CEMENTO

JOAQUIN MANSILLA

DEFINICION DE CEMENTO.- Los cementos pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas es decir capaces de unir fragmentos o masas de materiales sólidos en un todo compacto tal definición involucra a un gran numero de sustancias muy diferentes teniendo poco de común.

ELABORACION DEL CEMENTO.- Primero el material es extraído de las canteras (arcilla- caliza) luego tanto cómala arcilla como la caliza son llevadas ala fabrica se las muele en molinos luego son clasificados y dosificados tal que la caliza y la arcilla entren al horno en una relación (1-1);(1-0.75)luego pasan al horno donde sufren los procesos de deshidratación, descarbonizacion,y calcinación después de esto se obtiene el clinker q es la mezcla de arcilla-caliza. el clinker es transportado por medio de cintas a molinos donde se les da una superficie o molienda adecuada pasa a un dosificador con yeso para transformarse en cemento

MATERIALES. BASICOS PARA LA FABRICACION DEL CEMENTO

Los materiales para la fabricación del cemento son: el clinker y yeso en proporción 95/5 95% de clinker, 5% yeso CLINKER.- es una mezcla de arcilla, caliza en una relación (1/1;1/2/3)que se introduce a un horno rotatorio para su fusión.-CALIZA.- puede ser ostras marinas, mármoles o químicamente aquellos minerales que son carbonatos de calcio.-ARCILLA las arcillas pueden ser de cualquier tipo que conocemos lo importante es que tengan un buen porcentaje de pureza

CLINKER QUIMICAMENTE.-el clinker químicamente :-silicato tricalcico (c3s)-silicato di cálcico (c2s)-aluminato tricalcico (c3a)-aluminato ferrita tetra calcio (C4AF)tiene otros compuestos químicos pero debido a que no son importante porque no superan el 2%el principal compuesto que da hidratación al clinker es la -TOBERMARITA que es básicamente un gel y esta compuesto por partículas muy finas que tienen un gran área superficial

PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO PARA LA OBTENCION DEL CLINKEREn el horno se hace una producción en seco de cemento Se observa q en los hornos rotatorios son cilindros metálicos revestidos inferiormente por un material refractario y que tiene una longitud q puede ser de 30-60m con una inclinación entre 10-20 grados se observan 3 zonas:

1.-ZONA DE DESHIDRATACION.-aquí todo el material q esta en el horno pierde su humedad

2.-ZONA DE DESCARBONIZACION.- en esta zona toda la materia orgánica q puede tener la materia prima es eliminada también puede volatilizarse algunos materiales alcalinos o cloruros.en esta etapa se puede perder hasta un 30% de la materia inicial.

3.-ZONA DE REACCIONES QUIMICAS.- reaccionan los óxidos, el 20-30% se funde y tiene lugar la formación del clinker en esta zona alguna sustancia desaparece para dar lugar a una nueva sustancia cristalizable aquí la temperatura es muy importante porque le da la calidad al clinker. el clinker sale del horno y es transportado por medio de una cinta posteriormente sufre un enfriamiento programado para luego pasar por molinos donde le dan la superficie especifica.

FRAGUE DESDE EL PUNTO DE VISTA QUIMICO

PET-217 Cementos Petroleros

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se inicia con la hidratación del aluminato tricalcico(AC3)y talvez algo de oxido de aluminio, se producen hidratos amorfos al principio y luego estos cristalizan con el aluminato tricalcico junto con cristales de sulfato aluminato calcico donde el azufre lo provee el yeso en esta etapa el oxido de calcio libre que pueda existir también se hidrata dando lugar Alos hidróxidos de calcio luego de 24 hrs. de comenzado el proceso empieza la hidratación del sc3 la hidratación no se completa hasta los 28 días donde ya comienza a cristalizarse el SC2.FRAGUE DESDE PUNTO DE VISTA FISICO.-Existen 3 etapas

1ERA- ETAPA DEL FRAGUE INICIAL.- ocurre cuanto la lechada pierde toda su plasticidad y se vuelve friable al grado tal q todo fragmento de una muestra rota no se unen para formar una masa homogénea cuando se ponen en contacto 2DA.- ETAPA LUEGO DEL FRAGUE INICIAL EL CTO. Sufre cambio físico debido aque continua la hidratación estos cambios se traduce aque el cemento adquiere mayor dureza hasta alcanzar el frague final por lo general ocurre 2-3 días después del frague inicial

3ERA.- ETAPA luego de haber alcanzado el frague final en un periodo de 10-28 días dando como resultado un aumento gradual de resistencia y dureza para bajar este periodo del frague final de endurecimiento se utiliza aditivos los cuales de días se puede bajar a horas.

DETERMINACION DEL AGUA LIBRE EN LA LECHADA.-

la lechada q se prepara debe ser colocada en un equipo llamado consistometro a presión atmosférica durante 20 min. a temperatura de 80f .se coloca al consistometro para su homogeneización luego llevar nuevamente la mezcla ala licuadora por 35segundo y agitar a 12000 rpm transferir la lechada a una probeta de 250cc se deja en reposo 2horas tapada luego del tiempo transcurrido se observa y se procede a medir el agua libre , no se debe recuperar mas de 3.5cc de agua libre (esta prueba no se hace a todos los cementos el API dice q solo se le hace a cto clase a,b,c,d,e)

PRENSA HIDRAULICA Y EL UCA el problema que hay con LA PRENSA HIDRAULICA es que es un ensayo destructivo (la muestra solo se puede usar una sola vez) entonces hay otro equipo q se llama. *ANALIZADOR ULTRASONICO DE CONCRETO(UCA) este instrumento prevee continuamente el desarrollo de la resistencia ala compresión de la lechada una única muestra es sometida a presión y temperatura simulando las condiciones del fondo del pozo nos permite también la determinación del frague inicial (50psi) y hasta la obtención de la resistencia final o de cualquier valor intermedio, se puden ensayar 8 formulaciones al mismo tiempo por un tiempo de 99horas con una presión de trabajo de 20000 psi a una temperatura de 400 f: VENTAJAS DEL UCA-nos ayuda a simplificar el diseño de las lechadas -facilita mucho el control de calidad de los cementos -aumenta la confiabilidad de los datos -nos da la información exacta del tiempo que debemos esperar para seguir operaciones.

TIEMPO DE BOMBEABILIDAD.-es el tiempo en que la lechada de cemento permanece fluida sometidas alas condiciones del fondo del pozo como presión y temperatura también es el tiempo que la lechada permanece bombeable para ser colocada a una determinada profundidad de un pozo este tiempo nos dice cuantos minutos la lechada puede estar en bombeabilidad.

AGUA MAXIMA.-


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el volumen de agua de mezclado q se separa como agua libre como máximo un 1.5% del agua máxima es la cantidad usada en la mayoría de las cementaciones esto para obtener un mayor rendimiento de la lechada -DETERMINACION.- se utiliza probeta de 250ml en el cual se agrega la lechada preparada después de haber sido mezclada en un consistometro de condiciones atmosférica durante 20 min. Midiendo luego el agua que se a separado en forma de anillos y calculando su porcentaje

AGUA MINIMA.- Es el volumen de agua con el cual un a lechada nos da 30 unidades de consistencia en un consistometro atmosférico después de 20 min. de agitación en estos caso obtenemos una lechada bastante espesa y viscosa q por lo general se usa para cuando se quiere controlar perdidas de circulación.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LA LECHADA

Se la determina de 3 maneras 1.-usando la balanza de lodo sin embargo no se recomienda este método debido a sus propiedades reologicas porque atrapan con facilidad aire se comprobó que la densidad tomada en la balanza de lodo es menor que densidad real de la lechada 2.-otra forma es usando la balanza presurizada de HALLY BURTON que es muy parecida ala del lodo pero que tiene una modificación en su parte superior por donde se presuriza con el objetivo de llenar tolda las burbujas de aire hay en el interior de la balanza.3.-existe un tercer método que esta disponible en los modernos sistemas de cementación los cuales poseen un densímetro nuclear los mismos trabajan con una fuente radiactiva.

CONTROL DE FILTRADO DE LAS LECHADAS la lechada puede tener un filtrado mayor a1000 CC por esta razón es que se le hace un control de filtrado porque puede filtrar en zonas productoras o zonas de interés esto se reduce con el agregado de aditivos de 0.6 - 1% todo con respecto ala cantidad de cemento -PROCEDIMIENTO.- se la coloca en el consistometro atmosférico por unos 20 min. Luego se lo pone en la cámara de filtrado tenemos cuidado en no demorar en mas de 2 min. al aplicar la presión.( se le aplica en la parte superior una fuente de aire nitrógeno u oxigeno ) a temperatura ambiente 100 psi , en la parte de adentro el área del filtrado es 7.5pulg cuadrada, se coloca una probeta que recibe el filtrado en la parte de abajo.(este filtrado no simula las condiciones del pozo porq no toma en cuenta la temperatura del pozo para eso se utiliza otro equipo parecido a temperatura del pozo y a 1000psi de presión).se le tiene que controlar el filtrado ala lechada porque debido ala cal la lechada tiene ph alto y esto puede dañar la formación productora rompiéndole el matrix de los granos de arenan de la formación y hace que los pozos sean deleznable se arenen.

FUNCIONES PRINCIPALES DE UNA CEMENTACION 1.- evitar el flujo de fluido entre formaciones2.-unir la cañería ala formación, soportarla y reforzarla 3.-e evitar contaminaciones de zonas acuíferas, que puedan ser usadas para uso domestico, proteger de otros estratos zonas petrolíferas, gasiferas que no están en producción.4.-ayuda a evitar surgencia descontroladas de alta presión detrás de la cañería 5.-proteger alas cañerías de las aguas corrosivas y corrientes electrolíticas 6.- sellar zonas de perdidas de circulación y formaciones problemáticas para continuar la perforación

DIFERENCIAS ENTRE EL COLLAR FLOTADOR Y EL COLLAR DIFERENCIAL.-

COLLAR FLOTADOR.- en el cf. para bajada de cañería al pozo se tiene que ir llenando con lodo cada 5 piezas de cañería con una manguera para que no se baje con aire la cañería.Este permite el flujo en una sola dirección de arriba hacia abajo.


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COLLAR DIFERENCIAL.- es el mismo tamaño que el cf. pero en el CD. No se para la operación para introducir cañería al pozo tiene una chapaleta que cuando hay una presión de 100-150psi entre la cañería y el espacio anular se abre y deja pasar el lodo.

CENTRALIZADORES.-Se colocan con la finalidad de centrar la cañería en el pozo para asegurar la colocación del anillo de cemento alrededor del casing su función es la siguiente:*centrar el casing en el pozo *disminuye los problemas de resistencia al bajar casing*minimiza los problemas de pegamiento*reduce los problemas de canalización del cemento

COMO PLANIFICARIA LA CEMENTACION DE UNA CAÑERIA:

La información requerida es:*condición del lodo para estabilizar el pozo *movimiento continuo de la cañería*bombear lo mas que se pueda de espaciador *utilizar centralizadores *diseño apropiado de la reología de la lechada de cto.*prevenir la contaminación del lodo / cemento*conocer la limitación de la presión de fractura de formación del pozo.

QUE EFECTOS OCURRE CUANDO LA LECHADA SE CONTAMINA CON LODO?- cuando la lechada se contamina con lodo son afectadas todas sus propiedades esto por que el lodo de

perforación contiene muchos iones cl-,na+,oh-,so4-,co3-,ca++, almidones, Carboxi-metil-celulosa para evitar esta contaminación se usan colchones separadores.

CEMENTACION POR ETAPASLa cementacion por etapas se realiza porque:1.- a medida que se va profundizando el pozo las condiciones cambian, como la presión y temperatura y estas condiciones hacen que tengan que llevar, las lechadas aditivos muy especiales.2.- debido ala profundidad no es aconsejable técnicamente porque tendríamos el siguiente problema:a) Canalización de la lechada de cemento b) Formación de anillos de cementoc) Pérdida de circulación d) Es antieconómico.

CANALIZACION.- Ocurre cuando se mezclan dos fluidos diferentes, sus reologías son diferentes y esa mezcla no fragua nunca y por esa canalización se escapa el gas lo que es un problema muy grave.

PARA EFECTUAR LA CEMENTACIÓN POR ETAPAS SE DEBE DISPONER DE.a) diámetro del pozo. Y cañerías que hay que cementar, las longitudes de cañería, la desviación del

pozo, las presiones y temperaturas del fondo del pozo, la gradiente de fractura, la litología atravesada

b) Debemos tener toda la información completa del fluido de perforación como ser la: densidad el filtrado del lodo propiedades reologicas tipo de lodo (B.A O B.Aceite).

UNA CEMENTACIÓN EN ETAPAS TIENE LA SIGUIENTE SECUENCIA OPERATIVA.1.- Bajar el casing con los diferentes accesorios que vamos a necesitar 2.-Cementar el casing en 2 o 3 etapas. 1.1.- Bajar el zapato guía según diseño 1.2.- Bajar 2 piezas de cañería. 1.3.-Bajar el collar diferencial 1.4.-Bajar N cañería. 1.5.-Bajar el collar doble etapa ala profundidad requerida según diseño. 1.6.-Bajar N primera pieza de casing hasta llegar al fondo de pozo 1.7.-Una vez que la casing esta en el FP rotar y


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reciprocar la casing para romper gel. 2.1.-Circular y acondicionar el lodo. 2.2.- Mezclar y bombear la lechada para realizar la primera etapa de la cementacion.largar el torpedo para abrir el collar 2 etapas.Iniciar circulación del lodo por el collar doble etapa .2.3- Mezclar y bombear el volumen de lechada para efectuar la segunda etapa.

PREFLUJOS.- Son los fluidos que se bombean antes que la lechada su función de estos es de sacar el revoque del lodo que hay en las paredes del pozo y de sacar el lodo que hay en el EA. Para que entre la lechada. Los preflujos pueden tener un costo en la cementacion de esta un 40% del total.

COLCHON LAVADOR.- (COLCHON QUIMICO) Son fluidos poco viscosos adelgazantes de densidad próxima ala del agua ala que se le agrega. También se puede agregar un producto con la finalidad que pueda remover el revoque del lodo por lo general se lo bombea en el espacio anular en flujo turbulento con la finalidad de mejorar la remoción del revoque y para adelgazar el fluido que esta en el EA.

COLCHON ESPACIADOR.- Son fluidos que tienen densidad, viscosidad, y del controlados forman una barrera entre el lodo y la lechada estos fluidos pueden ser diseñados para desplazarse al pozo en flujo turbulento o flujo tapón.

CARACTERISTICAS DE LOS COLCHONES.-1.- Tienen que ser compatibles con la lechada y con el lodo2.-Para evitar la canalización del espaciador a través del lodo este debe ser más viscoso y con mayor gel que el lodo.- los colchones y espaciadores deben tener por lo menos un tiempo de contacto con la formación de 10 min.- deben tener flexibilidad para variar su densidad.- No deben ser complicados en su manejo en el campo o fáciles de preparar.- deben tener buena estabilidad en condiciones de alta presión y alta temperatura.- si un lodo es base aceite estos preflujos deben ser capaces de cambiarle la mojabilidad de la cañería para tener una buena adherencia de la cañería hacia la formación.CEMENTOS PUZOLANICOS.- Se dividen en: 1.- Puzolanicos Naturales ( de origen volcánico) y 2.- artificiales.Estos cementos se utilizan cuando necesitamos tener lechadas de baja densidad o livianas.

CTO. PUZOLANICO CALCAREO.- Son mezclas de cenizas volcanicas (sílice y caliza hidratada) con pequeñas cantidades de cloruro de calcio. Las reacciones de hidratación son mas lentos q lo cto. API y se los usan para temp. Mayor a 140 F.Se los usa cuando se requiere lechada de baja densidad o lechada liviana.

CTO. RESINOSOS PLASTICOS. Son materiales especialmente usados para colocar tapones selectivos en agujeros abiertos para cementar a presión. Normalmente son mezcla de agua resina liquida y un catalizador en polvo con cto. API clase A, B, C, H . L a propiedad de estos ctos. Es que cuando, se le aplica presion sobre la lechada la fase resinosa al ser estrujada en una zona permeable forma un sello. Su mayor uso es cuando queremos controlar las perdidas de fluido atravez de una zona permeable.

CTO. DE YESO.- Estos son cementos TIXOTROPICOS que se usan en pozos poco profundos Son usados para reparar cementaciones primarias y controlar perdida de circulación Existen dos tipos : 1.- FORMA SEMIHIDRATADO (SO4Ca1/2HO2), 2.-FORMA SEMIHIRDATADO MAS UNA RESINA.Las propiedades más importantes de estas lechadas son.1.- la propiedad de presentar un fragüe falso en forma inmediata 2.-desarrolla una resistencia alta.3.-desarrolla una expansión positiva.Estos cto. Se mezclan con los API. Clase A,G,o H en concentración de 8-10% para producir propi. Tixotr.


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CTO. DIESEL OIL. Son cementos que se usan para controlar el H2O durante la perforación o en los pozos productivos. Están compuestos con cto. Clase A, B, H, que se mezclan con diesel, Kerosén y un surfactante. Este cto. Tienen un tiempo de bombeo ilimitado a menos que se bombee en zonas acuíferos donde la lechada absorbe agua y fragua.El surfactante lo utilizamos para mejorar la mojabilidad del cemento al kerosén o diesel. CTO. EXPANDIBLES. Para ciertas condiciones de fondo de pozo es necesario disponer de un cemento que se expanda en contra de la formación y de la casing. Hay 3 tipos k s n.

CTO. ESPECIALES CON ALUMINATO DE CALCIO. BAUXITA – CALIZA Son cementos refractarios que tienen bastante contenido de ilumina, que son fabricados mediante la mezcla de: BAUXITA CON CALIZA (con presencia de calor). El aluminato calcico en estos cto. Produce una rápida y alta resistencia y altamente resistente ala Temp. Y ala ataque de los químicos corrosivos. Estos cto. Se utilizan en pozos con altas temperaturas pueden ser retardados o acelerados. Estos difieren de los API. Porque la mezcla de estos con los API produce fragüe instantáneo.

CTO. ESPECIALES CON LATEX. Estos cementos se usan cuando se quiere controlar bien el filtrado frente a una zona productora estos materiales mejoran la adherencia y el filtrado de la lechada. El látex puede ser QMCM. Acetato polibinilico, cloruro polibinilico o emulsiones de estireno o butadieno.

CTO. BASE MAGNECIA.- Es una mezcla estequiometrica de oxido de magnesio y carbonatos y sulfatos, en presencia de agua, por polimerización esto realiza una alta resistencia ala compresión es especial porque es soluble en acido clorhídrico. Gravedad específica es de 2.2-2.7. Se lo utiliza para controlar las perdidas de salmuera.

TAPONES DE CTO. Un tapón de cemento es pequeño volumen de lechada Colocado en el pozo para conseguir varios objetivos como ser: controlar las pérdidas de circulación de lodo que se pueden presentar durante la perforación cuando todo lo que se a hecho con el lodo a sido negativo.Las mejores lechadas para controlar la perdida de circulación son las lechadas tixotropicas. Se utiliza TC. Cuando vamos a desviar un pozo (side track).cuando se aprisiona la hta. Y no podemos recuperarla entonces se desvía el pozo poniendo un tapón de cemento.En agujeros entubados se coloca TC para aislar zonas repletadas (aquellas arenas que ya no producen HCB.) para poner en producción las zonas de mas arriba.Se coloca también TC. Para operaciones de abandono de pozo.

SECUENCIA PARA BALANCEAR UN TAPON DE CTO. 1.- Debe probarse las líneas superficiales 2.-debe bombear agua por delante 3.-mezclar y bombear la lechada 4.-bombear agua por detrás 5.-realizar el desplazamiento de la lechada 6.- Abrir o desfogar las líneas de retorno 7.-sacar la hta. Y ponerla por encima del tapón de cto. 8.-Circular por inversa 9.- sacar la tubería del pozo y esperar fragüe.

CEMENTACION A PRESION.- Se utiliza para remediar las cementaciones primarias existen dos métodos: cementaciones a ALTA PRESIÓN Y A BAJA PRESIÓN. -A ALTA PRESION.- Es cuando queremos fracturar la formación para tener admisión. La prueba de inyectividad se la realiza a ½,3/4, bbl/min hasta conseguir fracturar la formación y se obtiene la presión de admisión. -A BAJA PRESION.- Es el mas utilizado, este método se utiliza en campos donde se tiene mucha experiencia se trabaja a baja presión igual ala presión de la prueba de inyectividad el incremento del caudal se lo hace sin desfogar.


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APLICACIONES DE LA CEMENTACION. A PRESION: 1.- Cuando tenemos altas relaciones de gas y petróleo 2.-Para disminuir la producción de agua en los pozos y aumentar la de petróleo3.- Para reparar la rotura de las cañerías superiores4.- Para controlar las pérdidas de circulación.5.- Para evitar la migración de fluido dentro de una zona productora.6.- Para pozos que van a tener múltiples etapas de producción.7.- Para realizar abandono de pozo. - TECNICA DE SONDEO LISO O BRADENHEAD Se lo realiza con el sondeo sin usar packer la presión se obtiene cerrando la BOP,Una vez que el cemento a sido bombeado cerca ala zona central una cantidad de lechada, se bombea a una cierta altura por fuera de la tubería luego la tubería se levanta por encima del nivel de la lechada y se cierre la BOP.Se bombea fluido con que se desplaza la tubería hasta que se inyecte una cantidad terminada de lechada este meto se utiliza en pozos poco profundos y no sirve para una cantidad determinada de baleos.

- TECNICA CON PACKER Este método usa un packer que se lo ancla cerca de los baleos que queremos cementar, esta técnica se considera mayor ala anterior ya que confina la presión en un determinado área, presión que se transmite desde el tapón mecánico hasta el packer.Antes de ubicar la lechada de cemento se hace una prueba para determinar la presión de fractura. Cuando la presión deseada se a obtenido la lechada remanente se saca por circulación inversa.

PARA TENER UNA BUENA CEMENTACION A PRESION. Se tiene que tener encuesta.1.- Diseño de la lechada 2.- Los cálculos básicos de presión y volumen 3.- y tener encuesta: a) la lechada de cemento colocada no penetre totalmente frente ala formación b)si los sólidos del cemento son demasiado grande para introducirse en los poros la formación por eso antes de realizar la cementación se debe realizar la prueba de inyectividad.LA PRUEBA DE INYECTIVIDAD Se la realiza con un fluido libre de sólidos los mas utilizados son las salmueras de ClK con esta salmuera el inchamiento de las arcillas es mínimo CON ClNa no se hace porque hidrata la arcilla y el agua también.Y con esta prueba estimamos la cantidad de cemento que podemos utilizar.


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