OBJETIVOS DE UNA CEMENTACIN

La cementacin es un proceso que consiste en colocar una lechada de cemento en el espacio anular formado entre las formaciones que se han perforado y la caera (Casing) que se instala en un pozo para producir petrleo, gas y/o agua. Desde 1903, el mayor y principal objetivo de una cementacin primaria ha sido proveer una aislacin de las zonas, expuestas en el borde de pozo que contienen los fluidos y separarlas efectivamente. Para alcanzar este objetivo, un sello hidrulico (anillo de cemento) debe conseguirse entre las formaciones y el casing de manera de evitar la canalizacin y/o migracin de los fluidos a travs del mismo. Estos requerimientos han producido que la cementacin sea la operacin ms importante que se realiza durante la terminacin de un pozo.

PROCESO DE CEMENTACIN

La cementacin es un proceso que incluye:

Diseo y ensayo de una lechada de cemento Mezclado y transporte de cemento y aditivos Mezclado y bombeo en el pozo

Una lechada de cemento se define como:

Un fluido que resulta de mezclar agua y aditivos al cemento seco, o bien, a mezclas de cementos.

RAZONES PARA CEMENTAR

Soportar la sarta de casing y que el cemento se adhiera perfectamente a la formacin y al casing,(sello hidrulico impermeable).

Sellar zonas de prdidas de circulacin. Proteger el casing de la corrosin producida por las aguas subterrneas.

Prevenir surgencias (blow-outs) de las formaciones que estn expuestas.

Proteger el casing de las cargas y esfuerzos cuando se re-perfora para profundizar un pozo.

Prevenir el movimiento de fluidos entre zonas.

CEMENTACIONES PRIMARIAS

De simple etapa

Conductor Superficie Intermedio Produccin Liner de perforacin Liner de produccin

Dos o ms etapas

Superficie Intermedio Produccin Liner

Miscelneas

Cemenacin de casing desde superficie por espacio anular (Top Out, 1, o macaroni) Inner String Scab* Liner

CASING DE SUPERFICIE (GUA)

Caractersticas:

Requerido por Regulaciones, Leyes y/o Decretos de Gobierno en cada rea y pas. 100 a 5,000 pies (30 ~ 1500 m) o mayores. O.D. desde 7.5/8 hasta 20 o mayores Necesita fijarse en superficie (encadenado) mientras se cementa. Se circula cemento hasta superficie El pozo puede ser severamente erosionado Las prdidas de circulacin pueden ser un gran problema

Objetivos:

Proteger las zonas de agua dulce. Ofrecer una conexin para montaje de las BOP en superficie. Tratar zonas de formaciones inconsolidadas. Sellar zonas de prdidas de circulacin. Soportar las sartas de Casing siguientes para profundizar el pozo

Cementos utilizados:

Lechada de cabeza (relleno) seguida por una lechada de cola de alta resistencia. Cementos de elevada resistencia en pozos profundos.

Procedimientos para cementar: Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) inferior y superior. A veces se cementa a travs de drill pipe Centralizar el casing y fijar las juntas del zapato y de superficie. A veces es seguido de una cementacin desde superficie (por anular) top out

CASING INTERMEDIO

Caractersticas:

4,000 a 16,000 ft (1200 ~ 4800 m) o mayores profundidades (amplio rango) O.D. 6.5/8 hasta 20; 9.5/8 es muy comn A menudo con circulacin hasta superficie Algunas veces solamente dentro del casing de superficie Raramente cementado solamente en la seccin del fondo Se puede terminar el pozo (completacin) en este casing intermedio

Objetivos:

Casos de zonas crticas Prdidas de circulacin Zonas con altas presiones Zonas con mantos salinos Las B.O.P. siempre estn instaladas Soportar sartas que se instalarn posteriormente Pueden realizarse como trabajos de cementacin en una sola etapa o en mltiples etapas (dos o ms)

Procedimientos y cementos:

Lechadas muy variadas Generalmente con lechadas de relleno y de alta resistencia (de cola) Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) de inferior y superior. A veces cementado a travs de Drill pipe A veces se cementan en etapas

CASING DE PRODUCCIN

Caractersticas:

1,700 a 20,000 ft (510 ~ 6000 m), o ms profundos Dimetros ms comunes: 4.1/2 , 5.1/2 y 7

Objetivos:

Completar el pozo para produccin Proveer control de presin Cubrir agjeros o una sarta de Casing intermedio daado Control del pozo cuando se perfora (punzado, baleo)

Cementos usados:

Lechada de relleno (de cabeza) seguida de una lechada de alta resistencia (de cola) Cementos de alta resistencia frente a las zonas productivas

Procedimientos de cementacin: Normalmente se utilizan espaciadores de buena calidad Es comn desplazar con fluidos para perforar (caonear, punzar, balear) Desplazar y lavar bombas y lneas antes de cementar es una buena prctica Usar tapones de goma de limpieza inferior y superior es una buena prctica

CEMENTACIONES EN ETAPAS

Objetivos

Prevenir la fractura de la formacin (presin hidrosttica muy alta en la columna de cemento) Cubrir algunas zonas sin necesidad de llenar completamente una columna de cemento Cementar arriba de una zona de prdida de circulacin Escaso chance por colapso de casing Trabajar con mayores diferenciales de temperatura

Variedad de cementos utilizados, segn los objetivos y el problema a resolver

Procedimietos de cementacin: apertura del dispositivo de etapas tan rpido como se pueda (A.S.A.P.)

Liner

Sarta de tubera que se baja en un pozo y se fija en el ltimo casing instalado y normalmente no llega hasta superfie

Liner de perforacin

Liner fijado antes de alcanzar la profundidad total del pozo (TD), en pozo abierto hasta el Casing intermedio para control de fluidos de perforacin y el pozo (tambin llamado Liner de proteccin)

Liner de Produccin

Liner fijado a la profundidad total dentro del liner de perforacin o dentro de un casing intermedio, para produccin de una zona de inters

Tie-Back Stub Liner

Sarta corta de casing desde el tope de un liner fijado anteriormente y hacia arriba dentro de un casing intermedio o un liner fijado anteriormente

Tie-Back Casing

Sarta de casing desde el tope de un liner fijado previamente hacia arriba y hasta superficie

Scab Liner

Seccin corta de casing de menor dimetro que el dimetro interior del casing instalado para tapar una rotura o agujero en el casing existente

Porqu bajar un Liner?

La principal razn para bajar un liner es proveer una solucin de bajo costo para vida total del pozo, esto es durante la perforacin, ensayos, terminacin y produccin.

Control de pozo

Cuando se perforan zonas de alta presin (anormales), los liners pueden prevenir las surgencias aislando estas zonas y permitiendo disponer de zonas con presiones normales hacia arriba del pozo. Tambin los tie-back liners se utilizan para sellar casing daados.

Costo inicial ms bajo

Se evala la zona potencial va aislacin total desde la superficie. Usar un liner en lugar de un casing hasta superficie es ms econmico

Instalacin rpida

Es mucho ms rpido bajar el liner con el drill pipeI que instalar una sarta larga de casing a la misma profundidad.

CEMENTACIN DE SARTAS POR ANULAR

Se baja la tubera (cao, tubing, o lnea) lo ms profunda posible en el espacio anular entre el Casing y pozo abierto Usualmente desde 100 (30 m) hasta varios cientos de pies. Algunas veces, slamente de 20a 60 ft Se han efectuado trabajos hasta 3,400 ft (1030 m). Cemento acelerado y mezclado a travs de un cao de 1 Cuando se tienen retornos en superficie, se detiene el mezclado, se retira y lava la tubera.

El objetivo es llenar con cemento el espacio anular y alrededor de todo el tope del casing de superficie. Se realiza cuando se han perdido retornos en superficie. Se realiza cuando el cemento cae (desciende) en el espacio anular luego de un trabajo. Se realiza, tambin, para reforzar alrededor del tope del casing en superficie y en cualquier caso.

TOP OUT JOB

Cuando se pierde circulacin y no se han obtenido retornos durante la cementacin. Al finalizar, generalmente se baja una tubera de 1 en el espacio anular entre el casing y el pozo abierto y se bombea el cemento a travs de la misma y se observan los retornos en superficie.

CEMENTACIN INNER STRING

Casing de gran dimetro bajado a T.D. Se baja Drill pipe dentro del casing -- el stinger ajusta en el collar Se utiliza un collar o zapato especial que acepta el stinger Tag-in (alguas veces llamado "stab-in") Latch-in Screw-in Pueden o no utilizarse tapones Se deben tomar precauciones con el colapso de casing Se mezcla y bombea cemento hasta que circula en superficie Se reduce el tiempo y volumen de desplazamiento

TIPOS DE CEMENTO:

_ Cemento Portland_ Cementos API_ Cementos fabricados de bajo peso_ Mezclas de cementos livianos_ Sistemas especiales de Cementos

MATERIALES A GRANEL:

_ Calcreos

_ Calizas_ Sedimentarias_ Metamrficas_ Roca de cemento_ Sedimentos marinos (conchas, corales)

_ Arcillosos

_ Arcillas_ Lutitas_ Pizarras_ Piedra de barros

PROCESO DE FABRICACION:

_ Proceso seco_ Econmico_ Eficiente_ Proceso hmedo_ Se puede repetir_ Mejor calidad

CEMENTO PORTLAND (COMPONENTES)

Los cementos API son cementos portland, que es un tipo de cemento. Los cementos portland tambin son llamados cementos hidrulicos porque fraguan bajo agua.

_ C3S Silicato triclcico_ C2S Silicato diclcico_ C3A Aluminato triclcico_ C4AF Ferroaluminato tetraclcico_ Oxidos de hierro (adicional)

C3S Silicato triclcico

_ es el mayor componente del cemento portland (50%)_ contribuye al frage y rpido desarrollo de resistencia

C2S Silicato diclcico

_ 20 - 25% del clinker_ hidratacin ms lenta que el C3S_ contribuye a leve resistencia a largo tiempo

C3A Aluminato triclcico

_ generalmente 0 - 8%_ regula la resistencia al ataque de los sulfatos_ promueve la hidratacin rpida_ controla el tiempo de frage, reologa y resistencia temprana del cemento_ Si est presente en < 3% se considera un cemento de alta resistencia a los sulfatos

C4AF Ferroaluminato tetraclcico

_ est en la fase intersticial, baja reactividad_ promueve el bajo calor de hidratacin

xidos de hierro (adicional)

_ con incremento de C4AF_ con reduccin de C3A

CEMENTOS ESPECIALES & MEZCLAS DE CEMENTOS

SISTEMAS DE CEMENTO ULTRAFINO

_ Un cemento de partculas muy finas, de propiedades nicas en rpido desarrollo de la resistencia y baja densidad_ Puede ayudar a sellar zonas en las cementaciones squeeze en reas con problemas tales como: zonas ladronas, zonas de agua, zonas de gas, para prdidas o roturas de casing y en gravel packs_ Baja permeabilidad, desarrolla temprana (rpida) resistencia a la compresin

LIGHT WEIGHT CEMENT (CEMENTOS DE BAJA DENSIDAD)

_ Los cementos manufacturas de baja densidad se fabrican de igual forma que los cementos API, con una importante excepcin:

_ En algn punto del proceso de fabricacin se agrega un material en granos de baja densidad a la mezcla de materia prima_ Esto produce un cemento del tipo portland con una gravedad especfica de 2.8 comparado con los cementos API que tienen una gravedad especfica de 3.14

_ Caractersticas fsicas

_ Estables a altas temperaturas_ Hasta 3500 F sin el agregado de slice_ Rangos de densidades de 11.5 a 13.7_ No se necesitan extendedores, slo mezclarlo con agua para la densidad deseada_ Buenas propiedades de lechadas_ Excelente resistencia a la compresin_ Resistentes a los sulfatos_ Compatibles con los aditivos para cementos API

_ Descripcin

_ Fabricado con Lite Wate ms un cemento API (usualmente A o H), mezclados a granel en el saco de cemento_ Relaciones ms comunes 1:1, 1:2 or 2:1

_ Aplicaciones (Efectos primarios de la lechada)

_ Amplio rango de densidades - - 12.7 a 15.0 ppg_ Excelentes propiedades de resistencia a la compresin

_ Efectos secundarios

_ Muy compatible con todos los aditivos para cementos_ Lechadas de fcil mezclado

_ Notas especiales_ Las relaciones siempre estn escritas de la siguiente forma: TLW:Cemento Portland_ Pueden modificarse para cubrir todas las condiciones de pozo

COLD SET

_ Descripcin

_ Mezclas con cemento Clase G, Yeso y Cloruro de calcio_ Tres sistemas:_ Cold Set I a 15.3 ppg_ Cold Set II a 14.95 ppg_ Cold Set III a 12.2 ppg

LECHADAS BFS (BLAST FURNACE SLAG)

_ Un sub-producto no metlico obtenido de los hornos en el proceso de fabricacin de acero, utilizado para convertir el lodo de perforacin en un cemento_ Con propiedades de adherencia y resistencia a la compresin excelentes_ No es aplicable en todos los pozos. Es una alternativa valiosa para minimizar los costos de perforacin, agua y cementaciones en algunas reas._ No se requiere mezclado en seco, las lechadas slagmud se mezclan y bombean utilizando los equipos estndares._ Alta resistencia a los sulfatos y aguas corrosivas.

SLAGMENT

_ Una mezcla de BFS y cemento ASTM Tipo I_ Usado en reas donde se disponen fuentes de BFS econmicas_ Provee una alternativa al cemento portland donde la calidad del cemento portland es un problema_ Puede utilizarse en lugar de los cementos API Clases G o H._ Se disponen lechadas con propiedades similares a las obtenidas con un cemento portland

FOAMED CEMENT

_ Puede formularse y utilizarse donde se requiere una adecuada resistencia a la compresin con lechadas de cemento de baja densidad

_ Usado en cementaciones a travs de zonas dbiles donde no se obtienen lechadas extendidas (livianas) de determinada densidad y resistencia a la compresin_ Para minimizar la prdida de lechadas en casos donde se ha presentado una prdida de circulacin previamente_ La estabilidad de espuma de lechada se logra adicionando un surfactante o un estabilizador de espuma

EFECTOS DE LOS ADITIVOSCada aditivo que se incluye en una lechada est agregado para cambiar alguna propiedad de la lechada. Esto puede denominarse el efecto primario o principal de cada aditivo. Por ejemplo, un acelerador se agrega para que el cemento frage ms rpido o desarrolle rpida resistencia a la compresin y un retardador para que extienda el tiempo de frage porque se necesita mayor tiempo de espesamiento para colocar la lechada.

Sin embargo, la mayora de los aditivos tienen otros efectos, adems de los primarios, sobre las lechadas de cemento. Estos otros efectos son llamados efectos secundarios. Algunas vecesestos efectos secundarios son muy tiles sobre todas las propiedades de la mezcla de cemento, pero otras veces no ofrecen ventajas. Cualquiera sea el efecto, ellos deben tenerse en cuenta al disear una lechada.

Otro efecto que tiene lugar y puede inducir complicaciones son los efectos sinergticos de los aditivos. Un efecto sinergtico o sinergismo es un cambio en las propiedades de la lechada que resulta cuando dos aditivos se mezclan juntos en la lechada, pero que ese cambio o propiedad no hubiese ocurrido si se hubieran mezclado de a uno slo por vez. Tambin pueden ocurrir efectos sinergticos con ms de dos aditivos.

_ Recuerde, el primer parmetro a considerar cuando se disea una lechada es la densidad de la mezcla.

_ Tambin, el diseo de una lechada no es una ciencia exacta.

_ BHST_ Temperatura esttica de fondo de pozo, F_ PsUT_ Pseudo undisturbed Temperature, F_ PBHCT_ Predicted bottom hole circulating temperature, F_ BHSqT_ Temperatura de fondo de pozo para squeeze, F_ BHLT_ Temperatura de fondo de pozo obtenida de los registros de pozos, F_ PsTG_ Pseudo-gradiente de temperatura, F/100 ft_ Similar al gradiente geotrmico del pozo_ MD_ Profundidad medida, ft_ TVD_ Profundidad vertical real, ft

TEMPERATURA

_ Es el factor ms importante en el diseo de una lechada de cemento

_ Altas temperaturas

_ Rpida hidratacin_ Reduce el tiempo de espesamiento_ Generalmente reduce la viscosidad de la lechada_ Generalmente incrementa la prdida por filtrado, resistencia a la compresin, fluido libre y sedimentacin de las partculas de cemento en la mezcla

ACELERADORES

_ Mecanismo de accin_ Efectos sobre la hidratacin_ El aditivo puede incrementar la permeabilidad durante el desarrollo del gel de C-S-H_ Efectos sobre el in flux_ El aditivo puede incrementar la velocidad de reaccin del in OH- por difusin de Cl- o aniones pequeos similares

_ Aceleracin de la nucleacin

_ El aditivo puede bajar el pH intersticial favoreciendo la precipitacin del portland, estringita y yeso secundario

Uso primario_ Reducir la hidratacin inicial, y_ Frage del cemento portland

Uso secundario_ Retardar la interaccin de las molculas_ Estabilizar la lechada_ Prevenir el dao de formacin

Sales inorgnicas_ La aceleracin se incrementa con el incremento de carga

Ejemplos:_ Cloruro de calcio_ Cloruro de sodio_ Cloruro de potasio_ Silicato de sodio

_ Aceleradores orgnicosEjemplos:_ Formato de calcio_ Acido oxlico_ Triethanolamina (TEA)

RETARDADORES

_ Definicin_ Cualquier material que retarda el tiempo de frage de una lechada de cemento

Ejemplo_ Azcares comunes (sacarosa, C12H22O11)_ Problema: el efecto de los retardadores base azcar es que tiende a ser muy difcil de pronosticar sus efectos y difciles de controlar

Lignosulfonatos

_ Es una familia de productos qumicos utilizados muy comnmente como retardadores_ En general, lignosulfonatos de sodio y de calcio o mezclas de ambos_ Tambin tienden a adelgazar (fluidificar) o dispersar las lechadas de cemento_ Normalmente se pueden pronosticar los efectos sobre las lechadas de cemento

Tipos de retardadores

_ Para baja temperatura_ Para alta temperatura_ Entre 180 y 220 F pueden cambiar las propiedades de las lechadas_ Caen entre los de Baja y Alta temperatura_ Usualmente se requieren realizar ms ensayos_ Los resultados son difciles de pronosticar

Concentraciones del retardador

_ Usualmente de 0.1 % a alrededor de 1.5 % BWOC_ En aplicaciones de HTHP, se han utilizado concentraciones tan elevadas como 9% BWOC

Objetivos_ Para proveer un incremento (alargar) controlado del tiempo de espesamiento de una lechada por la interferencia con las reacciones de hidratacin del cemento_ Para prevenir una hidratacin prematura del cemento portland

Propiedades deseadas_ Respuesta consistente con todos los cementos_ Respuesta lineal vs. concentracin_ No interferir con otros aditivos_ Baja toxicidad

RETARDADORES TIPOS

_ Lignosulfonatos_ Acidos orgnicos_ Azcares_ generalmente no usados en cementaciones_ Compuestos de celulosa_ Organofosfonatos_ InorgnicosPERDIDA POR FILTRADO_ La prdida por filtrado es el caudal de agua que sale por presin diferencial fuera de la lechada de cemento frente a una formacin permeable y se expresa en ml/30 min, con BHCT y 1000 psi

COMO TRABAJAN LOS ADITIVOS REDUCTORES DE FILTRADO

_ Un desarrollo de un revoque de filtrado puede verse durante el proceso de filtracin_ Bajo presin diferencial, las partculas de cemento suspendidas en la lechada son filtradas en los estratos permeables_ Los slidos depositados forman un revoque de filtrado cuya estructura est influenciada por el tamao de partcula, eficiencia del empaque de las partculas y grado de compresin de las partculas_ Una vez construdo este esqueleto de slidos, la reduccin posterior de la permeabilidad del revoque de filtrado es dependiente de la accin de los aditivos reductores de filtrado tales como los polmeros

DISPERSANTES

_ Definicin_ Ajustar la carga elctrica en la superficie de las partculas de cemento para obtener determinadas propiedades de flujo de la lechada

_ Funcin_ Reduccin del caudal crtico de bombeo_ Minimizar la presin de friccin_ Mejorar la mojabilidad_ Evitar gelificacin_ Mejorar el control de prdida por filtrado_ Mejorar la actividad del retardador_ Permitir densificar las lechadas

MATERIALES DENSIFICANTES

_ Baritina_ Hematita_ W-10_ Arena

FLUIDO LIBRE

_ El fluido libre (agua libre) es aquel que se separa de la mezcla de cemento y contribuye a la contraccin de la lechada_ La contraccin de la lechada puede afectar la adherencia y contribuir a la migracin de gas_ En pozos desviados, el fluido libre se ir ubicando en la parte superior del espacio anular y crear un canal conductivo

ADITIVOS PARA EL CONTROL DEL FLUIDO

_ Metasilicato de sodio_ Arcilla de atapulgita_ T-40L_ ASA-301 & ASA-301L

_ Objetivos:Eliminar el fluido libre en las lechadas de cemento

ZAPATOS GUAS Bajados en el extremo inferior del Casing Se usan para guiar el Casing en el pozo Permiten que ingrese lodo dentro del Casing cuando se est bajando en el pozo No poseen dispositivo de flotacin

Dispositivos de flotacin Poseen algn tipo de dispositivo que acta como una check valve para prevenir que el cemento ingrese dentro del Casing debido a las presiones diferenciales

Zapato Flotador Adems de la vlvula, permite guiar el casing en el pozo cuando se est bajando

Collar Flotador Instalado generalmente a 1 2 juntas arriba del zapato (40 a 80 ft).

Shoe Track (junta del zapato) Es el rea entre el zapato y el collar Se utiliza como factor de seguridad para disponer cemento de buena calidad en el espacio anular y alrededor del zapato

PREFLUJOS Y ESPACIADORESSistemas para ayudar en la remocin de lodo y la acuohumectacin del revestimiento y la formacin, con el objeto de obtener una buena adherencia del cemento

LOS PREFLUJOS ATIENDEN A TRES PROPSITOS BSICOS Barrera Remocin del lodo Acuo-humectacin

MS DETALLADAMENTE, SE EMPLEAN PARA: Aumentar la eficiencia de desplazamiento del lodo. Limpiar el lodo adherido al casing y a la formacin (revoque de lodo). Acuohumectar para obtener buena adherencia. Separar el lodo del cemento (dentro del revestimiento y en el espacio anular) y prevenir incompatibilidad. Minimizar la contaminacin.

Lavadores Qumicos Fciles de preparar y bombear Se alcanza turbulencia a bajo caudal, an en espacios anulares grandes Efectividad limitada frente a lodo envejecido y Gelificado

Espaciadores Fluidos densificados para mantener presin hidrosttica (control de pozo) Algunos pueden alcanzar flujo turbulento, con caudales altos Efecto de flotacin para remocin de lodo Muy poca efectividad frente a lodo envejecido y gelificado (con algunas excepciones)

ESPACIADORES DE BJ Mud Clean MCS-W Spacer MCS-O Spacer Mudsweep TurboSolve Flowguard