1. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de Cementaciones Ingeniera deCementacionesINDICEpginaCONCEPTOS GENERALES 4Introduccin4I. CEMENTACIONES4Clasificacin de las cementaciones4Descripcin de la cementacin primaria4Descripcin de la cementacin forzada 5Descripcin de los tapones de cemento 5II. CEMENTO PORTLAND5Definicin5Fabricacin 6Principales compuestos del cemento y sus funciones6Clasificacin API y ASTM de los cementos6Propiedades fsicas de los cementos 8Categoras de los aditivos y sus funciones9Lechadas de cemento 11III. CEMENTACIN PRIMARIA 20Cmo obtener la informacin del pozo20Cementacin de las diferentes tuberas de revestimiento 21IV. DISEO DE LABORATORIO Y RECOMENDACIONES GENERALES 22Diseo de laboratorio 22Tubera conductora22Tubera superficial 22Tubera intermedia24Tubera de explotacin24 1

2. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de CementacionesInformacin de gabinete27Informacin de laboratorio 27V. DISEO DE GABINETE27Procedimientos de diseo de gabinete 29Obtencin de datos 29Clculo de cemento, agua y aditivos31Clculo del requerimiento de materiales31Procedimientos operativos40Ejemplos 44VI. NUEVAS TECNOLOGAS EN CEMENTACIN PRIMARIA 50Tecnologa de lechada de baja densidad con alta resistencia compresiva 50VII. CEMENTACIN DE POZOS DIRECCIONALES Y HORIZONTALES 56Introduccin 56Clasificacin de pozos horizontales56Resumen64VIII. TAPONES DE CEMENTO 64Descripcin64Objetivos64Tipos de tapn 65Tcnicas de colocacin 68Consideraciones de diseo69IX. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA COLOCACIN DEL TAPN 71Dump bailer71Ejemplos 73X. CEMENTACIN FORZADA 78Introduccin 78XI. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA CEMENTACIN FORZADA81Teoras de aplicacin sobre problemas reales 82Problemas especiales en cementaciones forzadas 932 3. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de CementacionesXII. ACCESORIOS PARA TUBERAS DE REVESTIMIENTO97Tipos de accesorios 97Cementacin en etapas mltiples 104XIII. ACCESORIOS PARA TUBERAS CORTAS (Liner) 106Empacadores para tuberas cortas con unidad de sellos molible 110Colgadores para tuberas cortas 112XIV. DESARROLLO HISTRICO DE LAS UNIDADES CEMENTADORAS114Unidades cementadoras 114Unidades transportadoras de cemento a granel119Almacenaje y dosificacin de cemento120Diseo de una planta dosificadora de cemento121Salud y seguridad en el manejo de aditivos122Instalaciones 123XV. CRITERIOS DE EVALUACIN DE: 123Cementaciones primarias 123Cementaciones a presin 124Tapones por circulacin 124PREGUNTAS Y RESPUESTAS125GLOSARIO128BIBLIOGRAFA129 3 4. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de Cementaciones Ingeniera deBIBLIOGRAFIACementaciones 1. Nelson, E.B. Well Cementing, 1983 16. Cementing I halliburton energier services.2. Dowell Engineering Manual, 1995 17. Cementing II halliburton energier services.3. DEC Cementing School Papers, 1997 18. Cementing for engineers.4. G. Birch, Guidelines for Setting Abandonment19. Displacement mechanigs studies halliburtonand Kick-Off Plugs, 1999 energier services.Conceptos generales4. Evitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas.5. Miller. Joe. Dowells Plug PlacementEn este captulo se describen las principales opera-Tool presentationciones de cementacin que se efectan en los po- El reto principal es obtener sellos hidrulicos efec-zos petroleros, las tecnologas, los equipos y mate- tivos en las zonas que manejan fluidos a presin.6. DOFSE, Kellyville Training Center, 1987riales empleados.Para lograrlo es indispensable mejorar el despla- zamiento del lodo de perforacin del tramo de7. OTC, Kellyville Training Center, 1998I. CEMENTACIONES espacio anular que se va a cementar consiguien- do as una buena adherencia sobre las caras de la8. Adam T. Bourgoyne Jr. Applied DrillingSon las operaciones con cemento que se efectanformacin y de la tubera de revestimiento, sin ca-Engineering SPE Textbook Series,con fines especficos en los pozos petroleros. nalizaciones en la capa de cemento y con un lle-Vol.2. 1991. nado completo.Clasificacin de las cementaciones9. Preston L. Moore.- Drilling Practices Manual.-Second Edition 1986Se clasifican de acuerdo con los objetivos que sepersiguen en:10. Energy Halliburton Cementing ManualCementacin primariaCemento Completamentefraguado sin canalizacin 11. API SPEC 10, 10A Y 10B. de gasCementacin forzada12. Marcel y Andr Reimbert; Construccinde Silos.- Traduccin del francs porTapones de cementoManuel Velzquez VelzquezDescripcin de la cementacin primaria13. Lloyd E. Browell, Edwin H.Young;Process Equipment Design;La cementacin primaria es el proceso que consisteVessel Design.- Editorial Library Congress Catalogen colocar cemento en el espacio anular, entre laCaroltubera de revestimiento y la formacin expuesta del Cemento adherido aNumber: 59-5882. Printed in the United States ofagujero, asegurando un sello completo y permanentela formacinAmerica.(ver figura 1). Cemento adherido a la tubera 14. Dwight K Smith. Series SPE;Objetivos de las cementaciones primariasCementing Monograph Vol. 4, SPE, 1990.1. Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozo15. World wide cementing practices firts sirstque contienen gas, aceite y agua. Zona de Intersedition enero 1991. API2. Soportar el peso de la propia tubera de revesti-miento.3. Reducir el proceso corrosivo de la tubera de re-vestimiento con los fluidos del pozo y con los flui-dos inyectados de estimulacin.Figura 1 Cementacin primaria.4129 5. Ingeniera de CementacionesIngeniera de CementacionesGLOSARIO Se ha vuelto prctica comn que para cumplir con 4. Proporcionar un amarre en la prueba del pozo. el segundo y tercer objetivos, el cemento debe de- sarrollar un esfuerzo compresivo mnimo de 500 psi II. CEMENTO PORTLAND (35 kg/cm2) dentro de las primeras 8 horas. Este va- lor es producto de la prctica.Definicin AES rea exterior de sellos PdifPresin diferencial AiTRrea interior de TR ProtT Proteccin a la tubera Descripcin de la cementacin forzadaEl cemento es una mezcla compleja de caliza (u CAD Capacidad del agujero descubierto ProtF Proteccin a la formacinotros materiales con alto contenido de carbonato CEA Capacidad del espacio anularCcCarga mxima al colapso del cargadorEs el proceso que consiste en inyectar cemento a de calcio), slice, fierro y arcilla, molidos y calci- CICeCima de cemento FCc Factor de capacidad del colgador al colapso presin a travs de disparos o ranuras en la tube- nados, que al entrar en contacto con el agua for- CTC Capacidad del TCQ Gasto ra de revestimiento al espacio anular. sta es unama un cuerpo slido. Esta mezcla de ingredientes CTP Capacidad de TP R Rendimiento del saco de cemento medida correctiva a una cementacin primaria de- se muele, se calcina en hornos horizontales con CTp Capacidad de Tp PVPeso volumtricofectuosa.corriente de aire y se convierte en clinker, el cual CTR Capacidad de TR DTR Desplazamiento de TR contiene todos los componentes del cemento, Dag Dimetro del agujeroRTRCResistencia de TR al colapso Objetivos de las cementaciones forzadasexcepto el sulfato de calcio, que se le agrega como DcDimetro de la camisa Cpi Carga mxima de TR sin desgarrarse ingrediente final. DeDimetro exterior W Peso de tubera 1. Mejorar el sello hidrulico entre dos zonas que DiDimetro interior Vzc Volumen de lechada dentro de TR entre zapatamanejan fluidos. Los componentes que forman el cemento son xi- y cople 2. Corregir la cementacin primaria en la boca dedos superiores de oxidacin lenta. Esto significa que DTDimetro de tubera RTRpi Resistencia de TR a la presin internauna tubera corta, o en la zapata de una tubera terminan su grado de oxidacin al estar en contacto DvDimetro del vstagoRTRTResistencia de TR a la tensin cementada, que manifieste ausencia de cemento en con el aire al enfriarse. EfEficienciaWSPeso de sarta de tubera la prueba de goteo. Esta prueba consiste en la apli- ETP Elongacin de TPScSaco de cemento cacin al agujero descubierto, inmediatamente des- De todos los cementos, el Portland es el ms im- ETR Elongacin de TRTCTubera conductor pus de perforar la zapata, de una presin hidrulicaportante en cuanto a trminos de calidad. Es el FCFuerza que acta sobre el cople TRTubera de revestimiento equivalente a la carga hidrosttica, que ejercer el material idneo para las operaciones de cemen- FFFactor de flotacin TPTubera de perforacin fluido de control con el que se perforar la siguiente tacin de pozos. Ffp Factor de friccin del lodo TpTubera de produccin etapa. Esto se realiza durante 15 a 30 minutos, sin FsFactor de seguridad DTP Desplazamiento de TP abatimiento de la presin aplicada.Algunos cementos Portland son de fabricacin espe- GeGravedad especfica t TRTramos de TR 3. Eliminar la intrusin de agua al intervalo productor. cial, debido a que las condiciones de los pozos difie- GfGradiente de fractura Vag Volumen de agua 4. Reducir la relacin gas-aceite. ren significativamente entre s al variar su profundi- GTP Grado de TP t TPTramos de TP 5. Sellar un intervalo explotado.dad. En la solucin de algunos problemas especficos GTR Grado de TR VcVolumen de cemento 6. Sellar parcialmente un intervalo que se seleccio- de pozos se utilizan cementos de menor uso. H Profundidad VLc Volumen de lechada de cemento n incorrectamente. hzc Longitud entre zapata y cople Vcr Volumen de cemento requerido 7. Corregir una canalizacin en la cementacin pri-El cemento Portland es, adems, el ejemplo tpico de L LongitudVdVolumen de desplazamiento maria. un cemento hidrulico: fragua y desarrolla resisten- LTP Longitud de TPVit Velocidad de introduccin de la tubera 8. Corregir una anomala en la tubera de revesti- cias a la compresin como resultado de la hidratacin, LTR Longitud de TRLVLongitud del vstago miento.la cual involucra reacciones qumicas entre el agua y Uac Densidad del aceroLTp Longitud de Tplos componentes presentes en el cemento. UcDensidad del cementoWTPeso terico de la tuberaDescripcin de los tapones de cemento Ufc Densidad del fluido de controlFCpiFactor de capacidad del colgador a la presinEl fraguado y endurecimiento no solamente ocurre interna Los tapones comprenden un cierto volumen desi la mezcla de cemento y agua se deja esttica al T TiempoWFPeso fsico de la tubera lechada de cemento, colocado en el agujero o enaire, tambin se presenta si la mezcla se coloca en el interior de la tubera de revestimiento.agua. El desarrollo de resistencia es predecible, uni-forme y relativamente rpido. Objetivos de los tapones de cementoEl cemento fraguado tiene baja permeabilidad y es 1. Desviar la trayectoria del pozo arriba de un pesca- insoluble en agua, de tal forma que expuesto a sta do o para iniciar la perforacin direccional.no se destruyen sus propiedades. 2. Taponar una zona del pozo o taponar el pozo.Tales atributos son esenciales para que un cemento 3. Resolver un problema de prdida de circulacinobtenga y mantenga el aislamiento entre las zonas en la etapa de perforacin.del subsuelo.128 5 6. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de CementacionesFabricacin Principales compuestos del cemento y sus funcionescada por la longitud entre cople y zapata de la TRCementacin a presin con bombeo continuo o conpor cementar. bombeo intermitente.Los materiales crudos se muelen y mezclan vigoro- 1. Silicato triclcico (3CaO.SiO2) habitualmente co-samente, as se obtiene una mezcla homognea en nocido como C3S.7.Indique en qu consiste el diseo de gabinete deCementacin a presin con rompimiento de forma-las proporciones requeridas, para lograrlo existenuna cementacin primaria y cmo se pueden conju-cin e inyeccin de la lechada en el interior de lados procesos: seco y hmedo (figura 2, proceso de Es el componente ms abundante en la mayora de gar las caractersticas reolgicas de los fluidos con fractura provocada.fabricacin del cemento Portland).los cementos y, adems, el factor principal para pro- el estado mecnico del pozo.ducir la consistencia temprana o inmediata (1 a 28 das). Cementacin a presin sin romper formacin, for-Proceso secoGeneralmente, los cementos de alta consistencia in- El diseo de gabinete consiste en conjugar las ca-mando depsitos de cemento con base en la cons-mediata contienen en mayor concentracin este com-ractersticas reolgicas de los fluidos que intervie- truccin de enjarre de baja permeabilidad en las zo-Se preparan las materias primas y se pasan a un puesto; ms que el Portland comn y los retardados. nen en la operacin de cementacin con las condi- nas de inyeccin.molino para homogeneizar el tamao de las partcu-ciones mecnicas del pozo, mediante un programalas y su cantidad. Se pasan por un separador de aire2. Silicato diclcico (2CaO.SiO2) habitualmente co- computarizado que brinda la oportunidad de anali- ble: uno, para programar y ejecutar los parmetrosy se les lleva a silos mezcladores para su almacena-nocido como C2S.zar varias alternativas: simula mediante clculos los principales de cementacin durante la operacin, ymiento antes de pasarse al horno rotatorio. esfuerzos a que se someter el pozo durante la ope- el otro para monitoreo y control del desarrollo de laCompuesto de hidratacin lenta que proporciona la racin de cementacin y vigila, en todo momento,operacin misma.Proceso hmedoganancia gradual de resistencia. Ocurre en un pe- que la presin de fondo de cementacin no sea igualriodo largo: despus de 28 das.o superior a la presin de fracturamiento de la for-La tcnica elegida se selecciona de acuerdo con elA diferencia del anterior, este proceso efecta una macin, ni menor a la presin de poro.El sistema de cmputo debe ser doble: uno, paramezcla de las materias primas con agua para man-3. Aluminato triclcico (3CaO.Al2O3) habitualmenteobjetivo de la operacin. programar y ejecutar lostener en forma ms homognea la mezcla. Tambin conocido como C3A.8. Indique los pasos que se deben seguir para elparmetros principales de cementacin durante lase les pasa por un molino para uniformar el tamao clculo de un tapn balanceado de cemento. operacin. y el otro parade partcula y, posteriormente, se pasa a unos con- Tiene influencia en el tiempo de espesamiento de latenedores que mantienen en movimiento la mezcla lechada. Es responsable de la susceptibilidad al ata- Efectuar registros de calibracin y temperatura del 10. Indique las caractersticas que debe tener elantes de pasarla al horno rotatorio.que qumico de los sulfatos sobre los cementos. Estaagujero.monitoreo y control del desarrollo de la opera-susceptibilidad se clasifica en moderada y alta resis-cin sistema de mezclado de cemento para obte-Esta mezcla de materia cruda seca o hmeda, segn tencia al ataque qumico, cuando contienen este Definir de acuerdo al registro de calibracin la zona ner un trabajo de calidad.el proceso de fabricacin, se alimenta en la partecompuesto en 8 y 3% respectivamente.de colocacin y dimetro promedio.ms elevada del horno rotatorio inclinado, a un gas-Debe hacerse con un mezclador de alta energa. Seto uniforme, y viaja lentamente por gravedad a la 4. Almino ferrito tetraclcico (4CaO.Al2O3 .Fe2O3) ha- Calcular el volumen de lechada necesaria para cu- imprime un esfuerzo cortante alto y prolongado,parte inferior del mismo. bitualmente conocido como C4AF. brir la longitud del tapn que se pretenda tener en basado en recircular la mezcla con control de densi-el pozo.dad automatizado programable, con capacidad sufi-El horno se calienta con gas a temperaturas de 1430 Este compuesto es de bajo calor de hidratacin y no ciente 25 bl para operaciones con volmenes gran-a 1540C. influye en el fraguado inicial. Determinar la altura de la lechada dentro y fuera dedes de lechada.la tubera de perforacin, dividiendo el volumen deEstas temperaturas originan reacciones qumicas Clasificacin API Y ASTM de los cementoslechada calculada entre la suma de las capacidadesentre los ingredientes de la mezcla cruda, resultan-dentro de la tubera de perforacin y del espacio anu-do un material llamado clinker. Las Normas API se refieren a clase de cemento; laslar entre la tubera de perforacin y el agujero.Normas ASTM a tipo de cemento.El clinker se deja enfriar a temperatura ambiente con Determinar la altura dentro y fuera de los frentescorriente de aire, en un rea inmediata al horno, cons- 1. Cemento clase A o tipo I lavador y espaciador en forma similar al de latruida bajo diseo para controlar la velocidad de en- lechada.friamiento. Una vez fro, se almacena y se muele pos- Est diseado para emplearse a 1830 m de profun-teriormente en molinos de bolas, para darle el tama-didad como mximo, con temperatura de 77C, y Calcular el volumen de desplazamiento, multiplican-o deseado a las partculas.donde no se requieran propiedades especiales. do la capacidad del interior de la sarta por la distan-cia de la cima determinada en el paso anterior a laEl clinker se alimenta al molino de cemento conjun- 2. Cemento clase B o tipo IIsuperficie, con base en las alturas determinadas entamente con una dosificacin de sulfato de calcio los dos pasos anterioresdihidratado, con lo que se obtiene el producto ter- Diseado para emplearse hasta a 1830 m deminado de cemento Portland, figura 2. profundidad, con temperatura de hasta 77C, y en9. Mencione las tcnicas empleadas para llevar adonde se requiere moderada resistencia a los sulfatos.cabo una cementacin a presin.6127 7. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de Cementaciones3. Indique los principales compuestos mineralgicos Aceleradores Separador de aire del cemento y sus funciones.Reducen el tiempo de fraguado de los sistemas deSilicato Triclcico C3S cemento e incrementan la velocidad de desarrollode resistencia compresiva. CalizaPartculas mayoresEs el componente de mayor proporcin en la mayo- Colector de polvoAl hornora de los cementos y el factor principal que produce Retardadoresla consistencia temprana o inmediata (1 a 28 das). FinoProlongan el tiempo de fraguado de los sistemas deLos cementos de alta consistencia inmediata, gene-cemento. Alimentadores deA la bombaralmente lo contienen en mayor concentracin que materias primas MolinoneumticaCmara de aire Silos de mezclado enSilo de almacenaje de materiael Portland comn y que los retardados. Extendedorescaliente secomezcladaBajan la densidad de los sistemas de cemento y/oSilicato Diclcico C2Sreducen la cantidad de cemento por unidad de volu-men del producto fraguado.Compuesto de hidratacin lenta que proporciona laganancia gradual de resistencia, la cual ocurre enDensificantesun periodo largo: despus de 28 das.Incrementan la densidad de los sistemas del ce- Al hornomento. Materiales almacenadosAluminato Triclcico C3A separadamente ClinkerDispersantesTiene influencia en el tiempo de espesamiento de laMaterias primas calcinadas a 2700 o F Entrada delechada. Es responsable de la susceptibilidad al ata-combustibleReducen la viscosidad de las lechadas de cemento.que qumico de los sulfatos sobre los cementos. SeYesoclasifican en moderada y alta resistencia al ataqueControladores de filtradoqumico, cuando lo contienen en 8 y 3% respectiva-mente.Controlan la prdida de la fase acuosa de los siste-mas de cemento, frente a zonas permeables.Aluminio Ferrito Tetraclcico C4AFEnfriador del clinker Horno RotatorioControlador de prdida de circulacin con aire Clinker y yeso convergenEste compuesto es de bajo calor de hidratacin y noal molinoinfluye en el fraguado inicial.Controlan la prdida de cemento hacia zonas dbi-les de la formacin o fracturas.4. Indique las clases de cemento petrolero de ma- yor aplicacin en el mbito mundial, en funcinAditivos especiales de su versatilidad de aplicacin.Es la miscelnea de aditivos complementarios para SeparadorColector deCementos Clase G Y H.yeso de airepolvosLneas de carga de cemento ala cementacin, tales como antiespumantes, unidades transportadorascontroladores de la regresin de la resistenciaComnmente conocidos como cementos petroleros,compresiva, etctera.son bsicos para emplearse desde la superficie has-yes ota 2240 m tal como se fabrican. Pueden modificarse6. Indique cmo se calcula el volumen de lechadacon aceleradores y retardadores para usarlos en un de cemento que se requiere emplear en unaamplio rango de condiciones de presin y tempera- cementacin primaria, con tubera corrida hastatura. la superficie.Materiales5. Indique las categoras en que se agrupan paraproporcionadosSe multiplica la capacidad del espacio anular entre Molino de bolassu estudio los distintos aditivos.el agujero y la tubera de revestimiento por cemen- Bomba decemento Silos de Almacenaje Ensacadoratar y entre sta y la ltima tubera cementada, por laLos aditivos qumicos de cementacin se agrupanlongitud que se va a cubrir en cada caso, ms la ca-)LJXUD)DEULFDFLyQ GHO HPHQWR 3RUWODQGen ocho categoras para su estudio y aplicacin: Figura 2 Proceso deFig. No. 8.4.01 Proceso de Fabricacin del Cemento Portland fabricacin del cemento Portland.pacidad de la tubera que se va a cementar multipli-1267 8. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de Cementaciones3. Cemento clase C o tipo III cano del Petrleo) tienen propiedades fsicas espe- PREGUNTAS Y RESPUESTAS Resolver un problema de prdida de circulacin encficas para cada clase de cemento, mismas que b- la etapa de perforacin.Est diseado para emplearse hasta 1830 m de pro- sicamente definen sus caractersticas.1. Describa los objetivos de las siguientes opera-fundidad como mximo, con temperatura de 77C, ciones: Hacer un amarre en la prueba del pozo.donde se requiere alta resistencia a la compresinLas principales propiedades fsicas de los cementos son:temprana; se fabrica en moderada y alta resistencia Cementacin primaria 2. Indique los procesos de fabricacin del cementoa los sulfatosGe = Gravedad especficaCementacin a presin Portland.Tapn de cemento4. Cemento clase DDenota el peso por unidad de volumen, sin tomarProceso Secoen consideracin otros materiales, tales como el aire Los principales objetivos de la cementacin prima-Este cemento se emplea de 1830 hasta 3050 m deo el agua; es decir, el peso de los granos de cemen-ria son: Se preparan las materias primas y se pasan a unprofundidad con temperatura de hasta 110C y pre- to especficamente; sus unidades son gr/cm3, kg/lt molino para homogeneizar el tamao de las part-sin moderada. Se fabrica en moderada y alta re-y ton/m3. Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozoculas y su cantidad, pasando por un separador desistencia a los sulfatos. que contienen gas, aceite y agua.aire y se llevan a silos mezcladores para su almace-PV= Peso volumtrico namiento antes de alimentarse al horno rotatorio.5. Cemento clase ESoportar el peso de la propia tubera de revesti-Denota el volumen por unidad de masa. Se toma enmiento.Proceso HmedoEste cemento se usa de 1830 hasta 4270 m de profun- consideracin el aire contenido entre los granos dedidad con temperatura de 143C y alta presin. Se fa- cemento; sus unidades son gr/cm3, kg/lt y ton/m3. Reducir el proceso corrosivo de la tubera de reves- Este proceso efecta una mezcla de las materias pri-brica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.timiento, por los fluidos del pozo y los inyectados al mas con agua para mantener en forma ms homog-Blaine. Fineza de los granos de cemento estimularlo. nea los materiales, haciendola pasar tambin por un6. Cemento clase F molino para uniformar el tamao de partcula y poste-Indica el tamao de los granos del cemento. Su mayorLos objetivos de las cementaciones forzadas son: riormente se pasa la mezcla a unos contenedores queEste cemento se usa de 3050 hasta 4880 m de pro-influencia se da sobre el requerimiento de agua para lala mantienen en movimiento antes de pasar al hornofundidad con temperatura de 160C, en donde exis- preparacin de la lechada. Esta caracterstica es un factor Mejorar el sello hidrulico entre dos zonas que ma-rotatorio.ta alta presin. Se fabrica en moderada y alta resis- determinante, pero no nico, para la clasificacin de los nejan fluidos.tencia a los sulfatos.cementos. Sus unidades son cm2/gr,m2/kg Representa elEsta mezcla de materia cruda, seca o hmeda, se-rea expuesta al contacto con el agua y se determinaCorregir la cementacin primaria en la boca de una tube- gn el proceso de fabricacin, se alimenta por la parte7. Cementos clase G Y H como una funcin de permeabilidad al aire.ra corta o en la zapata de una tubera cementada, que ms elevada, al horno rotatorio inclinado, con unmanifiesta ausencia de cemento en la prueba de goteo gasto uniforme, y viaja lentamente por gravedad aComnmente conocidos como cementos petroleros, sonDistribucin del tamao de partcula la parte inferior del mismo.bsicos para emplearse desde la superficie hasta 2240 m Eliminar la intrusin de agua al intervalo productor.tal como se fabrican. Pueden modificarse conIndica la eficiencia con la que se llev a cabo la seleccin, Reducir la relacin gas aceite.Para cemento petrolero, el horno se calienta con gasaceleradores y retardadores para usarlos en un amplio la molienda y el resto del proceso de fabricacin sobre la a temperaturas de 1430 a 1540C.rango de condiciones de presin y temperatura.homogeneizacin de los materiales crudos molidos. Sellar un intervalo explotado. Estas temperaturas originan reacciones qumicas en-En cuanto a su composicin qumica son similaresTamao promedio de partculas Sellar parcialmente un intervalo que se seleccion tre los ingredientes de la mezcla cruda, resultandoal cemento API Clase B. Estn fabricados con espe-incorrectamente. un material llamado clnker.cificaciones ms rigurosas tanto fsicas como qu-Es el tamao de grano que ocupa el 50% de un pesomicas, por ello son productos ms uniformes.determinado de cemento, dentro de la gama de ta-Corregir una canalizacin en la cementacinEl clnker se deja enfriar a temperatura ambiente conmaos de grano que integran el cemento. primaria.corriente de aire, en un rea inmediata al horno, cons-8. Cemento clase J truida bajo diseo para controlar la velocidad de en-Requerimiento de agua normalCorregir una anomala en la tubera de revestimiento.friamiento. Una vez fro se almacena y se muele pos-Se qued en fase de experimentacin y fue disea-teriormente en molinos de bolas, dndole el tamaodo para usarse a temperatura esttica de 351FEs el agua necesaria para la lechada con cemento solo.Los objetivos de los tapones de cemento son: deseado a las partculas.(177C) de 3660 a 4880 metros de profundidad, sin Debe dar 11 Uc a los 20 minutos de agitarse en elnecesidad del empleo de harina slica, que evite la consistmetro de presin atmosfrica a temperatura am-Desviar la trayectoria del pozo, arriba de un pesca- El clnker alimenta al molino de cemento conjunta-regresin de la resistencia a la compresin.biente; se expresa en por ciento por peso de cemento. do o para iniciar la perforacin direccional.mente con una dosificacin de sulfato de calcio dihidratado, con lo que se obtiene el producto ter-Propiedades fsicas de los cementos Requerimiento de agua mnimaTaponar una zona del pozo o taponar el pozo. minado de cemento Portland.Los cementos de clasificacin API (Instituto Ameri- Denota el agua necesaria para la lechada de cemen-8125 9. Ingeniera de CementacionesIngeniera de Cementacionesde los centros de investigacin marcan un porcen-con arena slica y no deben presentar canalizacin to. Debe dar 30 Uc a los 20 minutos de agitarse enControlador de prdida de circulacintaje de adherencia mnimo del 90 % para obtenery flujo a travs del tapn, debindose probar conel consistmetro de presin atmosfrica a tempera-buenos resultados de sello; sin embargo, las expe- presin hidrulica y peso, cuyos valores depende-tura ambiente; se expresa en por ciento por pesoSon materiales que controlan la prdida de cemen-riencias de campo marcan un 80 % mnimo para rn de su profundidad de colocacin y condicionesde cemento. to hacia zonas dbiles de la formacin o fracturas.dar por buena la cementacin del pozo.Densidad de la lechadaAditivos especialesCementaciones a presinEs el peso de la mezcla del cemento con agua y est Es la miscelnea de aditivos complementarios paraLa evaluacin de este tipo de operaciones se hace deen funcin de la relacin de agua por emplear. Susla cementacin, tales como antiespumantes,acuerdo con su objetivo; es decir, si sta se efecto unidades son gr/cm3, kg/lt y ton/m3.controladores de la regresin de la resistenciapara corregir una canalizacin en una cementacin compresiva, etctera.primaria, se evaluar mediante la aplicacin de un s-ngulo de talud natural del cementonico de cementacin y /o la aplicacin de presin enclases de Aceleradoreslas zonas disparadas verificando que exista buen se-Es el ngulo que forma el material granulado cuan-llo en los orificios de los disparos y en la zona de faltado se deposita en una superficie plana horizontal;Estos aditivos qumicos acortan el tiempo de bom-de adherencia manifestada por el registro.sirve para el diseo de la planta dosificadora de ce- beo e incrementan el desarrollo de resistenciamento y para recipientes a presin. compresiva; disminuyendo el tiempo equipo de per-Para el caso de abandono de intervalos, primera-foracin.mente se debe alcanzar una presin final y poste- Categoras de los aditivos y sus funcionesriormente se efecta una prueba de admisin paraLos aceleradores de mayor aplicacin son:asegurarse de su efectividad por un lapso de 15 a Aceleradores30 minutos con la presin que se espere del siguien- Cloruro de calcio (CaCl2)te intervalo a explotar o una prueba de aligeramien-Son productos qumicos que reducen el tiempo deto de columna para verificar que no se tengan apor- fraguado de los sistemas de cemento. IncrementanEsta sal se dosifica del 2 al 4 % por peso de cemen-taciones de fluidos de la formacin la velocidad de desarrollo de resistencia compresiva. to, dependiendo del tiempo de bombeo que se de-sea obtener. Es el producto que exhibe mayor con-Tapones por circulacin Retardadorestrol en el tiempo bombeable .La evaluacin de los tapones de cemento que seSon productos qumicos que prolongan el tiempo Cloruro de sodio (NaCl)colocan por circulacin variar de acuerdo con el de fraguado de los sistemas de cemento.objetivo que se persiga con el tapn: Acta como acelerador en concentraciones de has-Extendedoresta un 10 % por peso de agua, entre el 10 y 18 %Para desviar pozo el tapn debe soportar de 3 a 4 produce un tiempo de bombeo similar al obtenidoton de peso en condiciones estticas, adems al re- Son materiales que bajan la densidad de los siste-con agua dulce. A concentraciones mayores del 18bajar para afinar el punto de desviacin debe tener mas de cemento y/o reducen la cantidad de cemen-% causa retardamiento. La tpica concentracin deuna consistencia tal que manifieste una velocidad to por unidad de volumen del producto fraguado. acelerador es del 2 al 5 % por peso de agua.de penetracin mnima de 2 minutos por metro, conun peso mximo sobre barrena de 3 ton y una pre-Densificantes Sulfato de calcio (CaSO4) 2sin de bombeo de 120 a 140 kg/cm .Son materiales que incrementan la densidad de los Es un material que por s mismo posee caractersti-La longitud del tapn tender a ser de 150 m mxi-sistemas del cemento. cas cementantes y tiene fuerte influencia en expan-mo, empleando frentes de limpieza y separador con dir el cemento fraguado; como acelerador se dosificaun volumen igual o mayor que el del cemento.Dispersantesbasndose en el tiempo que se desea y la tempera-tura a la cual va a trabajar. Su concentracin varaLa cima del cemento podr variar en +/- 20 m de laSon productos qumicos que reducen la viscosidaddel 50 al 100% por peso del cemento.profundidad de diseo.de las lechadas de cemento.Retardadores del fraguado del cementoLos tapones temporales y de apoyo se probarn con Controladores de filtrado5 ton de peso esttico nicamente.Son aditivos qumicos que incrementan el tiem-Son materiales que controlan la prdida de la fasepo de fraguado inicial y brindan la posibilidad deLos tapones de abandono y obturamiento de inter-acuosa de los sistemas de cemento, frente a zonas trabajar el cemento en un amplio rango de tem-valos, con temperatura mayor de 100C se disearnpermeables. peratura y presin.124 9 10. Ingeniera de CementacionesIngeniera de CementacionesComo la aceleracin, los mecanismos para retardarOtro cido hidroxilcarboxlico con un fuerte efecto Observacionesel fraguado del cemento Portland son an materia retardante, es el cido ctrico. ste tambin es efec-de controversia. As han surgido varias teoras quetivo como dispersante de cemento y normalmenteEvite golpear los silos presurizados, pues pueden oca-intentan explicar el proceso retardante. stas son:se usa en concentraciones de 0.1 a 0.3% por pesosionar un accidente. En caso de ser indispensable,de la adsorcin, la precipitacin, la nucleacin y lade cemento. golpear suavemente utilizando un martillo de caucho.complejidad. Consideran dos factores: la naturalezaqumica del retardador y la fase del cemento (silicato Los cidos de hidroxilcarboxlico de manera similar Nunca debe cerrarse o abrir una vlvula sin conoci-o aluminato) sobre la cual acta el retardador.que los lignosulfonatos actan ms eficientemente miento pleno del estado de la operacin que se est con cementos de bajo contenido de C3A.realizando, figura 90.Los retardadores ms conocidos son los lignosulfonatosde calcio y los cromolignosulfonatos de calcio, as como Compuestos sacridosotros que son mezclas qumicas. Unos trabajan a tempe- XV. CRITERIOS DE EVALUACIN DE:raturas bajas y otros a temperaturas altas. Su dosifica- Los sacridos son excelentes retardadores del ce-cin es de 0.1 a 2.5% por peso de cemento. mento Portland. Cementaciones primariasLos retardadores ms empleados son:Se usan ocasionalmente en la cementacin de po- El mtodo de evaluacin de la cementacin primaria zos, por ser muy sensibles a pequeas variaciones debe ser seleccionado de acuerdo con el objetivo: Lignosulfonatosen sus concentraciones.Figura 90 Mezcla manual de lechada de cemento. As, cuando se desea verificar si se tiene buen sello en la zona de la zapata, se procede a efectuar unaSe componen de sales de cidos lignosulfnicos de Derivados de la celulosaprueba de goteo. Se aplica al agujero descubiertosodio y calcio. Son polmeros derivados de la pulpaInstalaciones inmediatamente despus de perforar la zapata, unade la madera. Usualmente son compuestos no refi- Los polmeros de la celulosa son polisacridos deri-presin hidrulica equivalente a la carga hidrostticanados y contienen varias cantidades de compues-vados de la madera o de otros vegetales. Son esta-La planta de almacenamiento debe contar con que ejercer el fluido de control con el que se per-tos sacaroides con un peso promedio molecular quebles a las condiciones alcalinas de la lechada de ce- sealamientos de localizacin de cada uno de losforar la prxima etapa, durante 15 a 30 minutos, sinvara de 20,000 a 30,000.mento.productos qumicos ah almacenado. En estas se- abatimiento de la presin aplicada. ales se encuentra la informacin bsica del pro-Debido a que los lignosulfonatos purificados pier- El retardador celulsico ms comn es elducto: nombre, tipo de riesgo al manejarlo, tipo de Cuando se desea verificar si hay buen sello en la bocaden mucho poder retardante, la accin retardante carboximetil hidroxietil celulosa (CMHEC). Es efecti- equipo que se debe portar al manejarlo. Otra prcti-de una tubera corta, se hace una prueba hidrostticade esos aditivos se atribuye a la presencia de vo a temperaturas superiores de 250 F (120 C).ca segura es designar reas especiales con bordes sobre la capa de cemento; se aplica una presin hi-carbohidratos de bajo peso molecular.o represas en donde se almacenen productos lqui- drulica calculada, que no sea mayor a la resistencia a Tambin la CMHEC se usa como agente de controldos para prevenir, en caso de algn derrame, ma-la compresin del cemento, a las condiciones de fon-Los retardadores de lignosulfonatos son efectivosde prdida de fluido; adems, incrementa signifi- yor dao al ambiente, y facilitar la recuperacin dedo. Se toma en consideracin la carga hidrosttica ejer-con todos los cementos Portland y se dosifican decativamente la viscosidad de la lechada.los mismos. cida por el fluido de terminacin, ms la presin hi-0.1 a 1.5 % por peso de cemento. drulica aplicada con bomba, por un tiempo determi- OrganofosfonatosEn lo que corresponde al sistema neumtico utiliza- nado; generalmente son de 15 a 30 minutos con pre-Son efectivos hasta 250 F (122 C) de temperatura dedo para la mezcla del cemento y aditivos, cada unosin sostenida, sin bombeo adicional.circulacin en el fondo del pozo (BHCT) y hasta 600 F Se aplican a temperaturas de circulacin tan altas como de los componentes del sistema: compresores, l-(315 C) cuando se mezclan con borato de sodio.400 F (204 C). Presentan insensibilidad a variaciones neas y silos, deben contar con vlvulas de desfo- Para evaluar la adherencia en todo el tramo cemen- sutiles en la composicin del cemento, y tienden ague que prevengan de cualquier percance que pu- tado es necesario efectuar un registro snico deHasta el momento se ha comprobado que losbajar la viscosidad de lechadas densificadas. diese ocurrir al sobre represionar al sistema. Asi- cementacin, empleando la tecnologa de ultraso-retardadores de lignosulfonatos afectan principal- mismo, el sistema debe estar provisto con un co-nido con cualquiera de las herramientas ultrasni-mente la cintica de la hidratacin de C3S; sin em-Reductores de friccin (dispersantes) lector de finos, el cual recolecta y almacena la gran cas y, en caso de que este registro denote mala ca-bargo, sus efectos sobre la hidratacin del C3A no mayora de los finos (polvos) generados por la do-lidad de la cementacin en las zonas de inters, seson significativos.Son productos que ayudan a obtener con gastos sificacin y que de otra forma se descargaran a la efectuarn operaciones de re-cementacin a travs bajos de bombeo el rgimen turbulento. Reducen la atmsfera.de disparos efectuados en las partes que denoten cidos hidroxilcarboxlicosfriccin entre granos, y entre stos y las paredes. falta de sello del cemento por mala adherencia o Tambin, entre el equipo bsico de seguridad de lapor existencia de canalizaciones. Generalmente esLos cidos hidroxilcarboxlicos contienen grupos De acuerdo con varias investigaciones realizadas en planta se deben incluir lavaojos y lavamanos colo-aceptada una adherencia mnima del 80 % para darhidroxlicos (OH) y carboxlicos (CHn) en su estruc- diferentes pases se ha demostrado que la mayor cados en lugares estratgicos de fcil acceso a las por bueno un trabajo de cementacin, aunque lostura molecular. Son retardadores poderosos y se apli-eficiencia en la limpieza del lodo del espacio anular personas que se encuentran laborando. estudios efectuados en los laboratorios de reologacan en un rango de temperatura de 200 F (93 C) a se logra en rgimen turbulento; es decir, cuando la300 F (149 C). lechada de cemento y los colchones de limpieza se10123 11. Ingeniera de CementacionesIngeniera de CementacionesEl resto de recipientes son similares adesplazan a una velocidad tal que corresponda a un -Si - OH + OH- -Si - O- + H2Olos descritos. nmero de Reynolds de 3000 a 4000 o mayor, en fun- cin de sus caractersticas reolgicas: n = ndice de Los iones libres de calcio en la solucin reacciona- Compresores de aire. Normalmen-comportamiento de flujo y k = ndice de consistencia. rn con los grupos cargados negativamente sobrete la planta dosificadora de cementola superficie de los granos. Un ion de calcio puedea granel cuenta con un par deGeneralmente, son sales de cidos grasos y seunirse a dos grupos, Si-O- los cuales pueden estarcompresores de aire, con capacidad dosifican del 0.2 al 2.5% por peso de cemento. en un mismo grano o en dos granos diferentes.de 300 a 600 pies cbicos de gastopor minuto y una presin de servicio Lechadas de cementoEl puenteo entre dos granos se debe a que el rearegulada de 30 a 40 psi. Este sistema superficial del cemento es grande y compiten porneumtico se encarga del manejo delLas lechadas de cemento son suspensiones altamen-los iones de calcio entre los sitios de adsorcin. Unacemento en la planta en general. te concentradas de partculas slidas en agua. parte de los granos del cemento puede estar carga-da positivamente, debido a la adsorcin de calcio,Salud y seguridad en el manejo deEl contenido de slidos de una lechada de cementomientras que otra parte est cargada negativamen-aditivos puede llegar hasta un 70%. te; como resultado, ocurren las interacciones entrelas porciones cargadas positivamente.La naturaleza de los materiales mane-La reologa de la lechada de cemento est relacio-jados por la planta de cemento da lu-nada con la del lquido de soporte, la fraccin Viscoplasticidad de las lechadas de cemento y me- Figura 89 Tanques presurizables de cemento a granel.gar a ciertas consideraciones especia- volumtrica de los slidos (volumen de partculas/ canismo de dispersinles, para la disminucin de riesgos yvolumen total) y la interaccin entre las partculas.prevencin de accidentes en el rea Cuando se mezcla cemento en polvo y agua se for-de trabajo:En una lechada de cemento, el fluido intersticial es ma una estructura de gel en toda la lechada, queCuenta con una lnea de llenado del silo que entra una solucin acuosa de varias clases de iones y adi- impide flujos con esfuerzo cortante menor al esfuer-por su base cnica y corre paralelo a su ejeTodas las personas que se encuentren realizandotivos orgnicos. Por lo tanto, la reologa de la lechada zo de corte dado por el valor de cedencia. Esto eslongitudinal, el extremo superior de la lnea termina las actividades diversas que se llevan a cabo en ladifiere de la reologa del agua. resultado de la interaccin electrosttica entre lasen un codo de 90.planta, como son: cargado de bultos, vaciado de partculas. A esfuerzos de corte menores al valor debultos, pesado de qumicos, manejo del panel, etc. Los slidos en una lechada estn en funcin directacedencia, la lechada se comporta como un slido.Inmediatamente arriba de la brida del casquete fi-debern portar, sin excepcin: a su densidad. Esto puede originar algunas deformaciones finitas,nal lleva una lnea de descarga para suministro decemento.1.- Lentes de seguridad. Protegen los ojos del con-Las interacciones de las partcu- tacto con los polvos de los productos qumicoslas dependen principalmente de Olla de pesar y mezclar. Esta olla tiene una formaque pudieran haberse volatilizado hacia la at-la distribucin de las cargas su- similar a la descrita para el silo vertical, con la msfera.perficiales. Los dispersantes del diferencia de su tamao y capacidad. Este reci- cemento, tambin conocidos piente normalmente maneja por pesada entre 5 a 2.- Mascarilla contra polvos. Previene la inhalacin como superplastificadores, ajus- 7.5 ton de mezcla y, a diferencia del silo, el siste- de estos polvos.tan las cargas superficiales de las ma de inyeccin de aire es a travs de un mlti-partculas para obtener las propie- ple con toberas y vlvulas de contra presin y 3.- Overol. Proporciona una proteccin integral al dades reolgicas deseadas de la una lnea directa de suministro de presin, so- cuerpo de cualquier contacto cutneo con los pro- lechada (figura 3) portada directamente del tanque de servicio con ductos qumicos. una vlvula de contrapresin insertada que evitaIonizacin superficial de las par- el regreso del aire con cemento al compresor.4.- Casco. Resguarda la cabeza de golpes.tculas del cemento en un medio acuoso Olla de aditivos. Es similar a la olla de mezclar, 5.-Protectores auditivos. pero ms pequea pues nicamente tiene unaLa hidrlisis de algunos compues- capacidad de 2 ton de cemento. Su funcin es 6.-Guantes. Protegen las manos del contacto con el tos orgnicos e inorgnicos condu- efectuar una primera mezcla de los aditivos con cemento y productos qumicos, adems de gol-cen a su ionizacin y, por consi- una parte del cemento que integrar la pesada.pes o cortaduras. guiente, a cargas superficiales. ste Una vez hecha la mezcla se bombea a la olla dees el caso de la slice que forma la pesar donde se complementa el resto de cemen-7.-Zapatos antiderrapantes con casquillo metlico. mayor parte de los elementos del to de la pesada.cemento, y cuya frmula es: Figura 3 Interaccin de partculas.122 11 12. Ingeniera de CementacionesIngeniera de Cementacionesde compresin o, eventualmente, de deslizamiento, de la fraccin de volumen (fs) ocupado por la fase Sistema dosificador de aditivos lquidos Facilidad de acceso a las materias primas y/o aditi-pero no fluye.dispersa. vos. Contar con proveedores confiables por va a- Sin embargo, en localizaciones marinas existen res-rea, martima o terrestre.Arriba del valor de cedencia, la lechada se comportaEn modelos ms sofisticados, para dispersiones con-tricciones de espacio que limitan la cantidad de pro-como un lquido comprendido en el modelocentradas, la fraccin de volumen de la fase disper- ductos qumicos almacenados a granel, as como Distancia al o los puntos de utilizacin. Estratgica-Bingham, con viscosidad plstica bien definida. sa determina el parmetro. condiciones de humedad severas que afectan elmente ubicado en relacin con los puntos de venta desempeo de los aditivos en polvo.(bases del cliente o campos petroleros)Como se puede ver en la figura 4, experimentalmen-Un grupo hidrolizado silcico o alumnico sobre late, las curvas de esfuerzo cortante y velocidad desuperficie de los granos del cemento (-Si- -O-- +En estas circunstancias, se prefiere el uso de un sis- Comunicaciones. Acceso por caminos por los quecorte son aproximadamente lineales; la pendienteCa+) lleva cargas negativas, las cuales pueden tema de dosificacin con aditivos lquidos.puedan transitar equipo pesado, facilidades parade la lnea es la viscosidad plstica y su ordenada aladsorberse sobre los iones de calcio. efectuar y recibir los pedidos urgentes con sus pro-origen es el valor de cedencia.En instalaciones marinas, este sistema se encuen-veedores. Las partculas de cemento se tornan tra fijo en las plataformas y est diseado para con- uniformemente con cargas negativas. trolar automticamente la dosificacin de aditivos Leyes y reglamentos locales. Cumplir con las Velocidad corte (Lecturas del disco) Este efecto puede observarse midien-lquidos para las lechadas de cemento a travs denormatividades locales para su establecimiento, Velocidad dede corte (Lecturas del do el potencial Z, que es una funcin un controlador electrnico. Este sistema consta de principalmente en materia fiscal.cemento solo de las cargas electrostticas de las par- un conjunto de bombas acopladas a motores elc- tculas de una suspensin de cementotricos a prueba de explosin de 5 HP cuyos elemen- ,Condiciones ambientales y de seguridad. Adecua- diluido.tos expuestos a fluidos han sido seleccionados deda disposicin de residuos txicos y nocivos. materiales resistentes a la corrosin provocada por En el caso de polmeros no inicos ylos mismos.Una planta dosificadora de cemento tiene como fi- para algunas extensiones con polielec- nalidad manejar el cemento a granel por medio neu- trolitos, la repulsin de las partculasEst disponible con una o cuatro bombas con gas- mtico mezclando y homogeneizando los aditivosCemento disperso puede asegurarse mediante mecanis-tos variables de 25 y 50 gpm. Este sistema tam-que conforman los diferentes diseos obtenidos por mos diferentes a la repulsin electros- bin involucra al sistema de medicin continua el laboratorio. A su vez estas mezclas son cargadas ttica. que consta de tres o cuatro bombas electrnicaspor la misma planta a las unidades mviles de trans-Velocidad de corte (r.p.m.) .capaces de dosificar cualquier aditivo lquido alportacin que conducen el cemento al pozo. Las contribuciones entrpicas y entlpi-de la mezcla. Cada bomba tiene controles de ve- cas pueden impedir el enlace desorde- locidad variables para suministrar la cantidad Las partes principales que integran una planta de nado de los polmeros, evitando as elexacta de aditivo. cemento son:Sin embargo, la viscosidad aparente, representa-contacto cerrado entre dos partculas cubiertas porda por la relacin entre el esfuerzo de corte/veloci- una capa de polmero adsorbido.El sistema es gobernado a travs de un registrador Silos verticales. Su objetivo es almacenar cemen-dad de corte, no es una constante; en su lugar stade parmetros, que controla el gasto de cada bom-to y otros materiales a granel que intervienen endisminuye con el incremento del esfuerzo de corte.Composicin qumica de los dispersantes delba de aditivo y permite efectuar cambios sobre laaltas proporciones tales como harina y arena decementomarcha, sin afectar el gasto de las dems. slice. Son recipientes diseados para operar conUna vez que el valor de cedencia es rebasado, lapresin neumtica baja del orden de 20 a 50 psi ylechada ya no se comporta como unidad: se rompe Los sulfonatos son los dispersantes ms comunesCada bomba puede montarse con un tanque de gastos altos de aire del orden de 200 a 300 piesen partes y agregados de partculas que se mueven del cemento. aditivos con succin y descarga independiente, locbicos por minuto. El valor operativo de la plan-entre unas y otras. Estos agregados contienen agua que facilita su remocin y mantenimiento.ta est basado, por una parte, en su capacidadintersticial, lo que da como resultado que el volu- Generalmente, los materiales preferidos para la de almacenamiento y, por otra, en la calidad delmen efectivo de la fase dispersa sea mayor que el cementacin tienen de 5 a 50 grupos de sulfonatosDiseo de una planta dosificadora de cemento mezclado que efecta. La capacidad de cada silovolumen de los granos de cemento. adheridos a un gran polmero ramificado.depender del mercado potencial local y de las Entre las consideraciones ms importantes para elleyes regulatorias de la Secretara de Comunica-El volumen de la fase dispersa es el factor clave paraLos polmeros ramificados son los ms deseablesdiseo e instalacin de una planta de cemento se ciones y Transportes que impactan su moviliza-determinar la reologa de la dispersin. Por ejemplo, debido a su rango de concentracin, con lo cualtiene: cin de un centro petrolero a otro.en el primer orden de anlisis ste conduce a la rela-pueden puentear dos partculas mucho ms pe-cin de Einstein. queas.Volumen de cemento que se va a manejar. Necesi-Tiene un cuerpo cilndrico con una base cnica termi- dades del cliente, capacidad de procesamiento de nada en un casquete bridado y en la junta lleva lonasm = mo(1 + 2.5 fs)El sulfonato de polinaftalina (PNS o NSFC) es un pro-las mezclas, proyeccin a mediano y largo plazo delde distribucin de aire, que recibe de la parte final delducto condensado del sulfonato b -naftalina ymercado. casquete, el extremo opuesto est formado por unaLa viscosidad de una dispersin (m), hecha con un formaldehdo-. Tiene una alta variabilidad en el gra- tapa toriesfrica para soportar presiones.fluido base de viscosidad (mo), depende solamente do de ramificacin y de su peso molecular.12121 13. Ingeniera de CementacionesIngeniera de CementacionesSistema de aireacin dual o combinado La mezcla se efecta en forma ms rpida y uni- La representacin comercial de este producto es enAlgunos productos qumicos como los cidosforme.forma de polvo o solucin acuosa al 40%.hidroxilcarboxlicos, tambin tienen propiedadesEn algunos casos se combinan los sistemas de ai-dispersantes pero son fuertes retardadores del fra-reacin por lonas y por toberas, para obtener unLa preparacin de grandes volmenes de cementoPara una dispersin de lechada de agua dulce, nor-guado. Un ejemplo de stos es el cido ctrico el cualrpido aumento de presin y una consiguiente des- para una operacin es ms prctica. malmente se requiere de 0.5 al 1.5% por peso de se usa a menudo en sistemas de cemento salado.carga en menor tiempo. En muchos casos los sis- cemento activo.temas de aireacin por lonas han sido convertidos Aunque existe gran variedad de diseos para plan- Reologa de las lechadas dispersasen sistemas duales a los que se les hacen adapta- tas de cemento, adecuados a las necesidades es- Para lechadas que contienen NaCl se requieren con-ciones con tubera roscada, que evitan los proble-pecficas de cada zona, una planta estacionaria centraciones tan altas como el 4% por peso de ce- La lechada con suficiente dispersante tiene comomas que podran derivarse de cortar o soldar el silo. para el manejo neumtico de materiales a granel mento.valor de cedencia cero y se comporta como un flui-consta, bsicamente, de una serie de tanques para do newtoniano; de aqu se puede inferir que el valorAlmacenaje y dosificacin de cementoalmacenamiento, pesado y mezclado de cemen- La habilidad de dispersin del PNS es muy variable, de la cedencia vara de acuerdo con la concentra-to. lo cual depende del cemento.cin del dispersante.Como se mencion anteriormente, el manejo delcemento a granel es una prctica muy extendida en Silos de almacenamiento. Tanques verticales con Generalmente, el PNS es el dispersante ms utiliza- Con PNS el valor de cedencia empieza a incremen-el mundo entero debido a que facilita el mezclado,seccin transversal cnica en la parte inferior, lo do en la cementacin de pozos. Aunque los tarse con la concentracin de dispersante y decrecetransporte y dosificacin de grandes cantidades deque les permite operar para su descarga, hacialignosulfonatos frecuentemente son los ms emplea-escalonadamente a cero.este material.la bscula de cemento, con el principio de ali- dos como dispersantes en las formulaciones dementacin gravitacional.lodos de perforacin, pero tambin son efectivos en Cuando existen concentraciones bajas de dispersanteNormalmente este cemento se almacena en silos ver-las lechadas de cemento.hay un exceso de sitios cargados positivamente.ticales u horizontales hermticos y pueden estar bajo Bscula de cemento. Bscula presurizada, de sec-cubierta o en intemperie a prueba de humedad. cin transversal cnica, dentro de la cual los ma-El PNS y los lignosulfonatos actan simultneamen-El mximo valor de cedencia refleja el punto de mxi-teriales son cargados neumticamente. El mez- te como retardadores, por lo cual no pueden usarsema interaccin de las partculas cuando existe unExisten varios sistemas para la dosificacin y mez- clado de cemento y aditivos y la aireacin iniciala bajas temperaturas. Otros derivados de la lignina,balance exacto entre los sitios cargados positiva yclado del cemento a granel, entre otros: el sistema ocurren dentro de este tanque.tal como las ligninas del cido carboxlico, son msnegativamente.de aireacin y presurizacin, el sistema de vaco y efectivos como dispersantes del cemento que lasel sistema de dosificacin de aditivos lquidos. Silo de mezclado. En este tanque se haceligninas del cido sulfnico, aunque stas tambinEn concentraciones de dispersante ms altas, lashomogenea la mezcla del cemento y aditivos, retardan el fraguado. superficies de los granos son completamente cubier-Sistema de aireacin-presurizacinpermitiendo, adems, transferir neumtica-tas por cargas negativas; consecuentemente, el va-mente, al menos dos veces, los materiales deLos derivados de la lignina se obtienen de subpro-lor de cedencia es cero debido a la repulsinEl sistema de aireacin-presurizacin sigue el prin-un tanque a otro, antes de pasarlos al tanque ductos de la industria del papel, son baratos y tien- electrosttica.cipio descrito para el transporte de cemento a gra- de almacenamiento para su posterior cargado den a ser qumicamente indefinidos.nel (en el apartado muestra la distribucin tpica de al silo mvil.El efecto de los dispersantes sobre la viscosidaduna planta de cemento con sistema de aireacin- Otros dispersantes efectivos del cemento son losde las lechadas de cemento es diferente del ob-presurizacin automatizada). Silo para suministro de aditivos. Como su nombresulfonatos de poliestireno, pero debido a su alto cos-servado con el valor de cedencia; aunque lalo indica, a travs de este tanque son incorporados to, se emplean poco.interaccin electrosttica entre las partculas delLas bondades de este sistema se manifiestan en el al cemento los aditivos que se van a utilizar.cemento se incrementa inicialmente con la con-manejo de grandes volmenes de cemento, suLos poliacrilatos y los copolmeros, tales como elcentracin de dispersante, el tamao de las part-transporte al punto de utilizacin y su facilidad de Sistema de vaco. De forma muy similar funcio-sulfonato de estireno o anhdrido malico, tambin tie- culas agregadas empieza a decrecer inmediata-descarga. na el sistema de dosificacin por vaco. Esta in- nen buenas propiedades fluidizantes. Se usan conjun-mente. En consecuencia, el volumen de aguageniosa modificacin del sistema anterior utiliza tamente con compuestos inorgnicos tales como los inmovilizada decrece y la viscosidad de la lechadaEn la planta de cemento, el manejo de materialesun compresor que hace la funcin de bomba delcalis metlicos o sales de amonio, carbonatos,tambin decrece continuamente con la concen-a granel tiene, entre muchas otras, las siguientesvaco sobre el silo bscula, para que ste sea lle- bicarbonatos, oxalatos, silicatos, aluminatos y boratos.tracin de dispersante (figura 5).ventajas: nado con el cemento o los aditivos almacena-dos en otros silos. Una vez que se ha llenado elLos polisacridos hidroxilatados de bajo peso Asentamiento de las partculas y agua libreEl cemento y/o aditivos estn resguardados de las silo bscula a la capacidad deseada, se inviertemolecular tienen propiedades dispersantes cuandocondiciones climticas mientras es almacenado,la operacin del compresor a travs de un arre- estn formados por hidrlisis del almidn, celulosa Como efectos laterales de la adicin de dispersantes,transportado y descargado.glo de vlvulas electroneumticas que lo devuel-o hemicelulosa. Otros polmeros no inicos como la lechada puede mostrar sedimentacin, tener unven a su condicin de compresor paralos derivados de la celulosa, polmeros de xido de gradiente de densidad uniforme de la cima al fondoLos aditivos son uniformemente homogeneizados represionar y transportar el producto desde laetileno, alcohol polivnilico y polialcohol, tambin tie- de un contenedor, mostrar agua libre, o bien, teneral mezclarse bajo un procedimiento largamente pro-bscula hasta el punto de uso o almacenaje. nen propiedades dispersantes pero ellos retardan el una capa de fluido sin carga de partculas slidasbado. fraguado. sobre la parte superior de la lechada. Es posible que120 13 14. Ingeniera de CementacionesIngeniera de Cementaciones El operador puede programar directamente en elmximo y ello es suficiente, siempre y cuando se Unipro II la densidad y el gasto de mezcla requeridoproporcione un flujo grande y constante de aire para para la lechada en el recirculador y durante el desa- transportar suspendido el cemento. rrollo de la preparacin puede ajustar el gasto de mezcla sin que esto afecte a la densidad. Existen varios tamaos y configuraciones de tan- ques presurizados. Normalmente varan en un ran- Cuando son necesarias dos o ms lechadas, pue-go de 8 pies de dimetro con alturas de hasta 50 den llamarse los parmetros previamente cargadospies y pueden ser verticales conificados en su parte en el Unipro II y el ADC inicia automticamente lainferior u horizontales. nueva mezcla. El principio de funcionamiento es simple, una lnea Sistema floculadoSistema FloculadoSistema Disperso Sistema dispersoMezclador de alta energa de mezclado de aire fluidiza y presuriza el interior del tanque y enFigura 6 Agua libre, sedimentacin y segregacin.cuanto esta presin es liberada, arrastra consigo el Figura 5 Sistemas floculado y disperso. Es un mezclador ms avanzado, exacto y controla-material en forma continua. El aire que se filtra en- ionizacin del medio, de tal forma que las fuerzasdo por computadoras. Esta unidad proporcionatre el material aumenta el volumen de ste en aproxi-en la parte superior se tenga agua libre y exista unarepulsivas permiten el empacamiento uniforme de lechadas de la densidad requerida, a cualquier gas- madamente un 20%, lo cual beneficia grandementelechada homognea en el fondo; tambin es posi-las partculas. En una lechada completamente dis- to de bombeo deseado, para operaciones de cali- para el transporte posterior del mismo.ble que ocurra la sedimentacin sin desprendimien- persada, las partculas se encuentran libres para dad controlada en cementaciones de pozos.to de agua libre.moverse y libres para caer en el campo gravitacionalLa mayora de los silos presurizados poseen alguno y as colectarse en el fondo del contenedor. En laEl mezclador provee una alta energa de mezcladode los siguientes sistemas de aireacin.Agua libre realidad esta situacin ideal nunca ocurre; en su lu- manteniendo la densidad de la lechada dentro de gar se establece un gradiente de densidad.un rango de +/- 0.01 gr./cm3. Sistema de aireacin por medio de lonasCuando las partculas del cemento estn en suspen-sin no se encuentran completamente dispersas, e El fenmeno descrito se explica a travs de tres pro- El mezclador mantiene un control excelente de laEn este sistema de aireacin, el aire a presin esinteractan a travs de fuerzas electrostticas quepuestas, las cuales comprenden el concepto de densidad sin importar cambios en los gastos deintroducido por la parte inferior del silo, concreta-forman una estructura floculada que soporta el pesopolidispersin de las partculas y que, sin importarbombeo: ms an realiza ajustes muy rpidos cuan- mente en la zona del cono trunco en los silos verti-de una partcula dada. Si el espacio anular en el pozo su tamao, se comporten de manera diferente.do se cambia de un tipo de lechada a otro.cales. El aire entra por medio de mangueras de ai-es suficientemente estrecho, el peso de las partcu- reacin, directamente al fondo de un bastidor, en ellas se transmite a las paredes y la lechada se sopor-Las tres propuestas son:Un panel de control remoto permite al operadorque se crea una cmara de presin que hace vibrarta a s misma. controlar la unidad con solamente apretar botones las lonas y forzar al aire a filtrarse hacia arriba. 1. Las partculas ms pequeas an no se hande comandos, la pantalla muestra continuamente laEs raro que lo descrito ocurra, consecuentemente elasentado. densidad de la lechada, el peso del silo vertical, la La funcin de la cmara de presin y las lonas es lapeso de las partculas del cemento se transmite al 2. Las partculas ms pequeas estan prevenidas del entrada de cemento (vlvula), y la posicin de la de uniformar la corriente inyectada y hacer que elfondo a travs del gel y ocurre la deformacin de la asentamiento por movimiento browniano.vlvula de la lechada.aire sea mejor distribuido, de otro modo, parte delestructura. El agua es forzada a salir de la porcin 3. El gel floculado no sea lo suficientemente fuertematerial no sera movido, y se correra el riesgo dems baja de la lechada y se acomoda en las capas para soportar las partculas ms grandes. Unidades transportadoras de cemento a granelformar puentes.superiores que sufren el menor esfuerzo. Prevencin del agua libre y la sedimentacin de laTransferencia del cemento.Sistema de aireacin por medio de toberas (jets)La habilidad de las capas superiores para acomodar lechada El uso del cemento a granel fue introducido porel agua adicional es limitada; as, una capa de agua Halliburton en la dcada de los 40s en Sallem, A diferencia del sistema anterior, la inyeccin delpuede formarse en la cima de la lechada, como se Cuando el pozo est altamente desviado y horizon- Illinois. Actualmente en la mayor parte del mundo aire al interior del silo involucra ahora boquillas (to-muestra en la figura 6.tal no acepta columnas de cemento heterogneas, el cemento para pozos petroleros es manejado abera) de inyeccin. Su finalidad es dispersar cho- pues se requiere suficiente fuerza mecnica del ce- granel. rros continuos de aire directamente en el interiorSedimentacinmento fraguado y un aislamiento ms apropiado dedel silo hasta que aumente la presin al valor re- las zonas.El manejo del material cementante a granel ha be- querido. En forma general, un mltiplo de aire de 4Los dispersantes suprimen las interacciones entreneficiado la economa y la tecnologa de la pg se introduce por la parte superior del silo y de llas partculas del cemento por la neutralizacin deUn estudio minucioso con una grfica del agua libre cementacin. Las lechadas complejas o elaboradasse ramifican conexiones de 1 pg, en las que van ins-los sitios cargados positivamente. Cuando el proce-y valores de cedencia contra la concentracin del pueden efectuarse primero en seco por medio detaladas boquillas de inyeccin, la disposicin deso se termina, las partculas se repelen entre s a tra- dispersante revela que, con un rango entre 0.2 y 0.3% tanques presurizados para luego ser transportadas stas semejan races distribuidas en dos niveles yvs de interacciones de doble capa. El rango de ac-por peso de cemento, la lechada es lo suficiente- y preparadas en la localizacin. Tpicamente estosen ngulos de 45 y 90, respectivamente, medidoscin de estas fuerzas es muy corto debido a la altamente fluida y estable. sistemas estn diseados para operar a 40 psi comosobre un plano horizontal.14119 15. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de Cementaciones El equipo de premezclado consiste en tinas de f) Trabaja en circuito cerrado evitando la genera-En el campo, el control de la concentracin del aditi-ductos derivados de celulosa y se dosifican del 0.3%homogeneizacin de hasta 100 bl de capacidad. cin de polvo. vo en un rango tan estrecho es difcil. As, los agen-al 1.5%, por peso de cemento. El valor de filtradoLa preparacin se lleva a cabo midiendo en su in-tes antiprecipitacin son a menudo adicionados para estipulado por el API vara de acuerdo con el tipo deterior el agua requerida para la mezcla y vertien- La principal caracterstica de RCM es el sistema de ampliar el rango de concentracin dentro del cual operacin y es como sigue:do gradualmente el cemento sobre sta por me-recirculacin a travs de una bomba centrfuga y un bajan los valores de cedencia y puede originarsedio de una descarga neumtica; la mezcla sedepsito con capacidad de 8 a 25 bl, divididos en dos agua libre. Cementacin de T.R. =no mayor de 200 cm3homogeneiza por agitacin y circulacin, lo quesecciones y equipados con agitadores de turbinas. Tubera corta =no mayor de 50 cm3da como resultado una lechada de cemento ho- Los agentes antiprecipitacin son materiales que res- Cementacin forzada =de 30 a 50 cm3mognea y de densidad exacta. Se descarga a la El agua y el cemento seco son vertidos al primertauran parte del valor de cedencia, a un nivel compa-unidad de bombeo para ser enviada directamen-compartimento del deposito con gastos controla- tible con las condiciones de bombeo y la presin de El valor del filtrado API se mide en cm3 a 30 minutoste al pozo, y as se reducen los probables paros y dos mientras se agitan y circulan. La densidad se friccin, donde la formacin del pozo puede soportar. bajo una presin diferencial de 1000 psi.variaciones en el gasto. registra por medio de un densmetro y las variacio- nes en peso se corrigen por ajuste manual de la can-La bentonita se puede emplear para reducir el asen- Cuando una lechada de cemento se coloca a travs tidad de agua y/o cemento. Una vez que se ha llena- tamiento de la lechada. sta absorbe grandes canti- de una formacin permeable bajo presin ocurre elENTRADA DE do el primer compartimento, la lechada rebosa una dades de agua, y as la lechada se mantiene homo- proceso de filtracin. La fase acuosa de la lechadaCEMENTO mampara antes de iniciar a llenar el segundo com- gnea.escapa al interior de la formacin y deja las partcu- partimento. Esto ayuda a liberar el aire atrapado enlas slidas detrs. Este proceso se conoce comn- la lechada, de modo que la lectura de la densidad Varios polmeros solubles en agua reducen la sedi-mente como filtrado. no se vea afectada, figura 88.mentacin mediante el incremento de la viscosidad del agua intersticial. Los materiales usados ms co-Si el filtrado no se controla puede afectar seriamen- TINA CON MEIDOR DE Unidad con sistema de control auto-automtico demnmente son derivados celulsicos, tal como el te el trabajo que se est realizando. A medida que la FLUJO AGUA CAPACIDAD densidad ( Adc )hidroxietil celulosa. fase acuosa decrece, la densidad de la lechada se DE 8 BL incrementa. Como resultado, el comportamiento de Las caractersticas y beneficios del control autom-El agua de mar y los silicatos pueden mejorar la es-la lechada diverge del diseo original (reologa, tiem- DENSOMETROtico de densidad (ADC)Unipro II son:tabilidad de la lechada; adems algunas sales met- po de espesamiento). Si es mucho el fluido filtrado a licas tales como NaCl2 y MgCl2 construyen dbiles,la formacin, la lechada no se puede bombear. Mejora el control de la densidad. pero extensas estructuras de hidroxilos a travs del Capacidad de mezclado en mltiples etapas.volumen de la lechada.El API marca un filtrado para las lechadas de ce- Cambios instantneos en el gasto sin afectar la den-mento solo, del orden de 1500 cm3 /30 min. En la BOMBA DE RECIRCULACIONBOMBA DE AGUA sidad de la lechada.La eficiencia de los aditivos antiprecipitacin se pue- mayora de las operaciones se requiere mantener Cambios instantneos en la densidad de lechada sinde evaluar midiendo el gradiente de densidad en una un valor de filtrado menor de 50 cm3 /30 min paraFigura 88. afectar el gasto. columna de cemento fraguado.un trabajo adecuado de la lechada, por ello se Operacin simple. emplean materiales conocidos como agentes de Para hacerlo, se coloca con la lechada en una pro-control de filtrado, los cuales estn incluidos enUnidad con sistema de mezclado por recirculacin El corazn del sistema de control automtico de labeta y se deja fraguar. De la cima, parte media y del el diseo de la lechada.( RCM ). densidad (ADC) es el densmetro radioactivo mon-fondo de la columna se extraen obleas de cemento tado en la lnea de recirculacin del sistema RCM.fraguado. Actualmente, los mecanismos exactos mediante losEl mezclador de cemento por recirculacin (RCM), Con el monitoreo continuo de la densidad de lacuales operan los agentes de control de filtrado noofrece una gran combinacin de capacidades:lechada en el recirculador, el sistema ADC respon-La diferencia en peso entre las obleas da un ndice son completamente conocidos aunque se supone que de abriendo o cerrando las vlvulas de estrangula-del grado de sedimentacin de la lechada. existen varios procesos. Una vez iniciado el filtrado aa) Pueden mezclarse lechadas de cemento de has-cin de agua o cemento. El gasto del agua de mez- travs de la formacin, un enjarre de los slidos del ta 2.64 gr/cm3. cla es contabilizado por medio de un medidor de Reductores del filtrado cemento es depositado sobre la cara de la formacin.b) Para trabajos crticos como cementacin de tu-turbina acoplado a la misma lnea de recirculacin. Los agentes de filtrado disminuyen la velocidad de fil- beras cortas, tapones o cementaciones forzadas,Los datos adquiridos por estos medidores son mos- El control de filtrado es un factor de vital importan-tracin reduciendo la permeabilidad del enjarre y/o se logra un control exacto en la densidad.trados y gobernados a travs del Unipro II en la con- cia en la cementacin de tuberas de revestimientoincrementando la viscosidad de la fase acuosa.c) Es muy til para mezclado de lechadas con vol- sola del operador.y en las cementaciones forzadas para colocar el ce- menes bajos del orden de 8 bl o menos.mento en el lugar deseado, sin que sufra deshidra-Existen dos clases principales de aditivos para el con-d) Puede reducirse el gasto de mezcla hasta 0.5 bl/Estos controles se basan en seales electrnicas en tacin fuerte al pasar por zonas permeables o bientrol de filtrado: min durante la operacin. lugar de hidrulicas, lo que da una velocidad de res- al estar forzando la lechada.e) Mejora las propiedades de la lechada debido a puesta ultra rpida que mantiene las variaciones en Materiales slidos con partculas finamente divididos. una mayor energa de mezclado.peso de la lechada en el orden de 0.1 gr/cm3. Generalmente, los reductores de filtrado son pro- Polmeros solubles en agua.11815 16. Ingeniera de CementacionesIngeniera de CementacionesLa naturaleza qumica y fsica de cada tipo de mate-la viscosidad de una solucin igualmente concentra-La prctica del mezclado continuo ha trado como para controlar la entrada de cemento en el recipien-rial y sus mecanismos hipotticos se explican a con-da de HCE de alto peso molecular puede ser tan altaconsecuencia la posibilidad de que no ocurran va-te de mezclado que permite un control ms exactotinuacin.como 50,000 cp. La alta viscosidad debiera elevar la riaciones de densidad en las lechadas de cemen-del suministro de cemento, y una bomba centrfugavelocidad de filtracin; sin embargo, esta estrategiato durante las operaciones crticas, tales como lasque recircula la lechada por los jets a travs de unaMateriales pulverizados por s sola no puede ser confiable para proporcionar de las tuberas de revestimiento de explotacin. lnea adicional. Esto ayuda al ajuste de la densidadun control de filtrado, debido a que el mezclado de la De hecho, en algunos casos para este tipo de ope-y a su vez imparte ms energa de mezclado a laEl primer agente de control de filtrado empleadolechada sera imposible. raciones se ha retornado a la tecnologa del lechada.para lechadas de cemento fue la bentonita, en 1949.premezclado.Debido al tamao pequeo de sus plaquetas, la La reduccin de la permeabilidad del enjarre es elMezclador de tornadobentonita puede entrar al enjarre y alojarse entreparmetro ms importante observado en el control La prctica del premezclado es la clave para unalas partculas de cemento, como resultado la per- del filtrado. Cuando una lechada con suficiente agen-cementacin exitosa, los componentes lquidos yEste sistema utiliza una baja energa con el efectomeabilidad del enjarre decrece. Adems, para de-te de control proporciona una velocidad de filtradoslidos de la lechada, deben ser combinados en elde agitacin con flujo tangencial para mezclar sli-terminar el filtrado se usan sistemas particularesAPI de 25 cm3 /30 min, el enjarre resultante es aproxi-pozo para obtener las propiedades establecidas endos y lquidos. El proceso se realiza cuando el aguatales como el polvo de carbonato, asfaltos, resinas madamente 1000 veces menos permeable que el ob-el laboratorio. Las dos metodologas ms destaca-se alimenta circunferencialmente en un tubo verti-termoplsticas, etc.tenido con una lechada de cemento solo; consideran-das para el proceso de mezclado son pre-mezclado cal creando un flujo helicoidal hacia el recipiente dedo que el incremento de viscosidad del agua intersticial y mezclado continuo. mezclado. El cemento y los aditivos secos son ali-El ltex es un excelente agente de control de filtra- es cinco veces mayor, como se muestra en la tabla 1:mentados a travs de pequeos tubos concntricosdo. Forma redes entre sus molculas por serPre-mezclado desde un silo introducindose en las paredes de lapolmeros emulsionados. Usualmente se suministra ADITIVOPERM. VISC. REL. FILT.tubera interior mezclndose con el agua. Ms aba-como una suspensin lechosa, de partculas esfri- Enj.(md) FILT. EFIC. (cm3/30 min) En este proceso se mezcla el total de los ingredien- jo, otra tubera concntrica alimenta la lechada reci-cas pequeas del polmero (generalmente entre 200 S/A5100 1 11600tes (cemento, agua y aditivos) en un tanque queclada en el recipiente de mezclado. Toda la lechaday 500 um de dimetro). La mayora de las dispersio- A 0.35%924 2.24 0.280 450cuenta con mecanismos de agitacin continua, los pasa a travs de una bomba centrfuga para pro-nes de ltex contienen aproximadamente 50% de A 0.60%140 4.48 0.077 173cuales imparten energa de mezclado adicional yporcionar mejor mezclado y mayor energa de mez-slidos. Como la bentonita, contiene partculas tan A 0.80% 6.13.70 0.01845homogeneizacin de la lechada antes de bombear-cla durante la recirculacin y a su vez alimenta lapequeas que pueden taponar fsicamente los po- A 1.00% 4.93.32 0.01720la al pozo.succin de las bombas trplex.ros en el enjarre del cemento.B 0.30%770 3.10 0.217 300B 0.80% 5.14.80 0.01426Mezclado continuoActualmente las unidades de bombeo pueden es-Las redes ms comunes para cementos petrolerosB 1.30% 1.32.30 0.01112 tar montadas en plataformas, patn o barcos; pue-son las de cloruro de vinilo, acetato de polivinilo yC 0.08 GPS18251.01 0.596 240En este proceso se mezclan los aditivos de la lechadaden estar actuadas por motores elctricos o de C 0.20 GPS 21 1.05 0.05843ms recientemente el butadieno del estireno. Los conforme se estn bombeando al pozo. Los mto- combustin interna y tener controles manuales o C 0.40 GPS 15 2.05 0.03814primeros dos materiales estn limitados a tempera- dos tradicionales de mezclado continuo son mez-automticos.turas menores de 122 F (50 C). El ltex de butadieno Tabla 1 clados con jets, slurry chief y tornado.del estireno ha sido aplicado a temperaturas hastaComnmente las unidades cementadoras de hoyde 350 F (176 C). El tamao de los poros en el enjarre del cemento Mezclador con Jets estn equipadas con dos bombas de desplazamientopuede evaluarse empleando un porosmetro de mer-positivo capaces de bombear en conjunto de 0.25 aPolmeros solubles en aguacurio. La distribucin de tamao tpico muestra el Consiste bsicamente de un recipiente cnico, una17 bpm., en funcin del dimetro del mbolo y dedimetro medio que es de 1 mm. tina de mezclado, lnea de descarga y lneas de ali- las lneas conectadas al pozo.A principios de 1940, los polmeros solubles en agua mentacin de agua. En esta teora de mezclado, else emplearon como agentes de filtracin en la per-El radio de giro tpico de una molcula de polmerocemento y los aditivos secos alimentados por gra-A su vez, las bombas de desplazamiento positivoforacin. es menor de 1000 A (0.1mm); de tal manera que vedad son succionados desde un recipiente cnico pueden ser dplex de doble efecto o trplex de sim-los conjuntos de molculas debern ser suficiente- hasta un recipiente de mezclado, por el efecto deple efecto. Cualesquiera de ellas es satisfactoria conActualmente, estos materiales se usan extensiva-mente grandes como para obstruir u obturar un poro vaco creado por el agua, que es bombeado a tra- las limitaciones propias del diseo; sin embargomente como agentes de control de filtrado enen el enjarre. vs de jets (efecto Venturi). Esta lechada pasa por un para servicio pesado las bombas trplex proporcio-lechadas de cemento para pozos. Generalmente,cuello de ganso que descarga en una tina de mezcla,nan una descarga ms suave y pueden manejar msoperan simultneamente incrementando la viscosi-Los polmeros solubles en agua pueden formar agre- para ser succionada por una bomba centrfuga y en- potencia y presin. Tambin se puede contar condad de la fase acuosa y disminuyendo la permeabi- gados coloidales adheridos dbilmente en la solucin,viada a las bombas de desplazamiento positivo y s-bombas quintplex cuya cavitacin es menor aunlidad del enjarre.los cuales son suficientemente estables para eltas, a su vez, bombean la lechada dentro del pozo. sin el amortiguador.acuamiento y la constriccin del enjarre. TalesLa viscosidad de una solucin de polmeros dependepolmeros pueden tambin adsorberse sobre la su- Slurry chief La incorporacin de un sistema de recirculacinde su concentracin y peso molecular. Por ejemplo,perficie de los granos del cemento y, de esta manera, automtica y de un control automtico de densidad,una solucin al 2% de hidroxietil celulosa de bajo peso reducir el tamao de los poros. Probablemente, una Este sistema es una versin modificada del ante- mejora la energa de mezclado y beneficia notable-molecular puede tener una viscosidad de 500 cp, perosuperposicin de estos dos fenmenos, adsorcin msrior, pero con una cuchilla operada hidrulicamentemente la preparacin de la lechada.16117 17. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de CementacionesPotencia hidrulica seado, por medicin fsica o por dispositivos elec-agregacin, es el mecanismo real de accin de los formaldehdo de naftalen sulfonato condensado comotrnicos de medicin y graficacin continua. agentes de filtracin polimricos.dispersante. Tambin se usa para mejorar el controlDependiendo del fabricante y el modelo, la mximade filtrado cuando se le adiciona CMHEC o HEC.potencia vara entre 200 y 500 hhp. Gasto. El gasto de lechada es medido en el conta-Las lechadas de cemento que contienen polmerosdor de velocidad del cigeal de la bomba de in- solubles en agua deben ser bien dispersadas paraLas mezclas complejas que contienen polivinilControles e instrumentosyectar al pozo o por medio de un medidor de flu- obtener ptimo control de la filtracin. Los polmerospirolidn, anhdrido malico - N - vinil pirolidnjo usado para un registro continuo de losaromticos sulfonados o sales son casi siempre adi- copolmero y poli (aril vinil benzil) cloruro de amonioAntes de empezar un trabajo algunos mecanismos de parmetros del trabajo que se est haciendo. cionados en conjunto con estos materiales.que es un policatin, son efectivos aditivos de con-control sobre el equipo de cementacin son seleccio- trol de filtrado. Adems, el N - vinil pirolidn puedenados o fijados en posicin de acuerdo con la com- Presin. La presin de bombeo es leda en un Como se explic, los dispersantes mejoran el acomo- ser copolimerizado con estiren sulfonato para for-posicin y densidad de la lechada, as como el gastomanmetro o en un registrador grfico, undo o empacamiento de los granos del cemento (y talmar un producto con propiedades satisfactorias dede inyeccin deseado. Durante el trabajo, el ajuste transductor de presin electrnico es usado si se re-vez los agregados de polmero) en el enjarre. Por otrocontrol de filtrado.final es hecho con cualquier de los mezcladores degistran varios parmetros mediante una unidad central. lado, los dispersantes reducen la permeabilidad delcemento o vlvula de control de inyeccin de agua, enjarre del cemento y pueden proporcionar algn gra-El alcohol polivinlico (PVAL) se usa frecuentementedependiendo del tipo de equipo. El ajuste de la velo- Densidad de la lechada. La densidad de la lechadado de control de la filtracin en s mismos.como aditivo de control de filtrado.cidad de la bomba de inyeccin al pozo puede tam- tradicionalmente es medida manualmente me-bin ser necesario para mantener un nivel constante diante una balanza presurizada. Sistemas ms Derivados de la celulosaEste material es efectivo para aplicaciones a bajasen el tanque o tanques de lechada, o mantener la pre- sofisticados vienen convirtindose en ms econ- temperaturas, aproximadamente de 100F (38C) ysin de bombeo dentro de limites fijados (por ejem- micos (por ejemplo, una balanza de medicin de El primer polmero usado como aditivo de controlmenores, debido a que no tiene efecto retardante aplo en los trabajos de cementacin a presin).peso continuo en tubo en U y densmetros radio-de filtrado fue una protena (polipeptina) extrada detemperaturas mayores y es compatible con losactivos conectados a una unidad central de registro).frijol de soya. Recientemente, la etilendiamina aceleradores tales como el cloruro de calcio. carboximetil celulosa y otros derivados de la celu- Reologa de la lechada. La medicin de tales losa fueron introducidos. A finales de los aos 50 la Polmeros sintticos aninicosparmetros no son realmente ejecutados de ma-carboximetil hidroxietil celulosa (CMHEC) fue intro-nera rutinaria en el pozo. Esto se sujeta al diseoducida como un aditivo de la filtracin para lasLos grupos ms importantes de aditivos de filtra-de laboratorio, tomando en consideracin nica-lechadas de cemento y an es ampliamente usado. cin de polmeros aninicos estn compuestos demente los porcentajes de los aditivosRecientemente, la ejecucin de la CMHEC se ha me- polmeros cortos, derivados de la acril amina (AAm). jorado. Se han ajustado el grado de sustitucin (DS)La poli acrilamina es no inica y no se usa sola en Resistencia compresiva. Esta medicin est suje- de 0.1 a 0.7 (carboximetil) y la proporcin mol (MS) de lechadas de cemento.ta exclusivamente a condiciones de laboratorio,xido de etileno a anhidro glucosa aproximadamentelas muestras de la lechada son tomadas normal- de 0.7 a 2.5. El agente ms comn para el control deLos copolmeros de acrilamina muy a menudo des-mente para ejecutarse en un laboratorio centralfiltrado celulsico es la hidroxietil celulosa (HEC), con critos en literatura de patente, contienen uncomo pruebas posteriores al trabajo. un grado de sustitucin entre 0.25 y 2.5. monmero sulfonado: 2-acrilamida-2-cido metil propano sulfnico (AMPS).Actualmente en muy pocas partes del mundo se Todos los aditivos celulsicos de filtrado tienen cier-trabaja con mediciones fsicas de la densidad ytas desventajas, pues como suelen ser efectivos Para producir agentes de control de filtrado la AMPScon slo el manmetro que nos indique la presin viscosificantes del agua, pueden incrementar la difi- ha sido copolimerizada con los materiales siguientes: Figura 87 Densmetro por gravedad. de bombeo al pozo. Las unidades cementadoras cultad del mezclado de la lechada y causar viscosi-cuentan con dos computadoras a bordo, en una dedad indeseable en la lechada del cemento. AcrilamidaLos trabajos de cementacin requieren la medicin ellas se programan los valores de los parmetros a N,N-dimetilacrilamida (NNDMA)de varios parmetros, entre stos:los cuales se sujetar la operacin de cementacin A temperaturas menores de 150 F (65 C), los aditi-y gobernar dichos parmetros, de tal forma quevos de filtrados celulsicos son retardadores eficien-Los terpolmeros de la AMPS se usan como se Agua de mezcla. Los volmenes de agua son medi- no permitir el envo de lechada del recirculador al tes; se debe tener cuidado para evitar el sobre re- describe:dos en los tanques de desplazamiento, o por pozo mientras no se ajuste a la densidad programa- tardamiento de la lechada. Tambin la eficiencia demedidores de flujo de pulsacin electromagntica. da, por otro lado, no permitir mayor presin de lalos polmeros celulsicos decrece a medida que se AMPS + AAm + cido itacnico (IA)mxima programada en la superficie, contndose incrementa la temperatura. Los agentes de control AMPS + AA + N-metil-N-vinil acetamida (NMVA) Cemento o mezclas de cemento en seco yen la segunda computadora con graficadores dede filtrado celulsico no se usan a temperaturas de AAm + vinil sulfonato + NMVAlechada. El volumen de lechada mezclada y ce- todos los parmetros y un registro en memoria quecirculacin arriba de 200 F (93 C). AA(AAm) + NMVA + AMPSmento seco son determinados mediante la com-conservar toda la informacin relativa a la opera-binacin de agua de mezcla y la densidad de lacin, que puede ser reproducida cuantas veces seaPolmeros sintticos no inicos La AMPS tambin puede ser parte de un copolmerolechada. Se monitorea continuamente la densidad necesario, con la finalidad de esclarecer posibles o un terpolmero solos o injertados a la columna ver-de lechada que se prepara para lograr el valor de-problemas operativos.El polivinil pirolidn (PVP) puede emplearse contebral de una lignina, asociado con acrilo nitrilo,11617 18. Ingeniera de Cementaciones Ingeniera de CementacionesNNDMA o AA. Estos polmeros complejos trabajandiferenciales de 500 psi (750 psi con 250 psi de las propiedades de la lechada se ven afectadas, no Un mltiple suficientemente verstil para usarse eneficientemente como agentes de control de filtradocontrapresin).slo por la proporcin entre cemento, agua y aditi-una variedad de combinaciones.en lechadas saladas. vos, sino tambin por el esfuerzo cortante que ocu-Una notable desventaja de la polietilenamina es su rre durante el mezclado. En algunos casos particulares, como trabajos chi-Los polivinil aromticos sulfonados, tal como eltendencia a promover la sedimentacin de la cos, o cuando las proporciones de aditivos y la den-poliestireno sulfonado (SPS) y el polivinil tolueno lechada. Aunque la sedimentacin es previsible, el La operacin apropiada de la unidad de mezcladosidad de la lechada son muy crticas, el volumensulfonado (SPVT), han sido identificados como bue-diseo de la lechada puede dificultarse. debe resolver los problemas de proporcin entre la total de lechada necesaria para terminar el trabajonos agentes de control de filtrado. Una mezcla de SPVT,mezcla de cemento y el agua de mezcla: la propor-(incluyendo el exceso usual), es preparado antes dePNS y un copolmero sulfonado de estireno y anhdrido La polialilamina ha sido reportada por Roark comocin correcta le dar a la lechada la densidad espe- ser bombeado al pozo. Los aditivos lquidos no sonmalico es efectivo en sistemas de cemento salado.un efectivo agente de control de filtrado. En lugar de rada y otras propiedades del diseo. La verificacin adicionados de forma medida y controladaser parte de la columna vertebral, el grupo amina es continua de la densidad de la lechada es esencial; computarizada, en su lugar son vertidos directa-Polmeros Catinicosderivado de sta.sin embargo, algunas fluctuaciones de la densidadmente dentro del tanque, o adicionados a travs del durante el mezclado son inevitables. Tiempos pro-mezclador de tobera.La polietilenamina es un ejemplo de un polialquil Este material puede ser ligeramente cruzado para longados de mezclado y grandes volmenes depoliamina, mismo que ha sido ampliamente usadodisminuir la sedimentacin de la lechada. La tabla lechada provocan lechadas ms homogneas.Bombas de alta presincomo aditivo de filtracin. siguiente muestra el control de filtrado ejecutado conla polialilamina de dos pesos moleculares. Finalmente, la lechada debe ser hecha con la canti-Todas las bombas de alta presin son del tipoEl rango del peso molecular dentro del cual la dad apropiada de esfuerzo cortante, la cual es una reciprocante con tres tapones (trplex) o cinco ta-polietilenamina es efectiva: de 10,000 a un milln.funcin de la energa de mezclado y tiempo de mez- pones (quintplex) y las vlvulas de succin y des-Su estructura es probable que est ampliamentePESO MOLECULARFILTRADO API cm3/30 minclado. Dado