CEMENTACION EN TR

TUBERÍA CONDUCTORA

Para la cementación de la tubería conductora los requerimientos son mínimos, debido a la poca profundidad de asentamiento de esta sarta (promedio 50m). De hecho, únicamente dos factores deben cumplirse:

1. El tiempo de bombeo, el cual debe ser suficiente para efectuar la preparación de la lechada bombeando al pozo y el desplazamiento de la misma.

2.El desarrollo de la resistencia a la compresión a las 8 horas que debe ser mínimo de 105 kg/cm2 en condiciones ambientales de presión y temperatura.

Cuando hablamos del tiempo mínimo necesario para la operación, consideramos el tiempo para hacer la lechada bombeando al pozo, a una velocidad de mezclado de 0.5 a 0.75 ton/min., más el tiempo de desplazamiento a un gasto moderado de 4 a 5 bl/ min. y un factor de seguridad de 1 hora adicional.Como se puede observar, ambos parámetros están íntimamente ligados pues si controlamos el tiempo de bombeo, ajustado al mínimo necesario para efectuar con seguridad el trabajo, automáticamente estamos favoreciendo el desarrollo de la resistencia a la compresión del cemento.Cuando se emplea cemento clase G o H es posible que se requiera de un aditivo que acelere la velocidad de reacción de hidratación del cemento acortando el tiempo de bombeo y favoreciendo el desarrollo de la resistencia a la compresión, todo depende de la cantidad de cemento que se va a emplear. En estas operaciones generalmente se usa cemento solo y agua, como se mencionó anteriormente, un aditivo acelerador para ayudar al desarrollo de compresión. También se puede adicionar un frente lavador de agua sola, con pirofosfato tetrasódico, o, en su caso, cualquier frente lavador disponible comercialmente.

TUBERÍA SUPERFICIAL

Para perforar la sección del pozo donde se introducen las tuberías superficiales, se emplean fluidos de control con densidades bajas, debido a que el agujero atraviesa zonas poco consolidadas que no soportan cargas hidrostáticas mayores.

En la cementación de esta tubería de revestimiento se emplean generalmente dos lechadas de cemento:

Una lechada extendida con:

1. La mayor densidad posible sin perder de vista evitar fracturar la formación. Los silicatos de baja gravedad específica por naturaleza y con alto requerimiento de agua o en su defecto, el metasilicato de sodio anhidro que es un agente extendedor de lechada empleado para disminuir la densidad.

2. El diseño de esta lechada se ajusta a un valor de filtrado. Para lograrlo se emplea un agente controlador de filtrado especial para lechadas extendidas, combinado con un porcentaje bajo 0.2 % de un agente fluidizante que ayude al agente de control de filtrado.

3. Fluidez. Normalmente las lechadas extendidas emplean una relación alta de agua/cemento. Esto origina que la viscosidad tenga valores bajos y no requiera la adición de más agente fluidizante que el empleado conjuntamente con el agente de control de filtrado.

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4. Se regula el tiempo de bombeo usando un agente retardador de fraguado para Temperaturas bajas o moderadas con un tiempo de bombeo equivalente al tiempo mínimo necesario para la operación.

5. El contenido de agua libre de la lechada deberá tener, invariablemente, un valor de 0 cm3, debido a que la liberación de agua generalmente está acompañada de precipitación de sólidos. En otras palabras, el punto de cedencia de la lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para convertirse en newtoniano. Cuando sucede este fenómeno con lechadas extendidas, se debe aumentar el porcentaje del agente extendedor o cambiarlo por otro que tenga mayor capacidad de manejo de agua.

6. Por otro lado, la resistencia a la compresión desarrollada por esta mezcla no debe tener valores inferiores a los 35 kgs/cm2, en un tiempo de 12 hrs de reposo a las condiciones de fondo. Este cemento cubre la mayor longitud de la tubería que se va a cementar.

La segunda /echada con:

1.Densidad normal, es decir se emplea el requerimiento API de agua normal de la mezcla. El API marca en su normatividad Spec 10 que el agua normal es aquélla en la que la lechada obtiene 11 Uc a los 20 min. después de agitarse en el consistómetro de presión atmosférica a condiciones ambientales de presión y temperatura.

2.Se regula el filtrado con un agente de control para lechadas con densidad normal y un dispersante a una concentración baja del orden de 0.2 o 0.3 % por peso de cemento, bajo condiciones de temperatura de circulación de fondo, para obtener una mejor distribución del tamaño de partícula y ayudar al agente de control de filtrado en su trabajo, así se vuelve impermeable el enjarre del cemento formado.

3.Después de obtener el valor de filtrado deseado, se procede a mejorar la fluidez de la lechada; se aumenta un poco el porcentaje del agente dispersante, de tal manera, que se reduzcan al máximo las pérdidas de presión debidas a la fricción durante el desplazamiento en el espacio anular.

4.El tiempo de bombeo debe considerar únicamente el tiempo de mezclado y bombeo de este último cemento, a una velocidad de 1 ton/min, más el tiempo de desplazamiento al mayor gasto posible sin fracturar la formación y un factor de seguridad máximo de 1hora.

5.El contenido de agua libre de la lechada debe tener, invariablemente, un valor de 0 cm3, debido a que la liberación de agua generalmente está acompañada de precipitación de sólidos. En otras palabras, el punto de cedencia de la lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para convertirse en newtoniano.

6.Debe desarrollar alta resistencia a la compresión bajo condiciones de temperatura estáticas de fondo, dentro de las primeras 12 horas de reposo después del desplazamiento, debido a que sirve de amarre a la zapata; este cemento comúnmente se proyecta para cubrir de 300 a 400 metros del fondo hacia arriba.

TUBERÍA INTERMEDIA

En la perforación del agujero en donde se introducen las tuberías intermedias, también se emplean fluidos de control de baja densidad, del orden de 1.40 gr/cm3, debido a que se atraviesan zonas débiles poco consistentes. Los procedimientos de diseño de esta lechada son similares a los descritos para las tuberías de revestimiento superficiales, es decir: En la cementación de esta tubería de revestimiento se emplean, generalmente, dos lechadas de cemento:

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Una lechada extendida con:

1. La densidad de 1.60 gr/cm3 sin perder de vista la posibilidad de llegar a fracturar la formación y, por otro lado, que la resistencia a la compresión desarrollada por esta mezcla no caiga a valores inferiores a los 70 kg/cm2

en un tiempo de 12 a 24 hrs de reposo, bajo las condiciones de fondo. Este cemento cubre la mayor longitud de la tubería que se va a cementar en el espacio anular.

2. El agente extendedor de lechada empleado para disminuir la densidad puede ser un silicato de baja gravedad específica por naturaleza y con alto requerimiento de agua, tales como las puzolanas activadas, la esferelita, la kaolinita, la perlita o las tierras diatomacias.

3. El diseño de esta lechada es similar al descrito anteriormente para tuberías superficiales, correspondiente al cemento de baja densidad.

La segunda /echada con:

1. Densidad normal, es decir se emplea el requerimiento de agua normal de la mezcla.2. El diseño de esta lechada es similar al descrito anteriormente para tuberías superficiales, correspondiente al

cemento de densidad normal.

Con las características reológicas del fluido a temperatura de circulación de fondo y la geometría del pozo, se calcula: el valor de velocidad en el anular, el gasto, las pérdidas de presión por fricción y la presión de fondo de cementación, que se debe vigilar durante toda la operación, para que no llegue a ser igual o mayor que la presión de fractura de la formación. En algunas tuberías intermedias que se cementan a temperaturas estáticas de fondo superiores a los 100°C, el diseño de las lechadas requiere de la adición de harina de sílice, para atacar el efecto de regresión de la resistencia a la compresión por temperatura. Se debe emplear para este fin, un 35 % de harina de sílice por peso de cemento.

TUBERÍA DE EXPLOTACIÓN

En la mayoría de los pozos del sistema, la primera tubería de revestimiento de explotación cementada es una tubería corta de 7" de diámetro y la segunda es una tubería corta de 5 1/2 A 3 1/2 pg de diámetro.

En la cementación de estas tuberías de revestimiento se emplean las siguientes alternativas de lechada:

Lechadas con densidad normal1. Densidad. Debido a la profundidad de asentamiento de estas sartas, se requiere de la adición de harina

sílica malla 325 para evitar la regresión de la resistencia a la compresión. En este caso, la densidad es de 1.93 gr/cm3 con cemento clase "H" y 52% de agua por peso de cemento.

2. Control de filtrado. Se procede a moderar el filtrado empleando un agente de control de filtrado para lechadas de densidad normal, combinado con un porcentaje bajo de un agente fluidizante del orden de 0.3% por peso de cemento. El valor que se debe obtener es de aproximadamente 50cm 3/30min. bajo una presión diferencial de 1,000 psi.

3. Fluidez. Con el filtrado controlado, se procede a mejorar la fluidez de la lechada, aumentando un poco el

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porcentaje defluidizante a manera de reducir al máximo las pérdidas de presión por fricción durante el desplazamiento en el espacio anular.

4. Tiempo de bombeo. El siguiente paso es determinar el tiempo de bombeo mediante la dosificación de un retardador del fraguado para alta temperatura. Esto se hace, generalmente, con base en la respuesta que el retardador muestre al cemento que se usó en trabajos anteriores o por ensayo y error. En este caso se recomienda iniciar las pruebas de tiempo de bombeo con porcentajes bajos y hacer incrementos del orden de un décimo en la dosificación del producto hasta lograr el tiempo deseado. El tiempo de bombeo que se debe dar a una lechada es el necesario para efectuar la operación en el pozo; es decir, el tiempo para preparar y bombear la totalidad de la lechada a una velocidad de mezclado de 1 ton/min., más el tiempo de desplazamiento de la lechada al espacio anular al gasto máximo permisible, de acuerdo con el gasto determinado por el sistema computarizado de análisis hidráulico, más un factor de seguridad en tiempo de 1 1/2 hr. Cuando este tiempo sea mayor o igual a 5 horas, debido al volumen de cemento empleado, se debe efectuar el trabajo con dos unidades cementadoras.

5. El contenido de agua libre de la lechada debe tener, invariablemente, un valor de 0 cm3. El contenido de agua libre de la lechada debe tener siempre un valor de 0 cm3.

6. Resistencia a la compresión. Se deben correr pruebas de resistencia a la compresión, con base en el diseño completo de la lechada, para saber en cuánto tiempo el cemento fraguado desarrolla su resistencia a la compresión y así poder continuar en el pozo con la perforación de la siguiente etapa o con las operaciones de terminación.

Lechadas de alta densidad1. Densidad. Debido a la profundidad de asentamiento de estas sartas, se requiere de la adición de harina sílica,

para evitar la regresión de la resistencia a la compresión. Así la densidad es ajustada tomando en consideración la presencia del 35% de harina sílica o de arena de sílice. En estos casos de incremento de densidad es preferible usar arena malla 100, debido a que no requiere de agua adicional y el valor de la densidad estará en función de la densidad del fluido de control. El incremento de la densidad se logra empleando un agente densificante de alto peso específico que no requiera de la adición de agua, tal como la hematita y la limadura de fierro. Otro material densificante es la barita, sulfato de bario, el cual es empleado comúnmente en los lodos de perforación para darle peso al fluido; pero para usarlo en las lechadas es poco recomendable por su bajo grado de pureza. Estos materiales densificantes se emplean a porcentajes relativamente altos con respecto a los aditivos comunes, siempre calculando que se obtenga el peso de lechada deseado mediante balance de materiales. También se puede efectuar el incremento de la densidad mediante la disminución del agua de mezcla. En estos casos, se incrementa el porcentaje del agente dispersante para contrarrestar el incremento de la viscosidad.

2. Control de filtrado. Ya que se tiene la densidad deseada, se procede a regular el filtrado. Se emplea entonces un agente de control de filtrado para lechadas de densidad normal a un porcentaje bajo del orden de 0.3 a 0.4% por peso de cemento, combinado con un porcentaje bajo de un agente fluidizante que le ayude en su trabajo del orden de 0.3% por peso de cemento. El valor que se debe obtener es de aproximadamente 50 cm3/30min. bajo una presión diferencial de 1,000 psi.

3. Fluidez. Con el filtrado controlado, se procede a mejorar la fluidez de la lechada, aumentando el porcentaje de fluidizante a manera de reducir al máximo las pérdidas de presión por fricción durante el desplazamiento en el espacio anular.

4. Tiempo de bombeo. El paso siguiente es determinar el tiempo de bombeo mediante la dosificación de un retardador del fraguado para alta temperatura. Esto generalmente se hace con base en la respuesta que

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muestre el retardador al cemento que se esté usando de acuerdo con trabajos anteriores, por el empleo de gráficas proporcionadas por la compañía de servicio, o por ensayo y error, en cuyo caso se recomienda iniciar las pruebas de tiempo de fraguado con porcentajes bajos y hacer incrementos del orden de un décimo en la dosificación del producto, hasta lograr el tiempo deseado. El tiempo de fraguado inicial que se debe dar a una lechada es el tiempo necesario para efectuar la operación en el pozo; es decir, el tiempo para preparar y bombear la totalidad de la lechada a una velocidad de mezclado de 1 ton/min., más el tiempo de desplazamiento de la lechada al espacio anular al gasto máximo permisible, de acuerdo con el gasto determinado por el programa computarizado de análisis hidráulico, más un factor de seguridad en tiempo de 1 1/2 h, en los casos en donde este tiempo sea mayor o igual a 5:30 h, debido al volumen de cemento empleado, se debe efectuar el trabajo con dos unidades cementadoras.

5. El contenido de agua libre. La lechada debe manifestar, invariablemente, un valor de 0 cm3 de agua libre, debido a que la liberación de agua generalmente está acompañada de precipitación de sólidos; en otras palabras, el punto de cedencia de la lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para convertirse en newtoniano.

6. Resistencia a la compresión. Se deben correr pruebas de resistencia a la compresión con el diseño de la lechada completo, para saber en cuanto tiempo desarrolla el cemento fraguado, su resistencia a la compresión y así poder continuar en el pozo con la perforación de la siguiente etapa o con las operaciones de la terminación del mismo. En la práctica se asume un valor aceptable de resistencia a la compresión de 35 kg/cm2, como mínimo, para que la capa de cemento soporte el peso de la tubería. Este valor de resistencia a la compresión con lechadas de alta densidad se obtiene generalmente dentro de las primeras 4 horas de estar en reposo a las condiciones de fondo.

Lechadas de baja densidad1. Densidad. Debido a la profundidad de asentamiento de estas sartas, se requiere de la adición de harina

sílica para evitar la regresión de la resistencia a la compresión. La densidad se debe ajus-tar entonces tomando en consideración la presencia del 35 % de harina sílica. En estos casos de disminución de densidad es preferible usar harina de sílice malla 325, debido a que ésta requiere del 40 % de su propio peso de agua adicional.

2. El diseño completo de esta lechada es similar al procedimiento descrito para las tuberías anteriores con lechadas de baja densidad.

3. El contenido de agua libre de la lechada debe tener, invariablemente, un valor de 0 cm 3, debido a que la liberación de agua generalmente indica una inestabilidad del sistema diseñado; en otras palabras, el punto de cedencia de la lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para convertirse en newtoniano.

En pozos direccionales y horizontales el factor de estabilidad de la lechada se torna crítico debido a que el agua libre puede formar un canal en la parte alta del espacio anular a lo largo del intervalo cementado. Esto favorece el flujo de fluidos de las capas a través de éste.

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