FASES DE UNA CEMENTACION

1.1. OBJETIVO DE UNA CEMENTACION.-

A través del tiempo, el proceso de cementacion de pozos petrolíferos cada vez

a sido mas complejo; las compañías de petróleo cuenta con gente y

laboratorios de investigación que permanente mente contribuyen al avance de

esta tecnología.

Los objetivos principales del proceso de cementacion son:

Adherencia y soporte de la cañería

Restringir el movimiento de los fluidos a través de las formaciones.

Promedio de un fragüe rápido prevenir los posibles reventones del pozo.

Proteger el casing de los esfuerzos y choques cuando se perforan para

profundizar.

Proteger el casing de la corrosión. Aislar las zonas con perdidas de circulación o zonas ladronas.

1.2. TRES PALABRAS CLAVES ENCONTRAMOS EN ESTE PUNTO, COMO

SER: AISLAMIENTO, PROTECCIÓN Y SOPORTE.

1.3. AISLACION.-

La cementacion primaria ayuda a aislar zonas de manera tal, que no haya

vibración de fluidos, por ejemplo:

Evitar la migración de petróleo gas u otros fluidos.

Evitar el agua salada de formación migre hacia las zonas productoras

que provocaría problemas en la producción del pozo.

Evitar que la zonas productoras de alta presión, sobrecargue,

formaciones de baja presión restringiendo la producción de esta ultima.

1.4. PROTECCION.-

La cementacion primaria debe producir un sello tal, que proteja el casing de:

La acción (corrosión) de fluidos corrosivos de formación.

De las presiones externas que pueden producir el colapso de cañería.

De los esfuerzos generales durante la perforación del pozo.

1.5. SOPORTE.-

La cementacion debe soportar el casing; ayuda a soportar la columna contra:

El peso excesivo de otras columnas.

La posibilidad que se desenrosquen los tramos inferiores.

De formación en especial si es un intervalo de sal.

1.6. CONCEPTO DE UNA CEMENTACION PRIMARIA.-

La cementacion primaria la podemos definir como la colocación de una lechada

de cemento en el espacio anular comprendido entre el exterior de casing y la

paredes del pozo, esto se logra mezclando y bombeando con apropiados

equipos la lechada de cemento, por el casing y levantándola en anular, luego

se espera que fragüe antes de continuar con la perforación del pozo o con las

operaciones subsiguientes.

Una cementacion pobre o mal efectuada puede producir fallas en el

aislamiento, de zonas que puede traducirse tanto como en un incremento en

los costos, como en el acortamiento de la vida útil del pozo. Las fallas de

aislamiento entre zonas productivas pueden conducirnos a:

Tratamiento ineficaz de estimulación.

Evaluación inadecuada del reservorio.

Comunicación por anular con fluidos no deseados.

Extracción excesiva de los fluidos del pozo.

Acumulación de gas en anular.

En muchos casos, fallas por corrosión que no se detectaron hasta las últimas

etapas de producción de un pozo, pueden haberse originado por una

cementacion pobre. Efectuar operaciones en un pozo corroído, son muy a

menudo costosas y pueden causar daños en las diferentes formaciones.

1.7. PROGRAMACION DE UN TRABAJO DE CEMENTACION.-

Debido a que mucho factores influyen en le éxito de un operación de

cementacion primaria, una simple cementacion de cañería resulta a menudo

difícil y costosa de planificar. Es por eso motivo que mostraremos muchas

consideración que se tienen en cuenta al planificar una cementación primaria.

1.8. CONSIDERACIONES PARA PLANIFICAR UNA CEMENTACION

PRIMARIA:

1.8.1. BORDE DEL POZO.- Diámetro, profundidad, temperatura, desviación,

propiedades de la formación.

1.8.2. FLUIDOS DE PERFORACIÓN.- Tipo, propiedades, densidad,

compatibilidad con el cemento.

1.8.3. CASING.- Tipo de rosca, profundidades de fijación de los equipos de

flotación, centralizadores, rascadores, dispositivos de etapas.

1.8.4. OPERACIONES DEL EQUIPO DE PERFORACIÓN.- Tiempo y

velocidad de movimientos de casing, tiempo de circulación antes de la

cementacion.

1.8.5. COMPOSICIÓN DE LA LECHADA.- Tipo, volumen, densidad,

propiedades, ensayos previos con el agua de mezcla del pozo.

1.8.6. UNIDADES DE BOMBEO Y MEZCLADO.- Tipo de mezclador, cabezas

de cementacion, tapones espaciadores, movimiento del casing durante la

cementacion, caudales de desplazamiento, velocidad de mezclado.

1.8.7. PERSONAL.- Responsabilidad en las partes involucradas.

1.9. PROCESO BASICO DE UNA CEMENTACION PRIMARIA.-

1- El proceso básico para complementar una cementacion primaria consiste en

usar el método de dos tapones para bombear y desplazar.

2- El proceso es terminado cuando la presión se incrementa en la superficie y

el desplazamiento es terminado.

3- Deje el pozo cerrado por un tiempo para permitir el endurecimiento del

cemento o fragüe antes de la complementación o comenzar a perforar.

4- El proceso básico por lograr un buen trabajo de cementacion primaria es

usar el método de los dos tapones para bombear y desplazar el cemento. Los

dos tapones son usados para aislar el cemento, el cual es bombeado hacia

abajo previniendo de esta manera la contaminación del lodo.

5.- El proceso de cementacion que complementa cuando existe un aumento de

presión en la superficie, lo cual indica que el tapón superior a alcanzado el

collar flotador, o el flotador agarra por el cuello a dicho tapón de esta manera

el desplazamiento con el lodo o el agua se termina.

6.- El pozo debe ser cerrado durante un tiempo para permitir el fraguado o

endurecimiento del cemento, antes de reiniciar los trabajos de perforación para

alcanzar un horizonte más profundo.

1.10. TIPOS DE CASING Y SUS FUNCIONES.-

1.10.1. CAÑO CONDUCTOR.- Tiene un rango de 16” a 30”. Utiliza cementos

API clase A, C, G, o H con acelerador.

1.10.2. FUNCIONES:

1.- Estabilizar y proteger la base del equipo de perforación.

2.- Mantener las formaciones in consolidadas.

3.- Confinar la circulación de los fluidos.

4.- Prevenir el flujo de agua y las perdidas de circulación.

FIG № 1

1.11. CAÑERIA DE SUPERFICIE.-

Tiene un rango de 7” a 16”. Utiliza cementos API clase A, C, G, o H con

acelerador.

1.11.1. FUNCIONES.-

1.- Previene la contaminación del agua dulce.

2.- Conexión de la válvula BOP y cabeza de pozo.

3.- Soportar el casing más profundos y la sarta de tubería.

4.- Confinar las zonas no profundas y prevenir las perdidas de circulación.

FIG № 2

1.12. CAÑERIA INTERMEDIA.-

Tiene un rango de 7” a 11 ¾”. Utiliza cementos API clase A, C, G o H

conteniendo bentonita y la parte mas profunda del casing con un cemento de

alta resistencia.

1.12.1. FUNCIONES.-

1.- Prevenir alargamiento o ensanchamiento del agujero cuando se profundiza

la perforación.

2.- Proteger la sarta de producción de la corrosión.

3.- Confinar el pozo si la densidad del lodo resulta inadecuada para mantener

la presión alta de la formación.

4.- Prevenir las perdidas de circulación.

FIG № 3

CAÑERIA DE PRODUCCION (AISLACION).-

Tiene un rango de de 23/8” a 95/8”.- extendido a través de zona de producción.

Cementos para controlar la presión hidrostática. El casing profundo con

cemento de alta resistencia.

1.13.1. FUNCIONES.-

1.- Prevenir alargamiento o ensanchamiento del agujero cuando se profundiza

la perforación.

2.- Proteger la sarta de producción de la corrosión.

3.- Confinar el pozo si la densidad del lodo resulta inadecuada para mantener

la presión alta de la corrosión.

4.- Prevenir la perdida de circulación.

5.- Proteger la sarta de perforación de zonas pegajosas.

FIG № 4

1.14. CAÑERIA LINER.-

Tiene un rango de 5” a 7”.- extendido a través de la zona de producción.

Cementos para controlar la presión hidrostática. El casing profundo con

cemento de alta resistencia. Igual al casing de producción.

1.14.1. FUNCIONES.-

1.- Igual a las del casing de producción.

2.- Limitar la

necesidad de bajar una sarta de casing completa desde la boca de pozo hasta

el fondo.

FIG № 5

HERRAMIENTAS DE CEMENTACION

1.1. ARREGLO DE CEMENTACION.-

La conjunción entre la tubería y los accesorios de cementación es vital para

una buena distribución del cemento, tanto en pozos someros de baja

complejidad como en pozos profundos de alta temperatura y alta presión.

Los accesorios deben estar diseñados para asegurar un excelente trabajo de

cementación, aun en las condiciones de pozo más severas, tales como:

entubaciones de pozos desviados, reciprocados o rotaciones durante el trabajo

de cementación. Los accesorios de cementación deben ser piezas totalmente

confiables. Por eso se los fabrica con tubos y chapas de acero de la más alta

calidad.

Los materiales que se emplean para la fabricación y los procesos están

controlados para brindar el mejor producto en cada aplicación.

Los accesorios son fabricados y ensayados de acuerdo a normas API 10OF y

API 10OD. Las roscas, API y Premium se controlan con calibres certificados y

aprobados.

FIG № 6

FIG № 7

1.2. CABEZA DE CEMENTACION.-

La cabeza cementadora o Contenedores de tapones son el lugar done se

guardan los tapones cementadores que se usan para separar fluidos del pozo y

lechadas cementadoras.

1.3. TIPOS DE CABEZAS CEMENTADORAS:

1.4. TIPO MANIFOLD.-

Permite insertar el tapón directamente dentro de la cañería. Diámetro interno ID

de la cabeza es parecido al del tapón. Posea que el tapón es bombeado

cuando se usa la cabeza tipo colector.

1.5. TIPO CAIDA LIBRE.-

Este tipo de cabeza tiene un diámetro interior mayor: el tapón puede caer

libremente, lo que hace necesario bombear los tapones hacia fuera de la

cabeza. Una ventaja adicional es que la cabeza puede apilarse una encima de

otra.

Las herramientas de cementación primaria (herramientas de revestimiento o

elementos de intubación) realiza varia funciones durante la ejecución de un

trabajo de cementacion. Ayudan remover el lodo centralizando el revestimiento

en el pozo. También asisten en le limpiado de la capa de barro de las paredes

del pozo. El equipo de flotación proporciona una válvula check al fondo del

revestimiento para evitar que el cementó circule desde el anular nuevamente al

revestimiento luego que se ha terminado el trabajo.

Estas herramientas son colocadas permanentemente sobre la tubería del

revestimiento. Ya sea por empleados de DS, de la plataforma o del

revestimiento o por una compañía de servicios diferentes indispensablemente

quien sea el responsable de del equipo de flotación, el grupo de cementacion

debe saber como funcionan las herramientas para poder ejecutar un trabajo

seguro.

1.6. LAS HERRAMIENTAS DE CEMENTACION SE CLASIFICAN EN:

1.7. ZAPATA DE CEMENTACION (ZAPATO GUÍA O DIFERENCIAL).-

Al primer tubo que va en el hoyo se le enrosca y se le fija por soldadura en su

extremo inferior una zapata de cementación.

La zapata sirve para guiar la tubería en su descenso hasta la profundidad

donde se va a cementar.

En su parte interna lleva un mecanismo de obturación que actúa como una

válvula de un solo paso, la cual no permite que el fluido de perforación en el

hoyo entre en la sarta pero sí que el fluido que se ponga en la sarta pueda

bombearse hacia el espacio anular.

Esto le imparte a la sarta cierta flotación que desde la superficie se contrarresta

llenando la sarta con fluido bien condicionado para que descienda con más

rapidez y a la vez queden balanceadas las presiones externas.

Todo el material interno que compone el mecanismo y configuración de la

zapata puede ser perforado con barrena en caso necesario, como es requerido

tratándose de la primera y sarta intermedia para llegar a la profundidad final. En

el caso de la última sarta, la zapata no se perfora.

El zapato guía cuenta con una punta que permite un deslizamiento suave de la

tubería en el pozo, apartándolo de salientes, cavidades, y otros obstáculos. La

punta está rellena con cemento de alto impacto, fácilmente perforable (aún con

trépanos PDC) debido a las características del material y a su sistema de

antirrotación. Como alternativa, hay disponibles zapatos con punta de aluminio.

FIG № 8

1.8. EL ZAPATO DIFERENCIAL.-

Cumple dos funciones: de guía y de válvula.

Generalmente se lo utiliza en zonas de interés productivo muy cercanas al

fondo perforado o, cuando por razones de seguridad, se aconseja el uso de un

doble sistema de válvulas: la del zapato y la del collar.

Si se las activa previo a la entubación, el conjunto valvular se comportará como

un sistema de flotación.

1.9. BENEFICIOS:

Elimina factores de riesgo en boca de pozo.

Elimina el riesgo de cruce de rosca durante el montaje.

Reduce el tiempo de entubación.

Mejora la preservación del accesorio.

FIG. № 9

1.10. COLLAR FLOTADOR.-

Para reforzar la función de la zapata y coadyuvar en la mecánica de la

cementación, se dispone que a cierta distancia del primer tubo se coloque entre

dos tubos un collar flotador. La unión permite el flujo por la tubería hacia el

hoyo pero impide, por el mecanismo de su válvula de un solo paso, que fluidos

del hoyo entren a la tubería. El collar tiene un asiento que sirve para asentar un

tapón que se inserta en la tubería detrás del último saco de cemento

bombeado.

Este tapón, al llegar al cuello flotador, no puede pasar y el aumento de presión

en la sarta indica que ya todo el cemento pasó por el cuello y ha concluido el

desplazamiento.

Los collares de flotación tienen una válvula check que evita el flujo de fluido

desde la parte exterior del revestimiento al interior luego que se ha completado

el trabajo. Esta válvula también induce ala flotación al revestimiento a medida

que es metido al pozo. Esto quiere decir que el llenado periódico del

revestimiento es requerido con estas válvulas check en la tubería para

minimizar las fuerzas de colapso y para evitar que flote el revestimiento en el

pozo.

FIG. № 10

1.11. HAY TRES TIPOS DE VÁLVULAS QUE SE ESTÁN UTILIZANDO

ACTUALMENTE:

1.12. VÁLVULA TIPO CHECK TIPO BOLA.-

Utilizan una bola resistente a la abrasión que descansa contra un asiento de

caucho de compuesto especial. Se produce un llenado muy bueno luego de

periodos muy largos de bombeos de fluidos abrasivos, la bola y el asiento no

so afectadas por las temperaturas o las presiones muy altas.

La válvula tipo bola no se utiliza en pozos desviados o pozos de gas.

FIG.№ 11

1.13. VÁLVULA CHECK DE TIPO FLOPPER.-

Están hechos de aluminio con una capa protectora de caucho como

sellamiento. La válvula con resortes es útil en pozos de gas y pozos desviados.

Donde se requieren sellos rápidos y ajustados contra fluidos.

FIG. № 12

1.14. VÁLVULA CHECK DEL TIPO DARDO.-

Son válvulas de flotación del tipo más nuevo utilizados en el campo del

petróleo. Utilizan un dardo armado de resorte qué proporciona buen

sellamiento contra retorno de fluidos. Las tuberías de revestimiento desviadas

se beneficio este tipo de válvulas.

Para tubería de revestimiento mas corta se puede utilizar un inserto con válvula

check. Esta es una sección de aluminio roscada de bajo costo con una válvula

flapper incorporada. Puede ser atornillada a una cupla, y la siguiente junta de

revestimiento puede ser montada esta Un inserto proporciona una conexión

mas débil que u collar de flotación completo ya que no se puede hacer 5 o 5

roscas entre las juntas o uniones del revestimiento. Para condiciones de pozos

no profundos, los insertos pueden ejercer las mismas funciones que un collar

de flotación de tipo flopper.

FIG. № 13

1.15. LLENADO AUTOMÁTICO.-

Las válvulas de tipo flapper y dardo también se pueden convertir para realizar

otra función. Si no se requiere flotación, estas válvulas se pueden asegurar en

la posición abierta para permitir el llenado de fluido del revestimiento mientras

esta funcionando en el pozo. Esto disminuirá las probabilidades de colapso del

revestimiento y la necesidad de llenar el tubo cuando se encuentre en el fondo,

las válvulas abiertas se aseguran para funcionar en el pozo se llaman válvulas

de llenado de orificio o de llenado automático. El mecanismo que mantiene la

válvulas abiertas se desactiva mediante el bombeo de una bola de apertura

atreves del mecanismo de la válvula cuando el revestimiento se encuentra en

le fondo. Una vez que la bola a desalojado el mecanismo de retención, la

válvula actúa como una válvula check nuevamente.

1.16. EQUIPO DE LLENADO DIFERENCIAL.-

A menudo, los trabajos de cementacion de tubería de producción necesitan el

uso de equipo de llenado diferencial este equipo puede proporcionar protección

contra sobre presión en la formación permitiendo un llenado limitado de

revestimiento. Cada pieza de equipo rellenado diferencial tiene dos válvulas

flapper peor seguridad, y puede ser convertida en equipo de flotación

convencional en cualquier momento del desplazamiento.

Este equipo utiliza una válvula pistón que esta diseñada para llenar el interior

del revestimiento automáticamente 90% del nivel del fluido anular (81% si se

utiliza collar o zapato) el pistón resbala hacia arriba para abrir y hacia abajo

para cerrar Y esta diseñada para que el área presurizada superior sea 10%

mayor que la inferior. Las fuerzas que hacen que el se producen por la presión

hidrostática del fluido del pozo.

Generalmente cuando el revestimiento se encuentra en le fondo, el equipo de

llenado diferencial será convertido a unas válvulas de flotación de tipo flapper

convencionales mediante el bombeo de una bola de apertura a través del

mecanismos en la misma tubería del revestimiento se encuentra un zapato del

llenado diferencial un collar con solo se requerirá una bola.

1.17. COLLAR DE TAPA.-

Estos dispositivos son localizados en la tubería de revestimiento a una

profundidad determinada y permiten un paso intermedio hacia el anillo. Pueden

ser utilizados para proteger zonas débiles de la presión hidrostática de una

columna grande de cemento.

Los collares de etapa son básicamente juntas o uniones de revestimiento con

puertas que se abren ose cierran por medio de camisas operadas a presión.

1.18. LAS HERRAMIENTAS INVOLUCRADAS EN LA TERMINACIÓN DE UN

TRABAJO DE ETAPAS CONSISTE DE:

1.-Collar de etapas

2.-Tapón de primera etapa (limpiadores flexibles)

3.-Una placa de caucho para sellar, instalada en el collar de flotación de

primera etapa para asegurar un sellado positivo.

4.- Bomba de apertura que cae libremente al asiento de apertura del collar de

etapa aplicando presión a la bomba cuando llega al collar, las puertas se abren.

5.- Un tapón de cierre que es bombeado hacia abajo al asiento de cerrado del

collar de etapa. Al aplicar presión al tapón de cerrado cuando llega al collar, las

puertas se cierran y se sellan.

FIG. № 14

FIG. № 15

FIG. № 16

1.19. CENTRALIZADORES.-

Para que la sarta quede bien centrada en el hoyo, y a objeto de evitar que se

recueste contra la pared del hoyo, ocasionando luego defectos en la

continuidad del cemento en el espacio anular, se le instalan a la sarta

centralizadores en aquellos puntos que se consideren necesarios.

Los centralizadores, por sus anillos que rodean el tubo y fijados con puntos de

soldadura, quedan a las profundidades deseadas.

Los flejes que unen los anillos tienen una curvatura hacia afuera para hacer

contacto con la pared del hoyo.

Es conveniente que el casing esté centralizado previo a la cementación. Si la

tubería se desplaza respecto del centro del pozo, se producen alteraciones

hidráulicas indeseadas porque el fluido en movimiento circula más fácilmente

por la zona de mayor radio anular. Esto provoca una mala distribución del

cemento.

Además, por el aumento de la velocidad relativa, se pueden generar presiones.

Indebidas (por pérdidas de carga), que pueden generar pérdidas de circulación

en zonas de bajo gradiente de fractura. Las deficiencias de la cementación

primaria se manifestarán luego en la terminación del pozo, requiriendo trabajos

arduos y costosos para subsanarlas, como: cementaciones auxiliares y

ensayos imprevistos. Estos problemas se agravan en los pozos desviados.

El uso de anillo tope es recomendado para lograr un buen funcionamiento del

centralizador.

1.20. VENTAJAS:

Fabricados con las máximas exigencias y controles, superando las

especificaciones de la Norma API RP 10-D.

Bajo coeficiente de arrastre (running forcé), para facilitar la entubación.

Alta respuesta elástica de centrado (restoring forcé), que mejora

efectivamente condiciones de la cementación.

FIG. № 17

Fig. № 18

Fig. № 19

FIG. .№ 20

FIG. № 21

1.21. RASPADORES.-

En ciertas oportunidades, para lograr mejor adhesión entre el cemento y la

pared del hoyo, se le añaden raspadores a la sarta.

Estos raspadores, que pueden consistir de láminas en formas de tiras largas

donde van incrustadas los alambres o de anillos cuyos alambres sobresalen

circunferencialmente, raspan la pared del hoyo con el fin de desprender el

exceso de revoque que la cubre para facilitar que el cemento cubra

directamente las formaciones.

El raspado se efectúa durante la inserción de la tubería, y luego, también,

alzando y bajando lentamente la tubería, mientras se bombea a objeto de ir

desplazando hacia la superficie lo que se haya desprendido de la pared del

hoyo.

Wire typeWire type Cable typeCable typeWire typeWire typeWire typeWire type Cable typeCable typeCable typeCable type

FIG. № 22

1.22. LIMPIADORES.-

Los limpiadores de pozo, taladros actúan como rascadores para mejorar la ligadura del cemento a la formación removiendo la capa de barro filtrado.

Generalmente son construidos apartir de un collar conteniendo vueltas de cable, como los rascadores reciprocantes, aunque los limpiadores derechos (de tipo rotativo) también se encuentran disponibles.La acción limpiadora se produce durante el entubado del pozo y el reciprocado del tubo cuando se encuentra en el fondo.

1.23. CANASTAS.-

Las canastas de cementación protegen las formaciones débiles de la presión hidrostática excesiva ejercida por el peso de la columna de cemento, son de hoja de metal o de lona se ponen sobre formaciones débiles o directamente debajo de los collares de etapa.

Las canastas no son bisagras, así que deben ser colocadas en la junta o unión del revestimiento deseada antes de ser montadas con la junta debajo.

Se puede permitir que las canastas floten o pueden ser sostenidas en su sitio de la junta por medio de anillos retenedores.

FIG. № 23

FIG. № 24

1.24. COLLAR DIFERENCIAL.-

En el collar diferencial de retención, la válvula inferior trabaja en conjunto con

una camisa deslizable que regula la apertura para el llenado de la tubería. A

medida que que la columna es descendida, la presión diferencial aumenta en la

válvula de retención, llenando parcialmente la tubería (85% a 92 %).

La operación continuará hasta que la circulación del pozo comience, dado que

la válvula regulará la entrada hasta ese momento. Además, la presión seguirá

aumentando al continuar la bajada del casing.

Para convertir el elemento de llenado diferencial en uno de retención a presión,

debe lanzarse la bola de accionamiento por el interior de la tubería y luego de

unos minutos, circular el pozo, a fin de registrar el pasaje de la bola a través de

la camisa deslizable.

Así, la válvula superior del collar diferencial quedará accionada.

1.25. BENEFICIOS:

Elimina factores de riesgo en boca de pozo.

Elimina el riesgo de cruce de rosca durante el montaje.

Reduce el tiempo de entubación.

Mejora la preservación del accesorio.

1.26. VENTAJAS:

Reduce el costo de perforación por ahorro de tiempo en el llenado de la

tubería.

Permite la circulación del lodo con arrastres de cutting a la superficie

previo a ser accionados.

Reduce las presiones anulares

Se puede accionar uno o más elementos con la misma bola.