UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL -...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ANÁLISIS TÉCNICO DETALLADO E INTERPRETACION DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN CBL (CEMENT BOD LOG) Y VDL (VARIABLE DENSITY LOG) TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS David Andrés Bravo Corrales Director: Msc. Patricio Jaramillo Quito, Agosto 2012
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ANÁLISIS TÉCNICO DETALLADO E INTERPRETACION DE LOS
REGISTROS DE CEMENTACIÓN CBL (CEMENT BOD LOG) Y
VDL (VARIABLE DENSITY LOG)
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS
David Andrés Bravo Corrales
Director: Msc. Patricio Jaramillo
Quito, Agosto 2012
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012
Reservado todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo DAVID ANDRÉS BRAVO CORRALES, declaro que el trabajo aquí descrito
es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que
se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de lo derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institución vigente.
_________________________
David Bravo
C.I. 171689393-6
CERTIFICACIÓN
Certifico, que el presente trabajo que lleva por título “Análisis técnico
detallado e interpretación de los registros de ceme ntación CBL (cement
bond log) y VDL (variable density log)” , que, para aspirar al título de
Tecnólogo de Petróleos fue desarrollado por David Bravo, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18
y 25.
____________________________
Msc. Patricio Jaramillo
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 170127931-5
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a Dios por haberme guiado por el camino de la felicidad hasta
ahora; en segundo lugar a cada uno de los que son parte de mi familia a mi
madre Rosario y mis hermanos y hermanas Edgar, Wilder, Janina, Paulina, por
haberme dado la fuerza y apoyo incondicional que me han llevado hasta donde
estoy ahora.
A la Familia Calderón Urbina por brindarme todo su apoyo y consejos durante
mi carrera universitaria.
A todos ellos Gracias.
DEDICATORIA
Es un poco difícil realizar una dedicatoria, ya que es mucha gente la que me
ayudado para llegar a este punto de mi trayectoria universitaria, sin embargo
esta tesis va en especial dedicación a mi madre Rosario por su temple de
soportar y apoyo sin restricciones.
A mis hermanos, quienes contribuyen día a día a esforzarme por ser mejor
persona.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN x
ABSTRACT xi
INTRODUCCIÓN 1
1 INTRODUCCIÓN 1
1.1 OBJETIVOS 2
1.1.1 GENERAL 2
1.1.2 ESPECÍFICOS 2
1.2 JUSTIFICACIÓN 3
1.3 HIPÓTESIS 3
1.4 IDEA A DEFENDER 4
1.5 VARIABLES 4
1.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE 4
1.5.2 VARIABLES INDEPENDIENTES 5
1.6 METODOLOGÍA 5
1.6.1 MÉTODOS 5
1.6.2 TÉCNICAS 6
MARCO TEÓRICO 7
2 INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN 7
2.1 CLASIFICACIÓN DE LA CEMENTACIÓN 8
2.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA 8
2.1.2 CEMENTACIÓN FORZADA 9
2.1.3 TAPONES DE CEMENTO 10
ii
2.2 TIPOS DE CEMENTO 10
2.2.1 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND 11
2.2.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN API 11
2.2.3 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS CEMENTOS 13
2.2.4 ADITIVOS DEL CEMENTO Y SU FUNCIÓN 15
2.2.5 ESPACIADORES 20
2.2.5.1 Características del Espaciador 21
2.2.6 LECHADA DE CEMENTO. 21
2.3 TÉCNICAS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA 23
2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO. 24
2.4.1 TUBERÍA CONDUCTORA 25
2.4.2 TUBERÍA SUPERFICIAL 27
2.4.3 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO INTERMEDIA 28
2.4.4 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN 29
2.4.5 EQUIPOS DE CEMENTACIÓN 30
2.4.6 HERRAMIENTAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO 30
2.4.6.1 Zapata guía 32
2.4.6.2 Equipo de flotación 34
2.4.6.3 Equipo de auto llenado 38
2.4.6.4 Válvulas de charnela u orificio de llenado 40
2.4.6.5 Válvula de acción vertical o válvula de tapón 40
2.4.6.6 Equipo de llenado diferencial 41
2.4.6.7 Equipo de Cementación denominado Inner String o Sarta Interior. 45
2.4.6.8 Centralizadores 47
iii
2.4.6.9 Raspadores 49
2.4.6.10 Tapones de cementación 49
2.4.6.11 Cabezal de cementación 50
2.5 PROCEDIMIENTOS PARA LA COLOCACIÓN DE CEMENTO 51
2.5.1 CEMENTACIÓN EN UNA ETAPA 51
2.5.2 CEMENTACIÓN POR ETAPAS 53
2.5.3 CEMENTACIÓN CON TUBERÍA INTERNA 54
2.5.4 CEMENTACIÓN CON LINER 54
2.6 PROBLEMAS OPERACIONALES DE LA CEMENTACIÓN 55
2.6.1 FRAGUE PREMATURO 55
2.6.2 EL COLLAR NO SE ASIENTA EN LA ZAPATA 56
2.6.3 MEZCLA DE CEMENTO INCOMPLETA 56
2.6.4 CANALIZACIÓN DE CEMENTO EN EL LODO 56
2.6.5 FRAGUE DEL CEMENTO MUY RÁPIDA 57
2.6.6 FUGA O PÉRDIDA DE GAS EN EL ANILLO 57
METODOLOGÍA 58
3 ONDAS SONORAS 58
3.1 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS 58
3.1.1 ONDAS INTERNAS 58
3.1.1.1 Ondas p 59
3.1.1.2 Ondas P de segunda especie 60
3.1.1.3 Ondas S 60
3.2 ONDAS SUPERFICIALES 62
3.2.1 OSCILACIONES LIBRES 62
iv
3.2.2 ONDAS LOVE 62
3.2.3 ONDAS RAYLEIGH 63
3.3 ACÚSTICA DE POZO 63
3.4 ONDAS STONELEY 71
3.5 ANISOTROPÍA 77
3.6 REGISTROS DE EVALUACIÓN DE LA CEMENTACIÓN 86
3.6.1 MEDIDAS DE LOS REGISTROS ACÚSTICOS 87
3.6.1.1 Medición de Repetitividad 90
3.6.1.2 Propiedades Acústicas 91
3.6.2 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LAS FORMACIONES 94
3.6.3 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LOS CEMENTOS 96
3.6.4 CBL/VDL (REGISTRO DE ADHERENCIA DE CEMENTO) 98
3.6.4.1 Medidas Acústicas del Registro de Adherencia 99
3.6.5 DESCRIPCIÓN DE LA ONDA ACÚSTICA DESPLEGADA POR EL VDL
102
3.7 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL CBL Y VDL 104
3.7.1 DATOS CUALITATIVOS TOMADOS DE LA ONDA ACÚSTICA 106
3.7.2 RANGO DE ATENUACIÓN DEL CBL 109
3.8 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL CBL 110
3.8.1 FORMATO DE PRESENTACIÓN DEL REGISTRO DE ADHERENCIA
114
3.9 CONTROL DE CALIDAD DEL CBL Y VDL 116
3.10 PARÁMETROS DEL POZO QUE INFLUENCIAN AL CBL 117
3.11 PARÁMETRO DEL TRABAJO DE CEMENTACIÓN QUE INFLUENCIA AL
CBL 119
v
3.12 MICROANILLOS 120
ANÁLISIS Y RESULTADOS 121
4 ANÁLISIS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN CBL Y VDL EN EL
POZO AUCA SUR 11D 121
4.1 CORRIDA DEL REGISTRO DE EVALUACIÓN DE CEMENTACIÓN EN EL
POZO AUCA SUR 11D 125
4.1.1 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL REGISTRO CORRIDO EN
AUCA SUR D11 129
4.1.2 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL REGISTRO CORRIDO EN
AUCA SUR D11 130
4.1.2.1 Descripción para utilizar la tabla 132
4.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN
CBL Y VDL 138
4.2.1 VENTAJAS 138
4.2.2 DESVENTAJAS 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 139
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 139
5.1 CONCLUSIONES 139
5.2 RECOMENDACIONES 140
GLOSARIO 142
BIBLIOGRAFÍA 148
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla 1. Características acústicas de formaciones y fluidos comunes 94
Tabla 2. Propiedades acústicas de las formulaciones de varios cementos 97
Tabla 3. Características del pozo Auca sur 11D 121
Tabla 4. Características de los fluidos para la cementación del Liner del
pozo Auca sur 11D 122
Tabla 5. Interpretación cualitativa del registro Auca Sur D11 136
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1. Interacción de las partículas 22
Figura 2. Ensamblaje de una tubería de revestimiento conductora 26
Figura 3. Tubería de revestimiento superficial soportando el equipo de prevención
de reventones 27
Figura 4. Equipos de cementación primaria 31
Figura 5. Zapatas Guía 33
Figura 6. Equipo de Flotación 35
Figura 7. Zapatas y collares de llenado automático y válvulas tipo movimiento
vertical 39
Figura 8. Zapata y collares de llenado diferencial 42
Figura 9. Operación de Válvula Diferencial 44
Figura 10. Equipo de cementación Inner String 46
Figura 11. Centralizadores 48
Figura 12. Ondas de cuerpo y de superficie 61
Figura 13. Frentes de onda en un pozo con fluido 66
Figura 14. Reflexión y refracción de ondas y ley de Snell 68
Figura 15. Técnica de razado de rayos 70
Figura 16. Ondas Stoneley 74
Figura 17. Formas de ondas típicas de un transmisor monopolar 76
Figura 18. Ejes TVI y TIH 79
Figura 19. Dirección de propagación de las ondas 80
Figura 20. División de ondas de corte en un pozo THI 82
Figura 21. Respuesta de receptores en línea y fuera de línea. 84
Figura 22 . Diagrama de flujo del registro acústico 89
Figura 23. Cuadro de impedancia acústica en diferentes materiales 92
Figura 24. Configuración de la herramienta CBL/VDL 99
Figura 25. Patrones de onda de sonido 101
viii
Figura 26. Presentación de la forma de la señal de onda completa de la
herramienta CBL 103
Figura 27. Nomenclatura de forma de onda sónica 106
Figura 28. Extensión del tiempo de transito de una tubería de revestimiento
bien adherida 108
Figura 29. Relación entre el porcentaje de adherencia y el porcentaje de
atenuación del CBL 111
Figura 30. Carta de interpretación CBL 113
Figura 31. Formato estándar de las tres trayectorias del registro de
adherencia 115
Figura 32. Diagrama del pozo Auca sur 11D 123
Figura 33. Diagrama de la Herramienta CBL VDL 124
Figura 34. Corrida del registro CBL Y VDL en el pozo Auca sur 11D 128
Figura 35. Aislamiento Hidráulico 131
Figura 36. Nomenclatura de las diferentes tuberías de revestimiento 133
Figura 37. Interpretación cuantitativa del intervalo 9380 y 9390 por medio
de las cartas de interpretación CBL 134
ix
ÍNDICE DE ECUACIONES
Página
Ecuación 1 Fórmula del sílice 23
Ecuación 2 Velocidad máxima de la tubería de revestimiento 37
Ecuación 3 Velocidad de propagación de la onda P 59
Ecuación 4 Velocidad de propagación de la onda S 61
Ecuación 5 Diferencia de velocidad de ondas P y S 64
Ecuación. 6 Impedancia acústica 93
Ecuación. 7 Atenuación de la señal acústica 93
Ecuación. 8 Rango de atenuación del CBL 110
Ecuación. 9 Índice de adherencia 111
Ecuación. 10 Índice de adherencia del pozo Auca Sur D11 135
x
RESUMEN
Dada la importancia que tiene la cementación en la vida de un pozo, la evaluación de
un trabajo de cementación representa un paso crítico en la completación del mismo.
Por ello es de vital importancia conocer las herramientas disponibles para evaluar la
calidad de un trabajo de cementación, su funcionamiento, las mediciones que éstas
realizan y la manera en que son afectadas sus mediciones bajo diferentes
condiciones que se pueden presentar en el entorno de un pozo, con la finalidad de
realizar un adecuado análisis de la información suministrada por las distintas
herramientas y de esta manera dar una interpretación apropiada de la condición del
cemento dispuesto en el anular.
La evaluación de la cementación es un paso crítico en la construcción de un pozo y
de ella dependerán las decisiones a tomar para la planificación de trabajos futuros
que van desde las siguientes fases a perforar hasta la puesta en producción.
Actualmente la industria petrolera sólo cuenta con la pericia de los expertos de las
compañías de servicios para la interpretación y evaluación de la integridad del
cemento, quedando a criterio de las compañías las decisiones a tomar. Distinguir
entre los patrones de respuesta de cada herramienta, para las variadas condiciones
de adherencia, se dificulta debido a la gran cantidad de combinaciones de lecturas
con diferentes características y comportamientos de la onda.
En este trabajo se establece un procedimiento ponderativo para cuantificar la
importancia relativa entre las diferentes lecturas y así determinar la condición más
probable de adherencia del cemento.
xi
ABSTRACT
Given the importance of cementing in the life of a well, the evaluation of a cement job
represents a critical step in the completion thereof. It is therefore vital to know the
tools available to assess the quality of a cement job, operation, measurements that
they perform and how they are affected by their measurements under different
conditions that may occur in the vicinity of a well, in order to perform an adequate
analysis of the information provided by the various tools and thus give a proper
interpretation of the condition of the concrete provisions of the annular space.
The cement evaluation is a critical step in building a well and it will depend on the
decisions to be made for planning future work ranging from the steps of drilling to
start production.
Currently the oil industry has only the expertise of experts from the utility companies
for the interpretation and evaluation of the integrity of the cement, leaving to the
discretion of the decisions companies make. Distinguish between the responses
patterns of each tool, for different conditions adhesion is difficult because of the large
number of readings with different combinations of characteristics and behaviors of the
wave.
This paper establishes a procedure ponderous to quantify the relative importance
between the different readings and determine the most likely condition of the cement
bond.
1
INTRODUCCIÓN
1 INTRODUCCIÓN
El trabajo de evaluación de la cementación consiste verificar si todos los objetivos
de la cementación primaria se cumplieron a lo acordado. No evaluar el trabajo de
cementación será eficiente si los objetivos no están bien claros. En adición al
primer objetivo, el cual es dar un soporte a la tubería de revestimiento, se
encuentran otros trabajos dependiendo de la naturaleza de cada trabajo de
cementación.
Para una tubería de revestimiento conductora la intención esencial del trabajo de
cementación es de prevenir la erosión parando la circulación de los fluidos de
perforación fuera de la tubería de revestimiento. La tubería de revestimiento
superficial debe ser cementada para sellar y proteger las formaciones de agua, y
para dar soporte a tuberías de revestimiento mas profundas. Las sartas de
revestimiento intermedias son cementadas para sellar formaciones con presiones
anormales, para sellar formaciones incompetentes, y para eliminar zonas de
circulación. Los revestidores de producción son cementados para prevenir la
migración de fluidos anulares y para asegurar un aislamiento de la zona de
interés. La cementación también brinda a todas las sartas revestidoras una
protección ante la corrosión. Para la cementación remedial, el principal objetivo es
de perfeccionar la calidad de la cementación primaria.
Antes del desarrollo de los registros de evaluación de la cementación, la
evaluación del cemento se realizaba ya sea realizando pruebas de hidráulicas de
la zona aislada o localizando el tope del cemento en la tubería de revestimiento.
2
El método de evaluación debe ser seleccionado de acuerdo a los objetivos a ser
alcanzados. El propósito de esta tesis es de cubrir las técnicas actualmente
disponibles para evaluar los trabajos de cementación.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 GENERAL
• Determinar la importancia que tienen los registros eléctricos CBL Y VDL
para establecer la calidad de la cementación primaria en verificación de la
adherencia del cemento a la tubería de revestimiento y a la formación.
1.1.2 ESPECÍFICOS
• Estudiar los procesos y herramientas que se utilizan para realizar la
cementación primaria.
• Analizar los mecanismos de presión involucrados durante la colocación de
la lechada de cemento.
• Identificar los equipos usados para realizar la corrida de los registros de
cementación.
• Interpretar los registros de cementación
• Confirmar que el cemento está presente para suministrar soporte al
revestidor.
3
1.2 JUSTIFICACIÓN
La cementación es el método que consiste en colocar cemento en el espacio
anular entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta al agujero,
asegurando un sello completo y permanente.
La exitosa cementación de tuberías de revestimiento y camisas es una operación
difícil que requiere el apropiado planeamiento del trabajo, el cual está en función
de las condiciones del pozo y un conocimiento básico de los mecanismos de
presión involucrados durante la colocación de la lechada de cemento.
El aislamiento vertical de la zona seleccionada de un pozo es de primordial
importancia y eso se logra mediante una buena cementación del revestidor que
garantiza ese propósito. La determinación de la presencia del cemento entre el
revestidor y la formación ha sido ensayada desde los años de 1930 con el
Registro de Temperatura determinando el tope del cemento. Actualmente existen
registros acústicos que permiten evaluar con cierta confiabilidad cualitativamente
la calidad de la cementación. Así se constata que no existe comunicación a través
del espacio anular comprendido entre el revestidor y la formación. El Registro CBL
y VDL es uno de los registros de cementación que se emplea en la industria para
evaluar el estado de la cementación en la tubería.
1.3 HIPÓTESIS
La utilización de los registros eléctricos de cementación proveerá de un soporte
técnico para la determinación de la adherencia del cemento a la formación y
verificar si se requiere acudir a la cementación secundaria. Una buena corrida del
4
registro de evaluación de cementación permitirá que se realicen buenos trabajos
de cementación en los pozos aledaños.
1.4 IDEA A DEFENDER
Los registros de evaluación de cemento se utilizan en cada pozo para evaluar las
propiedades de sellado o la calidad de adherencia de cemento entre el
revestimiento y la formación antes de que este pozo entre en proceso de
producción.
La utilidad principal de cualquier registro de la evaluación de cemento es tratar de
mejorar el trabajo de cementación primaria en el siguiente pozo de la misma
especie en lugar de decidir, sobre la base exclusiva de un registro, para realizar un
trabajo de cementación correctiva en el bienestar actual.
1.5 VARIABLES
1.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE
• Calibración
• Presión y Temperatura del pozo
• Atenuación del lodo
• El diámetro y espesor de la tubería de revestimiento
5
1.5.2 VARIABLES INDEPENDIENTES
• Aditivos de la lecha del cemento
• Aditivos del lodo de perforación
• Material de la tubería de revestimiento
• Geometría del pozo
1.6 METODOLOGÍA
1.6.1 MÉTODOS
• Método descriptivo
Por medio de este método vamos a describir detalladamente en que consiste el
registro de evaluación de cementación y el proceso que se realiza para poder
interpretar los mismos.
• Método analítico
Este método vamos a utilizar para analizar con eficacia los resultados de la corrida
del registro.
6
1.6.2 TÉCNICAS
• Revisión de documentos en el departamento de exploración y producción de
“EP PETROECUADOR”
• Revisión de literatura especifica
• Manuales de cementación de pozos
• Libros
• Internet
7
MARCO TEÓRICO
2 INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN
La cementación primaria es el proceso de colocar cemento en el espacio anular
entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta al pozo. Desde su inicio
en 1903 el mayor objetivo de la cementación primaria siempre ha sido de proveer
un aislamiento a la zona de interés de petróleo, gas y acuíferos. Para excluir
fluidos tales como el agua o gas en una zona de petróleo en otra zona. Para lograr
este objetivo un sello hidráulico debe ser obtenido entre la tubería de
revestimiento y el cemento, y entre el cemento y la formación, mientras al mismo
tiempo prevenir la canalización de fluidos en el cemento.
Este requerimiento hace de la cementación primaria la más importante operación
realizada en el pozo. Sin un completo aislamiento de una zona de interés, el pozo
podría jamás llegar a su máximo potencial de producción. El trabajo remedial es
necesario para reparar un trabajo de cementación defectuosa que podría causar
un daño a la formación productora. En adición a la posibilidad de perder una
reserva o bajar los rangos de producción. Otros problemas pueden presentarse,
tales como no ser capaz de limitar los tratamientos de estimulación a la zona
productora.
8
2.1 CLASIFICACIÓN DE LA CEMENTACIÓN
Se clasifican de acuerdo con los objetivos que se persiguen en:
• Cementación Primaria
• Cementación forzada
• Tapones de cemento
2.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA
La cementación primaria es la técnica que consiste en colocar lechada de
cemento en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la formación. El
cemento se endurece para formar un sello hidráulico en el pozo previniendo la
migración de los fluidos de formación en el espacio anular. El proceso de la
cementación primaria es por lo tanto una de las etapas más críticas durante la
perforación y competición de un pozo.
Los objetivos de la cementación primaria son:
• Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozo que contienen gas,
aceite y agua
• Soportar el peso de la propia tubería de revestimiento
• Reducir el proceso corrosivo de la tubería de revestimiento con fluidos
del pozo y con los fluidos inyectados de estimulación
• Evitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas
El objetivo principal es obtener sellos hidráulicos efectivos en las zonas que
manejan fluidos a presión. Para lograrlo es indispensable mejorar el
9
desplazamiento del lodo de perforación del tramo del espacio anular que se va a
cementar, consiguiendo así una buena adherencia sobre las caras de la formación
y de la tubería de revestimiento, sin canalizaciones en la capa de cemento y con
un llenado completo.
2.1.2 CEMENTACIÓN FORZADA
La cementación forzada es definida como el proceso de forzar lechada de
cemento, bajo presión, a través de agujeros o fisuras en la tubería de
revestimiento o espacio anular. Cuando la lechada de cemento es forzada hacia
una formación permeable, las partículas sólidas se infiltran en la cara de la
formación, la fase acuosa entra en la matriz de la formación. Un diseño apropiado
de cementación forzada hace como resultado que el cemento rellene las aberturas
entre la formación y la tubería de revestimiento.
Los objetivos de la cementación forzada son:
• Mejorar el sello hidráulico entre dos zonas que manejan fluidos.
• Corregir la cementación primaria en la boca de tubería corta, o en la zapata
de una tubería cementada.
• Eliminar la intrusión de agua al intervalo productor.
• Reducir la relación gas-aceite.
• Sellar un intervalo explotado.
• Sellar parcialmente un intervalo que se seleccionó incorrectamente.
• Corregir una canalización en la cementación primaria.
• Corregir una anomalía en la tubería de revestimiento.
.
10
2.1.3 TAPONES DE CEMENTO
Los tapones comprenden de cierto volumen de lechada de cemento, colocado en
el agujero o en el interior de la tubería de revestimiento.
Los objetivos de los tapones de cemento son:
• Desviar la trayectoria del pozo arriba de un pescado o para iniciar la
perforación direccional.
• Taponar una zona del pozo o taponar el pozo.
• Resolver un problema de pérdida de circulación en la etapa de perforación.
• Proporcionar un amarre en la prueba del pozo.
2.2 TIPOS DE CEMENTO
El cemento es una mezcla compleja de caliza, sílice, y arcilla, molida y calcinada,
que al entran en contacto con el agua forma un cuerpo sólido. Esta mezcla de
ingredientes se muele, se calcina en hornos horizontales con corriente de aire y
se convierte en Clinker, el cual contiene todos los componentes del cemento,
excepto el sulfato de calcio, que se le agrega como ingrediente final.
Los componentes que forman el cemento son óxidos superiores de oxidación
lenta. Esto significa que termina su grado de oxidación al estar en contacto con el
aire al enfriarse.
El cemento Portland es por lejos el cemento más importante de unión de material
en términos de calidad producida. Es utilizado en casi todos las operaciones de
cementación de pozos. Las condiciones a las cuales el cemento Portland es
expuesto en un pozo difieren significativamente de aquellos encontrados a
11
condiciones ambientales durante operaciones de construcción. El cemento
Portland es, además, el ejemplo típico de un cemento hidráulico: fragua y
desarrolla resistencia a la compresión como resultado de la hidratación, la cual
involucra reacciones químicas entre el agua y los componentes presentes en el
cemento (Schlumberger, 2006).
2.2.1 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
El cemento Portland es manufacturado para alcanzar ciertos estándares químicos
y físicos que dependerán de su aplicación. Para fomentar el entendimiento entre
los fabricadores de cemento, un sistema de clasificación ha sido establecido por
varios grupos de usuarios. El mejor sistema conocido son aquellos del American
Society for Testing and Materias (ASTM) y el American Petroleum Institute (API).
2.2.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN API
Las especificaciones para los cementos de pozos fueron establecidos por la API,
por que las condiciones a las cuales el cemento Portland es expuesto puede
cambiar radicalmente por aquellos experimentados en aplicaciones de
construcción. Actualmente existen ocho clasificaciones API para el cemento
Portland, designados de la A hasta la H. Estas clasificaciones son establecidas de
acuerdo a la profundidad en la que el cemento es colocado, y a la temperatura y
presión a la que el cemento esta expuesto (Schlumberger, 2006).
12
• Cemento clase A: Está diseñado para emplearse a 6,000 pies (1,830 m)
de profundidad como máximo, con temperatura de 77oC, y donde no se
requieren propiedades especiales.
• Cemento clase B: Diseñado para emplearse hasta los 6,000 pies (1,830
m) de profundidad, con temperatura de hasta 77oC, y en donde se
requieren moderada resistencia a los sulfatos.
• Cemento de clase C: Está diseñado para emplearse hasta los 6,000 pies
(1,830 m) de profundidad como máximo, con temperaturas de 77oC, donde
se requiere alta resistencia a la compresión temprana; se fabrica en
moderada y alta resistencia a los sulfatos.
• Cemento clase D: Este cemento se usa desde los 6,000 pies (1,830 m)
hasta los 10,000 pies (3,050 m) de profundidad con temperatura de hasta
110oC y presión moderada. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los
sulfatos.
• Cemento clase E: Este cemento se usa desde los 6,000 pies (1830 m)
hasta los 14,000 pies (4,270 m) de profundidad con temperaturas de 143oC
y alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a lo sulfatos.
• Cemento clase F: Este cemento se usa desde los 10,000 pies (3,050 m)
hasta los 16,000 pies (4,880 m) de profundidad con temperaturas de 160oC,
13
en donde existe alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a
los sulfatos.
• Cementos clase G y H: Comúnmente conocidos como cementos
petroleros, son básicos para emplearse desde la superficie hasta los 8,000
pies (2,440 m) tal como se fabrican. Pueden modificarse con aceleradores y
retardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión y
temperatura.
En cuanto a su composición química son similares al cemento API Clase B. Están
fabricados con especificaciones más rigurosas tanto físicas como químicas, por
ello son productos más uniformes.
2.2.3 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS CEMENTOS
Los cementos de clasificación API tienen propiedades físicas específicas para
cada clase de cemento, mismas que básicamente definen sus características. Las
principales propiedades físicas de los cementos son:
• Ge = Gravedad específica: Denota el peso por unidad de volumen, sin
tomar en consideración otros materiales, tales como el aire o el agua; es
decir, el peso de los granos de cementos específicamente.
14
• Densidad: Denota el volumen por unidad de masa. Se toma en
consideración el aire contenido entre los granos de cemento: sus unidades
son el gr/cm3, kg/lt y ton/m3.
• Blaine. Fineza de los granos de cemento: Indica el tamaño de los granos
de cemento. Su mayor influencia se da sobre el requerimiento de agua para
la preparación de la lechada. Esta característica es un factor determinante,
pero no único, para la clasificación de los cementos. Sus unidades son
cm2/gr, m2/kg representa el área expuesta al contacto con el agua y se
determina como una función de permeabilidad al aire.
• Distribución del tamaño de la partícula: Indica la eficiencia con la que se
llevó a cabo la selección, la molienda y el resto del proceso de fabricación
sobre la homogeneización de los materiales crudos molidos.
• Tamaño promedio de las partículas: Es el tamaño de grano que ocupa el
50% de un peso determinado de cemento, dentro e la gama de tamaños de
grano que integran el cemento.
• Requerimiento de agua normal: Es el agua necesaria para la lechada con
cemento solo. Debe dar 11 Unidades Beardon de Consistencia a los 20
minutos de agitarse en el consistómetro de presión atmosférica a
temperatura ambiente; se expresa en por ciento por peso de cemento.
15
• Requerimiento de agua mínima: denota el agua necesaria para la lechada
de cemento. Debe dar 30 Uc a los 20 minutos de agitarse en el
consistómetro de presión atmosférica a temperatura ambiente, se expresa
en por ciento por peso de cemento.
• Densidad de la lechada: Es el peso de la mezcla del cemento con agua y
esta en función de la relación de agua por emplear. Sus unidades son
gr/cm3, kg/lt y ton/m3.
• Ángulo de talud natural del cemento: Es el ángulo que forma el material
granulado cuando se deposita en una superficie plana horizontal; sirve para
el diseño de la planta dosificadora de cemento y para recipientes a presión.
2.2.4 ADITIVOS DEL CEMENTO Y SU FUNCIÓN
• Aceleradores: Son productos químico que reducen el tiempo de fraguado
de los sistemas de cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de
resistencia compresiva.
• Retardadores: Son productos químicos que prolongan el tiempo de
fraguado de los sistemas de cemento.
16
• Densificantes: Son materiales que incrementan la densidad de los
sistemas de cemento.
• Dispersantes: Son productos químicos que reducen la viscosidad de las
lechadas de cemento.
• Controladores de filtrado: Son materiales que controlan la pérdida de la
fase acuosa de los sistemas de cemento, frente a zonas permeables.
• Controladores de pérdida de circulación: Son materiales que controlan
la pérdida de cemento hacia zonas débiles de la formación o fracturas.
• Aditivos especiales: Es la miscelánea de aditivos complementarios para la
cementación, tales como antiespumantes, controladores de la regresión de
la resistencia compresiva, etc.
• Clases de Aceleradores: Estos aditivos químicos acordar el tiempo de
bombeo e incrementan el desarrollo de resistencia compresiva;
disminuyendo el tiempo al equipo de perforación. Los aceleradores de
mayor aplicación son:
17
• Cloruro de calcio (CaCl2): Esta se dosifica del 2 al 4% por peso de
cemento, dependiendo del tiempo de bombeo que se desea obtener. Es
el producto que exhibe mayor control en el tiempo bombeable.
• Cloruro de sodio (NaCl): Actúa como acelerador en concentraciones de
hasta un 10% por peso de agua, entre el 10 y 18% produce un tiempo
de bombeo similar al obtenido con agua dulce. A concentraciones
mayores del 18% causa retardamiento. La típica concentración de
acelerador es del 2 al 5% por peso de agua.
• Sulfato de calcio (CaSO4): Es un material que por si mismo posee
características cementantes y tienen fuerte influencia en expandir el
cemento fraguado; como acelerador se dosifica basándose en el tiempo
que se desea y la temperatura a la cual va a trabajar. Su concentración
varía del 50 a 100% por peso del cemento.
• Retardadores del fraguado de cemento: Son aditivos químicos que
incrementa el tiempo de fraguado inicial y brinda la posibilidad de trabajar el
cemento en un amplio rango de temperaturas y presión. Como la
aceleración, los mecanismos para retardar el fraguado del cemento
Portland son aún material de controversia. Así han surgido varias teorías
que intentan explicar el proceso retárdate. Éstas son: de la adsorción, la
precipitación, la naturaleza química del retardador y la fase del cemento
sobre la cual actúa el retardador (Schlumberger, 2006).
Los retardadores más conocidos son los lignosulfonatos de calcio y los
cromolignosulfonatos de calcio, así como otros que son mezclas químicas. Unos
18
trabajan a temperaturas bajas y otros a temperaturas altas. Su dosificación es de
0.1 a 2.5 % por peso de cemento.
• Lignosulfonatos: Se componen de sales de ácidos lignosulfonicos de
sodio y calcio. Son polímeros derivados de la pulpa de madera.
Usualmente son compuestos no refinados y contienen varias cantidades
de compuestos sacaroides con un peso promedio molecular que varia
de 20,000 a 30,000.
• Debido a que los lignosulfonatos purificados pierden mucho poder
retárdate, la acción retárdate de esos aditivos se atribuye a la presencia
de carbohidratos de bajo peso molecular.
• Los retardadores de lignosulfonatos son efectivos con todos los
cementos Portland y se dosifican de 0.1 a 1.5% por peso de cemento.
• Son efectivos hasta 250ºF (122oC) de temperatura de circulación en el
fondo del pozo (BHCT) y hasta 600oF (315oC) cuando se mezclan con
borato de sólido.
• Ácidos hidroxilcarboxílicos: Los ácidos hidroxilcarboxílicos contienen
grupos hidroxílicos (OH) y carboxílicos (CHn) en su estructura
molecular. Son retardadores poderosos y se aplican en un rango de
temperatura de 200oF (93oC) A 300oF (149oC).
• Otro ácido hidroxilcarboxílico, con un fuerte efecto retárdate, es el ácido
cítrico. Este también es efectivo como dispersante de cemento y
19
normalmente se usa en concentraciones de 0.1 a 0.3% por peso de
cemento.
• Los ácidos de hidroxilcarboxílico de manera similar que los
lignosulfonatos actúan más eficientemente con cementos de bajo
contenido de C3A.
• Compuestos sacáridos: Los compuestos sacáridos excelentes
retardadores del cemento Portland. Se usan ocasionalmente en la
cementación de pozos, por ser muy sensibles a pequeñas variaciones
en sus concentraciones.
• Derivados de celulosa: los polímeros de la celulosa son polisacáridos
derivados de la madera o de otros vegetales. Son estables a las
condiciones alcalinas de la lechada de cemento.
• Organofosfonatos: Se aplican a temperaturas de circulación tan altas
como 400oF (204oC). Presentan insensibilidad a variaciones sutiles en la
composición del cemento, y tienden a bajar la viscosidad de lechadas
densificadas.
• Reductores de fricción (dispersantes): Son productos que ayudan a
obtener con gastos bajos de bombeo el régimen turbulento. Reduce la
fricción entre granos, y entre éstos y las paredes.
De acuerdo con varias investigación realizadas en diferentes países se ha
demostrado que la mayor eficiencia en la limpieza del lodo del espacio anular
se logra en régimen turbulento; es decir, cuando la lechada de cemento y los
20
colchones de limpieza se desplazan a una velocidad tal que corresponda a un
numero de Reynolds de 3,000 a 4,000 o mayor, en función de sus
características reologicas. Generalmente, son sales de ácidos grasos y se
dosifican del 0.2 al 2.5% por peso de cemento.
2.2.5 ESPACIADORES
Durante el desplazamiento parte de la lechada se contaminará con lodo
residual y enjarre de la operación de la perforación. El efecto de la
contaminación alterará las diferentes propiedades del cemento. Los efectos de
la contaminación son minimizados al bombear varios espaciadores antes de la
lechada principal.
Antes de bombear cualquier lechada, usualmente se bombearan una serie de
limpiadores/espaciadores, incluyendo silbase aceite (para OBM), limpiadores
detergentes, “lodo desperdicio” (para recuperar fluido de perforación valioso) y
una pastilla de viscosidad. El propósito de los espaciadores es el de:
• Separar físicamente el lodo del cemento – no pueden existir problemas
de compatibilidad.
• Remover lodo/enjarre de pared del espacio anular – se prefiere un
régimen de flujo turbulento.
• Dejar mojada la tubería de revestimiento y la formación de agua-
surfactantes
• Proveer menos hidrostática de cabeza, es decir, reducir las presiones de
bombeo – aceite o agua.
21
2.2.5.1 Características del Espaciador
• Características de pérdida de control de fluido (reducir las presiones de
bombeo).
• Se prefiere un régimen de flujo turbulento para generar un desplazamiento
y erosión del enjarre de pared, eficiente.
• Un mínimo de tiempo de contacto de 10 minutos, es considerado suficiente
y determinará el volumen bombeado.
• Bajo condiciones de flujo laminar, la densidad y presión de fricción del
espaciador debería ser mayor que la del fluido desplazado.
2.2.6 LECHADA DE CEMENTO.
Las lechadas de cemento son suspensiones altamente concentradas de
partículas sólidas en agua. De acuerdo a Schlumberger, 2006, el contenido de
sólidos de una lechada de cemento puede llegar hasta un 70%. La reología de
la lechada de cemento está relacionada con la del líquido de soporte, la fricción
volumétrica de los sólidos (volumen de partículas/volumen total) y la interacción
entre las partículas como se muestra en la Figura 1.
22
Figura 1. Interacción de las partículas
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
En una lechada de cemento, el fluido intersticial es una solución acuosa de varias
clases de iones y aditivos orgánicos. Por lo tanto, la reología de la lechada difiere
de la reología del agua. De acuerdo a Schlumberger, 2006, los solidos de una
lechada están en función directa a su densidad. La interacción de las partículas
depende principalmente de la distribución de las cargas superficiales. Los
23
dispersantes del cemento, también conocidos como “superplastificadores”, ajustan
las cargas superficiales de las partículas para obtener las propiedades reologicas
deseadas de la lechada.
La hidrólisis de algunos compuestos orgánicos e inorgánicos conduce a su
ionización y, por consiguiente, a cargas superficiales. Éste caso de la sílice que
forma la mayor parte de los elementos del cemento, y cuya fórmula es:
Si – OH + OH - -S – O- + H2O
Eq [1]
Los iones libres de calcio en la solución reaccionarán con los grupos cargados
negativamente sobre la superficie de los granos. Si-O- los cuales pueden estar en
un mismo grano o en dos granos diferentes.
El puenteo entre dos granos se debe a que el área superficial del cemento es
grande y compiten por los iones de calcio entre los sitios de adsorción. Una parte
de los granos del cemento puede estar cargada positivamente, debido a la
adsorción del calcio, mientras que otra parte está cargada negativamente; como
resultado, ocurren las interacciones entre las porciones cargadas positivamente.
2.3 TÉCNICAS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA
Las técnicas de la cementación primaria son las mismas sin importar el tamaño ni
el propósito de la sarta de revestimiento. La lechada de cemento es bombeada
dentro de la sarta de revestimiento para ser cementada, sale por el fondo de la
sarta de revestimiento y desplaza el lodo de perforación mientras sube por el
espacio anular. Los detalles pueden variar dependiendo la tubería de
revestimiento que se está cementando.
24
Para lograr un buen desarrollo operativo en cada una de las etapas de la
cementación primaria se deben conocer. Conceptos técnicos básicos del tema.
Así es necesario adentrarse en temas como:
• Especificaciones de tuberías de revestimiento que se utilizan en el área de
trabajo
• Diseño de tuberías de revestimiento por cargas máximas
• Accesorios y equipos de flotación para tuberías superficiales, intermedias,
explotación y complementos.
• Apriete computarizado
• Anclaje de las tuberías
• Lechadas de cemento para las diferentes cementaciones
• Empacadores recuperables y permanentes
• Manejo de H2O y CO2 en las cementaciones
• Uso de empacadores en tuberías de explotación
La información del pozo se consigue de su expediente y es la base para diseñar la
sarta de la tubería de revestimiento por cementar. Con la información del diseño,
el ingeniero de campo verifica en el pozo que los materiales recibidos
correspondan al diseño.
2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO.
Una serie de tuberías de revestimiento son necesarias para completar un pozo y
producir los fluidos necesarios eficazmente. El diseño del programa de tubería de
revestimiento es contingente sobre ciertos factores tales como:
• Profundidad
25
• El tamaño del agujero donde la tubería de revestimiento va hacer colocada
• La columna de lodo y la presión de formación
• La condición de la formación
• Los objetivos de la perforación
2.4.1 TUBERÍA CONDUCTORA
La tubería conductora es usualmente la primera y la más pequeña sarta de
revestimiento. Su propósito es de proteger arenas superficiales de ser
contaminadas por los fluidos de perforación. De prevenir derrumbes los cuales
ocurren fácilmente en la superficie porque la el suelo no esta consolidado. La
tubería conductora también sirve como canal para elevar los fluidos de circulación
lo suficientemente alto para retornar al sistema de lodos de perforación. De
acuerdo a Schlumberger, 2006Puede ser usada como un aditamento para el
preventor de reventones (BOP). También sirve como protección contra la
corrosión para las sartas de revestimiento subsecuentes y puede ser utilizada
para soportar la carga de la cabeza del pozo cuando el apoyo de tierra no es el
adecuado como se muestra en la Figura 2.
Esta cañería presenta un diámetro exterior de 20” a 30” y alcanza una
profundidad de 40 a 100 pies. Esta cañería se cementa hasta superficie.
26
Figura 2. Ensamblaje de una tubería de revestimiento conductora
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
En un trabajo de tubería de revestimiento poco profundo, los derrumbes y pérdidas
de circulación algunas veces previenen al cemento llegar hasta la superficie. Bajo
estas condicione, usar procedimientos normales, la cantidad de cemento a ser
utilizado es estimado antes del trabajo.
27
2.4.2 TUBERÍA SUPERFICIAL
La segunda sarta de tubería de revestimiento sirve para asegurar las formaciones
no consolidadas y acuíferos encontrados a profundidades poco profundas.
Además de mantener la integridad del agujero, la tubería superficial previene la
contaminación de las aguas subterránea, por las aguas salmueras, gas, petróleo y
los fluidos de perforación.
Figura 3. Tubería de revestimiento superficial soportando el equipo de prevención de reventones.
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
28
En ciertas ocasiones la tubería de revestimiento superficial es la primera sarta en
la cual el preventor de reventones es conectado. Por lo tanto la tubería de
revestimiento a ser seleccionada debe ser lo suficientemente fuerte para soportar
el peso del preventor de reventones y de resistir la presión del gas o de los fluidos
que puedan ser encontrados. La tubería de revestimiento superficial debe tener la
suficiente resistencia para soportar el peso de las siguientes sartas de
revestimiento y tubulares de producción, y de proveer un sólido anclaje para la
cabeza del revestidor cuando el pozo es puesto a producción como se muestra en
la Figura 3.
Esta tubería presenta un diámetro interior fe 7” a 20” y alcanza una profundidad de
hasta 4500 pies. Esta tubería generalmente se cementa hasta la superficie.
El mayor problema asociado al cementar la tubería de revestimiento superficial es
colocar la lechada de cemento a la altura deseada en el espacio anular cuando la
presión hidrostática de la lechada de cemento con frecuencia puede exceder la
presión de fractura de la formación. Los derrumbes son otro problema habitual.
2.4.3 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO INTERMEDIA
Una tubería de revestimiento intermedia es necesario para mantener el la
integridad del agujero lo más segura mientras se alcanzan mayores
profundidades. Esta tubería presenta un diámetro exterior de 7” a 11 3 4⁄ ” y su
profundidad a alcanzar es variable. De acuerdo a Schlumberger, 2006, se puede
llegar a cementarse más de una cañería intermediaria. La tubería intermedia es se
emplea para sellar zonas débiles que puedan fracturarse con un lodo de alta
densidad que es utilizado cuando se profundiza el pozo para prevenir perdidas de
circulación. Ocasionalmente formaciones de sal o anhidrita pueden causar
29
contaminación a los lodos de perforación, o tal vez se filtra hasta tal punto como
para causar pega de tubería.
Algunas veces la tubería intermedia es usada para sellar viejas formaciones de
producción para poder perforar zonas productoras mas profundas. Puede ser
utilizada para proteger una sección desviada, y puede también ser necesaria para
sellar hidráulicamente zonas con fluidos de lata presión que pueden encontrarse
muy por encima de la zona productiva muy dirigida.
Una tubería intermedia también provee de una mejor protección contra la presión
del pozo que la tubería superficial, debido a su menor diámetro. Los parámetros
de profundidad de una sarta de revestimiento intermedia deberán ser suficientes
para alcanzar las formaciones que puedan contener el peso de lodo anticipado.
Esta sarta de revestimiento puede ser cementada en una sola etapa, pero un
trabajo de múltiples etapas es regularmente realizado porque una columna de
lechada de cemento tan alta podría ejercer una presión hidrostática mayor que la
presión de fractura de la formación.
2.4.4 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN
Programar esta tubería de revestimiento es uno de los principales objetivos
cuando se perfora un pozo. Esta sarta de revestimiento sirve para aislar el
reservorio de fluidos indeseables en la formación productora y por otras zonas
penetrables por el pozo. Es la cubierta protectora para el tubing y otros equipos
usados en el pozo. El tubing puede ser removido fuera del agujero para cambiarlo
o inspeccionarlo, pero la sarta de producción es cementada en su lugar.
30
Esta tubería presenta un diámetro exterior de 2 3 8⁄ “a 9 5 8⁄ ”. Esta tubería puede
sr cementada parcialmente o en algunos casos totalmente según criterio técnico.
La tubería de producciones normalmente corrida y cementada a través de la zona
a ser producida luego es perforada para permitir la comunicación con la formación.
Algunas veces es colocada justo por encima de la zona a ser producida, y una
competición a hueco abierto es realizada. La tubería de producción normalmente
el la ultima tubería de revestimiento a ser colocada. Puede ser sometida para
maximizar la presión y temperatura del pozo, y debe ser diseñada para. Resistir
dichas condiciones.
La cementación de la tubería de revestimiento es crítica. El sistema de
cementación debe ser diseñado para mantener segura la zona bajo control.
2.4.5 EQUIPOS DE CEMENTACIÓN
Los equipos de cementación consisten en una amplia variedad de dispositivos
mecánicos los cuales son utilizados para mejorar las operaciones de cementación
primaria. Los equipos son permanentemente colocados sobre o por dentro de la
tubería de revestimiento. Los equipos más comunes incluyen el zapato guía,
equipo de flotación, tapones centralizadores
2.4.6 HERRAMIENTAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO
Una aplicación típica de las herramientas para un trabajo de cementación primaria
para una profundidad moderada se muestra en la Figura 4.
31
Figura 4. Equipos de cementación primaria
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
La parte inferior de la tubería de revestimiento esta protegida por un zapato guía.
Un collar flotador dos juntas por encima del zapato guía para proveer, sobre otras
funciones un asiento para colocar los tapones de cemento y para detener la
colocación de cemento. La pequeña sección de tubería de revestimiento limitada
por el collar flotador y el zapato guía es llamada la zapata, y se proporciona como
un tapón dentro de la tubería de revestimiento para retener la contaminación que
se pueda desarrollar en la lechada de cemento. La longitud del zapato guía puede
exceder dos juntas de tubería de revestimiento o 80 pies (24m) para asegurar la
colocación de un cemento de buena calidad. Los tapones actúan como una
32
barrera para separar el cemento del lodo de perforación y los fluidos de
desplazamiento. Los centralizadores son colocados en secciones críticas para
mejorar la centralización de la tubería de revestimiento y la colocación del
cemento de acuerdo a Lagoven.
2.4.6.1 Zapata guía
Los zapatos guías son la forma más básica, no contienen válvulas check o un
dispositivo de control de flujo. Son usados para proteger la parte baja de la tubería
de revestimiento. Muchos tipos de zapata guía ofrece una nariz redondeada para
guiar la tubería a través de las patas de perro o restricciones en el agujero. De
todos modos un modelo regular de zapato guía no tiene una nariz redondeada, y
no es recomendado para agujeros desviados. Simplemente refuerza los bordes
inferiores de la tubería de revestimiento cuando pasa a través de una pared
pesada, y provee de un bisel hacia dentro para guiar subsecuentemente
herramientas de perforación (Lagoven S.A., 2001).
En la Figura 5 se muestra varios tipos de zapatos guías en los cuales incluyen
extremos contorneados, deflectores y puertos secundarios. La nariz y los
miembros internos son construidos con materiales perforables tales como cemento
y aluminio. La cobertura generalmente esta hecha por acero, típicamente K55 o
N80. La nariz del zapato de aluminio incluye aletas helicoidales que incluye una
sección que actúa como remolino para limpiar y elevar los detritos que se
encuentran alrededor del zapato guía y mejora la colocación de la lechada de
cemento. Zapatos con puertos secundarios proveen de un flujo secundario, lo cual
permite a la tubería de revestimiento ser colocada al fondo del agujero mientras
se cementa. Los puertos secundarios también pueden mejorar la remoción del
33
lodo de perforación y operaciones de lavado cuando la circulación es necesaria
para prevenir pega de tubería.
Figura 5. Zapatas Guía
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
Los zapatos guías son generalmente utilizados tanto a poca profundidad como a
profundidades moderadas con un collar flotador. Los zapatos guías son
generalmente utilizados por debajo del collar flotador, por que su gran calibre
permite descartar que los componentes que pasan a través de él.
34
2.4.6.2 Equipo de flotación
Como una demanda de una tubería de revestimiento más pesada y de mayor
tamaño incremento, de igual forma la preocupación del estrés y la fatiga de la torre
de perforación. Los equipos de flotación reducen el esfuerzo de la torre de
perforación ya que induce la flotación o incrementa la flotabilidad de la tubería de
revestimiento.
El equipo de flotación como se muestra en la Figura 6 consiste especialmente en
zapatos y collares que contienen válvulas check que sirven para prevenir que los
fluidos del pozo entren en el equipo. Cuando la tubería de revestimiento es bajada
al pozo, el gancho de carga o el peso colgante es reducido por el peso del fluido
desplazado. La tubería de revestimiento es llenada desde la superficie, y el
gancho de carga o la cantidad de flotabilidad son controlados monitoreando el
controlador de peso. La frecuencia de llenado se lo realiza generalmente de cada
5 a 10 juntas; pero sin embargo, algunas tuberías de revestimiento de gran
diámetro o de paredes pequeñas pueden requerir un llenado mas frecuente para
prevenir el colapso de la tubería de revestimiento. Para un llenado apropiado de la
tubería de revestimiento, la tubería debe ser bajada a un rango lento y estable
para prevenir un daño por presión contra sobretensiones (Lagoven S.A., 2001).
35
Figura 6. Equipo de Flotación
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
Una vez que la tubería de revestimiento a llegado a su destino es llenada, y la
circulación es establecida para empezar a reacondicionar al pozo. La circulación
del lodo de perforación de un volumen equivalente a un pozo es típicamente
requerido; de todas formas, para optimizar el lodo y pozo para las condiciones de
cementación, algunos programas de perforación requieren por lo menos unas 20
horas de circulación. Dichos grandes volúmenes, el bombeo y el desplazamiento
del cemento, tienden a causar un desgaste excesivo que incrementa un frecuente
desgaste de la válvula flotadora.
36
Una vez que el cemento ha sido desplazado la válvula flotadora debe de prevenir
el retorno de flujo hacia la tubería de revestimiento. Si la válvula flotadora falla la
presión superficial y contención son necesarios. Aplicar presión superficial es
indeseable, porque expande la tubería de revestimiento mientras el cemento se
endurece. Cuando la presión es liberada, la tubería de revestimiento se relaja
causando un microanillo entre la tubería de revestimiento y el cemento. Otras
razones para elegir un equipo de flotación:
• Las válvulas flotadoras son simples. No requiere una operación de disparo
para inicial las funciones de la válvula check.
• Ya que todos los fluidos desplazados deben subir por el espacio anular, el
lodo debe ser agitado continuamente y condicionado.
• Los pozos desviados pueden ser claramente indicados y controlados.
• La tubería de revestimiento puede ser llenada con un lodo bien
condicionado y limpio para la cementación.
La presión contra sobretensión es generada cada vez que la tubería es elevada y
bajada, y es el producto de la inercia y la resistencia al flujo del fluido de
desplazamiento. La presión contra sobretensión combinado con el diferencial
hidrostático puede exceder el colapso de la tubería de revestimiento o la presión
de fractura de la formación, causando pérdida de lodo o un daño permanente a la
formación. Aditamentos externos tales como los centralizadores y raspadores
pueden incrementar una resistencia al flujo, y deben ser considerados cuando se
determina una velocidad de descenso segura (Schlumberger, 2006).
La velocidad de descenso la cual crea una velocidad de flujo aceptable por el
anular durante la perforación es generalmente considerada como segura. La
ecuación 2 generada por el modelo plástico de Bringham, puede ser usada para
estimar una velocidad de descenso máxima segura a una profundidad en
particular. Las anormalidades de un pozo y los aditamentos externos son mal
37
interpretados, un flujo turbulento es asumido y en el peor de los casos el factor de
fricción de 0.016 es usado (Schlumberger, 2006).
�� = [25.6 ∙ �_� ∙ (�_ℎ − �_�)� ∙ � ∙ �]^(0.5) × [(〖�_ℎ〗^2 ⁄ (〖�_�〗^2) − 1])Eq. [2]
Donde:
VP =Velocidad máxima de la tubería de revestimiento para prevenir daños a la
tubería y a la formación.
f = 0.016 (factor de fricción del lodo)
L = Profundidad (Pies)
ρ = Densidad (libras/galón)
Dh = Diámetro del agujero (pulgadas)
Dp = Diámetro de la tubería (pulgadas)
Ps = El valor menor de Psf o Pse (psi)
PSc = 0.5 (Pcm –0.052 ρ) Protección de la tubería de revestimiento
Psf = 0.5 L (Gf –0.052 ρ) Protección de la formación
Gf = Gradiente de fractura
Pcm = Resistencia mínima de colapso de la tubería de revestimiento (psi)
Como una regla general, una práctica y segura velocidad de descenso es dos
pies (0.6m) por segundo o menos.
38
2.4.6.3 Equipo de auto llenado
Zapatos y collares de auto llenado contienen válvulas check similares a las usadas
en el equipo de flotación. Sin embargo las válvulas check son modificadas en
posición abierta para permitir el llenado y la circulación inversa como se muestra
en la Figura 7. El llenado continuo de la tubería de revestimiento ahorra tiempo y
reduce la presión de irrupción asociada con el equipo de flotación. Las válvulas
son usualmente diseñadas para reducir el sobre flujo del fluido de control en la
tubería de revestimiento mediante la regulación de la velocidad de llenado para
una velocidad de introducción.
A una velocidad promedio de introducción de la tubería de un tubo por minuto, el
nivel del fluido en el interior de la tubería de revestimiento debe permanecer uno o
dos tubos por debajo del nivel anular. Los sobre flujos aún pueden ocurrir si se
excede la resistencia de flujo anular y la resistencia interna al flujo de la válvula.
Esta condición es mas probable que ocurra en condiciones de agujero esbelto, o
cuando los agujeros presentan cavidades puenteadas y restricciones al flujo en el
anular. Para remover o para desprender materiales adheridos, la válvula permite la
circulación en cualquier dirección (Schlumberger, 2006).
El equipo de autollenado debe bajarse para que funciones como una válvula de
contrapresión direccional o válvula flotadora. La conversión generalmente es
ejecutada después de que la tubería de revestimiento se coloca a la profundidad
programada; pero también puede ser convertida mientras se esta corriendo para
prevenir o para controlar la carga del gancho de la polea viajera. Para prevenir la
introducción sin control, la máxima velocidad del flujo de entrada a la tubería
puede ser limitada por el gasto de admisión de ciertas válvulas.
39
Figura 7. Zapatas y collares de llenado automático y válvulas tipo movimiento vertical
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
40
2.4.6.4 Válvulas de charnela u orificio de llenado
Estas válvulas son convertidas por la expulsión del tubo de orificio, permitiendo al
resorte de carga cerrar la charnela de la válvula. Esta operación normalmente
requiere del uso de pequeñas bolas metálicas que viajan al fondo. Para ahorrar
tiempo, la bola es generalmente lanzada dentro de la tubería de revestimiento,
permitiendo que caiga libremente, mientras se conectan e introducen lo últimos
cinco tramos de la tubería de revestimiento. La velocidad de caída libre se estima
en 61 m/min.
La bola puede ser bombeada al fondo; sin embargo, debe posicionarse mientras
se bombea; la conversión puede ocurrir sin ninguna indicación en el manómetro.
De otra manera, con la bola apropiadamente situada, en el tubo del orificio puede
ser descargada por la aplicación e 300 a 800 psi, dependiendo del fabricante de
la válvula. Algunos fabricantes indican un gasto de flujo opcional, para convertir la
válvula sin el empleo de la bola. Esta opción es de mayor aplicación cuando la
desviación del agujero es superior de 30o, debido a que se presenta la dificultad
de posicionar la bola apropiadamente.
2.4.6.5 Válvula de acción vertical o válvula de tap ón
El resorte de carga que actúa sobre el tapón para sostenerlo en posición de
abierto y permitir el llenado de la tubería de revestimiento. El tapón es liberado
para impedir el flujo en sentido inverso, y establecer un mínimo de gasto a través
de la válvula. El gasto mínimo es generalmente entre 4 y 8 bl/min. Los collares de
la válvula de acción vertical están diseñados para retener el mecanismo de viaje.
41
Así dos unidades de válvulas de acción vertical (zapata y collares) y pueden ser
usados para proporcionar un seguro de sello adicional.
El equipo de auto llenado es recomendado, cuando la carga al gancho de la polea
viajera no sea de importancia, o cuando las condiciones del agujero puedan estar
deterioradas. Se requiere entonces de la circulación en sentido inverso y de la
habilidad para correr la tubería de revestimiento tan rápido como sea posible. Las
válvulas de charnela y la de acción vertical no se recomiendan para usarse con
fluidos de perforación que contienen grandes concentraciones de materiales
obturantes para controlar pérdidas de circulación. El uso de muchos raspadores
reciprocantes y otros adicionantes extremos pueden incrementar la resistencia al
flujo en el anular y causar sobre flujo (Schlumberger, 2006).
Otro fenómeno es el súbito paro durante la introducción de la tubería; estos paros
deben ser evitados para evitar la conversión prematura de la válvula.
2.4.6.6 Equipo de llenado diferencial
Las zapatas y collares de llenado diferencial combinan los beneficios del equipo
de flotación y el de auto llenado como se muestra en la Figura 8.
Estos equipos están diseñados para llenarse automáticamente y regular el nivel
del fluido dentro de la tubería de revestimiento. La mayoría de las unidades de
llenado diferencial (zapatas o collares), mantendrán la tubería de revestimiento
aproximadamente a un 90% de su capacidad con respecto al nivel del fluido en el
anular. Cuando ambos, zapata y collares, son usados, la tubería de revestimiento
debe permanecer aproximadamente a 81% de su llenado.
42
Figura 8. Zapata y collares de llenado diferencial
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
El equipo de llenado diferencial a menudo es usado sobre sartas largas para
reducir la presión de irrupción y la posibilidad de daño a la formación, lo cual
normalmente esta asociado con el equipo de flotación. Este equipo ahorra tiempo
de introducción, lo que disminuye la posibilidad de pegaduras. Regula el nivel de
fluido, reduce la función de carga al gancho y evita el sobre flujo, dando que el
anular no esta restringido. La circulación puede establecerse en cualquier
dirección sin daño a la válvula. La válvula resumirá la operación cuando el nivel
del fluido dentro de la tubería de revestimiento y en el espació anular adquiera la
diferencia del diseño. La válvula diferencial típica regula el llenado a través de la
acción de un pistón de flotación diferencial como se muestra en la Figura 9.
43
El pistón se desliza hacia arriba para abrir y hacia abajo para cerrar. Está
diseñado de tal forma que el área superior presurizada es aproximadamente un
10% que el área inferior. Las fuerzas que actúan para operar el pistón son
producidas por la presión hidrostática, que actúa sobre las áreas superiores e
inferior. Debido a que el área superior es más grande, se requiere de menor para
balancear las fuerzas a través del pistón. Cuando la presión arriba (hidrostática de
la tubería de revestimiento) excede el 90% de la presión de abajo, (hidrostática del
anular), el pistón se deslizara hacia abajo para el llenado. Igualmente, cuando la
presión de abajo excede el 90% de la presión de arriba el llenado se reanuda.
Este ciclo se repite continuamente a medida que baja la tubería. Sin embargo, el
ciclo no puede empezar hasta que la presión hidrostática es suficiente para
superar las pérdidas de presión por fricción. Cuando se emplean dos válvulas, la
superior interpreta la presión regulada por la válvula inferior y el efecto combinado
debe resultar en un 81% de llenado (Schlumberger, 2006).
44
Figura 9. Operación de Válvula Diferencial
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
La válvula de charnela inoperante puede ser convertida para empezar a funcionar
como válvula flotadora en cualquier momento. La conversión de la mayoría de las
válvulas requiere de viaje de una bola, y opera en la forma descrita para el equipo
de orificio de llenado. La circulación previa al lanzamiento de la bola puede ayudar
a limpiar el asiento de la válvula de desechos sólidos. Para verificar la presión de
actuación apropiada, la bola debe caer y posicionarse en su asiento antes de
iniciar el bombeo. La presión requerida de activación de la mayoría de las válvulas
está generalmente entre 500 y 800 psi. Debido a que la bola es eliminada, una
zapata y un collar puede ser usado y ambos ser accionados con una sola bola.
Una zapata de orificio, también puede ser usada debajo de un collar diferencial,
45
siempre que la bola activadora sea compatible con ambas unidades, o el orificio
pueda ser abierto con flujo. Las siguientes son algunas orientaciones adicionales y
precauciones (Schlumberger, 2006).
• Para reducir el desgaste de la válvula flotadora durante largos períodos de
circulación, y de acondicionamiento, la operación de conversión puede ser
demorada hasta justo antes de bombear el cemento.
• A causa de las restricciones en las vías de llenado, la tubería de
revestimiento debe bajarse a velocidad moderada para reducir la presión de
irrupción.
• Los materiales para pérdida de circulación pueden tener un llenado lento o
evitarlo, lo cual puede incrementar la irrupción o a conductor al colapso.
Puede ser necesario conducir al monitoreo del indicador de peso y
circulación periódica.
• La desviación de los agujeros y tamaños de las tuberías de revestimiento
pueden imposibilitar el uso de bolas activadoras pesadas. Algunos
fabricantes ofrecen bolas adecuadas guiadas para desviaciones sobre los
20o; otros, trampas para las bolas y bolas precargadas, las cuales deben
operar en cualquier desviación. La máxima desviación de operación debe
ser proporcionada por el proveedor.
2.4.6.7 Equipo de Cementación denominado Inner Stri ng o Sarta Interior.
Es una técnica típicamente usada con tuberías de revestimiento de diámetro
grande, en donde la sarta de la tubería de perforación es colocada dentro de la
sarta de la tubería de revestimiento como un conductor para bombear fluidos de
la superficie al anular entre las dos sartas (anular con la tubería de revestimiento).
46
El equipo de cementación con sarta interior proporciona un medio para recibir y
sellar la tubería de perforación pozo abajo tal como se muestra en la Figura 10.
Figura 10. Equipo de cementación Inner String
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
Este equipo también es conocido como equipo “Stab-in”, y esta generalmente
disponible con receptáculo de cantidad y sin éste. Las zapatas y collares son
básicamente versiones grandes de los tipos previamente discutidos, con la adición
de un receptáculo de sello y superficie biselada. Las medidas más comunes son
en tubería de 10 3⁄4 pulgadas y mayores.
En las operaciones de introducción de la tubería de revestimiento, la velocidad con
la que se baje debe ser acorde al tipo de válvula empleada. La velocidad de
bajada debe ser lo suficiente lenta para evitar la presión por irrupción. El equipo de
47
flotación puede requerir un llenado más frecuente para evitar el colapso de la
tubería de revestimiento.
2.4.6.8 Centralizadores
Una de las grandes necesidades en la tecnología de las cementación es el
centrado de las tuberías de revestimiento que se van a cementar, debido a la falta
de eficiencia en el desplazamiento del fluido de control obtenido cuando no se
tiene un centrado aceptable de la tuberías, respecto a la geometría del pozo. En
tuberías no centradas se presentan áreas restringidas al flujo, que se conservan
en estas bolsas de lodo de alto grado de gelificación y con alto contenido de
recortes. Cuando se coloca la lechada de cemento en estas áreas, las bolsas de
lodo no son removidas, aunque el cemento viaje en régimen turbulento. De
acuerdo a Lagoven S.A., 2001, esto se manifiesta en la evaluación como
canalizaciones de lodo en el cuerpo del cemento. La eficiencia del desplazamiento
es la relación del fluido que está en movimiento mientras se circula, con respecto
al volumen total del fluido en el pozo. Hay varios factores que afectan la eficiencia
del desplazamiento durante el proceso de la cementación primaria.
Entre estos se puede citar la falta de acondicionamiento del pozo y del fluido de
control, el acondicionamiento de la lechada y de los frentes lavador y espaciador,
tendientes a entrar en turbulencia a gastos de bombeo bajos o moderados, debido
a que la turbulencia se efectúa un barrido más eficiente del lodo durante el
proceso de colocación del cemento en el anular, y si no se logra la turbulencia a
gastos moderados, mejorar la eficiencia de colocación.
En los agujeros direccionales y horizontales el centrado de la sarta se torna más
crítico debido a que por efecto de la gravedad, la tubería tiende a recargarse en la
48
parte baja del agujero y si no se cuenta con equipo eficiente de centrado, la
calidad de la cementación será baja, hasta llegar a los collares. En estos pozos
deben emplearse centralizadores sólidos que soporten perfectamente bien el peso
de la tubería de revestimiento y no restringen el área de flujo anular. Por otra
parte, propician una distribución apropiada de la lechada alrededor de la tubería,
sobre todo en las zonas de interés.
No debe perderse de vista que el costo de los centralizadores sólidos es alto, por
lo que se recomienda su aplicación al centrado de la tubería en las zonas de
interés. Figura 11 muestra fotografía de centralizadores.
Figura 11. Centralizadores
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
49
2.4.6.9 Raspadores
Son dispositivos externos diseñados para remover la costra del lodo del agujero,
se encuentran en dos tipos generales, raspadores reciprocantes y rotativos. Los
raspadores reciprocantes consisten en cables radiales en un collar, son diseñados
para remover lodo por reciprocación de la tubería. Los raspadores rotatorios son
barras estáticas que contienen cables similares y son adheridas a lo largo de la
tubería de revestimiento para remover el lodo mientras rota la tubería (Lagoven
S.A., 2001).
Los raspadores son mas efectivos cuando la tubería de revestimiento esta bien
centralizada antes y después de la cementación. Para prevenir la acumulación del
lodo, los raspadores deben ser espaciados para asegurar la superposición de
áreas que trabajan con raspadores adyacentes; la circulación debe ser establecida
antes del movimiento de la tubería.
2.4.6.10 Tapones de cementación
El tapón de cemento es una barrera entre el lodo y el cemento, el cual provee una
separación física entre los dos fluidos. Las malas operaciones de cementación,
especialmente alrededor del zapato de la cañería, son el resultado de lechada de
cemento contaminada por el lodo. Las principales funciones de un tapón de
cemento son:
• Separar el lodo del cemento
• Limpiar el interior de la cañería de revestimiento de lodo de perforación
antes de que la lechada sea bombeada y limpie el interior de la cañería de
50
revestimiento de la película de cemento que queda después de que se
bombeo el volumen completo del mismo
• Prevenir la canalización del cemento
• Otorgar una indicación en superficie de que la lechada fue totalmente
desplazada a su lugar.
• Permitir presurizar la cañería para ser bombeada.
2.4.6.11 Cabezal de cementación
Las cabezas de cementación son contenedores de acero de alta resistencia a la
presión interna y a la tensión, que albergan uno o los dos tapones, inferior y
superior, un sistema mecánico o hidráulico para soltar los tapones durante la
operación de cementación, en el momento que se requiera, sin parar la operación.
Así no se da oportunidad a la construcción de desarrollo de la fuerza de gel en el
lodo, que afecta la eficiencia de la remoción, pues éste es el principal
inconveniente del empleo de las cabezas de un solo tapón, y por lo cual se
desecharon (Lagoven S.A., 2001).
Con la cabeza de doble tapón únicamente se suspende la operación un instante
para cambio de la línea de bombeo de la misma cabeza, lo cual no representa
ningún problema. El sistema de liberación en la cabeza de doble tapón es el
mismo que en las cabezas de un solo tapón.
51
2.5 PROCEDIMIENTOS PARA LA COLOCACIÓN DE CEMENTO
La mayoría de los trabajos de cementación consiste en bombear lechada de
cemento a través de la tubería de revestimiento hacia arriba del espacio anular.
2.5.1 CEMENTACIÓN EN UNA ETAPA
La cementación en una etapa requiere seguir los siguientes pasos
1. Asegurarse de que se ha realizado una simulación del trabajo de
cementación para establecer velocidades de fluido, mínimas y máximas.
2. Condicionar el lodo para reducir la reología antes de la corrida final.
3. Confirmar que los tapones están correctamente colocados en el cabezal
de cementación tanto el tapón de fondo como el tapón de tope.
4. Correr la tubería de revestimiento hasta a unos cuantos pies del fondo.
Romper la circulación en caso de ser requerido, durante la corrida.
5. Circular por lo menos un volumen de la tubería de revestimiento para
asegurar que no haya nada que taponee la zapata y para remover
cualquier gas que se haya acumulado durante el viaje adentro del
agujero.
6. Bombear espaciadores, soltar el tapón de fondo y bombear la lechada
de cementación (de llenado y amarre).
7. Soltar el tapón de tope, despejar la línea de cementación y comenzar el
desplazamiento.
8. La velocidad de desplazamiento debe ser alterada dependiendo de lo
que se encuentre en el espacio anular ya sea lodo, espaciador o
cemento. La mayoría de los espaciadores y cementos, requieren de un
52
flujo torrente para maximizar la remoción de lodo y reducir la
contaminación del lodo.
9. Cuando el tapón de fondo llega al collar flotador, el diafragma se debería
romper permitiendo el bombeo continuo.
10. El volumen de desplazamiento para colocar el tapón de tope, deberá ser
calculado con anterioridad.
11. La velocidad de desplazamiento debería ser reducida cuando el golpe
de tapón se esté realizando, para prevenir presiones excesivas y
cualquier choque al momento que el tapón es colocado.
12. En caso de que el golpe no suceda, es práctica común, desplazar hasta
la mitad de la pista de la zapata.
13. Todos los retornos de lodo deberían ser monitoreados por pérdidas, lo
cual podría ser evidencia de la fractura de la formación.
14. En caso de que se observen pérdidas, la velocidad de desplazamiento
puede ser ajustada para reducir el ECD, i.e. perdidas de presión en el
espacio anular.
15. El tapón debería ser golpeado con aproximadamente 1000 psi de
diferencial, previamente confirmado que el margen de seguridad de
ruptura de menos presión de la tubería de revestimiento, no va a ser
excedido.
16. En caso de ser requerido la presión puede ser incrementada en este
punto y se puede realizar una prueba de presión de la tubería de
revestimiento (es necesario confirmar la presión de todos los
componentes antes de realizar la prueba).
17. La presión deberá ser entonces liberada para confirmar que la válvula
flotadora esta funcionando y esta soportando la presión diferencial de
fondo debido al pesado cemento en el espacio anular.
53
2.5.2 CEMENTACIÓN POR ETAPAS
Utilizada en aplicaciones en donde largas secciones de tubería de revestimiento
requieren cementación, pero existe preocupación por:
• Largos tiempos de bombeo
• Altas presiones de bombeo
• Presión hidrostática excesiva debido a la columna de cemento ya que
puede exceder la inclinación de fractura.
Primera etapa
Repetición de la cementación primaria.
Segunda etapa
Esta necesita la inclusión de un collar DV, en la tubería de revestimiento, a una
profundidad predeterminada. La primera etapa coloca al cemento en el espacio
anular desde fondo arriba hasta el collar DV. Los puertos del collar DV pueden
entonces ser abiertos lanzando un dardo especial (bomba) y trasquilando los pines
retenidos (1000-1500 psi). La circulación es entonces establecida a través del
collar DV. El procedimiento de cementación primaria puede entonces ser repetido,
pero sin la reciprocidad de tubería. Más etapas podrían ser incluidas, de ser
necesario (Lagoven S.A., 2001).
54
2.5.3 CEMENTACIÓN CON TUBERÍA INTERNA
Accesos de cementación convencional con tubería de revestimiento de gran
diámetro, resultarán en:
• Grandes volúmenes de desplazamiento.
• Duración extendida de desplazamiento.
• Un volumen significativo de cemento permanece en la pista de la zapata.
Como una alternativa, la tubería de revestimiento podría ser cementada a través
de la tubería o el conducto de perforación. Se utiliza una zapata flotadora especial,
la cual permite al conducto de perforación clavarse al proveer un sello hidráulico.
La tubería de perforación se corre normalmente, entonces se corre la sarta interna
y se clava dentro de la Zapata flotadora. El trabajo de cementación procede igual,
pero utilizando tapones de tubería de perforación, más pequeños. Después del
desplazamiento y confirmación de que la zapata flotadora esta conteniendo la
presión diferencial, la tubería o conducto puede ser retirada.
Se necesita tener cuidado con esta técnica, ya que la posibilidad de colapso de la
tubería de revestimiento, se incremente significativamente.
2.5.4 CEMENTACIÓN CON LINER
Una sarta de liner usualmente incluye una Zapata y un collar flotador, junto con
una tubería de revestimiento más larga y un colgador de “liner” (colocado
hidráulica o mecánicamente) para asegurar la parte superior. Todo el ensamble es
corrido con tubería de perforación y luego se coloca el colgador a unos 300-500
pies dentro de la tubería de revestimiento anterior. Una vez asentado, el lodo es
55
circulado para asegurar una vía de cemento libre de obstrucciones, alrededor del
“liner”. Antes de la cementación la herramienta corrida es retraída del colgador del
liner para garantizar la remoción posterior de la tubería de perforación.
Las recetas de cementación con “liner” usualmente contienen aditivos extras para
control de pérdida de fluido, retardo, posible bloqueo de gas, etc. Debido a que las
proporciones de mezcla son críticas y no existe lechada de relleno, es usualmente
mezclado en cargas antes de llevar a cabo el trabajo. Esto garantiza la calidad y
densidad del trabajo.
2.6 PROBLEMAS OPERACIONALES DE LA CEMENTACIÓN
Es muy importante considerar que si un trabajo de cementación es defectuoso
puede ser muy costoso en la vida productiva del pozo y puede ocasionar que el
pozo no sea rentable. A continuación se muestran algunos factores comunes que
se presentan al momento de realizar un trabajo de cementación.
2.6.1 FRAGUE PREMATURO
Este tipo de problemas se debe a que se utiliza en raras ocasión un agua de
mezcla contaminada. Otro factor es que no se estimó la temperatura, los factores
físicos químicos del pozo con exactitud y se utilizó un cemento inapropiado. En
raras ocasiones La zapata y los tapones se encuentran sucios y taponados y el
uso de retardadores en la lechada de cemento fue insuficiente.
56
2.6.2 EL COLLAR NO SE ASIENTA EN LA ZAPATA
El problema ocurre cuando la cuadrilla no se percató que el tapón de tope no salió
del cabezal de cementación. O cuando el cemento no se pudo colocar totalmente
en el anillo y se obtuvo un cálculo incorrecto de volumen de desplazamiento. Otro
problema se debe a que la tubería de revestimiento se fisuro o tiene rajaduras.
2.6.3 MEZCLA DE CEMENTO INCOMPLETA
Ocasionada por fallas en las unidades de bombeo de cemento, o por que el agua
o presión de bombeo fueron insuficientes.
2.6.4 CANALIZACIÓN DE CEMENTO EN EL LODO
Esto se debe a varios factores; propiedades de lodo insuficientes (viscosidad
plástica y puntos de fluencia bajos), imposibilidad de mover la tubería de
revestimiento, caudales de desplazamiento muy bajos, o por la ampliación del
diámetro del pozo.
57
2.6.5 FRAGUE DEL CEMENTO MUY RÁPIDA
Se debe a que no se estimó las propiedades del cemento con exactitud y se
colocó un volumen de agua inapropiado o los aditivos del cemento no son
adecuados para el pozo, la estimación de la temperatura del pozo fue inexacta,
fallas mecánicas en los equipos de bombeo, pre flujos y/o espaciadores cemento
lodo son inapropiados.
2.6.6 FUGA O PÉRDIDA DE GAS EN EL ANILLO
Ocurre cuando la presión hidrostática de cabeza no es suficiente, el cemento no
cubrió las arenas gasífera, y existe una deshidratación del cemento.
58
METODOLOGÍA
3 ONDAS SONORAS
Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica consistentes en la propagación
de perturbaciones temporales del campo de tensiones que generan pequeños
movimientos en un medio. Las ondas sísmicas pueden ser generadas por
movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar
daños en zonas donde hay asentamientos urbanos (Haldorsen, 2005).
3.1 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS
Hay dos tipos de ondas sísmicas: las ondas de cuerpo y las ondas superficiales
como se muestra en Figura 12.
3.1.1 ONDAS INTERNAS
Las ondas de cuerpo viajan a través del interior. Siguen caminos curvos debido a
la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al
de refracción de ondas de luz. Las ondas de cuerpo transmiten los temblores
preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas de
cuerpo son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S).
59
3.1.1.1 Ondas p
Las ondas P son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el
suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación.
Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y
pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades
típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito (Haldorsen,
2005).
En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P
es:
Eq. [3]
Donde
K = es el módulo de incompresibilidad,
= es el módulo de corte o rigidez y
= la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica.
De estos tres parámetros, la densidad es la que presenta menor variación por lo
que la velocidad está principalmente determinada por K y µ.
60
3.1.1.2 Ondas P de segunda especie
De acuerdo a la teoría de Biot, en el caso de medios porosos saturados por un
fluido, las perturbaciones sísmicas se propagarán en forma de una onda rotacional
(Onda S) y dos compresionales. Las dos ondas compresionales se suelen
denominar como ondas P de primera y segunda especie. Las ondas de presión de
primera especie corresponden a un movimiento del fluido y del sólido en fase,
mientras que para las ondas de segunda especie el movimiento del sólido y del
fluido se produce fuera de fase. Biot demuestra que las ondas de segunda especie
se propagan a velocidades menores que las de primera especie, por lo que se las
suele denominar ondas lenta y rápida de Biot, respectivamente. Las ondas lentas
son de naturaleza disipativa y su amplitud decae rápidamente con la distancia
hacia la fuente.
3.1.1.3 Ondas S
Las ondas S son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la
dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias.
Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas
ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las
que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de
elementos sólidos (Haldorsen, 2005).
La velocidad de propagación de las ondas S en medios isotrópicos y homogéneos
depende del módulo de corte µ y de densidad � del material.
61
�� = μ�
Eq. [4]
Figura 12 . Ondas de cuerpo y de superficie
(Didier Rouillac, 2004, Cement Evaluation Logging Handbook)
62
3.2 ONDAS SUPERFICIALES
Cuando las ondas de cuerpo llegan a la superficie, se generan las ondas L
(longae), que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interface de la
superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son las causantes de los daños
producidos por los sismos en las construcciones. Estas ondas son las que poseen
menor velocidad de propagación a comparación de las otras dos.
3.2.1 OSCILACIONES LIBRES
Se producen únicamente mediante terremotos muy fuertes y pueden definirse
como vibraciones de la Tierra en su totalidad.
3.2.2 ONDAS LOVE
Las ondas Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal
de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático
neozelandés A.E.H. Love quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas
en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas
S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh.
63
3.2.3 ONDAS RAYLEIGH
Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales
que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas
ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas
más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un
70% de la velocidad de las ondas S.
3.3 ACÚSTICA DE POZO
Las ondas acústicas de lo pozos pueden ser tan simples o tan complejas como las
formaciones en las que se propagan. Comprende los principios de la propagación
de ondas es esencial para poder aprecias la moderna tecnología de los registros
sónicos.
Las ondas acústicas registradas por las herramientas de adquisición de registros
sónicos dependen de la fuente de energía, la trayectoria que adoptan y las
propiedades de la formación y del pozo. En la adquisición de registros con
herramientas operadas con cable, existen dos tipos de fuentes principales:
monopolares y dipolares. Un transmisor monopolar emite energía desde su centro
hacia todas las direcciones por igual, mientras que un transmisor dipolar emite
energía en una dirección preferida. Desde un transmisor monopolar colocado en el
centro del pozo, un frente de onda esférico recorre una distancia corta a través del
fluido del pozo hasta que se encuentra con la pared del mismo. Parte de esa
energía se vuelve a reflejar en el pozo y otra parte hace que las ondas se
propaguen en la formación. La dirección de propagación de las ondas es siempre
64
perpendicular al frente de onda. Este caso simple asume además que la formación
es homogénea e isotrópica y que la herramienta sónica en si no produce otro
efecto sobre la propagación de las ondas.
El ambiente cilíndrico 3D del pozo complica esta explicación, que puede
simplificarse examinado un plano vertical a través del eje de un pozo vertical. En el
sistema 2D resultante, los frentes de onda se convierten en círculos y se propaga
en un plano. En un mundo 3D, los frentes de onda se propagan por todas partes
desde la fuente y rodea el pozo en forma simétrica. En la simplificación 2D,
cuando el frente de onda generado en el lodo de perforación se encuentra con la
pared del pozo, produce tres nuevos frentes de onda. Un frente de onda reflejado
regresa hacia el centro del pozo a una velocidad Vm. Las ondas compresionales,
ondas P, y las ondas de corte S, son transmitidas o reflejadas a través de la
interfaz existente entre el lodo y la pared del pozo y viajan en la formación a las
velocidades Vp y Vs, respectivamente (Haldorsen, 2005).
Este es el caso más simple correspondiente a una formación dura o rápida donde:
�� > �� > �# Eq. [5]
Una vez que la onda P refractada se vuelve paralela a la pared del pozo, se
propaga a lo largo de la interfaz existente entre el pozo y la formación a una
velocidad Vp, más rápida que la onda reflejada presente en el fluido del pozo. De
acuerdo con el principio de Huygens, cada punto de una interfaz excitada por una
onda P actúa como una fuente secundaria de ondas P en el pozo, y de ondas P y
S en la formación. La combinación de estas ondas secundarias en el pozo crea un
nuevo frente de onda lineal denominado onda cónica (Head Wave). Esta primera
65
onda cónica generada en el lodo se conoce como onda cónica compresional y su
arribo a los receptores se registra como el arribo de las ondas P. La onda P
requiere más tiempo para llegar a los receptores que se encuentran más lejanos
de la fuente. La diferencia de tiempo que existe entre los arribos de las ondas P,
dividida por la distancia recorrida, se conoce como ∆t (tiempo de transito o de
lentitud), y es la inversa de la velocidad. Se trata de a medición más básica
obtenida de los registros sónicos (Haldorsen, 2005).
En la Figura 13 se puede apreciar los momentos de propagación simplificada de
los frentes de onda desde un transmisor monopolar colocado en un pozo lleno de
fluido (azul) y en una formación rápida (pardo). Ambos medios se suponen
homogéneos e isotrópicos. Los efectos de la herramienta se ignoran. La
propagación de tiempo tiene lugar hacia la derecha. Los números que aparecen
en el extremo superior izquierdo corresponden al tiempo en µs después de haber
sido disparada la fuente. Los frentes de onda generados en el lodo se muestran en
negro, los frentes de ondas compresionales generados en la formación en azul, y
los frentes de ondas de corte generado en la formación en rojo. La onda cónica
compresional puede verse a los 90 µs y la onda cónica de corte a los 170 µs.
66
Figura 13 . Frentes de onda en un pozo con fluido
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
La onda P que penetra en la formación se conoce como onda volumétrica (Body
wave) y su penetración continúa a menos que un reflector la envié nuevamente
hacia el pozo, momento en el cual se denomina onda P reflejada.
El comportamiento de las ondas S refractadas es similar al de las ondas P
refractadas. Cuando la onda S refractada se vuelve paralela a la pared del pozo,
se propaga a lo largo de la interfaz existente entre el pozo y la formación como
una perturbación de corte, a una velocidad Vs, u genera otra onda cónica en el
67
fluido del pozo. Su arribo a los receptores se registra como la onda S. De esta
manera, la lentitud de las ondas de corte de una formación rápida puede medirse
con una herramienta rodeada por el fluido del pozo, aunque las ondas S no se
pueden propagar a través del fluido.
En el caso en los que la velocidad de las ondas de corte es menor que la
velocidad de las ondas de lodo, situación coincida como formación lenta, el frente
de onda de corte en la formación nunca forma un ángulo recto con el pozo. No se
genera ninguna onda cónica de corte en el fluido. Tanto en las formaciones
rápidas como en las formaciones lentas, una onda volumétrica S penetra en la
formación.
Otra forma de visualizar como viajan las ondas cónicas y las ondas volumétricas P
y S cerca del pozo es a través de la técnica de trazado de rayos. Estrictamente
hablando, la técnica de trazado de rayos es válida solamente cuando la longitud
de onda es mucho menor que el diámetro del pozo, o cuando los frentes de onda
pueden representarse como planos en lugar de esferas o conos. La mayoría de
los modos acústicos de pozos, especialmente los existentes en bajas frecuencias,
no satisfacen estas condiciones; sin embargo, la técnica de trazado de rayos
puede seguir siendo útil a los fines de la visualización. De a cuerdo a Haldorsen,
2005, un rato es simplemente una línea perpendicular a un frente e onda, que
muestra la dirección de viaje. Una trayectoria de rayos entre dos puntos indica la
trayectoria de viaje más rápida. Los cambios de trayectoria de rayos se produce
en las interfaces y siguen la ley de Snell; una ecuación que relaciona los ángulos
con los que los rayos viajan a ambos lados de una interfaz con sus propias
velocidades de propagación. Entre otras cosas, la ley de Snell explica las
condiciones bajo las cuales se forman las ondas cónicas y la razón por la cual no
se forma ninguna de esas ondas en las formaciones lentas.
En la Figura 14 se refleja la reflexión y refracción de los frentes de onda en las
interfaces y ley de Snell. El parámetro θ1 es el ángulo de ondas P incidentes y
68
reflejadas. El parámetro θ2 es el ángulo de ondas P refractadas. El parámetro de
θs es el ángulo de las ondas S refractadas. La variable Vm es la velocidad de las
ondas de lodo La variable Vp es la velocidad de las ondas P generadas en la
formación y las variable Vs es la velocidad de las ondas S generadas en la
formación. Cuando en ángulo de refracción es de 90o, se crea una onda cónica.
Figura 14 . Reflexión y refracción de ondas y ley de Snell
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
69
La técnica de trazado de rayos es útil para entender por donde viajan las ondas y
para modelar los fundamentos del diseño de las herramientas sónicas, tales como
la determinación del espaciamiento entre transmisores y receptores (TR) que se
requiere para asegurar que la trayectoria en la formación sea más rápida que la
trayectoria directa en el lodo, para los tamaños de pozo y las velocidades de onda
P y S de formaciones habituales. De acuerdo a Haldorsen, 2005, esto asegura que
la herramienta mida las propiedades de la formación en vez de medir las
propiedades del lodo del pozo. La técnica de trazado de rayos también ayuda a
describir la relación entre el espaciamiento TR y el espesor de la zona alterada en
la región vecina al pozo y el contraste de velocidad. Además se utiliza en técnicas
e inversión, tales como la reconstrucción tomográfica que resuelve los modelos de
lentitud si se dispone de información sobre el tiempo de arribo.
70
Figura 15 . Técnica de trazado de rayos
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
En la Figura 15 se muestra la técnica de trazado de rayo que utiliza la ley de Snell
para modelar las trayectorias de rayos. Aquí, los rayos se trazan a través de una
formación que posee una velocidad radialmente variable en una zona de
71
alteración. La velocidad se reduce cerca del pozo y se incrementa con la distancia,
situación que tiene lugar cuando las operaciones de perforación inducen daño en
la región vecina al pozo. Los rayos que viajan hacia los receptores, más cercanos
al transmisor se propagan solo a través de la zona alterada (morrón oscuro) y los
rayos que viajan hacia los receptores distante miden la velocidad de la formación
inalterada (marrón claro).
Después de las ondas cónica P y S, las siguientes ondas que arriban a los
receptores desde una fuente monopolar son las ondas de lodo directas y
reflejadas. A estas a su vez le siguen los modos de propagación guiados y las
ondas de interfaz que deben su existencia a la naturaleza cilíndrica del pozo. Los
modos de propagación guiados surgen de las reflexiones internas múltiples
presentes dentro del pozo. Los frentes de onda de longitudes de ondas
particulares que rebotan entre las paredes del pozo interfieren constructivamente
entre sí y producen una serie de resonancias o modos normales. Los modos de
propagación guiados no siempre se ven en los registros y pueden ser afectados
por el estado del pozo. En formaciones lentas, los modos guiados parten de la
energía en la formación, en forma de ondas que irradian hacia el interior de la
formación. Estos se denominan modos con fugas y se propagan a velocidades
que oscilan entre las velocidades P y S. Los modos con fugas son dispersos, lo
que significa que sus diferentes componentes de frecuencia viajan a diferentes
velocidades.
3.4 ONDAS STONELEY
Los últimos arribos provenientes de una fuente monopolar son las ondas de
interfaz o de superficie. Las ondas de superficie fueron propuestas por primera vez
72
por Lord Rayleigh en 1885. Lord Rayleigh investigó la respuesta de un material
elástico en contacto con un vacío en la superficie laminar y observó que una onda
se propagaba a lo largo de la superficie con un movimiento de partículas, cuya
amplitud se reducía con la distancia a la superficie; propiedad conocida como
evanescencia (Haldorsen, 2005).
Los resultados de Rayleigh predijeron la existencia de ondas que se propagan a lo
largo de la superficie terrestre y da origen a los temblores devastadores causados
por los terremotos. El mismo efecto en una escala mucho menor, genera el ruido
“de superficie” en los levantamientos sísmicos de superficie.
En 1924, Stoneley observó las ondas que se propagaban en la interfaz existente
entre dos sólidos y notó un tipo similar de onda de superficie. El caso particular
correspondiente a un pozo lleno de fluido, es decir la interfaz entre un sólido y un
líquido fue descrito por Scholte. (Deutsch, 1998) (Biersteker, 1948).
Sin embargo, las ondas que viajan en la interfaz fluido-pozo, se conocen como
ondas de Stoneley. En otras áreas de la geofísica, las ondas que viajan en un
interfaz fluido-sólido se denominan ondas de Scholte o de Scholte-Stoneley.De
acuerdo a Haldorsen, 2005, la onda de Stoneley aparece en casi todos los
registros sónico monopolares. Su velocidad es menor que las velocidades de las
ondas de corte y las ondas de lodo y es levemente dispersiva, de manera que
diferentes frecuencias se propagan a diferentes velocidades. El decaimiento de la
amplitud de las ondas de Stoneley con la distancia que existe hasta la interfaz
fluido-pozo también depende de la frecuencia; en las frecuencias altas, la amplitud
decae rápidamente con la distancia existente hasta la pared del pozo. No
obstante, en las frecuencias bajas o en longitudes de onda comparables con el
diámetro del pozo a amplitud de las ondas de Stoneley decae muy poco con la
distancia que media hasta la pared del pozo. En frecuencias suficientemente
bajas, la amplitud es casi constante entre un lado del pozo y el otro, creando lo
que se conoce como onda tubular. Un ejemplo de onda tubular es el efecto de
73
golpe de instalación de cañerías cuando el flujo irrumpe repentinamente. La onda
de Stoneley de baja frecuencia es sensible a la permeabilidad de la formación.
Cuando la onda encuentra fracturas o formaciones permeables, el fluido vibra
respecto del sólido, causando disipación viscosa en estas zonas, lo que atenúa la
onda y reduce su velocidad.
En la Figura 16 se muestra la onda de Stoneley que viaja en la interfaz existente
entre el pozo y la formación. La onda de Stoneley es dispersiva y el movimiento de
sus partículas es simétrico en torno al eje del pozo. En las bajas frecuencias, la
onda de Stoneley es sensible a la permeabilidad de la formación. Las ondas que
viajan más allá de las fracturas y formaciones permeables pierden fluido y la
disipación viscosa produce la atenuación de la amplitud. En las fracturas abiertas,
las ondas de Stoneley son tanto reflejadas como atenuadas. Las flechas rojas en
el centro del pozo simbolizan la amplitud de la andas Stoneley.
Las reducciones de nivel de energía y de la velocidad de las ondas de Stoneley, a
lo largo de un ancho de banda de frecuencias grande, pueden invertirse para
estimar la permeabilidad de la formación. Las fracturas abiertas también pueden
hacer que las ondas de Stoneley vuelvan a reflejarse hacia el transmisor. La
relación entre la energía reflejada y la energía incidente se correlaciona con la
apertura de la fractura. Esta técnica de detección de fracturas permeables
funciona bien en formaciones duras (Haldorsen, 2005).
74
Figura 16. Ondas Stoneley
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
Todas las ondas descritas precedentemente se propagan simétricamente por el
pozo, hacia la superficie y hacia el fondo, y pueden ser detectadas por receptores
monopolares; habitualmente hidrófonos. Los hidrófonos son sensibles a los
cambios de presión en el fluido del pozo y poseen una respuesta del mismo
omnidireccional; esto significa que responden del mismo modo a los cambios de
presión desde cualquier dirección. Las formas de onda registradas a una
profundidad dada se despliegan en forma inicial como una serie de tiempo
proveniente del conjunto de receptores. En ciertos registros, los tiempos de arribo
75
de las ondas P, las ondas S y las ondas de Stoneley, pueden verse claramente,
pero a menudo se utilizan técnicas de procesamiento de datos para picar los
tiempos con precisión. La diferencia en los tiempos de arribo, dividida por la
distancia entre los receptores, da como resultado la inversa de la velocidad o
lentitud para cada modo. No obstante, en muchos registros, los altos niveles de
ruido, las malas direcciones del pozo u otros factores pueden hacer que estos
arribos sean indistintos o se mezclen entre sí. En esos casos, el picado visual o
automatizado de los tiempos de arribo no provee el valor de la lentitud verdadera.
En la Figura 17 se muestra las formas de ondas típicas provenientes de un
transmisor monopolar en una formación rápida, donde se muestran las Ondas
compresionales, de corte y de Stoneley. Las líneas de guiones rosas
corresponden a los tiempos de arribo. A la izquierda se muestra un conjunto de
receptores de la herramienta de adquisición de registros sónicos.
Las lentitudes de las ondas pueden estimarse adecuadamente con mínima
intervención humana, utilizando una técnica de procesamiento de señales que
busca semejanzas. Lo que en matemática se conoce como semblanza o
coherencia, en las formas de ondas, a lo largo del conjunto de receptores
(Haldorsen, 2005).
El método comienza con un tiempo de arribo y un valor de lentitud asumidos para
cada tipo de onda, para luego buscar el conjunto de formas de onda para el
tiempo de lentitud que maximizan la coherencia. La gráfica de coherencia para los
diferentes valores de lentitud y tiempo se conocen como gráfica de coherencia-
tiempo-longitud (STC, por sus siglas en ingles) y a partir de esa gráfica se pueden
identificar los valores máximos locales de las curvas de nivel de coherencia.
76
Figura 17 . Formas de ondas típicas de un transmisor monopolar
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
Los valores máximos correspondientes a la lentitud de las ondas compresionales,
de corte y de Stoneley, representados gráficamente para cada profundidad, crean
un registro de lentitud. Las dos dimensiones de gráfica STC se comprimen para
77
generar una sola dimensión mediante la proyección de los picos de coherencia
sobre el eje de lentitud. Esta banda vertical de coherencias codificadas en color, si
se gráfica horizontalmente en la profundidad correcta, forma un elemento de un
registro de proyección STC; un resultado estándar de los registros sónicos. La
lentitud de cada modo se representa gráficamente por encima de la proyección
STC.
En la Figura 18 se muestra el procesamiento STC (coherencia, tiempo, lentitud)
para arribos desde fuentes monopolares. Las formas de onda en la profundidad
dada (extremo superior izquierdo), se exploran dentro de ventanas de tiempo y a
lo largo de un rango de ángulos; conocidos como curvaturas, que se relacionan
con la lentitud. Cuando las señales sobre las formas de onda que se encuentren
dentro de la ventana exhiben la mejor correlación, el valor de coherencias es el
más alto. Una gráfica STC correspondiente a esta oportunidad (extremo inferior
izquierdo) muestra la coherencia codificada en color en el plano de tiempo,
lentitud, destacándose el valor de coherencia máximo en rojo. Los valores de
coherencia se proyectan sobre una faja vertical, a lo largo del eje de lentitud, y
luego se muestran como una faja horizontal delgada, a la profundidad correcta, en
el registro de proyección STC (derecha). Uniendo los valores de coherencia más
altos en todas las profundidades se genera un registro de lentitud para cada onda.
3.5 ANISOTROPÍA
La alineación espacial de los granos minerales, las capas, las fracturas o el
esfuerzo hace que la velocidad de las ondas varíe con la dirección; propiedad que
se conoce como anisotropía. De acuerdo a Haldorsen, 2005, en levantamientos
sísmicos, se sabe que la anisotropía de las lutitas de los estratos de sobrecarga
78
dificulta la generación e imágenes las cuales necesita corregirse para colocar los
objetivos del yacimiento en la posición correcta. La información sobre anisotropía
también es necesaria, toda vez que se requiere conocer la mecánica de las rocas.
Las operaciones de perforación direccional, perforación en áreas tectónicamente
activas, diseño de disparos orientados, planeación de operaciones de
fracturamiento hidráulico y desarrollo de planes de recuperación por
mantenimiento de presión, requieren un conocimiento adecuado de la anisotropía
elástica. Los procesos naturales que producen la anisotropía, también hacen que
esta posea una de dos orientaciones principales: horizontal o vertical. Como
primera aproximación, las capas horizontales crean un medio anisotrópico que
puede considerarse isotrópico en todas las direcciones horizontales, pero que es
anisotrópico verticalmente. Este tipo de medio se conoce como trasversalmente
isotrópico con un eje de simetría vertical (TIV). De modo similar, las fracturas
verticales crean un medio anisotrópico simplificado que puede ser considerado
isotrópico en cualquier dirección alineada con los planos de fracturas, y
anisotrópico con dirección ortogonal a los planos de fracturas. Este medio se
conoce como transversalmente isotrópico con un eje de simetría horizontal (TIH).
En la Figura 19 se aprecia la geometría simplificada en la anisotropía elástica. En
las capas horizontales (extremo superior), las propiedades elásticas pueden ser
uniformes de la dirección horizontal eso varía verticalmente. Este tipo de medio
puede representarse como transversalmente isotrópico con un eje de simetría
vertical (TVI). Esto significa que la formación puede rotarse alrededor de su eje
para generar un medio con las mismas propiedades. En formaciones con fracturas
verticales (extremo inferior), las propiedades elásticas pueden ser uniformes en los
planos verticales paralelos a las fracturas, pero puede variar en la dirección
perpendicular a los mismos. Este medio puede representarse como
transversalmente isotrópico con un eje de simetría horizontal.
79
Figura 18 . Ejes TVI y TIH
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
Las ondas sónicas son sensibles a estas diferencias direccionales existentes en
las propiedades de los materiales. Las ondas viajan más rápido cuando la
dirección del movimiento de las partículas y polarización son paralelos a la
dirección de mayor rigidez. Las ondas compresionales un movimiento de
partículas en la dirección de propagación, de modo que las ondas P viajan más
rápida en las direcciones paralelas a la estratificación y las fracturas, y se
propagan mas lentamente cuando la dirección es perpendicular a la estratificación
y a las fracturas. Las ondas de corte poseen un movimiento de partículas
perpendiculares a la dirección de propagación.
80
Figura 19. Dirección de propagación de las ondas
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
En medios isotrópicos el movimiento de las partículas de las ondas S está
contenido en el plano que contiene las trayectorias de rayos P y S. En los medios
anisotrópico, una onda S se separará en dos ondas de corte con diferentes
81
polarizaciones y diferentes velocidades. La onda S polarizada en sentido paralelo
a la estratificación o la las fracturas es más rápida que la onda S polarizada en
sentido ortogonal con respecto a la estratificación o las fracturas. Las ondas
flexurales se comportan como las ondas S y por lo tanto se separan de la misma
forma. En el análisis que se presenta a continuación las ondas S y las ondas
flexurales son utilizadas en forma indistinta (Haldorsen, 2005).
Los registros sónicos pueden utilizarse para detectar y cuantificar la dirección y la
magnitud de la anisotropía si la geometría de la herramienta y el eje de la
anisotropía están correctamente alineados. En un medio TIH, tal como una
formación con fracturas verticales alineadas, las ondas S que se propagan a lo
largo de un pozo vertical se dividen en dos ondas, la onda rápida se polariza en el
plano de las fracturas. De un modo similar, en un medio TIV, tal como una lutita o
un intervalo finalmente estratificado, la onda S que se propaga en un pozo
horizontal se dividen y la onda rápida se polariza en el plano de estratificación
(Haldorsen, 2005).
En la Figura 20 se muestra la división de las ondas de corte en un pozo vertical en
un medio THI con fracturas verticales, independientemente de cómo esté
orientada la fuente dipolar respecto de las direcciones rápida y lenta del medio, la
onda de corte se dividirá en un componente rápido y un componente lento. El
componente rápido se alinea de forma paralela al plano de las fracturas, mientras
que el componente lento se alinea en sentido perpendicular al plano de las
fracturas.
82
Figura 20. División de ondas de corte en un pozo THI
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
La polarización de las ondas S divididas por la anisotropía no pueden ser
detectadas por un receptor monopolar unitario. Se requieren receptores
direccionales. Se puede crear un receptor direccional adecuado mediante las
sustitución de un receptor monopolar unitario por dos o mas partes de receptores
monopolares. Cada par de receptores monopolares actúa como un receptor
dipolar para la registración correcta de las ondas flexurales, al menos un receptor
83
dipolar se alinea con cada transmisor dipolar. Con cada disparado la fuente
dipolar, las señales son registradas por el receptor dipolar orientado en línea (in
line) con esa fuente y además por el receptor dipolar orientado fuera de línea (of
line). Este ejemplo muestra la registración de las ondas flexurales con tres
estaciones receptoras distribuidas en anillos en cada estación (Haldorsen, 2005).
En la Figura 21 se muestra la respuesta en línea y fuera de línea en receptores
distribuidos en forma azimutal de una onda flexural de pozo en una formación
anisotrópica. La onda flexural fue excitada disparando el transmisor dipolar en la
dirección X, (Tx) que se muestra en el extremo inferior. En este medio TIH, la onda
flexural se divide en una onda rápida y una onda lenta con componentes de
movimiento de partículas en todos los receptores, no solo en los alineados con el
eje X de la herramienta (Haldorsen, 2005).
En las formaciones isotrópicas las ondas flexurales generadas por una fuente
dipolar permanecen polarizadas en el plano de la fuente y se detectan solamente
en receptor dipolar alineado en ese plano. No obstante, en las formaciones
anisotrópicas, la onda flexural se divide en un componente rápido y un
componente lento, alineados con la anisotropía de la formación. A menos que los
ejes de la herramienta estén alineados accidentalmente con las direcciones rápida
y lenta de la formación, la energía de las ondas flexurales será registrada tanto por
los receptores que estén fuera de la línea como los receptores que estén en línea
con esa fuente.
84
Figura 21. Respuesta de receptores en línea y fuera de línea.
(Haldorsen, 2005, Acústica de Pozo)
Las direcciones o Azimuts de las ondas de corte o de las ondas flexurales rápidas
y lentas pueden verse en un registro dipolar cruzado, constituye un proceso de
85
pasos múltiple. El primer paso implica la descomposición y recombinación de las
formas de ondas adquiridas en todos los sensores, en cada estación receptora,
para dar como resultado, en cada profundidad, cuatro formas de ondas
correspondientes a las respuestas en línea y fuera de línea con los dos
transmisores dipolares ortogonales. A continuación, estas formas de onda se rotan
matemáticamente para colocarlas en un sistema de coordenadas consistente con
las direcciones de la energía de forma de onda fuera de línea máxima y mínima.
Luego, las formas de onda correspondientes a las orientaciones de las ondas de
corte rápida y lenta se someten a un procesamiento por semblanzas para obtener
las lentitudes de dichas ondas. De acuerdo a Haldorsen, 2005, las zonas con
lentitudes de ondas de corte rápida y lentas equivalentes son isotrópicas, mientras
que las zonas con diferencias considerables entre las lentitudes de ondas de
cortes rápidas y lentas son altamente anisotrópicas.
Las lentitudes de las ondas S rápidas y lentas, y de las ondas P y las ondas de
Stoneley. Las cuatro lentitudes que pueden medirse mediante los registros sónicos
en medio antisotrópico se transforman en cuatro módulos antisotrópico. Con estos
cuatro módulos es posible caracterizar el más simple de los medios anisotrópicos.
Los medios TIV y TIH requieren cinco módulos para ser caracterizados en su
totalidad. En lo que respecta a los tipos de anisotropía más complejos, se
requieren más mediciones, tales como las ondas P que se propagan siguiendo
diferentes azimuts o inclinaciones, o las ondas S que viajan en sentido vertical y
horizontal. Los levantamientos sísmicos de superficie y de pozo a menudo pueden
proveer esta información.
86
3.6 REGISTROS DE EVALUACIÓN DE LA CEMENTACIÓN
El trabajo de evaluación de la cementación consiste en verificar si es que los
objetivos de la cementación primaria han sido alcanzados después que el trabajo
se haya realizado. La no evaluación de la cementación seria eficiente si es que los
objetivos no son claros. En adición al primer objetivo de la cementación que es de
proveer de soporte a la tubería, hay otros objetivos dependiendo de la naturaleza
de cada trabajo de cementación. Para la tubería conductora la intención esencial
de un trabajo de cementación es de prevenir la erosión deteniendo la circulación
de los fluidos de perforación fuera de la tubería de revestimiento. De acuerdo a
Schlumberger, 2006, la tubería de revestimiento superficial debe ser sellada y
proteger las formaciones de agua, y para ayudar a dar soporte a las tuberías de
revestimiento más profundas. Las tuberías intermedias son cementadas para
sellar formaciones con presiones anormales y para aislar formaciones
incompetentes y para sellar zonas de pérdida de circulación. Las tuberías de
producción son cementadas para prevenir la migración de los fluidos en el anular,
y para asegurar y aislar la zona de interés. La cementación también provee de
protección hacia la corrosión en todas las tuberías de revestimiento. Para la
cementación remedial los objetivos son de mejorar la calidad de la cementación
primaria, sellar las perforaciones, reparar un goteo de la tubería de revestimiento,
aislar zonas capas productoras, etc. (Nelson, 2006).
Antes del desarrollo de los registros de evaluación de cementación, la evaluación
de los trabajos de cementación eran realizados ya sea por pruebas hidráulicas de
aislamiento o localizando el tope del cemento. El primer tipo de prueba requiere
algunas veces de perforaciones en la tubería de revestimiento o perforaciones
adicionales. (Nelson, 2006).
87
En los casos en la que solo es necesario dar un soporte a la tubería de
revestimiento, solo es necesario localizar el tope de la cementación. En otros
casos donde el aislamiento entre zonas es deseado, métodos mas sofisticados de
evaluación de la cementación son necesarios.
El método de evaluación debe ser seleccionado de acuerdo con el objetivo a
alcanzar. Existen actualmente varios métodos para la evaluación de la
cementación tales como pruebas hidráulicas, métodos no destructivos así como la
temperatura, los registros nucleares o de sonido y los registros acústicos.
3.6.1 MEDIDAS DE LOS REGISTROS ACÚSTICOS
La evaluación de los trabajos de cementación a través de la interpretación de los
registros acústicos busca la relación entre la respuesta de una herramienta y la
calidad del trabajo de cementación después de un tiempo determinado cuando ya
ha sido colocado el cemento. De acuerdo a Nelson, 2006, con la respuesta de las
herramientas acústicas, relacionada con las propiedades acústicas del ambiente
que la rodea ya sea tubería de revestimiento, cemento y formación, es posible
determinar el acople acústico entre la tubería de revestimiento, cemento y
formación. La presente falta de relación entre un acople acústico y la aislación
hidráulica es una importante limitación en la interpretación de los registros
acústicos. Una buena adherencia indica un buen acople acústico, pero no
necesariamente significa una buena aislación de la zona de interés.
Sin embargo, la interpretación de los registros acústicos aun así provee una gran
cantidad de información valiosa con respecto al trabajo de cementación, provee y
se conoce las propiedades acústicas.
88
El cemento es solo uno de varios parámetros que puede afectar la respuesta del
registro. El análisis del registro debe ser realizado muy cuidadosamente para
determinar el origen de la respuesta del registro. La mayoría del tiempo, detallada
información con respecto a la geometría del pozo, características de la formación,
y el trabajo de cementación es requerido (Coates, 1999).
Una interpretación favorable de los registros acústicos solo se puede hacer
cuando es posible anticipar la respuesta del registro. Una evaluación del trabajo
de cementación válida es el resultado de los análisis de discrepancias entre la
respuesta del registro esperado y el actual. Hoy en día se puede calificar y posible
de cuantificar los resultados del trabajo de cementación, principalmente en
términos de calidad de cemento y cobertura de cemento.
Los siguientes requisitos deben cumplirse para que una interpretación de registros
acústicos sea significativa como se muestra en la Figura 22.
89
Figura 22 Diagrama de flujo del registro acústico
(Nelson, 2006, Well Cementing)
• Buen control de calidad interno del registro de campo.
• Conocimiento del pozo y datos de la tubería de revestimiento.
• Conocimiento de los eventos del trabajo de cementación.
• Conocimiento o una buena estimación de las propiedades del cemento
relevantes.
• Conocimiento de los trabajos previos y posteriores, historial del pozo en
algunos casos.
90
3.6.1.1 Medición de Repetitividad
Todos los registros deben tener una sección de repetición. Una sección de
repetición es un pase corto de registro, por lo general sobre los 200 pies (61 m)
del agujero, registrada inmediatamente antes del paso principal. El intervalo de
orificio registrado por la “sección de repetición" también debe ser parte de el paso
principal, de modo que los dos registros independientes se puedan comparar.
Ambos pases de registro debe realizarse en condiciones tan idénticas como sea
posible, incluyendo ajustes de las herramientas y las condiciones del agujero
(Nelson, 2006).
El propósito es verificar que la herramienta de registro produce la misma lectura
repetidamente bajo las mismas condiciones. Se trata de un chequeo de
funcionalidad de la herramienta de fundamental importancia. Si la respuesta de la
herramienta se repite, no es garantía de que no hay ningún problema, sin
embargo, si no se repite seguramente hay problema. Esta verificación es muy
importante para todas las mediciones, pero adquiere una importancia mayor en
registros de pozos por las condiciones ambientales extremas a las que
normalmente la herramienta de registro es sometida, y la necesidad de asegurar
que el tiempo dedicado a registrar se traducirá en buenos datos.
El estándar de lo que constituye una buena repetitividad depende del tipo de
herramienta, su principio de funcionamiento, y el diseño. Para las herramientas
acústicas, en contraposición a la energía nuclear, no hay fluctuación estadística,
por lo que la repetitividad es principalmente una función de la calidad de diseño. El
registro de adherencia convencional debe exhibir una respuesta prácticamente
idéntica a la repetición y al paso principal (Nelson, 2006).
Una complicación única de consolidar resultados de la evaluación de registro en la
práctica común es de ejecutar el registro mientras se mantiene la presión en el
91
agujero desde la superficie. La sensibilidad de la medición a pequeños cambios en
la presión exige que las presiones idénticas se establezcan y se mantengan
durante todo el paso de la repetición y el intervalo correspondiente del paso
principal. Esto podría no ser posible, dependiendo del equipo utilizado para
mantener la presión y un sello alámbrico. La práctica poco común de ejecutar la
repetición sin presión superficial adicional, entonces el paso principal bajo presión,
claramente va en contra del propósito entero de la repetición. No hay repetición de
nada, porque las condiciones del pozo no son idénticas para ambos pases. De lo
que antecede, se puede concluir que la única manera de asegurar una sección de
repetición valida es ejecutar los dos pases sin presión superficial (Nelson, 2006).
3.6.1.2 Propiedades Acústicas
La acústica tiene que ver con las características de propagación de las ondas
sonoras. La propagación del sonido es en realidad la compresión y rarefacción
periódico de las moléculas (en el caso de un gas o líquido) o el exprimir y el
estiramiento de la tela de grano (en el caso de un sólido). Cuando este movimiento
se produce en la misma dirección que la propagación de viaje, el fenómeno se
denomina una onda de compresión.
En un sólido, un segundo tipo de onda (la onda de corte) se puede propagar. No
existe en los fluidos. Cuando se pasa a través de un sólido, el tejido de grano vibra
perpendicular a la dirección de propagación de ondas. La onda de corte siempre
viaja más lentamente que la onda de compresión. Velocidades de las ondas
compresionales y de corte están íntimamente relacionadas con las propiedades
elásticas del material (módulo de Young, módulo de corte, y el coeficiente de
Poisson), y son casi independientes de la frecuencia. Estas propiedades elásticas
92
relacionan la tensión, a la deformación en los materiales siguiendo la ley de
Hooke. En los registros de pozos, las ondas sonoras se caracterizan generalmente
por su lentitud (∆T), que tradicionalmente se expresa en µs / pie o µs / m, que es
el inverso de la velocidad (Schlumberger, 2004).
Hoy en día, para la interpretación de registros a hueco entubado, uno es
principalmente interesado en la velocidad de propagación de las ondas de
compresibilidad. El conocimiento de la velocidad de las ondas compresionales a
través del material nos permite determinar la impedancia acústica de compresión
(Z) de este material, tradicionalmente expresado en 106 kg/m2s, también llamada
Megarayleigh (Mrayl) La Figura 23 muestra un cuadro esquemático de la
impedancia acústica en diferentes materiales y fluidos.
Figura 23. Cuadro de impedancia acústica en diferentes materiales.
(Nelson, 2006, Well Cementing)
93
$ = ��% Eq. [6]
Donde:
ρ = densidad del material, (kg/m3) 3
Vc = velocidad de la onda compresional (m/s)
Mientras se propaga a través del material la onda sonora pierde energía. Esta
pérdida de energía, llamada atenuación es característica del material y aumenta
con la frecuencia de onda. No existe una relación general entre la atenuación y la
frecuencia. Para una frecuencia dada la atenuación es normalmente expresada
en decibeles (dB) por unidad de distancia.
& = '() log 10 -.-/01 Eq. [7]
Donde:
A =atenuación de la señal (dB)
Px = presión de la señal (amplitud) en x
PX+L = presión de la señal (Amplitud en x+L
L = distancia entre los dos pintos de medida
94
3.6.2 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LAS FORMACIONES
Las propiedades acústicas de las formaciones tienen una influencia en los
registros acústicos. En términos familiares formaciones rápidas y formaciones
lentas se refiere a la velocidad de sonido. Tradicionalmente, para propósitos de
evaluación de la cementación, una formación es llamada “rápida” cuando el sonido
viaja a través de ella más rápido que a lo largo de la tubería de revestimiento,
menor que 57 µs/ft. Características típicas de formaciones comunes y fluidos
comunes están dadas en la Tabla 1.
Tabla 1. Características acústicas de formaciones y fluidos comunes.
Sólidos no Porosos
Tipo de
material
∆T
(µs ft -1)
Velocidad del Sonido Impedancia acústica
(Mrayl) (ft s -1) (m s -1)
Casing 57.0 17.500 5.334 41.60
Dolomita 43.5 23.000 7.010 20.19
Anhidrita 50.0 20.000 6.096 18.17
Caliza 47.6 21.000 6.400 17.34
Calcita 49.7 20.100 6.126 16.60
Cuarzo 52.9 18.900 5.760 15.21
Yeso 52.5 19.000 5.791 13.61
Hálito 66.6 15.000 4.572 9.33
95
Roca Porosa Saturada de Agua
Tipo de
material
Porosidad
(%)
∆T
(µs ft -1)
Velocidad del Sonido Impedancia
acústica
(Mrayl)
(ft s -1) (ft s -1)
Dolomita 5 a 20 50.0 a 66.5 20.000 a
15.000
6.096 a
4.572
16.95 a 11.52
Caliza 5 a 20 54.0 a 76.9 18.500 a
13.000
5.639 a
3.962
14.83 a 9.43
Arena
Consolidada 5 a 20 62.5 a 86.9 16.000 a
11.500
4.877 a
3.505
12.58 a 8.20
Arena 20 a 35 86.9 a 111 11.500 a
9.000
3.505 a
2.743
8.20 a 6.0
Lutita 58.8 a 143 17.000 a
7.000
5.181 a
2.133
12.0 a 4.3
Fluidos
Tipo de fluido ∆T
(µs ft -1)
Velocidad del Sonido Impedancia
acústica
(Mrayl)
(ft s -1) (ft s -1)
Agua 208 4800 1463 1.46
Agua + 10% NaCl 192.3 5200 1585 1.66
Agua + 20% NaCl 181.8 5500 1676 1.84
Agua de mar 199 5020 1531 1.57
Queroseno 230 4340 1324 1.07
Aire (15 psi, 32oF) 920 1088 331 0.0004
Aire (3000 psi,
2120F)
780 1280 390 0.1
96
3.6.3 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LOS CEMENTOS
La respuesta de los registros a hueco entubado es principalmente dependiente de
las propiedades acústicas del cemento duro. Las propiedades acústicas de las
formaciones son bien conocidas; sin embargo es más difícil de saber aquellas
propiedades acústicas del cemento ya que cambian a través del tiempo. Estas
diferencias fundamentales hacen que los análisis de los registros sean en algunos
casos críticos (Nelson, 2006).
� El registro puede cambiar con el tiempo, por que las propiedades físicas del
cemento están cambiando con el tiempo.
� El cemento no está en el mismo estado físico a lo largo de toda la sarta de
revestimiento. Esto puede producir una gran diferencia en la respuesta de
registro en sartas largas donde una gran diferencia de temperatura existe
entre la parte inferior y superior del cemento.
Las propiedades acústicas de varias combinaciones de cemento en condiciones
ambientales son reportadas en la Tabla 2. Desde estos resultados, aparecen las
lechadas de baja densidad tienen una impedancia acústica baja. Que puede
cambiar significativamente después de varios días. La impedancia acústica de las
lechadas de cemento más densas cambia en menos de 20% entre uno y siete
días. Esto puede ser crítico con huecos de sílice lechadas de microesferas
extendidas las cuales también pueden tener una impedancia acústica baja. Los
cementos espumosos también tienen una impedancia acústica extremamente
baja. Con la calidad (Porosidad) de la espuma alta, sería difícil de diferenciar el
agua del cemento.
97
Tabla 2. Propiedades acústicas de las formulaciones de varios cementos.
Tipo de
lechada
Densidad
(lb/gal)
Tiempo
(días)
Vc
(ms-1)
Z
(Mrayl)
∆Z
(% de Zf día)
Neat G 15.8 1
2
7
3.000
3.250
3.400
5.68
6.16
6.44
0
8
13
Látex +
Microesferas
de Sílice
11.2 1
2
7
1.650
2.200
2.500
2.21
2.95
3.36
0
33
52
Microesferas
de Sílice
4% CaCl
12.0 1
2
7
1.600
1.750
2.000
3.74
4.03
4.32
0
8
16
Silicato
Soluble
13.3 1
2
7
1.750
2.200
2.500
2.79
3.51
3.99
0
26
43
Látex 15.8 1
2
7
2.900
3.150
3.350
5.49
5.97
6.35
0
9
16
18% NaCl 16.1 1
2
7
2.850
3.200
3.375
5.50
6.18
6.51
0
12
18
Hematita 19.0 1
2
7
3.300
3.400
3.530
7.59
7.74
8.04
0
2
6
36% de
calidad de
10.0 7 2.300 2.75 ----
98
espuma
3.6.4 CBL/VDL (REGISTRO DE ADHERENCIA DE CEMENTO)
En la Figura 24 se muestra un diagrama esquemático de una herramienta
representativa del CBL, junto con la sección trasversal de un pozo cementado y
entubado. Hay un transmisor acústico que es usualmente hecho de una cerámica
piezoeléctrica. Hay dos receptores, que también son de cerámica piezoeléctrica,
en la mayoría de las herramientas. Algunos diseños incorporan solo un receptor.
En el primer caso. Los dos receptores generalmente se localizan a 3 pies (0.9m) y
a 5 pies (1.5m) desde el transmisor. En el último caso, donde se usa un solo
receptor este se ubica a 4 pies (1.2m) del transmisor. En algunos ambientes
hostiles las herramientas usan transductores magnetoestrictivos para remplazar
aquellos que usan cerámica. Estos requieren diferentes correcciones de presión y
temperatura. No se muestra en la figura pero es parte esencial, son numerosos
centralizadores para asegurar que la sección del transmisor y el receptor de la
herramienta se mantenga absolutamente centrada en la tubería (Nelson, 2006).
99
Figura 24. Configuración de la herramienta CBL/VDL.
(Nelson, 2006, Well Cementing)
3.6.4.1 Medidas Acústicas del Registro de Adherenci a
El transmisor emite en repetidas ocasiones ráfagas cortas de energía acústica. La
duración de cada ráfaga es de aproximadamente 50 µs, y la tasa de repetición es
de entre 10 a 60 Hz, dependiendo del diseño de la herramienta en particular (y por
ajuste realizado por el ingeniero de registro, en algunos casos). El contenido de
frecuencia de cada ráfaga se centra alrededor de 20 kHz para las herramientas de
mayor diámetro (mayor que 3 pulgadas o 8 cm) y alrededor de 30 kHz para
100
herramientas diámetro menor (menos de 2 pulgadas o 5 cm). En el intervalo de
tiempo entre las explosiones del transmisor, el receptor recoge la señal y hace que
las medidas de registro de adherencia. La mayor parte de la señal de interés llega
al receptor dentro de uno o dos milisegundos después de la ráfaga de transmisión
(Nelson, 2006).
La ráfaga del transmisor crea un frente de onda aproximadamente esférica que
se expande lejos de la herramienta en todas las direcciones. A medida que el
frente de onda choca contra la pared interior de la tubería de revestimiento, se
refracta de acuerdo con la ley de Snell. Hay una dirección particular de
desplazamiento del frente de onda que se traducirá en una refracción hacia abajo
de la tubería. Este es el "ángulo crítico". Es aproximadamente de 16,5o con agua
fresca en el agujero. La parte del frente de onda que se refracta hacia abajo de la
tubería en última instancia, determina la "amplitud" y "tiempo de tránsito", medidas
que aparecen en el registro. Algunas partes del frente de onda original viaja
directamente a través del lodo, y algunas piezas se refracta en el espacio anular y
la formación. Parte de este último finalmente llega al receptor como una señal de
formación, y la primera muestra como ondas de lodo (Rouillac, 2004).
La Figura 25 es una representación esquemática de los diversos caminos la cual
la ráfaga original puede seguir y aun así llegar al receptor. Las formas de onda en
la figura están destinadas a transmitir los tiempos relativos de llegada de energía
acústica que haya recorrido a lo largo de los diversos caminos. La onda que se
refracta directamente por la pared de tubería de revestimiento por lo general llega
primero a causa de la alta velocidad del sonido en el acero combinado
relativamente con la distancia corta. Un sonido relativamente bajo en velocidad en
los fluidos dar como resultado la onda de lodo que llega muy tarde, a pesar de
tener la distancia más corta para viajar. El tiempo de llegada de la onda de la
formación, tanto de corte y de compresión, es muy variable. La señal del receptor
será una mezcla, o compuesto, de las ondas de todos estos caminos. La
101
interpretación de la medición del registro de adherencia real depende de que la
onda de la tubería de revestimiento llegue antes que nada. Si el espacio anular
contiene un fluido, entonces poca energía llegara a la formación y al receptor.
Figura 25 . Patrones de onda de sonido
(Nelson, 2006, Well Cementing)
La onda llamada de tubería de revestimiento es la porción de la ráfaga acústica
original que se propaga directamente por la pared de la tubería. Se pierde energía
en el espacio anular, pozo cuando se propaga, debido al acoplamiento y
cizallamiento con los materiales adyacentes. Cuanto mayor es el acoplamiento de
cizallamiento, mayor será la energía "perdida" en los materiales adyacentes. La
pérdida en el pozo es baja y constante, por lo que la pérdida del espacio anular es
102
la variable. La tasa de esta pérdida se refleja en la "amplitud" o "atenuación" que
aparece en el registro. Cabe esperar que haya poca atenuación de la señal de la
tubería de revestimiento si hay un líquido en el espacio anular. De hecho, todos
los fluidos se verán igual porque no hay acoplamiento de corte de ningún fluido
Esta es también la razón por la que incluso una brecha microscópica de unas
pocas milésimas de una pulgada entre la tubería y el cemento, se es referida
como un "microanular," y tiene un fuerte efecto sobre la señal.
3.6.5 DESCRIPCIÓN DE LA ONDA ACÚSTICA DESPLEGADA PO R EL VDL
La presentación de toda la onda acústica provee alguna información acerca del
trabajo de cementación. El verdadero compuesto de la señal recibida es
presentado en la Figura 26, se utiliza en la interpretación del registro de
adherencia Si bien su uso en la interpretación de los registros de adherencia es
principalmente cualitativo en presente, que contiene toda la información disponible
en forma de "imagen". Hay dos formas de presentar o mostrar esta señal en el
registro. Uno de ellos es para mostrar una forma de onda real. Se tiene la
desventaja de que no es una indicación continua con la profundidad, pero una
pantalla discreta que por lo general muestra una forma de onda para cada 2 a 4
pies (0,6 a 1,2 m) de profundidad del pozo. La otra presentación es la pantalla
"intensidad variable". Una amplitud de cero es convertida en una intensidad de
nivel medio. Amplitudes positivas tienen mayores intensidades (oscuras), a
medida que estas son mas positivas. Amplitudes negativas tienen intensidades
menores (tonos mas claros), a medida que estas son mas negativas. Escalas de
intensidad continua y discreta (cinco niveles) son usadas en la industria. Esta
presentación es continua con la profundidad y fácil de leer, pero depende de la
103
intensidad o la oscuridad para transmitir la información. Esto supone una gran
demanda en la producción de registros y reproducción de técnicas (Nelson, 2006).
Figura 26. Presentación de la forma de la señal de onda completa de la
herramienta CBL
(Nelson, 2006, Well Cementing)
104
En las herramientas de múltiples receptores, la muestra de onda completa por lo
general proviene del receptor que ubica a 5-pies (1.5 m). El aumento de la
distancia entre el transmisor y el receptor tiene la ventaja de que los diversos
constituyentes de la onda compuesta se separan el uno del otro, por que el efecto
de las diferencias de su velocidad es más pronunciada medida que aumenta la
distancia. Sin embargo, el espaciamiento mayor es problemático porque la onda
recibida es más atenuada. Dado que muestra de onda completa se utiliza
cualitativamente en la mayoría de los casos, la atenuación muy alta a 5 pies (1,5
m) no es un problema, porque las características cualitativas son todavía distintas
(Rouillac, 2004).
3.7 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL CBL Y VDL
El análisis de la onda reflejada solo nos da información cualitativa sobre el trabajo
de cementación, si el cemento está bien adherida a la tubería de revestimiento la
mayoría de la energía sónica dejará la tubería de revestimiento y pasará al
cemento, las ondas de la tubería de revestimiento tendrán una amplitud
extremamente baja. Si el cemento está bien adherido a la formación la energía
sónica pasará del cemento a la formación. Las ondas sónicas se propagarán
(Ondas compresionales y de corte) y se atenuarán a través de la formación. Ya
que las formaciones no son perfectamente homogéneas, sus propiedades
acústicas cambian con la profundidad. Patrones ondulados de las formas de onda
recibidas son el perfecto ejemplo de esta indicación cualitativa de un buen acople
acústico entre el cemento y la formación, y también del cemento y la tubería de
revestimiento (Nelson, 2006).
105
Formaciones no consolidadas generalmente se encuentran a poca profundidad,
este tipo de formaciones tiene una atenuación de sonido fuerte. El VDL no
muestra ondas de la formación ya que su amplitud es muy baja.
Formaciones rápidas son aquellas las cuales el sonido viaja más rápido que a lo
largo de la tubería de revestimiento. Los patrones ondulados de la formación en el
VDL se ven mucho antes que las ondas de la tubería de revestimiento
generalmente, tanto la adherencia de la tubería del revestimiento con el cemento
y el cemento a la formación son buenos.
Formaciones salinas, las cuales son altamente plásticas, tienen poca
heterogeneidad. A través de dicha zona, el VDL es muy regular la mayoría del
tiempo, algunas veces se muestra similar a la atenuación de una tubería libre.
En tuberías de revestimiento concéntricas si la tubería de revestimiento interior
está bien cementada, el VDL mostrará la calidad de los trabajos de cementación
previos, pero a menudo muestra líneas paralelas como en una tubería libre.
Cuando el espacio anular entre las dos tuberías de revestimiento está bien
cementado la tubería de revestimiento anterior se ve en el VDL. A menudo en este
tipo de situación un aparente incremento en la frecuencia se ve en la señal, la
cual es visible en el VDL, por un gran número de líneas negras delgadas y líneas
blancas (Nelson, 2006).
Contacto íntimo entre la tubería de revestimiento y la formación ocurre cuando la
tubería de revestimiento no está bien centrada aún cuando no está bien
cementada, los arribos de la onda de la formación podrán llegar al VDL. La onda
de la tubería de revestimiento también es muy fuerte.
106
3.7.1 DATOS CUALITATIVOS TOMADOS DE LA ONDA ACÚSTI CA
Los primeros ciclos de onda del recibidor se muestran en la Figura 27. El convenio
tradicional en los registros acústicos es de marcar la mitad de los ciclos como se
muestran, E1, E2, E3,…., con los números impartes refiriéndose a los topes
positivos y los números pares a los topes negativos. Los primeros ciclos serán la
onda de la tubería de revestimiento.
Figura 27 . Nomenclatura de forma de onda sónica
(Nelson, 2006, Well Cementing)
107
La premisa subyacente en el registro de adherencia cualitativa es que la fuerza de
la señal de la tubería de revestimiento es una función del material anular
adyacente a la tubería, por lo que es necesario para medir la fuerza de la señal de
la tubería de revestimiento. De esta premisa, y las consideraciones expuestas en
el párrafo precedente, se deduce que "cuanto más pronto, mejor." En otras
palabras, la primera parte significativa de la onda (es decir, el E1) se debe medir,
pero es este pico es muy pequeños que los siguientes. Por lo tanto, todos los
esquemas concebibles que se han llevado a cabo para cuantificar la "Fuerza de la
señal de tubería de revestimiento ", incluyendo la medición de los topes de
amplitud E1, E2, E3 (Rouillac, 2004).
El área bajo los ciclos medios y el área bajo múltiples ciclos. Por esta razón las
curvas del registro generados por diseños de herramientas diferentes en el mismo
pozo y al mismo tiempo se pueden ver completamente diferentes. Ya que no hay
una descripción analítica de la onda de forma recibida en términos de geometría,
parámetros físicos envueltos, no hay medidas correctas definitivas, esquema que
debe aplicarse a la forma de onda.
La primera medida cualitativa realizada a una onda completa es el tiempo de
tránsito de la onda que se disparó desde el transmisor. Esto se conoce como
tiempo de tránsito. El valor de la medida actual dependerá del nivel de umbral y el
uso de los picos positivos y negativos.
El tiempo medido también dependerá del tamaño del diámetro interno de la tubería
de revestimiento y el diámetro externo de la herramienta, así como la velocidad
del sonido en los fluidos del pozo. Debido al umbral (necesario para evitar el
sonido), el tiempo de medida incrementa ligeramente como la amplitud del
medio ciclo correspondiente como se muestra en la Figura 28, decae cerca del
nivel del umbral. Cuando la amplitud decae debajo del umbral, el tiempo de arribo
del siguiente medio ciclo es medido, E3, por lo tanto el tiempo de tránsito medido
responde a cambios en la amplitud de una manera brusca (Nelson, 2006).
108
Algunas veces es asumido (erróneamente) que la curva de tiempo de tránsito
tiene que ver con el cemento. De hecho su función más valiosa es una de control
de calidad. Siempre y cuando la amplitud este por encima del nivel del umbral (en
el orden de 5 mili voltios), la curva del tiempo de tránsito es una medida altamente
sensible de la herramienta con la centralización del tubo.
Figura 28 . Extensión del tiempo de tránsito de una tubería de revestimiento bien
adherida.
(Nelson, 2006, Well Cementing)
109
La segunda medida cuantitativa hecha en la onda es la medida de amplitud en la
cual una evaluación cuantitativa del cemento se puede hacer. Ya que el tiempo
de llegada del pico está relacionado con la geometría de la herramienta CBL y la
tubería de revestimiento, y las propiedades de los fluidos del pozo, la amplitud
medida puede ser de diferentes maneras usando una ventana “Ventana Fija” o
una “Ventana Deslizante”. La técnica empleada comúnmente es de posicionar la
ventana fija sobre el intervalo de tiempo del tope deseado, preferiblemente en E1
medio ciclo. Por ejemplo el intervalo de tiempo durante en la cual la amplitud de la
onda completa es medida se fija o se mantiene constante en relación con el
tiempo de disparo del trasmisor. La correcta configuración de esta ventana es un
paso crucial para obtener una curva de amplitud válida en el registro de
adherencia (Nelson, 2006).
Cuando la ventana deslizante es usada en el CBL, la curva muestra una amplitud
máxima medida dentro de un intervalo de tiempo situado inmediatamente después
de la detección de una señal mayor que el nivel de detección prestablecido. Esta
medida es cuantitativamente útil solo cuando la primera mitad del ciclo se mide.
Sin embargo, este no es el caso cuando la amplitud de la señal de la tubería de
revestimiento real cae por debajo del parámetro dado (Rouillac, 2004).
3.7.2 RANGO DE ATENUACIÓN DEL CBL
A sido probado que varios parámetros tienen una influencia en la medición de
amplitud tales como: la calibración de la herramienta, la centralización de la
herramienta, presión, temperatura, fluidos del pozo, tamaño de la tubería de
revestimiento y grosor, grosor del cemento, microanillos, espacio entre el
transmisor y el receptor, etc. Para reducir la sensibilidad de la medida y cuantificar
110
los resultados como función del cemento es necesario hablar en términos del
rango de atenuación (Rouillac, 2004).
El rango de atenuación del CBL puede ser calculado por dos amplitudes medidas
en la misma señal transmitida a dos diferentes receptores de acuerdo a la
siguiente fórmula.
& = −20� 2345( 61561' Eq. [8]
Donde:
E11 = Amplitud de E1 en el receptor 1.
E12 = Amplitud de E1 en el receptor 1 y 2.
3.8 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL CBL
Experimentos han probado que el rango de atenuación es lineal relacionado con
el porcentaje de la circunferencia de la tubería de revestimiento adherida al
cemento. Figura 29 muestra un cuadro esquemático, en la cual el concepto del
índice de adherencia fue descrito.
El índice de adherencia es la única información cuantitativa que puede ser
derivada del CBL, sus cálculos requieren de conocimiento de la respuesta del
registro en la sección del pozo cementado, la cual es usado como una referencia
para el cálculo de A 100% Cementado (Haldorsen, 2005).
111
Figura 29 . Relación entre el porcentaje de adherencia y el porcentaje de
atenuación del CBL
(Nelson, 2006, Well Cementing)
78 = &(9)&(100%%;#;<=>?3) Eq. [9]
Donde:
A = Rango de atenuación del CBL.
La ecuación del índice de adherencia puede ser resuelta gráficamente usando
papel semi-logarítmico una vez que la amplitud del cien por ciento de la tubería
cementada es conocida.
La variación del rango de atenuación es una función del cemento, tamaño de
tubería del revestimiento y grosor que lleva a la construcción de un famoso
112
nomograma conocido como carta de interpretación del CBL. Este nomograma da
una correspondencia de cómo influye la señal del CBL y la fuerza compresiva del
cemento como se muestra en la Figura 30.
La interpretación del CBL/VDL se restringe a una evaluación de la colocación de
cemento en relación con la calidad del cemento. Los parámetros del pozo, eventos
del trabajo de cementación, y trabajos previos y posteriores del historial del pozo
son requeridos para hacer una evaluación del CBL lo mejor posible. Los
parámetros del pozo y eventos del trabajo de cementación son necesarios para
calcular la respuesta del registro esperado.
113
Figura 30 . Carta de interpretación CBL.
(Schlumberger, 2009, Log Interpretation Charts)
114
3.8.1 FORMATO DE PRESENTACIÓN DEL REGISTRO DE ADHER ENCIA
El registro de adherencia viene en un formato estándar de tres trayectorias con la
trayectoria de profundidad entre los datos de la trayectoria 1 y 2 como se muestra
en la Figura 31. La trayectoria 3 contiene la onda completa ya sea en forma de
ondas o de intensidad variable. La escala común es de 200 a 1200 µs, sin
embargo otras escalas son disponibles por varias compañías por causas
especiales (Nelson, 2006).
La trayectoria 2 contiene las curvas de amplitud y/o rango de atenuación. La
curvas de rango de atenuación son usualmente presentadas en una escala de 20
a 0 decibeles sobre pies. La escala de la curva de amplitud no es estandarizada,
sin embargo de 0 a 100 o de 0 a 50 milivoltios son los más comunes con una
curva de amplificación presentada en una escala de 0 a 20 o de 0 a 10 milivoltios.
La doble escala es muy importante porque las lecturas de tubería libre se acercan
a las 100 milis voltios (o más), mientras que la resolución muy fina de un milivoltio
o quizás menos pueda ser requerida en amplitudes muy bajas. Ya que el rango
de atenuación es inertemente logarítmico en términos de amplitud, solo se
necesita una escala (Rouillac, 2004).
La trayectoria 1 tradicionalmente contiene las medidas del tiempo de tránsito y
también la curva de correlación (registro de rayos gamma o neutrón). El casing
collar es usualmente encontrado aquí, pero también puede aparecer en la
trayectoria de profundidad o en la trayectoria número 2. Una escala para el tiempo
de tránsito de 3 pies convencional es de 200 a 400 µs. Esta escala única tiene la
ventaja de trabajar para casi todos los tamaños de tuberías de revestimiento. Sin
embargo, los pequeños cambios en el tiempo los cuales corresponden a una
mayor excentricidad (de 4 a 5 µs son los límites recomendados) requieren una
escala más sensible (100 µs de ancho) (Nelson, 2006).
115
Figura 31 . Formato estándar de las tres trayectorias del registro de adherencia.
(Nelson, 2006, Well Cementing)
116
3.9 CONTROL DE CALIDAD DEL CBL Y VDL
El control de calidad del CBL y VDL se puede dividir en procedimientos paso a
paso. Los primeros dos pasos se aplican para todos los registros, el CBL tiene
curvas especiales para el control de calidad que es la curva de tiempo de
tránsito.
Según FitzGerald 1983 y Vigelow, 1985 afirman que “Si en el registro no está
presente la curva del tiempo de tránsito va ser imposible realizar un control de
calidad, y la evaluación va a ser restringida”.
Si comparamos el tiempo de tránsito medido con el tiempo de tránsito esperado (el
tiempo requerido para que la onda de sonido viaje desde el transmisor al receptor
a través del registro y a lo largo de la tubería de revestimiento lo cual es
normalmente el recorrido más corto), la siguiente conclusión se puede establecer
(Nelson, 2006).
El tiempo de tránsito corto es una indicación, ya sea por una pobre
descentralización de la sonda o una formación rápida. Sobre el tema de
excentricidad se han hecho recomendaciones que si el tiempo de tránsito no
decae a 4us se va a considerar aceptable.
Esto corresponde una excentricidad de cerca de 1/8 pulgadas (0.32 cm) en agua
fresca. Ya que está cantidad de excentricidad reduce la amplitud por más del 25%,
esta recomendación es razonable (Rouillac, 2004).
Tiempos de tránsito ligeramente largos son generalmente una indicación de una
buena adherencia, y deben corresponder razonablemente a bajas amplitudes, el
concepto de índice de adherencia es aplicado. Si la amplitud del CBL se mantiene
alta hay que comprobar cualquier interferencia debido al grosor pequeño del
117
cemento y el alto contraste de la impedancia acústica de la interface externa del
cemento.
Tiempos de tránsito largos (>15 µs) son llamados skips (saltos). En este caso, E1
es normalmente muy pequeño para ser detectado; esto quiere decir, que existe
una buena adherencia entre el cemento y la tubería de revestimiento, un ciclo de
salto se refiere a un ciclo de una onda original (50 µs para una señal de 20 kHz),
en este caso en modo de ventana fija es la amplitud del CBL debe estar debajo del
nivel de detección y el concepto de índice de adherencia se aplica. Sin embargo,
es bastante común tener saltos estables de más de 20us pero menores que 50 µs.
Esto es debido a las reflexiones de energía a la interface externa del cemento,
mejorada por un contraste de la impedancia acústica. Si es aplicado en esta
situación el concepto de índice de adherencia nos llevará a conclusiones erróneas
porque la amplitud medida no era E1.
3.10 PARÁMETROS DEL POZO QUE INFLUENCIAN AL CBL
• La presión y temperatura, entre más profundo el pozo mayor será la presión y
temperatura y para todos los materiales, la velocidad de atenuación del sonido
dentro de los fluidos del pozo serán afectadas por las condiciones del pozo. La
respuesta de los transductores también va a variar.
• Propiedades de los fluidos del pozo tienen un efecto en los dos, tiempo de
tránsito y la amplitud del CBL.
118
• Grosor y tamaño de la tubería de revestimiento, cuando mayor es el tamaño
de la tubería de revestimiento mayor será el camino a través del pozo en
donde alguna atenuación se produce. Conduce a una disminución en la
amplitud de tubería libre para incrementar los tamaños de tuberías de
revestimiento. En tubería cementada, la experiencia también muestra que para
el mismo cemento la amplitud del CBL es mayor en una tubería de
revestimiento grande. Esto puede ser fácilmente explicado por el incremento
del grosor del acero, que proporciona un menor rango de atenuación y también
por la reducción en la separación efectiva.
• Grosor del cemento, cuando el grosor del cemento es demasiado pequeño,
reflexiones de energía en la interface externa del cemento puede interferir con
la señal de la tubería de revestimiento. Estas interferencias son principalmente
vistas en sartas concéntricas, o en agujeros cilíndricos con un espacio anular
pequeño y tuberías bien centralizadas. Para determinar si las reflexiones
intervienen con E1, es necesario medir adecuadamente el tamaño del agujero y
las propiedades acústicas del cemento cuando se corre el registro.
• En el caso especial de sartas concéntricas, en la resonancia de la tubería de
revestimiento externa induce a perturbaciones en la señal, que lleva a un
aparente incremento de la frecuencia de los primeros arcos de la forma de
onda.
• Formaciones Rápidas, el bien conocido término del efecto formaciones rápidas
es la disminución en el tiempo de tránsito. Debido a la trayectoria de la energía
a través de la formación, no es posible de cuantificar los resultados con el
índice de adherencia, pero una evaluación cualitativa es posible. Si es
suficiente propagación de energía sonora a través de la formación para
interferir en la primera parte de forma de onda, eso indica que un buen enlace
119
acústico existe entre la tubería de revestimiento y la formación. La mayor parte
del tiempo esto implica una buena adherencia.
3.11 PARÁMETRO DEL TRABAJO DE CEMENTACIÓN QUE
INFLUENCIA AL CBL
La falla más común en la cementación es la mala remoción de lodo, y una pobre
remoción del lodo produce una mala adherencia. Otros casos de una mala
cementación son muy obvios tales como una mala centralización de la tubería de
revestimiento, lechada de cemento más ligera que el desplazamiento de lodo a
velocidades de flujo bajas, lechadas de cemento delgadas bombeadas detrás de
fluidos viscosos a velocidades bajas de flujo. Esto puede ser determinado por un
análisis de registro previo proporcionando información real del trabajo de
cementación tales como la densidad de la lechada, tasa de flujo, y presión.
Ya que las lechadas de diferentes densidades normalmente tienen diferentes
propiedades acústicas, debe ser fácil de detectar la transición entre los diferentes
tipos de lechadas en el registro. Un índice de adherencia del registro se debe
calcular sección por sección, sin olvidar que el espesor mínimo de cemento es
necesario para aplicar estas normas, también depende de las propiedades
acústicas del cemento. A veces es posible estimar la remoción del lodo mediante
la comparación del tope del cemento esperado con el calculado a partir de una
geometría del agujero y volúmenes.
120
3.12 MICROANILLOS
Un microanillo se define como un pequeño espacio entre la tubería de
revestimiento y el cemento (aproximadamente de 0.01 mm a 0.1mm). Un
microanillo puede ser el resultado de una mala interpretación del registro de CBL
Y VDL. Los microanillos pueden ser causados por temperatura, depósitos de
costra de lodo y fuerzas de restricción. En la práctica común es necesario aplicar
1000 a 1500 psi de presión a la tubería de revestimiento para cerrar el espacio.
121
ANÁLISIS Y RESULTADOS
4 ANÁLISIS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN
CBL Y VDL EN EL POZO AUCA SUR 11D
En el presente capitulo se mostrará mediante tablas y gráficos el análisis y la
interpretación del registro CBL Y VDL corrido en el pozo Auca Sur 11D la siguiente
Tabla 3 nos indica características del pozo y la tubería de revestimiento.
Tabla 3. Características del pozo Auca sur 11D.
TAMAÑO DEL POZO Y TUBERÍ A DE REVESTIMIENTO
BARRENA
Tamaño de barrena (in) 8.5
Cima del perforador (ft) 9358
Cima Registrada (ft) 9358
Fondo del perforador (ft) 10050
Fondo Registrado (ft) 10050
TUBERIA DE REVESTIMIENTO
Tamaño (ft) 7
Peso (lbm/ft) 26
Diámetro interno (in) 6.276
Grado C95
Cima del perforador (ft) 9150
Cima registrada (ft) 9150
Fondo del perforador (ft) 10048
122
Fondo registrado (ft) 10048
La sección cementada usa una tubería Liner de 7 pulgadas (18 cm) de 23 lbm/ft.
El tamaño promedio del agujero es de 10 y 15 pulgadas (25 cm y 38 cm) para una
barrena de 8 ½ pulgadas (21 cm). La tubería de revestimiento fue cementada
usando dos diferentes lechadas, fluidos espaciadores y lavadores con diferentes
densidades con diferentes tiempos de bobeo como nos muestra el Tabla 4.
Tabla 4. Características de los fluidos para la cementación del Liner del pozo Auca sur 11D.
FLUIDO NOMBRE Densidad Caudal Volumen Tiempo
[lb/gal] [bpm] [bbl] [min] Premezcla de Lechada Tail 60
Lavador Mud Flush 8,4 4 15 4 Ácido MCA 8,6 4 20 5
Lavador Mud Flush 8,4 4 15 4 Espaciador Tuned Spacer III 10,0 3 35 12
Lavador Mud Flush 8,4 4 20 5 Cemento Lead - VersaCem 16.6 4 5 1 Cemento Tail - LifeCem 16.6 4 33 8
Asentamiento del tapón 5 Agua Agua 8,4 10 50 5 Lodo lodo 9,1 9 107 12 Lodo lodo 9,1 5 10 2 Lodo lodo 9,1 9 25 3 Lodo lodo 9,1 5 10 2
El registro CBL y VDL fueron corridos semanas después de haber completado el
trabajo de cementación. En la Figura 32 se muestra el diagrama del pozo. En la
Figura 33 se muestra la configuración de la herramienta que se utilizó en Auca sur
11D.
123
Figura 32. Diagrama del pozo Auca sur 11D.
124
Figura 33. Diagrama de la Herramienta CBL VDL
(Petroecuador 2012)
125
4.1 CORRIDA DEL REGISTRO DE EVALUACIÓN DE CEMENTACIÓN EN EL POZO AUCA SUR 11D
El registro CBL Y VDL fue corrido el 30 de enero del 2012 el intervalo registrado
fue desde los 9150 pies hasta los 9980 pies con una corrección en la profundidad
de 2.54 pies como se muestra en la Figura 34.
126
127
128
Figura 34. Corrida del registro CBL Y VDL en el pozo Auca sur 11D.
(Petroecuador 2012)
129
4.1.1 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL REGISTRO CORRI DO EN
AUCA SUR D11
El registro fue corrido con 500 psi de presión en la cabeza del pozo, los valores
esperados para la tubería de revestimiento son los siguientes.
Para la el intervalo registrado de 9150 y 9370 pies se puede observar que la
amplitud del CBL es alta, va en un rango de 35 a 38 milivoltios lo que nos indica
que no se realizo trabajos de cementación en ese intervalo y que la tubería esta
libre, la amplitud alta del registro CBL corresponde con los arribos de las ondas de
la tubería de revestimiento sin llegada de ondas de la formación en el registro
VDL.
También se puede apreciar que en los intervalos 9150 – 9160, 9190 – 9200, 9240
9248, 9284 – 9288 y 9372 - 9374 en el registro VDL se observa las llegadas de
los collares de a tubería de revestimiento (casing collars) ya que muestra patrones
de onda distorcionada.
En el intervalo de 9380 a 9440 encontramos el tope del cemento para el liner de 7
pulgadas este intervalo no se encuentra adherido correctamente al casing por lo
cual encontramos canalizaciones en los intervalos 9388 hasta los 9398, la
amplitud del registro CBL va en un rango de 5 mv hasta los 40 mv. En el registro
VDL confirma esta lectura con arribos de la tubería más fuertes que el de la
formación.
En el intervalo de 9450 a 9500 encontramos un típico problema de formaciones
rápidas, el registro VDL nos muestra que las ondas de formación llegan mucho
antes que las ondas de tubería. La amplitud del registro CBL, muestra un rango de
5 mV a 25 mV, lo cual nos llevaría a mal interpretar el registro y tener lecturas de
una mala adherencia del cemento a la tubería y a formación.
130
El intervalo de 9504 a 9524 tenemos una pobre adherencia de del cemento a la
tubería de revestimiento debido a canalizaciones o microanillos que impiden la
adherencia del cemento a la tubería de revestimiento por efectos de fluido o gas.
El registro VDL corrobora esta interpretación ya que muestra arribos fuertes de la
tubería de revestimiento mostrando formas de onda paralelas. Y arribos pobres de
la formación.
El intervalo de 9546 y 9606 el registro CBL muestra una amplitud que llegan a los
45mV donde indican una trabajo de mala cementación ya que el registro VDL
muestra fuertes ondas de la tubería de revestimiento.
A partir del intervalo 9630 has 9860 se registran amplitudes de 1mv a 5m donde
se puede aclarar que se hizo un buen trabajo de cementación y hay una buena
adherencia de la tubería de revestimiento al cemento y el cemento a la formación.
En este intervalo existen pequeñas anomalías donde se puede encontrar
microanillos tal es el caso del intervalo de los 9752 a los 9770.
4.1.2 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL REGISTRO CORR IDO
EN AUCA SUR D11
Para poder interpretar los registros de evaluación cualitativamente debemos
conocer con claridad las características de la tubería de revestimiento utilizada
durante el trabajo de cementación, ya que por medio de esta información
podremos determinar la atenuación en decibeles de la tubería de revestimiento
que se ah medido en el CBL en amplitud y transformarla en fuerza compresiva del
cemento adherido, y por medio de estos datos determinar el índice de adherencia.
131
Pruebas de laboratorio han determinado que si obtenemos un resultado de BI=0.8
la adherencia del cemento es considerada como un buen aislamiento hidráulico.
Valores menores a 0.8 significan que no hay una buena adherencia del cemento.
La figura 35 muestra la longitud del intervalo continuo requerida para calcular el
índice de adherencia de los diferentes diámetros de tubería de revestimiento, eh
indicando la longitud necesaria de la tubería utilizada durante la cementación del
pozo Auca Sur D11.
Figura 35. Aislamiento Hidráulico
(Schlumberger 2009, Log Interpretation Charts)
132
Ahora se procederá a utilizar la carta de interpretación CBL para encontrar los
datos previamente mencionados.
4.1.2.1 Descripción para utilizar la tabla
La amplitud que se registro por medio del CBL es una medida de atenuación en
decibeles que puede ser traducida a índice de adherencia (BI) y la fuerza
compresiva (psi) del cemento en el tiempo que se registro.
Encontramos en la cartilla con el valor de la amplitud del CBL en el eje de las Y,
movemos hacia arriba paralelamente a las líneas de 450, intersecar el tamaño de
tubería de revestimiento aproximado. En ese punto nos movemos horizontalmente
hasta llegar a la escala de atenuación en el eje de las Y derecho. Desde este
punto dibujamos una línea hasta llegar al valor del espesor de la tubería de
revestimiento adecuada para intersecar el valor de la fuerza compresiva del
cemento.
Se van a tomar en consideración los intervalos a partir de 9380, ya que desde ese
punto se registró el tope de cemento hasta los 9860 que es el punto donde se
termino el registro.
El primer intervalo de 9380 a 9390 se tiene una amplitud menor de 1 mv y una
amplitud mayor de 24 mv. Utilizando los datos de la tubería de revestimiento
obtenidos en la Figura 36, usada para el trabajo de Cementación utilizamos la
tabla de nomenclatura de tuberías de revestimiento para hallar el espesor de la
tubería eh ingresamos la información en la carta de interpretación del CBL
visualizada en la Figura 37.
133
Figura 36. Nomenclatura de las diferentes tuberías de revestimiento.
(Schlumberger 2009, Log Interpretation Charts)
134
Figura 37. Interpretación cuantitativa del intervalo 9380 y 9390 por medio de las cartas de interpretación CBL.
(Schlumberger 2009, Log Interpretation Charts)
135
Los datos obtenidos de la carta de interpretación del CBL nos indica que este
intervalo la tubería de revestimiento tiene una atenuación de 4.8 db/ft y una fuerza
compresiva del cemento de 60 psi, presión que se obtuvo de la carta de
interpretación.
Para encontrar el Índice de Adherencia determinamos el valor más bajo de
atenuación registrado en ese intervalo que es de 1 mv. Los resultados expresan
que la atenuación en 1 mV en la tubería es de 12.3 db/ft y la fuerza compresiva del
cemento es de 4200 psi datos obtenidos de la carta de interpretación. Con los
valores obtenidos de decibeles procederemos a utilizar la ecuación del índice de
adherencia.
78 = &=;<@>%A3<?;2>$3<>?;8<=;B;�&=;<@>%A3<?;2>$3<>100%C;#;<=>?>
78 = 4.8?D/�=12.3?D/�=
78 = 0.39
Eq. [10]
En índice de adherencia del 39% significa que el 39% de la tubería de
revestimiento esta adherida al cemento. Esta zona no es signo de una buena
adherencia, ya que el valor deseado para considerar una buena adherencia es del
80% en adelante en un intervalo de 10 pies para una tubería de 7 pulgadas.
136
Para los siguientes intervalos se utilizará una tabla representativa con sus
respectivos valores de atenuación de la tubería de revestimiento y fuerza
compresiva del cemento.
Tabla 5. Interpretación cualitativa del registro Auca Sur D11
INTERVALOS
Atenuación
Máxima
(mv)
Atenuación
Mínima
(mv)
Decibel
Máximo
(db/ft)
Decibel
Mínimo
(db/ft)
Fuerza
compresiva de
cemento (psi) BI (%)
9390 a 9400 27 1 3,2 12,3 60 0,26
9400 a 9410 25 1 3,4 12,3 70 0,28
9410 a 9420 20 1 3,8 12,3 90 0,31
9420 a 9430 38 1 2 12,3 20 0,16
9430 a 9440 21 1 3,7 12,3 90 0,30
9440 a 9450 49 1 1,2 12,3 5 0,10
9450 a 9460 25 1 3,5 12,3 70 0,28
9460 a 9470 16 1 4,6 12,3 195 0,37
9470 a 9480 20 1 3,8 12,3 90 0,31
9480 a 9490 10 1 5,8 12,3 350 0,47
9490 a 9500 15 1 4,7 12,3 200 0,38
9500 a 9510 27 1 3,2 12,3 60 0,26
9510 a 0520 23 1 3,5 12,3 75 0,28
9520 a 9530 19 1 4 12,3 120 0,33
9530 a 9540 20 1 3,8 12,3 90 0,31
9540 a 9550 49 1 1,2 12,3 5 0,10
9550 a 9560 32 1 2,4 12,3 42 0,20
9560 a 9570 15 1 4,7 12,3 200 0,38
9570 a 9580 10.5 1 5,7 12,3 340 0,46
9580 a 9590 20 1 3,8 12,3 90 0,31
9590 a 9600 16 1 4,6 12,3 195 0,37
9600 a 9610 8 1 6,4 12,3 580 0,52
9610 a 9620 8 1 6,4 12,3 580 0,52
9620 a 9630 8 1 6,4 12,3 580 0,52
9630 a 9640 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
9640 a 9650 2.5 1 10 12,3 2000 0,81
9650 a 9660 2.5 1 10 12,3 2000 0,81
137
9660 a 9670 3 1 9,2 12,3 1700 0,75
9670 a 9680 7 1 6,8 12,3 620 0,55
9680 a 9690 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
9690 a 9700 2.5 1 10 12,3 2000 0,81
9700 a 9710 3 1 9,2 12,3 1700 0,75
9710 a 9720 2.5 1 10 12,3 1300 0,81
9720 a 9730 6 1 7,4 12,3 750 0,60
9730 a 9740 5 1 7,8 12,3 800 0,63
9740 a 9750 7 1 6,8 12,3 620 0,55
9750 a 9760 5 1 7,8 12,3 800 0,63
9760 a 9770 5 1 7,8 12,3 800 0,63
9770 a 9780 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
9780 a 9790 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
9790 a 9800 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
9800a 9810 11 1 5,5 12,3 360 0,45
9810 a 9820 7.5 1 6,6 12,3 540 0,54
9820 a 9830 3 1 9,2 12,3 1700 0,75
9830 a 9840 2 1 10,6 12,3 2500 0,86
9840 a 9850 2 1 10,6 12,3 2500 0,86
9850 a 9860 4 1 8,5 12,3 1300 0,69
Como se puede observar en la tabla 5 obtuvimos valores menores al 80% de
índice de adherencia en varios de los intervalos calculados, lo que demuestra que
no existe un acople acústico entre los diferentes materiales y que es posible
requerir una cementación forzada.
138
4.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS REGISTROS DE
CEMENTACIÓN CBL Y VDL
4.2.1 VENTAJAS
• Los registros toleran bien todo tipo de fluidos.
• Toleran la corrosión del revestidor.
• Responde a una buena adherencia del revestidor – cemento – formación.
• El registro VDL da un buen resultado de adherencia revestidor – cemento.
4.2.2 DESVENTAJAS
• La amplitud alta del CBL es ambigua ya que es muy cesible a microanillos
húmedos, canalizaciones, contaminación de cemento, lechada ligera
mezclada con lechada de cola, formaciones rápidas.
• Una baja amplitud no asegura una adherencia del 100%.
139
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
• Los registros eléctricos son registrados por medio de una señal eléctrica
que está sujeta a precauciones, especialmente cuando la señal ha sido
procesada. La impedancia acústica del cemento solo es uno de varios
parámetros que influencian a los registros acústicos.
• El conocimiento del trabajo de cementación, historial del pozo, son
determinantes para poder realizar una interpretación de calidad y con
buenos resultados.
• Se comprende que los registros de adhesión de cemento, a menudo son
malinterpretadas, en razón de los métodos de interpretación de la
“amplitud” simplificada. Otra causa, es la carencia de entendimiento o
ignorar la forma de la onda acústica, el registro de la onda completa o la
presentación del registro de densidad variable.
• El tiempo de tránsito al receptor simple es beneficioso en la interpretación
de los registros de adherencia de cemento ya que ofrece un control del
centrado en tubería con pobre cementación, distinción de las llegadas de
formación rápida de las llegadas de tubería e indicación de la integridad del
cemento donde ocurre el estiramiento o salto de ciclo.
140
• Los registros acústicos son sensibles a las propiedades acústicas,
principalmente a la impedancia del material que esté en contacto con el
revestidor.
• Los métodos de evaluación acústica están limitados a cementos muy
ligeros ya que tienen un bajo contraste acústico con el lodo.
• Para una optima evaluación e interpretación de los registros, la información
del trabajo de cementación realizada debe ser incluido en la evaluación,
debido a que el cemento no desaparece.
5.2 RECOMENDACIONES
• En razón de que el tiempo de fraguado de la lechada de cemento es
importante en la determinación del tiempo apropiado para correr un registro
CBL, se recomienda valorar la reología de la lechada, para posteriormente
monitorear la calidad de la cementación; Por lo tanto, un correcto
procedimiento y evaluación de los registros CBL en pozos petroleros.
• Identificar los factores que afectan la respuesta de los registros de
cementación apoyado con datos de litología y registros de agujero
descubierto pueden ayudar en la interpretación de los registros de
cementación y con ello evitar interpretaciones erróneas que generen costos
adicionales por trabajos remediales.
141
• Con el objeto de lograr una mejor interpretación es preferente ejecutar los
registros combinados CBL-VDL, junto con los ultrasónicos ya que estos
son más precisos en formaciones complicadas.
• Mantener datos actualizados de los trabajos de perforación y cementación
del pozo además de informar cualquier inconveniente para poder realizar
un registro de calidad.
• Siempre se debe mantener los registros corridos anteriormente
actualizados para poder mantener una buena correlación de la profundidad
del pozo.
• Siempre realizar chequeo de las herramientas de registro antes durante y
después de una corrida para verificar errores en el registro y mantener al
día las fechas de calibración de la herramienta.
142
GLOSARIO
Acústica: La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el
sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a
través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no pueden propagarse
en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la
acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o
reproducción del sonido.
Anisotropía: La anisotropía es la propiedad general de la materia según la cual
determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura,
conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección
en que son examinadas. Algo anisótropo podrá presentar diferentes
características según la dirección.
Atenuación: En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea
esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al
transitar por cualquier medio de transmisión. La atenuación del sonido es el
reparto de energía de la onda entre un volumen de aire cada vez mayor.
Bisel: Corte oblicuo en el borde de una lámina o plancha.
Cinética: La cinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del
estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo
143
condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción
general.
Clinker: Sustancia resultante de la calcinación en un horno de mezclas de calizas
arcillosas que se han preparado artificialmente con la inclusión eventual de otras
materias.
Decibeles : Planteado en principio como magnitud de relación de parámetros
(tensión, corriente, potencia, densidad de flujo, ruido, etc.), puede utilizarse como
magnitud de medida cuando a uno de los parámetros de referencia se le asigna un
valor unitario o un valor constante.
Dipolo: Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para
transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia.
Dosificación : La dosificación implica establecer las proporciones apropiadas de
los materiales que componen al concreto, a fin de obtener la resistencia y
durabilidad requeridas, o bien, para obtener un acabado o pegado correctos.
Generalmente expresado en gramos por metro (g/m).
Formación Anisotrópica: Es una formación con propiedades direccionalmente
dependientes según la observación. Muchas formaciones tienen anisotropía en la
relación entre las permeabilidades verticales y horizontales. Se da la anisotropía
144
en aquellos yacimientos donde la permeabilidad vertical es mayor al horizontal
puesto que generalmente esta última es de magnitud mayor.
Frecuencia: La frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones
por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Gelificación: Coagulación en masa de una solución coloidal por formación de una
red sólida extremadamente fina que contiene un líquido en sus mallas.
Hidrófono: Un hidrófono es un transductor de sonido a electricidad para ser
usado en agua o en otro líquido, de forma análoga al uso de un micrófono en el
aire. Un hidrófono también se puede emplear como emisor, pero no todos los
hidrófonos tienen esta capacidad.
Hidrólisis: Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula,
en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de
otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de
contextos en los que el agua actúa como disolvente.
Homogéneo: Que está formado por elementos con una serie de características
comunes referidas a su clase o naturaleza que permiten establecer entre ellos una
relación de semejanza.
Impedancia Acústica: La impedancia acústica (Z) es una propiedad de estado
intensiva. Es la resistencia que opone un medio a las ondas que se propagan
145
sobre este y por lo tanto es equivalente a la impedancia eléctrica, es decir una
forma de disipación de energía de las ondas que se desplazan en un medio. Se
define como la razón entre la presión sonora (p) y la velocidad de las partículas (v)
de un medio material.
Ion: Es una subpartícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o
molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede
entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han
ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.
Isotropía: La isotropía es la característica de los cuerpos cuyas propiedades
físicas no dependen de la dirección. Es decir, se refiere al hecho de que ciertas
magnitudes vectoriales conmensurables, dan resultados idénticos con
independencia de la dirección escogida para dicha medida.
Número de Reynolds: El número de Reynolds (Re) es un número adimensional
utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte
para caracterizar el movimiento de un fluido. Este número recibe su nombre en
honor de Osborne Reynolds.
Polímeros: Los polímeros no son más que unas sustancias formadas por una
cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una
característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos.
146
Rarefacción: La acción por la cual un cuerpo se dilata y extiende, ocupando más
lugar que antes, y haciéndose menos densas las partes que le componen.
Propagación del sonido. El sonido se genera por un efecto llamado rarefacción.
Este efecto es generado por la compresión de las moléculas del aire, que
finalmente, emiten el sonido.
Rayleigh: En física, rayl es una de las dos unidades de impedancia acústica, que
equivale a la presión del sonido de una DINA/cm², dividida por la velocidad de 1
cm/s. Cuando las ondas acústicas pasan a través de cualquier sustancia física, la
presión de las ondas hace que las partículas de la sustancia se muevan. La
impedancia acústica es el cociente entre la presión y la velocidad que produce en
la partícula. La impedancia es 1 rayl si la presión de la unidad produce una unidad
de velocidad.
Tomografía: Tomografía es el procesamiento de imágenes por secciones. Un
aparato usado en tomografía es llamado tomógrafo, mientras que la imagen
producida es un tomograma. Este método es usado en medicina, arqueología,
biología, geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En la
mayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamado
reconstrucción tomográfica.
Transductor: Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un
determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.
147
Transductores Magnetoestrictivos: Los transductores magnetoestrictivos son
todos aquellos que basan su funcionamiento en el fenómeno de la
magnetoestricción. Éste es un fenómeno reversible que se basa en el
acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas, de manera que un material de
éste tipo ante la presencia de un campo magnético sufre ciertas modificaciones en
su estructura interna, lo que produce pequeños cambios en sus dimensiones
físicas. También una deformación de dicho material produce una variación de la
inducción magnética.
148
BIBLIOGRAFÍA
Biersteker, T. (1948). On the large Displacements Commonly Regarded as caused
by Love Waves and Similar Dispersives Surface Waves. Cambridge: Cambridge
University Press.
Coates, G. R. (1999). NMR Logging Principles and Applications. Houston: Technip.
Deutsch, K. (1998). Shear Slowness Measurement by Dispersive Procesing of the
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