Cementos Petroleros
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4. CEMENTACIÓN
La cementación no es más que la introducción de un material cementante en el
espacio anular entre revestidor y hoyo o dentro del hoyo, el cual se realiza con
el objetivo de:
• Aislar zonas.• Soportar las cargas aiales de los revestidores a ser
corridos posteriormente.• !roveer soporte y protección al revestidor.• !roteger el hoyo.• "olocar un tapón de cemento.
4.1. TIPOS DE CEMENTACIÓN
Los trabajos de "ementación pueden ser de dos tipos:
• !rimarias.• Secundarias o correctivas.
4.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA
#s la t$cnica utilizada para colocar lechadas de cemento en el espacio anular
entre el revestidor y las paredes del hoyo. #l cemento, se endurece y %orma un
sello hidráulico en el hoyo, evitando la migración de %luidos de la %ormación
hacia el espacio anular hacia yacimientos de menor presión o hacia la
super%icie. La cementación primaria es por consiguiente, una de las etapas más
cr&ticas durante la per%oración y completación de un pozo.
#ste procedimiento debe ser cuidadosamente plani%icado y ejecutado, debido aque hay una sola oportunidad para realizar el trabajo eitosamente. #ntre sus
objetivos tenemos:
• Sostener y adherirse a la tuber&a.• 'estringir movimiento de %luidos.• !roteger la tuber&a contra impactos originados por la per%oración
subsecuente.• Sellar zonas de perdida de circulación o (zonas ladronas).
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4.1.2 CEMENTACIÓN SECUNDARIA
#s el proceso de %orzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se
realiza principalmente en reparaciones*reacondicionamientos, en tareas de
terminación de pozos y en la colocación de tapones. #ntre sus objetivos
tenemos:
• 'eparar trabajos de cementación primaria de%icientes.• 'educir altas producciones de agua y*o gas.• 'eparar %iltraciones causadas por %allas del revestidor.• Abandonar zonas no productoras o agotadas.• Sellar zonas de p$rdidas de circulación.• !roteger la migración de %luido hacia zonas productoras.
+entro dela cementación secundaria tenemos los tapones de cemento la cual
es una operación que consiste en colocar una columna de cemento en un hoyo
abierto o revestido, con cualquiera de los siguientes objetivos:
• Aislar una zona productora agotada.• !$rdida de control de circulación.• !er%oración direccional.• Abandono de pozo seco o agotado.
4.1.2.1. TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN FORZADA
+entro de la cementación secundaria tenemos las siguientes t$cnicas de
cementación %orzada.
Tabla 2.1 Técnicas de cementación forzada
Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “Cementación Forzada Teoría y C!c"!o#$%
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#l tipo de cementación %orzada utilizada en el taponamiento y abandono de
pozos es la de bombeo tanto a alta presión y baja presión.
#l bombeo a baja presión se utiliza para realizar un %orzamiento por debajo de
la presión de %ractura con volmenes peque-os de lechada teniendo siempreen cuenta precauciones especiales.
#l bombeo a alta presión se utiliza para realizar un tapón a presión de
%orzamiento cerca de la %ractura con grandes volmenes de lechada.
4.2. CEMENTO
Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con
agregados p$treos árido grueso o grava, más árido %ino o arena/ y agua, crea
una mezcla uni%orme, maleable y plástica que %ragua y se endurece al
reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia p$trea, denominado hormigón
lechada o concreto.0
#l cemento más usado tanto para trabajos de cementación primaria y
secundaria/ y taponamiento de pozos es el cemento !ortland el cual es una
mezcla heterog$nea de materiales arcillosos y calcáreos, más otros materialesque contienen s&lice, aluminio y materiales de hierro, que son quemados a
temperatura de ("lin1er), 02334"/. #sta mezcla se en%r&a, se muele y el
resultado es "lin1er.
#l cemento !ortland es un cemento de tipo hidráulico cuyo desarrollo
compresivo es el resultado de un proceso qu&mico de hidratación.
"abe mencionar que algunos cementos !ortland se %abrican de manera
especial debido a que las condiciones de los pozos di%ieren signi%icativamente
entre s& al variar su pro%undidad, temperatura, ubicación geográ%ica5 etc.
#l %raguado y endurecimiento se presenta si el cemento se coloca en agua. #l
cemento %raguado tiene baja permeabilidad y es insoluble en agua, de tal %orma
que epuesto a $sta no se destruyen sus propiedades. 6ales atributos son
0 7ormigón Armado 089 #dición basada en la #7# ajustada al código modelo y al euro código.
#ditorial ustavo ili, SA !edro ;im$nez <ontoya, =lvaro arc&a <eseguer, >rancisco <orán
"abr$.
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esenciales para que un cemento obtenga y mantenga el aislamiento entre las
zonas del subsuelo.
4.2.1. MATERIALES DEL CEMENTO
La tabla adjunta muestra la composición t&pica del cemento portland.
Tabla 2.2 Materiales el !e"e#t$ %$rtla#
Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “&i#e'o y Co!ocación de Ta(one#Ba!anceado#$
4.2.2. CLASIFICACIÓN API DEL CEMENTO
La American !etroleum ?nstitute A!? ?nstituto Americano del !etróleo/ tiene
una clasi%icación para el cemento de acuerdo a su composición qu&mica y
propiedades %&sicas, y estos son:
CLASE A& !ara ser usado desde super%icie hasta una pro%undidad de @,333 %t
cuando no se requieren propiedades especiales. #s similar al tipo de cemento
AS6< 6ipo ?.
CLASE '& +ebe ser usado desde una pro%undidad de @,333 %t 0,B3 m/.
'esistencia a sul%atos de moderada a alta <S' y 7S' respectivamente/.
Similar al tipo de cemento AS6< 6ipo ??, y tiene un menor contenido de "BA
que el clase A.
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Tabla 2.3 C$"%$si!i$#es T,%i!as e Fases e Ce"e#t$s API -a
Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “&i#e'o y Co!ocación de Ta(one#
Ba!anceado#$
Tabla 2.4 C$"%$si!i$#es T,%i!as e Fases e Ce"e#t$s API -b
Fuente: (Adición de "ompuestos Eu&micos para la "ementación de !ozos
!etroleros en la #tapa de !roducción, 'egión !oza 'icaFAltamira), C300.
4.2./ ADITI0OS DEL CEMENTO
Los aditivos tienen como %unción adaptar los di%erentes cementos petroleros a
las condiciones espec&%icas de trabajo. !ueden ser sólidos y*o l&quidos
solución acuosa/. #ntre ellos tenemos:
a A!elera$res&
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Se usan en pozos donde la pro%undidad y la temperatura son bajas. !ara
obtener tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la
compresión en corto tiempo. !ueden usarse: cloruro de calcio "a"lC,
más
usado/, silicato de sodio GaCSiHB/, cloruro de sodio Ga"l/, ácido
oálico
7C"CH8/, etc.b Retara$res&
7acen que el tiempo de %raguado y el desarrollo de resistencia la
compresión del cemento sea más lento. Los más usados son: lignitos,
lignosul%onato de calcio, ácidos hidroicarbo&licos, azcares, derivados
celulósicos, etc.! Ete#e$res& Se a-aden para reducir la densidad del cemento o para reducirla
cantidad de cemento por unidad de volumen del material %raguado, con
el %in de reducir la presión hidrostática y aumentar el rendimiento
pieB*saco/ de las lechadas. #ntre los más usados se tienen: bentonita,
silicato de sodio GaCSiHB/, materiales pozzolánicos, etc. De#sii!a#tes&
Aditivos que aumentan la densidad del cemento o que aumentan la
cantidad de cemento por unidad de volumen del material %raguado, con
el %in de aumentar la presión hidrostática. Los más usados: barita,
hematita, ilmenita, etc.e C$#tr$la$res e Filtra$&
Aditivos que controlan la p$rdida de la %ase acuosa del sistema
cementante %rente a una %ormación permeable. !revienen la
deshidratación prematura de la lechada. Los más usados son: pol&meros
orgánicos, reductores de %ricción, etc.
A#ties%3"a#tes& Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la preparación de la
lechada. Los más usados son: $teres de poliglicoles y siliconas. Dis%ersa#tes&
Se agregan al cemento para mejorar las propiedades de %lujo, es decir,
reducen la viscosidad de la lechada de cemento. #ntre ellos tenemos:
polina%taleno sul%onado, polimelamina sul%onado, lignosul%onatos, ácidos
hidrocarboilicos, polimeros celulósicos.
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4.2.4. PROPIEDADES F5SICAS DE LOS CEMENTOS
Las propiedades de los cementos usados en di%erentes campos de petróleos
var&an de acuerdo a los siguientes %actores:
• Ibicación geográ%ica• "ondiciones del %ondo del pozo• 6ipo de trabajo de cementación• 6ipo de lechada
Las propiedades del cemento pueden ser modi%icadas mediante la utilización
de aditivos y as& cumplir los requerimientos para realizar un trabajo en
particular. Los cementos de clasi%icación A!? tienen propiedades %&sicas
espec&%icas para cada clase de cemento, mismas que básicamente de%inen sus
caracter&sticas.
Sus propiedades %&sicas son:
a (ra6ea es%e!,i!a -(e&
+enota el peso por unidad de volumen, sin tomar en consideración otros
materiales, tales como el aire o el agua , es decir el peso en gramos delcemento espec&%icamente5 sus unidades g*cmB, 1g*L, ton*mB.
b Pes$ 6$l3"7tri!$ -P0&
+enota el volumen por unidad de masa. Se toma en consideración el aire
contenido entre los gramos de cemento5 sus unidades g*cmB, 1g*L, ton*mB.
! Fi#e8as e l$s ra#$s el !e"e#t$&
?ndica el tama-o de los granos del cemento. Su mayor in%luencia se da
sobre el requerimiento de agua para la preparación de la lechada. #sta
caracter&stica es un %actor determinante, pero no nico, para la clasi%icación
de los cementos. Sus unidades son cmC*g, mC*1g. 'epresenta el área
epuesta al contacto con el agua y se determina como una %unción de
permeabilidad al aire.
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Re93eri"ie#t$ e a3a #$r"al&
#s el agua necesaria para la lechada con cemento solo. +ebe dar 00
unidades de consistencia Jearden Jc/ a los C3 minutos de agitarse en el
consistómetro de presión atmos%$rica a temperatura ambiente5 se epresaen por ciento por peso de cemento.
e Re93eri"ie#t$ e a3a ",#i"a&
+enota el agua necesaria para la lechada de cemento. +ebe dar B3 Jc a los
C3 minutos de agitarse en el consistómetro de presión atmos%$rica a
temperatura ambiente5 se epresa en por ciento por peso de cemento.
De#sia e la le!:aa&
#s la relación entre la masa de la lechada de cemento y su volumen, y está
en %unción de la cantidad de agua requerida5 sus unidades g*cmB, lbs*gal,
ton*mB.
4./. CRITERIOS PARA UNA CEMENTACIÓN
Los criterios que se deben seguir para una cementación son: primero tener unconcepto claro de dise-o evaluación y ejecución el cual es un ciclo de mejora
continua.
Fi3ra 2.1 C$#!e%t$ e !e"e#ta!i;#
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Ba!anceado#$
Segundo conocer los %actores que puedan a%ectar el trabajo de "ementación.
Fi3ra 2.2 Pr$ble"as re!3e#tes e !e"e#ta!i;#
Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “&i#e'o y Co!ocación de Ta(one#
Ba!anceado#$
"omo podemos apreciar la remoción de lodos y la limpieza del pozo es muy
importante para asegurar una buena cementación o para nuestro caso la
colocación de un tapón de cemento. !or otro lado, para realizar un abandono
de pozo debemos tambi$n E6al3ar las C$#i!i$#es el P$8$ teniendo en
cuenta lo siguiente:
• K!osee el pozo integridad mecánica
K6ienen %ugas los revestimientos
K>luye el agua detrás del revestimiento
KSe ha colapsado el revestimiento
KAltura del cemento detrás del revestimiento
• KSe necesita limpiarlo
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K7ay basura o relleno en el %ondo
K7ay empaquetaduras viejas
4.4. CONDICIONES ÓPTIMAS DE UNA CEMENTACIÓN
!ara que la cementación sea eitosa la lechada debe cumplir una serie de
requisitos y*o parámetros los cuales son:
• 6ener la densidad apropiada.• Ser %ácilmente mezclable en super%icie.• 6ener propiedades reológicas óptimas para remover el lodo.• <antener sus propiedades %&sicas y qu&micas mientras se está
colocando.• +ebe ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente.• +esarrollar es%uerzo lo más rápido posible una vez que ha sido• bombeado.• +esarrollar una buena adherencia entre revestidor y %ormación.• 6ener una permeabilidad lo más baja posible.• <antener todas sus propiedades bajo condiciones severas de
presión y temperatura.
<. PROPIEDADES DE LAS LEC*ADAS
<.1. PROPIEDADES MEC=NICAS
Las propiedades mecánicas de los materiales se re%ieren a la capacidad de los
mismos de resistir acciones de cargas o %uerzas. !odemos decir que las
propiedades mecánicas se clasi%ican en: !or acción:
Est>ti!as& las cargas o %uerzas actan constantemente o creciendo poco a
poco.
Di#>"i!as: las cargas o %uerzas actan momentáneamente, tienen carácter de
choque.
C,!li!as $ e si#$ 6ariable: las cargas var&an por valor, por sentido o por
ambos simultáneamente.
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Las propiedades mecánicas principales son: dureza, resistencia, elasticidad y
plasticidad, aunque tambi$n podr&an considerarse entre estas a la %atiga y la
%luencia.
C$:esi;#& 'esistencia de los átomos a separarse unos de otros.
Plasti!ia& "apacidad de un material a de%ormarse ante la acción de una
carga, permaneciendo la de%ormación al retirarse la misma. #s decir es una
de%ormación permanente e irreversible.
Maleabilia& >acilidad a de%ormarse en láminas. #s una variación plástica
ante la aplicación de carga o %uerza.
D3!tilia& >acilidad a de%ormarse en hilos.
D3re8a& es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Hpuesta a duro
es blando. #l diamante es duro porque es di%&cil de rayar. #s la capacidad de
oponer resistencia a la de%ormación super%icial por uno más duro.
Resiste#!ia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales para
soportar las diversas %uerzas. #s la oposición al cambio de %orma y a la
separación, es decir a la destrucción por acción de %uerzas o cargas.
D3!tilia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales de
de%ormarse sin romperse obteniendo hilos.
Elasti!ia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales de volver a
su estado inicial cuando se aplica una %uerza sobre $l. La de%ormación recibida
ante la acción de una %uerza o carga no es permanente, volviendo el material a
su %orma original al retirarse la carga.
*ir$s!$%i!ia& se re%iere a la propiedad de absorber o ehalar el agua.
*e#ibilia& #s la propiedad de partirse en el sentido de las %ibras o laminas.
Resilie#!ia& #s la capacidad de oponer resistencia a la destrucción por carga
dinámica.