“Utilización de aditivos que minimizan el ataque de gases agrios en el diseño de lechadas livianas, de

alta resistencia y baja permeabilidad”.

Titulo :

Contenido de la presentación:

Objetivo del trabajo.

Propiedades de los yacimientos en Anaco.

Tecnología de lechadas precedentes.

Nueva tecnología de diseño.

Inhibir los efectos del CO2 y H2S en los cementos fraguados.

Formular lechadas livianas con bajo contenido de agua.

Método tradicional de cálculo de densidad de lechadas.

Método alternativo de cálculo de densidad de lechadas basado en tecnología del concreto y densidad de empaquetamiento.

Procedimiento de diseño.

Métodos de optimización.

Resultados de campo.

Conclusiones.

Presentar la experiencia de cementación desarrollada en los campos gasíferos del Distrito Anaco ( Oriente de Venezuela), utilizando un método alternativo de diseño de lechadas que se fundamenta en la optimización de la microestructura de los sólidos y que permite la inclusión de elementos que inhiben el ataque del CO2 y H2S.

Objetivo del trabajo

Presencia de arenas gasíferas en todas

las secciones del hoyo.Presencia de CO2 y H2S.

Bajo gradiente de fractura.

Alta temperatura.

300 - 12000 pies.

20,7% CO2 -13 ppm H2S.

8.7 lpg.

250 – 320 ºF

Propiedades físicas de los yacimientos de Anaco que reducen la posibilidades de éxito en las cementaciones.

“Necesidad de lechadas no convencionales”

Tecnologías de lechada precedentes

Históricamente se han utilizado:

•Lechadas saturadas con sal.

•Tren de lechadas con tiempos de espesamiento prolongados.

•Lechadas con aditivos generadores de gas una vez colocadas en el pozo.

•Lechadas con látex.

EXITO LIMITADO

• Alto contenido de agua.

• Alta porosidad.

• Alta permeabilidad.

• Baja resistencia.

• Control deficiente del ataque del CO2 y H2S.

• Utilización excesiva de aditivos.

• Alto contenido de agua.

• Alta porosidad.

• Alta permeabilidad.

• Baja resistencia.

• Control deficiente del ataque del CO2 y H2S.

• Utilización excesiva de aditivos.

Nueva tecnología de diseño:

1.-Inhibir los efectos del CO2 y H2S

a) Mecanismos de acción del CO2

“Carbonización del Cemento” (1) CO2 + H2O → H+ HCO3- (2) Ca(OH)2+ H + HCO3→ CaCO3 +2H2O

“Reducir al máximo el CaOH y reducir la permeabilidad”

Puzolanas + CaO → Aumenta ( C-S-H ) reduce el CaOH

Puzolanas de granos finos → Reduce la permeabilidad

Alternativa utilizada

(1) H2S + H2O → H+ H2SO4- (2) Ca(OH)2+ H + H2SO4→ CaSO4 +2H2O

b) Mecanismos de acción del H2S

“Sulfonización del cemento”

“Reducir al máximo el CaOH y reducir la permeabilidad”

Puzolanas + CaO → Aumenta ( C-S-H ) reduce el CaOH

Carbón Activado → Adsorve H2S y H2SO4

El alto contenido de agua en las lechadas

livianas afecta la efectividad de estos inhibidores

Alternativa utilizada:

2.-Formular lechadas livianas con bajo contenido de agua.

Nueva tecnología de diseño:

Método tradicional de calculo de densidad - ρL

ρL = M cemento + M agua

V cemento + V agua

La disminución de la densidad afecta

las propiedades del cemento en estado sólidox

Incrementa la porosidad.

Incrementa la permeabilidad.

Mayor encogimiento.

Reduce la resistencia a los

esfuerzos. Variable

ρL = M compuesto + M agua

V compuesto + V agua

Tecnología del concreto

Cemento → Material Compuesto “Cemento + Agregados de Menor Peso Especifico”

Optimización de la microestructura del material → Densidad de Empaquetamiento (ρP) y

la forma de los particulas.

Propiedades del cemento de densidad convencional=

Ciencia de los materiales

Método alternativo de calculo de densidad - ρL

Propiedades del cemento liviano (ρP)

Variable

ρP = Vsólido / Vunitario

Densidad de Empaquetamiento - ρP

Porosidad = V unitario – V sólido

ρP = 0.64

ρP = 0.87

ρP Máxima : Arreglo de diferente granulometría

(3 diferentes tamaños como mínimo).

Optimización de la Distribución de Partículas PSD.

Forma de las partículas

Agregados esféricos

Optimización de la microestructura del material compuesto

Reducen la reología

Procedimiento aplicado en cementaciones de pozos

Agregados inertes.

Forma esférica de los agregados.

Calcular la distribución de partículas del compuesto cementicio.

Determinar la densidad de empaquetamiento de los sólidos.

Optimizar el proceso.

Incorporación de nuevas variables

Procedimiento dividido en 2 etapas

Definir la densidad de la lechada – ρL.

Fijar la fracción volumétrica del agua – Φ.

Determinar el peso especifico de los sólidos en - PE (ρL; Φ).

Escoger los tamaños de los agregados cumpliendo con una relación (Cemento +2 Agregados Principales) mínima de 3:1. Preferiblemente de 7:1

Utilizar los aditivos inhibidores de CO2 y H2S como agregados.

Determinar la fracción volumétrica de cada agregado en función de:

PE = ∑ Φ1Pe1+ Φ2Pe2+ Φ3Pe3+…. ΦnPen.

Los aditivos se escogen según los métodos convencionales.

Primera Etapa

Segunda Etapa - Optimización (Método Andreasson)

Se determina la distribución de partículas PSD de cada uno de los agregados.

Se calcula la PSD del compuesto sólido en función de las PSD de cada agregado y de su fracción volumétrica.

Se grafica la PSD del compuesto utilizando la ecuación de Rosim –Ramber y se compara con la curva PSD ideal (ρP=100%).

Se repite el procedimiento con otros porcentajes volumétricos u otros agregados, siempre que mantengan constante la densidad de la lechada.

Se escoge la formulación que se ajuste mas a la curva de PSD ideal.

Ejemplo de Optimización de Formulaciones- Método Andreasson

Modelo de Optimización – (Método Mapa Ternario)

ρL = 13,5 lpg

Φ = 0,5

Propiedades de las lechadas (ρP) utilizadas en el Area de Anaco

Liviana ρP(11,5-13,5 lpg)

Liviana tradicional (11,5-13,5 lpg)

Convencional Anti migratoria (15.6-16.2 lpg)

Requerimiento de Agua (%)

45 - 60 70 - 82 56 - 60

Filtrado (cc/30min)

< 45 > 100 < 45

Agua Libre (%) 0 >2 0

Estabilidad de la columna de cemento (%)

Estable No estable (5%)

Estable

Reología Fácil de Dispersar

Fácil de Dispersar

Difícil de Dispersar

Migración de Gas Baja Probabilidad

Alta Probabilidad

Baja Probabilidad

Transición durante Gelificación (100 -500 lbf/100pie2)

< 30 min > 60 min < 30 min

Mezcla en el campo

Convencional Convencional Convencional

Liviana ρP(11,5-13,5 lpg)

Liviana Convencional (11,5-13,5 lpg)

Convencional Anti migratoria (15.6-16.2 lpg)

Porosidad (%) 25 - 40 50 - 62 26 - 40

Resistencia a la compresión (Psi)

1300 - 2400 750 2800

Resistencia a la Tensión (Psi)

800 - 1100 250 1300

Modulo de elasticidad ξ(psi)

(660 - 910) x 10³ 210 x 10³ 1200 x 10³

Coeficiente de Elasticidad (Tensión/Modulo ξ

(1,24-1,21)x10¯³ 1,14x10¯³ 1,08x10¯³

Permeabilidad 22 170 117

Encogimiento (%) < 1,7 -/- < 4

Propiedades del Cemento Fraguado (ρP) .

0

20

40

60

80

100

120

CANTIDAD

TIPO DE TRABAJOS ANACO

Serie1 39 17 15 31 15 117

SUPERFICIALES INTERMEDIOS LINER INTER LINER PROD. TAPONES TOTAL

Trabajos realizados (3 años) en el área de Anaco utilizando la técnica de Densidad de Empaquetamiento - ρP .

La eficiencia obtenida basada en los registros eléctricos y en el control de la migración de gas es de 95% .

Registro Eléctrico de Lechada Liviana - ρP (11,5 ppg).

Registro Eléctrico de Lechada Liviana- ρP (13,5ppg).

Conclusiones:

La utilización de la técnica de densidad de empaquetamiento (ρP) es compatible con la adición de agregados inhibidores de CO2 y H2S.

La reducción del volumen requerido de agua y la baja permeabilidad del cemento fraguado permiten que los aditivos inhibidores de CO2 y H2S mantengan su eficiencia en las lechadas de baja densidad.

Las propiedades de la lechada liviana (ρP) y las propiedades que desarrolla despues de fraguar, son similares y en algunos casos superiores a las lechadas de densidad convencional.

El aislamiento zonal obtenido aplicando la técnica de densidad de empaquetamiento, es más efectivo que el alcanzado aplicando técnicas precedentes.

La ejecución del trabajo no requiere de equipos distintos especiales.

El costo por barril resulta más económico comparado con lechadas equivalentes disponibles en el mercado.

Agradecimiento

A Petróleos de Venezuela por brindarnos la oportunidad de participar conjuntamente con ellos en la ejecución de las cementaciones realizadas en los campos gasíferos de Anaco y presentadas en este trabajo.

A los organizadores del V Seminario de Fluidos de Perforación y Cementación por invitarnos a participar en tan prestigioso evento.