CEMENTACIÓN DE POZOS

CEMENTACIÓN DE POZOS

Ing. Julio Contreras.

C.I.V. 177.869

CEMENTACIÓN DE POZOS.

Es un proceso que consiste en mezclar en superficie cemento seco + aditivos + agua; por medio de métodos y equipos mecánicos especiales.

En una relación pre – definida, dicha mezcla se bombea al pozo a través del revestidor y se coloca en el espacio anular comprendido entre el revestidor y la formación hasta una altura definida previamente

OBJETIVOS DE LA CEMENTACIÓN

• Excluir las aguas de las formaciones productivas.

• Proteger al revestimiento de presiones externas.

• Sellar zonas no productivas.

• Proteger la tubería de los efectos de corrosión.

OBJETIVOS DE LA CEMENTACIÓN

• Evitar la migración de fluidos entre diferentes zonas.

• Controlar pérdidas de circulación.

• Sellar zonas de fluidos no deseables.

TIPOS DE CEMENTACIÓN.

En la operación de perforación se efectúan por lo menos dos cementaciones, sin embargo en la historia completa de un pozo petrolero pueden ser muchas las operaciones de cementación que pueden efectuarse. Entre ellas tenemos:


• Cementaciones de todo el espacio anular entre el hoyo y la tubería de revestimiento, cuando estas son relativamente cortas (revestimiento superficial).

• Cementación del espacio anular, solamente en una sección inferior (revestimiento intermedio y de producción)

• Cementación de intervalos de espacio anular en pozos relativamente profundos (cementación por etapas)

• Cementación en zonas bien definidas para excluir producción de agua, gas o para abandonamiento (cementación forzada)

• Cementaciones para formar puentes que obstruyan ciertos intervalos.


CEMENTACION PRIMARIA.

La cementación primaria se realiza apresiones suficientes, para que la mezcla de cemento bombeada por el interior de la sarta revestidora sea desplazada a través de la zapata que lleva el extremo inferior de la sarta y sea colocada en el lugar adecuado sin el mayor inconveniente posible.

CONSIDERACIONES EN CEMENTACIONES PRIMARIAS

• Establecer con claridad la geometría del hoyo lo ideal es que este sea 3´´ más grande que el diámetro del revestidor (mínimo aceptable 1.5´´) centralizado y sin socavamientos.

• Tratar en lo posible de conocer la geología del área atravesada, como mínimo se debe conocer el tipo de formaciones.


• Determinar la presión de fractura en el fondo del hoyo para seleccionar la densidad máxima de la lechada y de la máxima tasa de bombeo.

• Conocer y determinar el tipo de lodo utilizado durante la perforación, así como su densidad y sus propiedades reológicas.


• Establecer con claridad la altura de la columna de cemento.

• Manejar con precisión la temperatura estática y circulante del fondo.

• Verificar las condiciones especiales existentes que pudiesen influir en el proceso de cementación.


• Estimar el tiempo de bombeo el factor de seguridad y el régimen de flujo.

• Seleccionar el diseño inicial de la lechada para las pruebas de laboratorio.

• En la medida de lo posible diseñar con la máxima densidad permisible por la formación.


• Controlar rigurosamente el filtrado, el agua libre, el tiempo de espesamiento, la densidad de la lechada, la compatibilidad de los fluidos entre otros.

CEMENTACIONES SECUNDARIAS

Son aquellas que se realizan, con la finalidad de reparar o corregir cementaciones primarias defectuosa, o problemas que se presentan en el pozo a lo largo de su vida productiva.

• Cementaciones de tapones de cemento.

• Cementaciones forzadas.

CEMENTACIONES DE TAPONES DE CEMENTO.

Consiste en colocar una mezcla de cemento cubriendo toda el área seccional del hoyo o del revestidor a la profundidad de interés.

• Para abandonar un pozo.

• Para desviar el pozo y colocar una herramienta de desviación


• Para abandonar zonas o formaciones no productoras inferiores y producir formaciones superiores.

• Para realizar un forzamiento de cemento con el objetivo de corregir una pérdida de circulación o sellar perforaciones en los revestidores


Los tapones de cemento, generalmente se colocan en hoyos desnudos y se usa tubería de perforación para colocar el cemento en el sitio requerido.

En vista de que el hoyo, siempre esta lleno de fluido de perforación o de completación se requiere que encima de la mezcla agua – cemento se coloque cierta porción de agua para mejorar el fraguado del cemento.

CUIDADOS PARA DISEÑAR Y COLOCAR UN TAPÓN

• Conocimiento del diámetro del hoyo.• Diseño cuidadoso de las lechadas para los

requerimientos del tapón.• Uso de fluido espaciador antes y después

de la mezcla.• Rotación de la tubería para limpiar la

pared.• Colocar la tubería hasta el fondo del tapón

y levantarla lentamente al colocar la mezcla.

PROCEDIMIENTO PARA COLOCAR UN TAPÓN DE CEMENTO

• Calcular el volumen de mezcla.

• Determinar el nivel del cemento, cuando la tubería este dentro de la mezcla.

• Fijar un nivel de espaciador en el anular y balancear las columnas de fluidos.

PROCEDIMIENTO PARA COLOCAR UN TAPÓN DE CEMENTO

• Calcular el volumen de fluido desplazante.

• Determinar el nivel del fluido espaciador en el hoyo.

• Preparar el programa.

CEMENTACIÓN FORZADA.

Consiste en forzar la mezcla de cemento a alta presión hacia las formaciones en puntos determinados, para corregir ciertas anomalías, a través de orificios que por cañoneo son abiertos en los revestidores.

CEMENTACIÓN FORZADA.

• Corregir un trabajo de cementación primaria.

• Sellar zonas de perdida de circulación.

• Sellar perforaciones indeseables.

• Tapar fugas en el revestimiento.

EQUIPOS DE CEMENTACIÓN.

En el proceso de cementación se utiliza un juego de herramientas:

• Zapata guía.• Zapata diferencial.• Cuello flotador.• Cabezal de cementación.• Tapones de cementación.• Centralizadores.• Raspadores.

ZAPATA GUÍA

Es un niple que se coloca en la parte inferior del primer tubo para permitir una libre introducción de la tubería en el hoyo. Su forma es esférica en la parte inferior hace que el contacto con la pared del hoyo sea lo más suave posible.

ZAPATA DIFERENCIAL

Tiene un dispositivo interno que no permite que la tubería se llene completamente de fluido, de esta forma ejerce una flotación y ayuda con el peso de la tubería. El dispositivo interno puede convertirse en una válvula de retención.

CUELLO FLOTADOR.

Esta herramienta se coloca en el extremo superior del primer tubo y el extremo inferior del segundo tubo. Se transforma por medio mecánicos en una válvula de retención lo que permite que el fluido circule de la tubería al espacio anular y no del espacio anular hacía la tubería.

CABEZAL DE CEMENTACIÓN.

Esta pieza se coloca en la parte superior del tubo que asoma a la superficie.

Se une por mangueras de acero a los sistemas de mezclado y bombeo del cemento. Posee dos cámaras de alojamiento para los tapones de cementación y un juego de válvulas que permiten la operación completa.

TAPONES DE CEMENTACIÓN

Son dispositivos que se introducen en la tubería de revestimiento durante la operación del bombeo de cemento. Se usan dos tapones, los cuales separan la mezcla agua – cemento del fluido en el pozo y del fluido desplazante al mismo tiempo.

TAPONES DE CEMENTACIÓNEl tapón inferior limpia la pared de la tubería del fluido en el pozo y el tapón superior limpia la tubería de la mezcla agua – cemento.

El tapón inferior esta diseñado de tal manera que a presiones de 300 a 400 Lppc se rompa un diafragma y permita la continuación de flujo de cemento.

El tapón superior es una pieza casi sólida y al llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la mezcla agua – cemento ha sido colocada en el sitio determinado

CENTRALIZADORES

Son herramientas que se colocan en la tubería de revestimiento para mantenerla centralizada en el hoyo. La centralización de la tubería permite que el espesor del cemento sea uniforme alrededor de toda la tubería, evitando así crear un desbalance en las presiones externas

RASPADORES

Se colocan con el objeto de desprender el revoque que se ha formado en la pared del pozo para facilitar que el cemento cubra y se adhiera directamente a las formaciones productoras

RASPADORES RECIPROCANTES

• Limpian por movimiento reciprocante del revestimiento durante la cementación del pozo.

• Se colocan en la zona de completación con un espaciamiento de 20 pies.

• Se colocan con anillos, previamente colocados en el revestidor.

• Es el tipo de raspador más usado.

RASPADORES ROTATIVOS.

• Limpian el revoque por movimientos de rotación del revestimiento.

• Se usan en aquellos pozos en donde la profundidad de asentamiento del revestimiento es crítica.

• Se pueden soldar en el revestidor o se colocan en anillos.

• Originan mucho esfuerzo de torsión.

CARACTERÍSTICAS DEL CEMENTO

El cemento es un material fino con grandes propiedades de endurecimiento que resulta de pulverizar la escoria que se produce al calcinar materiales calcáreos con cierto porcentaje de arcilla. Tiene una gravedad específica de 3.14

Este material en contacto con el agua forma una mezcla espesa que lentamente va endureciendo hasta formar un sólido fuerte y compacto.

CARACTERÍSTICAS DEL CEMENTO

La solidificación de la mezcla se realiza en tres etapas:

• Fraguado rápido de 2 a 3 horas.

• Endurecimiento de 18 a 24 horas.

• Solidificación después de 24 horas.

CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS

CLASE REQ. AGUA PESO PROFUNDIDAD

(Gal/saco) (Libras/galón) RECOMENDADA

A 5,2 15,6 6000

B 5,2 15,6 6000

C 6,3 14,8 6000

D 4,3 16,3 12000

E 4,3 16,3 14000

F 4,3 16,3 16000

G 5 15,8 8000

H 4,3 16,3 8000


Los cementos clase A y B son los llamados cementos portland, son los más económicos y más fácil para conseguir.

• El cemento clase A es el que se usa en las construcciones civiles.

• El cemento clase C tiene un aditivo que permite el fraguado rápido.


• Los cementos clase D, E y F se conocen como cementos retardados. Esta propiedad la ejerce debido a un compuesto orgánico agregado en su fabricación.

• Los cementos clase G y H son fabricados bajo estrictas recomendaciones químicas.

PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA CEMENTACIÓN

• Profundidad.

• Temperatura.

• Presión hidrostática del lodo.

• Relación agua – cemento.

• Relación agua – cemento máxima.

• Relación agua – cemento normal.

PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA CEMENTACIÓN

• Relación agua – cemento mínima.• Tiempo de operación.• Tiempo de espesamiento.• Tipo de fluido de perforación.• Resistencia a la compresión.• Agua para mezclar.• Densidad de la mezcla.• Filtración.

ADITIVOS DEL CEMENTO.

Son los elementos responsables de modificar el comportamiento del cemento de manera tal que pueda ser colocado sin problemas entre el revestidor y la formación, desarrollando las propiedades según sea el diseño pre – establecido ajustado a las necesidades de campo.


Aceleradores: estos reducen el tiempo de espesamiento de la lechada y ayudan a aumentar la tasa de desarrollo de la resistencia a la compresión.

Retardadores: incrementan el tiempo de espesamiento de la lechada.


Extendedores: conocidos como adelgazantes, disminuyen la densidad de la lechada. También reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen de la lechada.

Densificantes: aumentan la densidad de la lechada.


Dispersantes: utilizados para reducir la viscosidad aparente de la lechada.

Agentes de control de perdida de fluido: controlan la perdida de la fase acuosa de la lechada de cemento.

Agentes de control de perdida de circulación: controlan la perdida de cemento hacia las formaciones débiles.

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