivos para perdida de fluido incrementan la viscosidad y el esfuerzo gel de las lechadas. La viscosidad y el esfuerzo gel no deberán ser tan bajos para no permitir la sedimentación de los sólidos. También el esfuerzo gel no deberá desarrollarse durante la hesitación de la forzada, ya que este podría exponer el desplazamiento de la lechada. Por otro lado un alto esfuerzo gel también puede causar altas presiones inusuales cuando se requiera circular en inverso una columna de cemento.

ADITIVOS ESPECIALES. Las compañías de servicio tienen una variedad de aditivos para modificar el cemento para condiciones especiales. Estabilizadores de temperatura, aditivos tixotropicos, aditivos expansivos, agentes reductores de densidad y los materiales obturantes son algunos de los tipos de aditivos disponibles. Un capitulo entero se podría describir para el diseño de la lechada, pero, aquí solo se presenta una breve descripción.

Cuando la temperatura estática de la zona excede los 230°F, se deberá usar arena ó harina sílica para prevenir el esfuerzo de retrogresión del cemento. La harina sílica se prefiere para las lechadas donde las temperaturas son mayores a 350°F. la harina ó la arena sílica pueden ser usadas en zonas de temperatura mas baja, dependiendo de la formulación del cemento. La harina sílica tiene una área superficial mayor que tiende a incrementar la viscosidad de la lechada. Sin embargo, el tamaño de las partículas es más pequeño y adecuado para obturar cavernas pequeños ó canales. La arena sílica puede asentarse si la viscosidad de la lechada es baja.

Los aditivos tixotropicos son usados para proporcionar un alto esfuerzo gel (esfuerzo al corte) a las lechadas de cemento en reposo. Los cementos tixotropicos son más resistentes a la remoción ó a una alteración después del desplazamiento. También, los cementos tixotropicos pueden desarrollar un alto esfuerzo gel en grandes cavernas, las cuales requerirán menos cemento para lograr el sello. Los agentes expansivos están disponibles para temperaturas arriba de 500°F, los aditivos expansivos tienen su mejor aplicación en donde los cementos son desplazados contra algo duro, en formaciones de alto esfuerzo y en configuraciones de tubería dentro de tubería.

La arena, gilsonita, carbón de tierra, cáscara de nuez, mica y escamas de celofán son algunos de los materiales obturantes usados en los cementos. Estos materiales son usados para obturar cavernas grandes ó fracturas, las cuales aceptarían todo el cemento.

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En la mayoría de los casos, la composición de los cementos contienen retardadores, aditivos para perdida de fluido y dispersantes. Los agentes obturantes y los cementos tixotropicos pueden tener aplicación para las forzadas en carbonatos, zonas de fracturas naturales, zonas de perdida de circulación y para obturar flujos de agua.

PRUEBAS DEL CEMENTO.

Antes de realizar el trabajo, se deberá hacer una prueba con una muestra de la composición del cemento mezclado con el agua que será usada en la operación. Las pruebas de laboratorio deberán simular las condiciones de diseño de la operación lo más cercano posible. Sin embargo, el rendimiento ó desempeño del cemento varia de acuerdo a la producción (molienda) y los proveedores, por lo tanto el rendimiento de los aditivos varia con el cemento y entre el numero de lote de los aditivos. También la composición del agua de mezcla puede afectar el tiempo de fraguado y frecuentemente la sal es un elemento contaminante en el campo que puede afectar al cemento. Fig.19, algunos contaminantes orgánicos los cuales retardan a los cementos, pueden estar presentes en algunas fuentes de agua en ciertas temporadas.

TIEMPO DE FRAGUADO. Las pruebas de tiempo de fraguado en el laboratorio son más grandes que los tiempos de fraguado del cemento durante una operación de cementación forzada. La filtración que ocurre durante la forzada reduce la relación agua: cemento, causando una reducción en el tiempo de fraguado, la filtración no ocurre en las pruebas de laboratorio y esto no puede ser simulado usando los métodos y equipo estándar de la industria actual.

La temperatura, presión, hesitación, los rangos de calentamiento y presurización pueden y deben ser duplicados fielmente en las pruebas de laboratorio. Los rangos de presurización y el calentamiento pueden ser determinados con los gastos de bombeo programados y el volumen de la tubería de trabajo. La hesitación puede ser simulada con paros del motor agitador, reiniciándolo después de transcurrido un tiempo estático. Fig.20

La velocidad de corte en el consistometro es entre 600 y 800/seg. la cual es considerablemente mas alta que la que experimenta el cemento antes y después de la hesitación. El incremento instantáneo y sostenido de alta velocidad de corte rompe mas el esfuerzo gel del cemento que las condiciones de operación de campo. Por lo tanto, la hesitación en el campo puede producir un tiempo de fraguado que no es exactamente el reflejado en las pruebas de laboratorio.

ESFUERZO COMPRESIVO. El esfuerzo compresivo del cemento y el desarrollo de este, determinados en el laboratorio, son estimaciones muy conservadoras. Las pruebas del esfuerzo son realizadas con un cubo de cemento de 2 pg. , curado a la temperatura estática de fondo y 3000 Psi de presión. La lechada es preparada con la relación agua-cemento de acuerdo al diseño y no hay perdida de fluido durante la prueba.

PERDIDA DE FLUIDO. La perdida de fluido es determinada en un filtro prensa contra una malla 325, a la temperatura de fondo y 1000 Psi de presión diferencial. La permeabilidad efectiva del medio de filtrado es alta y la perdida por filtración que ocurre durante las operaciones, es probablemente mas baja que en el laboratorio para muchos casos.

EJECUCIÓN DEL TRABAJO.

Para hacer un diseño y ejecución seguros de la operación, se deberá tener cuidado y atención en los detalles utilizados. El equipo de fondo y su localización, la preparación del pozo, los materiales, la mezcla de la lechada y el bombeo se deberán controlar ó desarrollar como se diseñaron.

PREPARACIÓN DEL POZO. La sarta de trabajo (T.P) deberá ser inspeccionada y conejeada cuando se introduce en el pozo, para estar seguros de que se encuentra libre interiormente y en

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condiciones. Las paredes interiores de la sarta de trabajo deben estar libre de sólidos los cuales pueden reducir su capacidad normal. Los errores de desplazamiento son el resultado del incremento de depósitos ó un desgaste excesivo en las paredes de la sarta de trabajo. Si la tubería de trabajo es reforzada, se deberá tener la información del diámetro interno para calcular el volumen de desplazamiento con exactitud.

Si es utilizado un tapón puente para aislar una zona debajo de la herramienta se debe de colocar de 10 a 15 pies de arena sobre el tapón puente para evitar que caiga cemento sobre él.Si se programa el uso de una cola de tubería bajo del empacador a través del intervalo para cubrirlo con cemento, considerar el uso de tubería de aluminio ó de fibra de vidrio. Este material tiene una resistencia baja y puede ser rota si el cemento se llegara a deshidratar alrededor de ella y la atrapara.

Lo más importante es que el pozo deberá de circularse, siempre y cuando sea posible, estar limpio y se debe usar fluidos libres de sólidos. De preferencia se debe usar las salmueras con cloruro de potasio o de sodio para las operaciones de cementación forzada. Si hay presencia de gas, se deberá circular hasta que las columnas estén compensadas, el gasto y tiempo de circulación deberán ser lo suficiente para reducir la temperatura en el punto de inyección a la temperatura utilizada para el diseño del cemento.

PRUEBA DE PRESIÓN. Una vez en el lugar, la sarta de trabajo, las líneas de tratamiento, el múltiple para la forzada, y el espacio anular (dependiendo del tipo de trabajo) deberán ser probadas con presión, que dependerá de la presión de inyección y de presión final anticipada.

EQUIPO DE SUPERFICIE. El equipo de mezcla, bombeo y el múltiple para la forzada deberán de estar instaladas de tal forma que todos sean fácilmente visibles. Puesto que se utilizan señales con las manos ó radios de comunicación, lo que facilita el intercambio de información importante durante el trabajo.El equipo de bombeo y mezclado se debe inspeccionar su operación correcta antes de iniciar el trabajo, y su localización debe ser de 40 a 60 pies de la cabeza del pozo. El equipo de monitoreo debe ser instalado y probado con una adecuada calibración y operarlo antes de iniciar.

PREPARACIÓN DE LA LECHADA. El mezclador es el método apropiado para preparar la lechada, puesto que proporciona un mejor control de la relación agua-cemento. Después de la preparación, la densidad del cemento se debe checar con una balanza de lodos presurizada. La exactitud de la balanza deberá ser revisada (con agua dulce) antes de la operación. Los aparatos de medición radioactiva de densidad se usan frecuentemente en operaciones donde la mezcla es continua. La densidad deberá ser medida con la balanza presurizada para verificar la exactitud del aparato.

FRACTURAMIENTO ACCIDENTAL. Ocasionalmente, puede ocurrir un fracturamiento no planeado de la formación durante la operación de la cementación forzada. Es muy común que la causa sea un gradiente de fractura de formación inadecuado, aunque también una falla en el monitoreo de la presión en superficie ó la presión hidrostática pueden contribuir a la fractura. La fractura de la formación puede estar indicada por (1) una caída repentina de la presión durante el trabajo y (2) incapacidad para un incremento de presión.

Cuando una fractura no planeada ocurre, se puede usar la hesitación para obtener un trabajo con éxito. Un periodo de suspensión del bombeo de 5 a 10 minutos, permitirá que el cemento se deshidrate en la fractura. El bombeo se puede reanudar a un gasto más bajo y posteriormente efectuar otro periodo de suspensión del bombeo ó cuantos sea posible, si el cemento disponible es suficiente.

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ESPERA DE FRAGUADO.

El tiempo de espera de fraguado del cemento (WOC) después de la forzada, será determinado por el esfuerzo requerido del cemento colocado. El cemento deberá resistir los esfuerzos aplicados durante la perforación, el flujo de los fluidos y cualquier presión diferencial creada por operaciones futuras. Un esfuerzo compresivo de 500 a 100 Psi, se recomienda antes de rebajar el cemento.

El esfuerzo compresivo desarrollado por una masa de cemento parcial ó completamente deshidratado puede ser mucho más rápido que el de una lechada que no ha perdido fluido. Un enjarre de cemento puede desarrollar un esfuerzo compresivo de varios miles de libras por pulgada cuadrada en las primeras 8 horas. El perfil del esfuerzo compresivo desarrollado por un cemento se presenta en la fig. 21

El promedio de tiempo de espera de fraguado es alrededor de 18 horas, se puede esperar menos tiempo, pero como mínimo se recomiendan 8 horas.

EVALUACIÓN DEL TRABAJO.

Las pruebas con presión, son los medios más comunes para evaluar el éxito de una operación. Pero se deberá realizar una prueba positiva y una negativa. Una forzada puede parecer exitosa cuando la presión es aplicada en el agujero, pero puede fallar por el sostenimiento que hace la contrapresión dentro de la T.R. desde la zona forzada. La presión en la zona deberá ser considerada cuando se efectúe la prueba.

La prueba de presión positiva debe ser realizada con una presión igual a cualquier presión de trabajo futura que se realice en el pozo desde un tratamiento con ácido hasta un fracturamiento. La prueba de presión negativa se debe realizar con una presión que no sea más grande que el abatimiento máximo esperado en el pozo cuando sea puesto en producción.

Los registros con cable y los trazadores radioactivos también se usan para evaluar el éxito del trabajo. Las herramientas para registrar la adherencia del cemento (CBL) son utilizadas algunas veces para determinar la presencia de cemento inmediatamente atrás de la tubería. Arenas impregnadas con trazadores radioactivos, tales como el iridio –192, isótopos de oro, y el yodo-131 también se usan para determinar la localización del cemento en una zona. Sin embargo, este método no puede determinar si se ha establecido un sello con la operación. El material radioactivo no puede ser realmente detectado mas allá de 12 a 16 pulgadas desde el agujero.

APLICACION DE LAS CEMENTACIONES FORZADAS.

La mayoría de las operaciones de cementación forzadas son únicas, para las condiciones y los problemas específicos encontrados en un pozo. Los siguientes métodos se pueden utilizar para el diseño de una operación de cementación forzada. Muchas de estas técnicas han sido utilizadas satisfactoriamente para resolver problemas de cementaciones forzadas.

ABANDONO. Las zonas pueden ser abandonadas por medios mecánicos ó con tapones de cemento ligeramente caros. Un tapón puente ó de cemento puede ser colocado sobre ó a través de la zona a ser abandonada. Sin embargo, este método no puede asegurar que la zona esta efectivamente aislada.

El método recomendado para abandonar una zona disparada es el de anclar un empacador perforable ó un retenedor de cemento e intentar forzar las perforaciones con un cemento de baja perdida de fluido y con una presión menor que la de fractura. Una fractura hidráulicamente inducida puede extenderse hacia arriba a otras zonas.

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No es necesaria una presión fija parta la forzada, únicamente tener la seguridad de que la zona no esta tomando fluido. Después de la operación, levantarse y dejar caer (verter cemento) una altura de alrededor de 10 pies de cemento sobre la cima de la herramienta (permanente), circular en inversa para limpiar el agujero, arriba del cemento.

ZAPATAS DE T.R. Este tipo de cementación forzada es muy común realizarlas donde la formación que se encuentra bajo de las zapatas de T.R. es muy débil para soportar la presión hidrostática de la columna de lodo necesaria para controlar la presión de formación en la siguiente etapa de perforación. Sin embargo, hay algunos casos donde una severa canalización de la cementación primaria puede permitir la comunicación desde la zapata de la T.R. hacia las zonas de arriba por detrás de la tubería. Estos dos casos frecuentemente pueden ser distinguidos si se conoce la presión de fractura de la formación que se encuentra inmediatamente debajo de la zapata. Si durante la prueba de la zapata la presión de ruptura es mas baja que la presión de fractura de la formación, la causa probable de la admisión es un canal de la cementación primaria.

Se puede usar el procedimiento para forzar un canal si la cementación primaria es pobre. Si el problema es que la zona que se encuentra bajo la zapata es débil, se recomienda usar el método de cementación forzada a alta presión para colocar el cemento en el plano de la fractura de la formación inmediatamente debajo de la zapata. Con el método de bombeo continuo se usa una lechada de cemento con una moderada a alta de perdida de fluido. El cemento puede estar precedido de un fluido con silicato de sodio, el cual desarrollara un gel rígido en la formación para prevenir la propagación de la extensión de la fractura. Frecuentemente se usa una herramienta recuperable, aunque el método Branhead también se puede utilizar dependiendo de las presiones y las condiciones de la T.R.

ROTURAS DE T.R. Para reparar roturas de tuberías de revestimiento se pueden utilizar varios y diferentes métodos. Si la rotura es menor a 2 pies de longitud, se puede aplicar el mismo método para forzar un intervalo disparado. Se usa un cemento con una moderada perdida de fluido (150 a 250 cc/30min) y el método de baja presión.

La dificultad de una forzada en roturas de tuberías de revestimiento se incrementa con la longitud de la rotura. Si la longitud de la rotura se incrementa, la perdida de fluido del cemento deberá ser mas baja y el tiempo de fraguado mas largo. El objetivo es desplazar ó colocar tanto cemento como sea posible dentro de la rotura antes de que pierda demasiado fluido. El diseño del cemento y la operación para roturas de tuberías de revestimiento mayores de 10 pies debe ser cercano al mismo diseño utilizado para forzar largos intervalos disparados. Se recomienda el método de baja presión para prevenir el incremento de la longitud de la rotura y el uso de herramientas perforables para prevenir el contraflujo una vez que se ha colocado el cemento. Esto es de gran ayuda particularmente para roturas de cerca de 3 pies de longitud.

Si la rotura se encuentra a través de una tubería sin cemento, formación no consolidada ó una sección de sal, puede existir una caverna considerable la cual tendrá que ser llenada. Para llenar estas cavernas se han utilizado cementos espumados u otras lechadas altamente extendidas, generalmente se utilizan cementos con un buen esfuerzo compresivo atrás de estos cementos de relleno.

CANALES. En los trabajos de cementación primaria, los canales causados por un pobre desplazamiento del lodo ó por una pobre centralización de la tubería son difíciles de sellar. Se recomienda utilizar el método de forzadas a baja presión y un cemento con baja perdida de fluido para remediar este problema. Las forzadas con alta presión no pueden garantizar el desplazamiento y la colocación del cemento en la posición adecuada para proporcionar el sello, dependiendo de la localización del canal con relación a la orientación del plano de fractura de la formación, y las perforaciones para la forzada. Los posibles resultados de una cementación forzada con alta presión se ilustran en las figuras de la 22 a la 23.

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Mundialmente se utilizan dos métodos para efectuar una cementación forzada a través de un canal.

1. Un empacador recuperable se coloca sobre la zona programada y el cemento es forzado dentro de las perforaciones existentes, si se presume que los canales ofrecen el camino de menor resistencia y ocurrirá el flujo dentro de estos. El flujo no ocurrirá si los canales se encuentran llenos y sellados con lodo de perforación deshidratado ó en zonas con intrusiones cruzadas tales como arenas no consolidadas, lutitas y formaciones salinas. Se puede requerir de alta presión para desplazar e inyectar el cemento en la vecindad de los canales. La primer propuesta preferente para intentar establecer el flujo dentro de los canales es la inyección de ácido ó lavadores químicas seguidos de una operación a baja presión.

2. Se perfora la tubería de 2 a 4 agujeros adyacentes a la zona de baja presión, sección de agua, o alguna otro lugar que presente ventajas. Se ancla una herramienta permanente entre la zona perforada existente y la nueva, pero muy cerca de las perforaciones nuevas. Este puede ser un intento para sellar particularmente la zona que ha sido perforada recientemente, por lo que, la presión en el espacio anular deberá ser vigilada estrechamente para prevenir una comunicación.Para llenar los canales completamente, debe haber comunicación entre el lugar perforado y dentro del espacio anular T.P./T.R. esto es llamado algunas veces “suicidio” ó “forzada con circulación” (fig.9). Esto puede ser peligroso pero puede llevarse a cabo satisfactoriamente si el pozo no es muy profundo y la temperatura es baja. No es necesario alcanzar una presión final sostenida. La sarta de trabajo es liberada de la herramienta y levantada a un punto de alrededor de 10 pies sobre las perforaciones existentes y circular en inverso hasta que el pozo quede limpio.

AGUJEROS DE CORROSIÓN. Los agujeros en la T.R. debido a la corrosión, presentan grandes retos como los intervalos disparados ó las roturas. Los esfuerzos sobre la T.R. causados por los elementos de sello ó las cuñas de las herramientas, alta presión ó la rebajada de cemento, deben ser evitados siempre que sea posible. La corrosión puede haber debilitado la T.R. arriba y abajo del área del agujero. El uso de herramientas para forzar cemento tales como, tapón puente y empacadores ó retenedores es muy riesgoso. La herramienta no sellara en una determinada longitud ó las cuñas pueden romper la T.R. además, durante la rebajada del cemento y la herramienta puede fácilmente ser desviado el pozo.

El cemento deberá ser precedido de un lavador base agua de baja tensión superficial(menos de 40 dynas/cm), se debe evitar el uso de ácidos, ya que podrían causar nuevos agujeros en las áreas previamente debilitadas. Un agujero pequeño, se puede obturar sin herramienta, únicamente bombeando el cemento dentro de la sarta afectada y seguir el cemento con un tapón de desplazamiento. El tapón puede ser desplazado hasta un punto abajo del agujero.

El éxito es muy dificil de alcanzar, si el agujero es grande ó existen varios agujeros en un intervalo. El desplazamiento del cemento dentro del agujero llega a ser más difícil. Se utiliza un cemento con baja perdida de fluido y la técnica de baja presión. El método de la colocación de un tapón de cemento no es muy aconsejable en agujeros largos, quizá se requiera efectuar la operación con el procedimiento utilizado en grandes intervalos disparados.

TUBERÍA FLEXIBLE. El método de Bradenhaed se utiliza con la tubería flexible dentro de la tubería de producción, sin equipo de reparación ó de producción, puesto que no se requiere perforar. Se utiliza una lechada de baja viscosidad y baja perdida de fluido. ( de 25 a 110 cc/30 minutos). Se proporciona un método para forzadas con tubería flexible.

1. Se corre la T.F. al fondo del intervalo, se coloca un bache de lodo (con una densidad mayor a la densidad del cemento que se utilizara), por debajo de la perforación más baja. Se levanta el extremo de la T.F. sobre la cima del bache de lodo pesado y se fluye el pozo ó se circula en

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inversa hasta quedar limpio. El espacio anular entre la T.P. y la T.F. se llena con un fluido de una densidad la cual que requiera de una presión superficial positiva durante la operación.

2. La T.F. es bajada a un punto por debajo de la interface agua-lodo y se coloca el cemento sobre el intervalo desde el fondo hacia arriba, cuando el cemento es desplazado, la T.F. se levanta lentamente. El extremo de la T.F. se detiene bajo la interface agua-cemento para minimizar la alteración y contaminación.

3. Se usa un espaciador base agua (como parte del volumen del fluido de desplazamiento) entre el cemento y una solución retardadora de cemento. Una vez que el cemento se coloco, el espacio anular entre la T.F. y la T.P. se empaca en la superficie (cierra preventores) y el bombeo por el interior de la T.F. continua y el cemento es forzado dentro de la zona.

4. Una ves que la presión requerida es alcanzada, esta es retenida por el tiempo que se considere conveniente. La presión superficial de la T.F. y la del espacio anular es lentamente desfogada, sin embargo, se deberá mantener una presión positiva sobre la zona. Entonces la T.F. es levantada hasta el punto mas alto donde estaría el cemento, se reanuda el bombeo por el espacio anular para desplazar la solución retardadora dentro del cemento que esta en la T.R.

5. El bombeo es controlado mientras la T.F. es bajada a través del cemento remanente para diluirlo con la solución retardadora, los fluidos retornados son tomados en la superficie, el resto de la solución retardadora es bombeada fuera de la T.F. cuando esta es sacada de la zona.

Algunos operadores omiten la solución retardadora porque temen penetrar el enjarre formado en las perforaciones y resulte un débil tapón de cemento dentro de estas. Si no se usa una solución retardadora, el cemento es desalojado inmediatamente del pozo. Cuando se usa una solución retardadora, el cemento remanente puede ser desalojado de inmediato ó después del tiempo de fraguado. El cemento que esta dentro de la T.R. puede gelificarse pero no fraguar. Se puede utilizar agua y bombeada con un jet a través del cemento para romper el esfuerzo gel cuando la T.F. sea bajada dentro del área para desalojar el cemento y el lodo.

FISURAS O ROTURAS DE COPLES. Generalmente las fisuras ó roturas de coples son tan pequeñas que las partículas de cemento no entran. Los cementos resinosos pueden sellar estas fisuras. Si se utilizan lechadas de cemento portland, la tubería puede ser dañada.

POZO ALTAMENTE DESVIADOS. En pozos desviados, tres variables requieren atención especial en las operaciones de cementación forzada: la presión de aislamiento del intervalo programado, la técnica de bombeo y desplazamiento del cemento y la presión final. Estas variables se convierten cada vez mas en algo tan importante cuando el ángulo de desviación (de la vertical) se incrementa mas allá de los 30°. Para ángulos mayores que los 45° a 50°, estas variables se convierten en algo critico para el éxito de las operaciones de cementación forzada. Las cementaciones forzadas con T.F. son aplicables particularmente para tratamientos en pozos desviados.

Se requiere conocer la presión de aislamiento positiva (presión de inyección) del intervalo programado para asegurar el desplazamiento del cemento dentro de este. La cementación forzada con el método Bredenhead (de otra manera que con T.F.) no se recomienda por el pobre control que se tiene sobre el desplazamiento del cemento. Se puede usar empacadores dobles con elemento sello tipo copa, empacadores permanentes, retenedores y tapón puente ó una combinación de estos, para proporcionar el aislamiento del intervalo. Los tapones químicos tales como los polímeros de eslabón cruzado ó lodos de perforación viscosos se pueden usar en operaciones de cementación forzada para terminaciones permanentes. Los detalles del procedimiento para cementaciones forzadas con T.F. han sido descritos anteriormente.Cuando se utiliza la combinación de herramientas convencionales, como los empacadores/retenedores y tapones puente, se recomienda colocar el cemento frente de la entrada del intervalo para prevenir la canalización del mismo durante la inyección. (Esto no es

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posible cuando se usa un empacador doble). La canalización del cemento a través de los fluidos en el pozo por el punto de inyección es altamente probable debido a la influencia gravitacional sobre el flujo de los fluidos en pozos desviados. Si el fluido del pozo es lodo de perforación, afectara adversamente el tiempo de espesamiento (fraguado), esfuerzo compresivo, reología y la perdida de fluido de la lechada de cemento.

La lechada de cemento debe ser colocada a través del intervalo, iniciando en el fondo y moviendo la tubería hacia arriba hasta que el intervalo entero este cubierto. Para desplazar y colocar el cemento de esta manera, se requiere el uso de la T.F. ó una cola de tubería bajo una herramienta recuperable. El extremo de la tubería cola u otra sarta de trabajo es colocado sobre la cima del cemento antes de que sea forzado al intervalo. El cemento remanente puede ser circulado en inverso después de la operación, si se considera que reducirá los costos de operación. Sin embargo, la circulación en inverso del exceso de cemento, puede poner en riesgo la operación como se discutió anteriormente.

Finalmente, se recomienda un fracturamiento a baja presión, siempre que el de alta presión pueda dañar la productividad del pozo, dependiendo de la orientación con respecto al pozo de la fractura llenada con cemento.

BOCA DE TUBERÍAS CORTAS (LINER). Las fugas en las bocas de liners, comúnmente son causadas por (1) por una pobre operación de cementación primaria, (2) por la contracción de la T.R. ya que fluidos muy pesados son desplazados con fluidos de terminación muy ligeros ó (3) la perforación anticipada después de cementar un liner a través de una zona de alta presión. Las fugas en las bocas de las tuberías cortas, frecuentemente no aceptan las partículas de cemento necesarias para proporcionar un sello. Generalmente existe un canal muy pequeño, el cual permite el flujo de gas ó agua, pero que no acepta cemento. Comúnmente se utilizan dos propuestas para proporcionar el sello requerido.

1. La boca del liner es fracturada para crear un gran canal de flujo para el cemento. Generalmente su utiliza un empacador recuperable y como fluido de inyección se usa el fluido de perforación. Como una variación, de preferencia se usa una cola de tubería bajo el empacador y se coloca un fluido de inyección libre de sólidos sobre la boca del liner. Comúnmente se usa diesel cuando el fluido de control es de emulsión inversa. Las soluciones ácidas con un 5% a 10% de solvente mutual son utilizadas cuando hay presencia de lodo base aceite, las soluciones ácidas con surfactantes pueden beneficiar en la apertura de pequeños canales de flujo.

Después que se ha establecido la inyección, se usa un cemento con baja perdida de fluido (50 a 100 cc/30 minutos) para llenar la caverna. Si el pozo se encuentra lleno con lodo, el cemento deberá ser precedido de un lavador químico. Es critico minimizar el volumen de lodo inyectado a la boca de liner mientras se coloca el cemento. Colocar el cemento ó parte del lavador sobre la boca del liner antes de la inyección es benéfico. Mientras el cemento es colocado, se recomienda usar agua ó diesel como parte del fluido de desplazamiento para reducir la carga hidrostática en la sarta de trabajo. La reducción de la diferencial de la presión hidrostática, reducirá el efecto “U” del cemento mientras es colocado.

2. Se perfora el liner debajo de la zapata de la T.R. anterior y se efectúa una cementación forzada. Generalmente se requiere una cementación forzada a alta presión cuando la cementación primaria fue desarrollada en una etapa. Los liners cementados por etapas, (el liner se cementa en forma normal, se suelta la T.R e inmediatamente se efectúa una cementación forzada a la boca) tienen suficiente espacio vacío detrás de la T.R. para permitir el desplazamiento del cemento con una presión menor que la de fractura de la formación. Si no puede establecerse un gasto de inyección en la boca del liner, se requerirá utilizar un método mecánico para aislar ó sellar los canales de flujo, tales como los empacadores de aislamiento ó cementar un complemento.

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INTERVALOS LARGOS DISPARADOS. La dificultad para forzar exitosamente intervalos disparados ó roturas de tuberías, se incrementan con la longitud. En general, es preferible colocar la lechada de cemento a través del intervalo a ser forzado, antes de iniciar cualquier inyección en la zona. Se recomienda usar cementos de baja perdida de fluido (25 a 100 cc/30 minutos) con largos tiempos de fraguado (4 a 6 horas) y en conjunción con la técnica de hesitación.

Si el intervalo en menor a 50 pies, el cemento se coloca a través de todo el intervalo a ser forzado antes de iniciar la inyección. Para colocar el cemento se recomienda el uso de la T.F. ó un tubo cola con empacador recuperable. Con la técnica llamada comúnmente “ colocación total”, el extremo de la T.F ó del tubo cola, es bajada al fondo del intervalo. Después que el cemento se ha colocado, la T.F. ó el tubo cola, se levanta arriba del cemento, y se inicia la inyección, cerrando el anular y bombeando el fluido de desplazamiento por la tubería de trabajo.

Colocar cemento a través de intervalos mayores a 50 pies, no es una practica común a menos que se coloque con T.F. Consecuentemente, los intervalos mayores a 50 pies de longitud (ó entre dos zonas que serán forzadas) requieren de un procedimiento diferente. Se han utilizado cementos con baja perdida de fluido y largos tiempos de espesamiento en varias etapas. El propósito es llenar algunas de las perforaciones en cada etapa y tener lechada remanente suficiente para divergerla a otras perforaciones. Los largos tiempos de espesamiento, extienden los tiempos de los trabajos, por lo que se requiere de paciencia para una operación exitosa.

Comúnmente se usa una herramienta recuperable y el cemento es colocado abajo del empacador antes de iniciar la inyección de cada etapa. Ocasionalmente se utiliza un retenedor, en estos casos, en cada etapa, el cemento es bombeado y desplazada cerca del extremo de la sarta de trabajo, posteriormente la sarta es conectada al retenedor e inicia la inyección.

Para varios intervalos largos (mayores que 100 pies), se pueden utilizar bolas selladoras para divergir la lechada a la mayoría de las perforaciones. Se utiliza un cemento con baja perdida de fluido en una operación de cementación forzada con bombeo continuo para inyectar cemento a las perforaciones que aceptan fluido. No se usan bolas selladoras en la primera porción de lechada. Estas se usan al final, en la mitad ó la tercera parte del volumen de cemento que es inyectado continuamente. Como la presión se incrementa, el gasto de inyección se debe reducir para prevenir una fractura de las perforaciones que aún pueden ser llenadas con cemento. La técnica de hesitación se puede aplicar una vez que el cemento ha salido de la tubería de trabajo.

ZONAS DE BAJA PRESIÓN. Las zonas de baja presión frecuentemente requieren de varias operaciones para tener éxito en una operación de cementación forzada. Es muy frecuente que algunas formaciones no soporten la presión hidrostática ejercida por la columna de cemento.Con frecuencia se emplea un diseño en dos etapas para obtener una forzada con éxito en una operación. El cemento es precedido de un bache que contenga silicatos de sodio, los cuales reaccionaran con los iones de calcio y magnesio del cemento ó del fluido de la formación para producir un resistente gel. Este gel proporciona resistencia al flujo del cemento dentro de la formación. Un bache de agua como espaciador entre el cemento y el bache con silicato de sodio es obligatorio para prevenir una mezcla prematura de estos fluidos en la sarta de trabajo.

Detrás del bache con silicato de sodio se bombea una lechada de cemento ligera que contenga material obturante, tal como arena, gilsonita ó carbón mineral. El material obturante (5 a 15 lb/sk) proporcionan una resistencia adicional para una mayor penetración del cemento. Cualquier contacto del cemento con la solución de silicato de sodio producirá una alta gelificación del cemento y decrecerá el tiempo de fraguado. Generalmente se recomienda usar un cemento de alto esfuerzo como cola.

Para estas operaciones también es aplicable el cemento espumado, puesto que se pueden preparar lechadas ligeras las cuales no producen presión hidrostática que fracturara la formación. También, los cementos espumados pueden llenar efectivamente los vacíos y pueden ser

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acelerados para fraguar rápidamente después del desplazamiento. Esto proporcionara resistencia para penetrar a la formación al cemento cola de alta esfuerzo.

Formaciones fracturadas naturalmente ó cavernosas. La llave para obtener resultados exitosos en estas formaciones es la obturación efectiva con sólidos en las cavernas ó fracturas. El diseño de la lechada juega un papel importante para el éxito de las forzadas en este tipo de formaciones. Un cemento principal, el cual se deshidrate rápidamente, selle ó fragüe en la fractura para proporcionar una base para forzar contra la que se bombeo primero. El siguiente método puede ser utilizado para obturar.

1. Bombear entre 35 y 100 sacos de un cemento principal de fraguado rápido, el cual tendrá un fraguado inicial de 10 a 15 minutos. Este es seguido por un cemento con una perdida de fluido moderada, la que llenara las cavernas adicionales. Para zonas de baja presión que producen salmuera, se utiliza como cemento principal, un cemento portland espumado de fraguado rápido, compuesto de sulfato de calcio semi-hidratado. El fraguado inicial de esta composición ocurre frecuentemente en menos de 15 minutos y la lechada frecuentemente es tixotropica, la cual previene significativamente la disolución ó la remoción antes del fraguado.

2. Llenar algunas de las cavernas existentes ó fracturas con cemento antes de usar una composición con alta perdida de fluido, la cual puede obturar las cavernas. Para llenar las cavernas ó fracturas se usa un cemento con perdida de fluido moderada (150 a 250 cc/30 minutos). Este es seguido por un cemento que contenga arena, gilsonita, carbón mineral ó cascara de nuez el cual llenara las cavernas ó fracturas abiertas. La concentración de material obturante es normalmente entre 5 y 15 lb/saco de cemento. Tener cuidado para estar seguro de que la perdida de fluido de la lechada principal no es demasiado baja. Los cementos de baja perdida de fluido, pueden ser fluidos efectivos para fracturar estas formaciones.

RECEMENTACIONES. Las recementaciones son echas para aumentar cemento sobre la cima que se proporciono con la operación de la cementación primaria. Los dos métodos mas comunes para llevar a cabo un trabajo de recementación son: (1) se puede usar un tapón de T.R. para desplazar el cemento hasta alcanzar las perforaciones, (2) anclar un empacador arriba de las perforaciones.

Con la técnica del tapón de T.R., se requiere una cementación forzada de baja presión para mantener el cemento dentro de las cavernas existentes en el anular. La movilización de los fluidos de perforación cuando se establece la inyección y delante del cemento es obligatoria y usualmente se logra con grandes volúmenes de baches (preflush) de baja viscosidad y baja tensión superficial. Se recomiendan cementos de baja viscosidad y baja perdida de fluido para estas operaciones. No se requiere una presión final estándar ó permanente. Se deberá considerar la presión de colapso de la T.R. si es excedida por la presión anular.

Cuando se utiliza el método del empacador, una herramienta perforable para la cementación forzada, es anclada alrededor de 20 pies sobre la cima de las perforaciones, se bombea un volumen considerable de fluido(preflush) de baja viscosidad y baja tensión superficial adelante del cemento. Con este método, ocurrirá una retención positiva del cemento debajo del empacador por la válvula de contrapresión de la herramienta. La principal desventaja es el costo de la herramienta perforable y el tiempo perdido para rebajarla, si el intervalo productor se encuentra debajo de la herramienta.

PRODUCCIÓN DE AGUA. La producción indeseable de agua, ocurre a través de canales tipo vaina de la cementación primaria, que pueden ser cerrados usando la técnica descrita para forzar un canal. La producción de agua a través de permeabilidad vertical de la formación, puede ser controlada con la inyección de fluidos verdaderos tales como los geles de silicato de sodio ó los cementos resinosos. Si el agua es producida a través de fracturas verticales, se obtienen algunas operaciones exitosas, pero es difícil obtener una penetración suficiente, desde el agujero para

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corregir completamente el problema. Si la producción indeseable de agua ocurre a través de la permeabilidad horizontal, generalmente no puede ser controlada sin que se restrinja la producción de hidrocarburos. Recementando las perforaciones existentes y reperforando arriba del contacto agua-aceite ó en otra zona, es la solución más común para este tipo de problemas.

FLUJOS E INVASIONES DE AGUA. La remoción del cemento antes del fraguado, es la causa principal de la falla de la cementación forzada en estas condiciones. Por lo que frecuentemente se utiliza un cemento tixotropico de fraguado rápido. El diesel-oil-cemento(DOC) también tiene aplicaciones en un medio ambiente acuoso. Se tienen reportes de que este sistema se ha aplicado para sellar los flujos indeseables de agua con éxito en mas de un 75% de operaciones.

El diesel-oil-cemento desarrolla un gel de alto esfuerzo al contacto con el agua. Este esfuerzo gel se desarrolla más rápido y tiene un valor mayor al que desarrollan las lechadas acuosas. También, el DOC no requiere de retardadores, mientras que la hidratación del cemento no inicia hasta que el cemento llega a ser mojado con agua. Por lo tanto, las lechadas tixotropicas acuosas presentan un alto riesgo de un fraguado prematuro que el diesel-oil-cemento. Generalmente el DOC se aplica con la técnica de forzada con bombeo continuo, delante la lechada se bombea un bache de 10 a 20 barriles de diesel, y un espaciador base diesel para separar la lechada del fluido desplazante. La reacción de la lechada DOC con el agua se puede controlar con el uso de un surfactante. Se debe usar un surfactante el cual permitirá que el cemento sea mojado por el agua lentamente para penetrar las cavernas ó fracturas. Esta es seguida por una lechada que contenga un surfactante que permita el mojado rápido del cemento, la cual gelificara y mantendrá al cemento en el sitio hasta que fragüe.

El diesel-oil-cemento particularmente ha sido efectivo para el control de agua en pozos productores e inyectores con formaciones fracturadas ó invadidas de agua. Los cementos espumados también se han usado para detener el flujo de agua. Comúnmente se ha bombeado dentro de la zona una mezcla de cemento Pórtland de fraguado rápido con sulfato de calcio semihidratado. Las lechadas generalmente tienen propiedades tixotropicas y usualmente fraguan en menos de 30 minutos.

Frecuentemente delante de estos cementos se bombea un lavador espumado de silicato de sodio y por detrás de esta lechada (de fraguado rápido) se bombea un cemento normal de alta resistencia (ó cemento espumado de lata densidad). Este método ha tenido éxito para sellar flujos de agua en el Este de Texas.

RESUMEN

La tecnología de las cementaciones forzada y el conocimiento de la operación continua incrementándose. Existe suficiente tecnología y conocimientos, que si se aplican, mejoraran considerablemente el éxito de las cementaciones forzadas. Algunos conceptos erróneos persisten, los cuales algunas veces impiden la aplicación de técnicas, materiales ó procedimientos los cuales incrementaran la posibilidad de éxito. Se requiere de atención detallada durante la planeación, preparación y ejecución de las operaciones para un éxito consistente.Lo siguiente ha sido concluido por el análisis de literatura y practicas de campo.

1. Durante la cementación forzada el principal problema es el desplazamiento.

2. El diagnostico del problema y la planeación del problema es critico para obtener éxito en cualquier operación de cementación forzada.

3. Cada tipo de problema que requiere de una cementación forzada, tiene variables claves que deben ser identificadas, dirigidas y controladas para el éxito del trabajo.

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4. El control del filtrado se emplea en la mayoría de los cementos para operaciones de cementación forzada y es muy importante para el éxito de las operaciones donde se aplique el método de baja presión.

5. Las lechadas de cemento con baja perdida de fluido pueden ser eficientes fluidos fracturantes. Se debe considerar la permeabilidad de la formación cuando se selecciona la cantidad de perdida de fluido del cemento.

6. Es preferible la técnica de cementación forzada con baja presión donde sea posible aplicarla.

7. Son preferibles los fluidos de reparación limpios, libres de sólidos y bombear preflujos delante del cemento, para la mayoría de las operaciones de cementación forzada y es un prerequisito importante en las operaciones a baja presión. Cuando fluidos de perforación preceden al cemento, los resultados son muy pobres.

8. Se requieren operaciones de cementación forzada con alta presión cuando no existen cavernas detrás de la tubería ó cuando los fluidos de reparación que preceden al cemento están cargados de sólidos.

9. La temperatura es el único factor más importante que gobierna la hidratación del cemento. Es necesario que la información de la temperatura sea exacta, para el diseño de la composición del cemento para la operación.

10. El tipo de pozo, la historia y el estado mecánico afectan la temperatura durante la operación. Los pozos inyectores de agua pueden ser mucho más fríos que los pozos productores a la misma profundidad. Si el pozo no puede ser circulado en el punto de inyección, la temperatura estática de la zona deberá ser utilizada para el diseño del cemento.

11. Los métodos para las pruebas de laboratorio, no pueden simular con exactitud las condiciones de la mayoría de las operaciones de cementación forzada.

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Fig. 1. Formación de nodos en la TR por utilizar cemento con alta perdida de fluido y alta presión de inyección

Fig. 2.- Orientación de plano de fractura en el mismo eje del pozo

Fig. 3.- Orientación de plano de fractura en diferente eje del pozo

Fig. 4.- Resultado de una forzada a baja presión en perforaciones.

Fig. 6.-Perfil de presión de una forzada con alta presión ( inyección continua)

Fig. 5.- Resultado de una forzada con alta presión en perforaciones.

Fig. 7.- Perfil de presión de una forzada con el metodo de hesitation

Fig. 8.- Canalización debido a una pobre centralización del casing.

Fig. 9.- Diagrama de una forzada con comunicación ó llamada operación suicida

Fig. 10.- Reducción del esfuerzo compresivo en 24 horas de un cemento contaminado con lodo de emulsión inversa

Fig. 11.-Efecto del tiempo de circulación y gasto sobre la temperatura en el punto de inyección

Fig. 12 Efecto del tipo de fluido sobre la temperatura en el punto de circulación.

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Fig. 13.- Efecto del tipo de pozo soobre la temperatura de fondo del agujero.

Fig. 14.- Efecto de la presión sobre el tiempo de espesamiento del cemento

Fig. 15.- Efecto de la permeabilidad de la formación sobre la pérdida de filtrado del cemento con el tiempo con una de presión diferencial de 500 Psi.

Fig. 16.- Rangos de temperatura de trabajo para algunos retardadores de de cemento

Fig. 17.- Tiempo del espesamiento contra perfil de temperatura de un retardador del alcance medio a través de su rango de trabajo

Fig. 18.- Efecto de la sal(NaCl) mezclada en agua sobre el tiempo de espesamiento del cemento.

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Fig. 19.- Efecto de la hesitación sobre el tiempo de espesamiento del cemento.

Fig. 20.- Efecto de la perdida de fluido de la lechada de cemento sobre el desarrollo compresivo.

Fig. 21.- Resultado de una forzada con alta presión a los canales en donde el plano de fractura tiene el mismo eje que el canal.

Fig. 22.- Resultado de una forzada con alta presión a los canales en donde el plano de fractura es diferente al eje del canal.

Fig. 23.- Resultado de una forzada con alta presión a los canales en donde el plano de fractura intercecta al canal.

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