1. Unidad i - Introducción Cementación de Pozos

INTRODUCCIÓN CEMENTACIÓN DE

POZOS

Docente: Ing. Julio Montecinos

INTRODUCCIÓN

• Es el proceso mediante el cual

se coloca una lechada de

cemento en el espacio anular

entre el casing y la formación

expuesta del hoyo (hueco

abierto) o casing anteriores.

• Convencionalmente el cemento

se bombea al casing y se

desplaza en todo el zapato del

espacio anular.

INTRODUCCIÓN

• Desde 1903, el mayor y principal objetivo de una

cementación primaria ha sido proveer una aislación de las

zonas expuestas en el borde de pozo que contienen los

fluidos y separarlas efectivamente.

• Para alcanzar este objetivo, un sello hidráulico (anillo de

cemento) debe conseguirse entre las formaciones y el casing

de manera de evitar la canalización y/o migración de los

fluidos a través del mismo.

• Estos requerimientos han producido que la cementación

sea la operación más importante que se realiza durante la

terminación de un pozo.

OBJETIVOS

• Aislamiento zonal (prevenir

comunicación entre zonas).

• Soportar la sarta de casing y que

el cemento se adhiera

perfectamente a la formación y

al casing, (“sello hidráulico

impermeable”).

• Sellar zonas de pérdidas de

circulación.

OBJETIVOS

• Proteger el casing de la corrosión

producida por las aguas

subterráneas.

• Prevenir surgencias (blow-outs) de

la formaciones que están

expuestas.

• Proteger el casing de las cargas y

esfuerzos cuando se re-perfora

para profundizar un pozo.

TIPOS DE CEMENTACIÓN

• Cementación Primaria: Es la realizada

cuando es corrido por primera vez el

revestidor o casing (liner).

• Cementación Secundaria: Es también

conocida como Forzamiento (Squeeze) y su

objetivo es reparar una mala cementación

primaria.

• Tapones de cemento

TIPOS DE CEMENTACIÓN

• Cementación Primaria:

• Cementaciones en una etapa

• Cementaciones en varias etapas

• Cementación de liner

• Cementación Secundaria:

• Cementación forzada convencional

• Cementación forzada con tapón de cemento y tubería de cola larga

• Cementación por circulación

• Tapones de cemento

• Tapones de abandono

• Tapones para controlar pérdidas de circulación

PLANIFICACIÓN

La planificación para un trabajo de cemento consiste en evaluar cierta cantidad de características, incluyendo:

• Condiciones del agujero abierto (limpieza de agujero, tamaño, desgastes del agujero, temperatura).

• Propiedades del lodo

• Diseño de Lechada

• Posicionamiento de la Lechada

• Equipo Adicional (equipo de flotación, centralizadores)

PLANIFICACIÓN

Problemas comunes que afectan todos los trabajos de cemento incluyen:

• Pobre condición del agujero (patas de perro, estabilidad del agujero descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama de recortes, etc.)

• Pobre condición del lodo (altas fuerzas de gel y punto de resistencia, alta perdida de fluido o filtración, alto contenido de sólidos, perdida de material de circulación, incompatibilidad de lodo/cemento).

• Pobre centralización (el cemento no se coloca uniformemente alrededor de la tubería de revestimiento, dejando lodo en el sitio).

• Perdida de Circulación

• Presión Anormal

• Presión Subnormal

• Presión Alta

TIPOS DE CEMENTOS

• La API define 9 diferentes clases de cemento (de A a H).

• Dependiendo de la proporción de los cuatro componentes químicos fundamentales (C3, C2S, C3A, C4AF)

• Siendo:

• C = calcio

• S = silicato

• A = aluminato

• F = fluoruro

TIPOS DE CEMENTOS

TIPOS DE CEMENTOS

• Clase A y B: Uso en poca profundidad. Composición 50% C3S, 25% C2S, 10% C3A, 10% C4AF

• Clase C: Produce alta resistencia temprana debido al alto contenido de C3S

• Clase D, E y F: Cementos retardados debido a molienda gruesa o inclusión de retardadores orgánicos (lingosulfanatos)

• Clase G y H: Para uso general, compatible con la mayoría de los aditivos y puede ser utilizado en un vasto rango de temperaturas y presiones.

• H es mas grueso - mejor retraso en pozos mas profundos.

• Clase G es el tipo de cemento comúnmente utilizado.

TIPOS DE CEMENTOS

Otras variantes comunes del cemento, bajo las especificaciones de API, incluyen:

• Mezcla Pozolan de cemento: 50% Portland, 50% Pozolan (ceniza volcánica de fondo) y 2% Bentonita

• Cal de cemento: Mezcla de cemento Portland y cal. Utilizado para trabajos remediales.

• Diesel de cemento: "Forzada Gunk”. Mezcla de cemento básico con base aceite utilizado para sellar zonas de perdida. Se asienta en caso de haber presencia de agua.

• Polvo de Sílice: A temperaturas superiores a los 230°F, el cemento primero se reforzara y después se debilitara debido a la subsiguiente formación de Silicato de Calcio Hidratado (C2SH).

PROPIEDADES DEL CEMENTO

Rendimiento

• El rendimiento del cemento en pies cúbicos por saco, es el volumen que será ocupado por el cemento, el agua de mezcla y los aditivos una vez que la lechada este mezclada.

• Esto variara dependiendo de la clase de cemento.


Densidad de la Lechada

• Una mezcla estándar que comprenda 5 galones de agua y 94 libras (1 saco) de cemento, creara una lechada con una densidad de 15.8 ppg.

• La densidad de la lechada es ajustada variando, ya sea la proporción del agua de mezcla o el uso de aditivos.

• La mayoría de las densidades de lechada se encuentran en un rango 11-18.5 ppg.


Densidad de la Lechada

Los aditivos para ajustar la densidad incluyen:

• Materiales reductores de densidad

• Bentonita (SG 2.65): Reduce una lechada de 15.8 ppg a 12.6 ppg con 12% de bentonita

• Diatomeas

• Gilsonita (SG 1.07)

• Puzol (SG 2.5): Una mezcla 50:50 con 2% de bentonita creara una lechada de 13.3 ppg

• Materiales incrementadores de densidad

• Baritina (SG 4.25)

• Ilmenita (SG 4.6)

• Hematites (SG 5.02)


Agua de Mezcla

− Las proporciones de agua de mezcla dependen de:

• La necesidad de una lechada bombeable.

• Un monto mínimo de aguas libres en caso de permitir que se quede/asiente.

− Reducir la proporción de agua de mezcla tiene el siguiente efecto:

• Incremento en la densidad, fuerza de compresión y viscosidad de la lechada

• La lechada se hace más difícil de bombear

• Se construye menos volumen de lechada por saco de cemento utilizado, es decir, baja la resistencia.


Tiempo de Fraguado (Capacidad de Bombeo)

• El tiempo de fraguado es el tiempo disponible para la mezcla de una lechada, bombeada y desplazada dentro del anular antes de que comience a fraguar y a asentarse.

• Este tiempo va a depender de los aditivos utilizados (retardadores para incrementar el tiempo y aceleradores para reducir el tiempo) y las condiciones dentro del agujero descubierto (un incremento en la temperatura, presión y perdida de fluido o filtración va a reducir el tiempo de fraguado).

• El tiempo de fraguado es determinado durante las pruebas de laboratorio.

• El tiempo para alcanzar 100 Unidades Bearden (Bc) es registrado como el tiempo de fraguado.

• La capacidad de bombeo normalmente cesara alrededor de 70 Bc.


Fuerza de Compresión

• Una fuerza de compresión de aproximadamente un mínimo de 500psi, incluyendo el factor de seguridad, se hace necesaria para apoyar la sarta de revestimiento y soportar diferentes presiones antes de continuar perforando.

• Para tuberías de revestimiento o sartas de “liner” una fuerza de compresión de aproximadamente 2000 psi es muchas veces requerida para perforar.

• El periodo de “Esperar por Cemento” (WOC), permite a la fuerza del cemento a desarrollarse por completo.

• El periodo de tiempo depende de la temperatura, presión, proporción de agua de mezcla y del tiempo transcurrido desde el mezclado, en el agujero descubierto.

• Aceleradores (es decir CaCI2) puede reducir el tiempo de WOC hasta menos de 3 horas.


Perdida de Agua

• El proceso de asentamiento del cemento es el resultado de una reacción química que resulta en deshidratación.

• De modo que es importante que cualquier pérdida de agua sea controlada hasta que el cemento sea colocado para asegurar que se mantenga bombeable.

• La cantidad aceptable de perdida de agua dependerá del tipo de trabajo que se esta realizando.


Perdida de Agua

− Trabajo Forzado: Esto requerirá una perdida de agua controlada (usualmente 50-200mls) para así permitir a la lechada de cementación el ser bombeada a las formaciones antes de que se cree un enjarre significante e impermeable.

− Cementación Primaria: La pérdida de agua es menos crítica y estará usualmente en el orden de los 25-400mls.

− Trabajo con “Liner”: Perdida de fluidos o filtración alrededor de los 50mls.

− Hueco Horizontal. Pérdida de fluidos o filtración menor a 50mls.


Permeabilidad

• Una vez asentado el cemento tiene una permeabilidad menor a 0.1 milidarcy

• Las piedras areniscas compactas tiene alrededor de 1-10 millidarcies

• Disturbios durante el asentamiento, es decir, colado del gas o prueba de presión, puede incrementarse por varias ordenes de magnitud

ADITIVOS DEL CEMENTO

La mayoría de las lechadas de cementación contendrán algunos aditivos para mejorar las propiedades individuales, dependiendo del trabajo.

Los aditivos podrían ser requeridos para:

• Variar la densidad de la lechada

• Cambiar la fuerza de compresión

• Acelerar o retardar el tiempo de asentamiento

• Controlar la filtración y la pérdida de fluido

• Reducir la viscosidad de la lechada

Los aditivos podrían ser secos/granulares o líquidos o podrían estar mezclados con el cemento.

−

ADITIVOS DEL CEMENTO

− Las cantidades de aditivos secos normalmente son expresados en términos de porcentaje por peso de cemento (% BWOC).

− Los aditivos líquidos normalmente son expresados en términos de volumen por peso de cemento (gal/sx)

EQUIPO DE CEMENTACIÓN



Zapata de Revestimiento

• Correr el fondo de la tubería de revestimiento.

• Perfil redondeado para asistir la corrida dentro del agujero.

• Se le conoce como zapata flotadora cuando es corrida con una válvula de bola.


Cuello Flotador

• Usualmente localizado 2 o 3 juntas sobre la Zapata y actúa como un alto para los tapones de cemento.

• Asegura que habrá cemento sellando las últimas juntas de la tubería de revestimiento cuando cese el bombeo, es decir, cuando el tapón sea “golpeado”.

• Algunos programas de perforación permiten un desplazamiento adicional hasta un máximo de la mitad de la pista de la zapata, en un intento por corregir un error de eficiencia de bombeo y observar un golpe de tapón.

• Esto también minimiza el volumen de cemento a ser perforado después.


Cuello Flotador

• El cuello flotador también contiene una válvula de bola, la cual previene que el cemento que se encuentra en el espacio anular fluya de regreso a la tubería de revestimiento, cuando el desplazamiento haya terminado.

• Una prueba de flujo (o flujo de retorno) es conducida después de bombear, para confirmar el soporte correcto.

• Cuando se corre la tubería de revestimiento y ya que el flotador prevendrá el flujo de retorno, es usual el tener que llenar periódicamente la tubería de perforación (cada 5 juntas).

• En caso de que esto no se haga se podría llegar a colapsar la tubería de revestimiento completa.


Centralizadores

− Estos son ya sea de tipo de fleje con bisagra o sólidos de tipo espiral o "rígidos" y ambas sirven para centralizar la tubería de revestimiento en el hueco.

− Ventajas de una tubería centralizada:

• Mejora la eficiencia de desplazamiento (excentricidad mínima)

• Reduce el riesgo diferencial de atrapamiento

• Previene problemas clave de asentamiento

• Reduce el arrastre en pozos direccionales


Raspadores

• Cepillos de acero que pueden ser amordazados a la tubería de revestimiento y aseguradas con collares de parada.

• Utilizados para remover físicamente el enjarre, lodo gelificado y escombros.


Tapones de Cemento

• Los tapones de cemento son utilizados para separar la lechada de cementación del espaciador o lodo y prevenir la contaminación.

• En corridas de tubería de revestimiento largas, tapones adicionales son bombeados antes y entre el tren de espaciadores para minimizar la contaminación causada por varios regímenes dentro de diferentes espaciadores y para maximizar su efectividad cuando salgan hacia el espacio anular.

• Los tapones son normalmente fabricados de goma.

• Varios aparatos propios son utilizados para "enganchar” los tapones unos a otros para permitir una perforación mas fácil (muchas veces denominado perforable PDC).


Tapones de Cemento

• El tapón de fondo tiene un delgado diafragma en su centro.

• Después de que aterriza en el collar flotador, el diafragma se ruptura cuando una presión diferencial predeterminada es alcanzada.

• Normalmente se lanza antes del espaciador o del cemento.

• El tapón de fondo tiene un centro sólido.


Cabezales de Cementación

• El cabezal de cemento conecta a la línea de descargue de la unidad de cemento hacia la parte superior de la tubería de revestimiento.

• Para una aplicación completa al agujero, la tubería de revestimiento es corrida de regreso al piso del equipo de perforación y los tapones son cargados a la superficie del cabezal de cementación.

• El lanzamiento incluye remover el reten y bombear el tapón adentro del hueco.

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