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OBJETIVOS DE UNA CEMENTACIÓN

La cementación es un proceso que consiste en colocar una lechada de
cemento en el espacio anular formado entre las formaciones que se han
perforado y la cañería (Casing) que se instala en un pozo para producir
petróleo, gas y/o agua. Desde 1903, el mayor y principal objetivo de una
cementación primaria ha sido proveer una aislación de las zonas, expuestas en
el borde de pozo que contienen los fluidos y separarlas efectivamente. Para
alcanzar este objetivo, un sello hidráulico (anillo de cemento) debe conseguirse
entre las formaciones y el casing de manera de evitar la canalización y/o
migración de los fluidos a través del mismo. Estos requerimientos han
producido que la cementación sea la operación más importante que se realiza
durante la terminación de un pozo.

PROCESO DE CEMENTACIÓN

La cementación es un proceso que incluye:

· Diseño y ensayo de una lechada de cemento
· Mezclado y transporte de cemento y aditivos
· Mezclado y bombeo en el pozo

Una lechada de cemento se define como:

· Un fluido que resulta de mezclar agua y aditivos al cemento seco, o bien, a
mezclas de cementos.

RAZONES PARA CEMENTAR

· Soportar la sarta de casing y que el cemento se adhiera perfectamente a la
formación y al casing,(“sello hidráulico impermeable”).

· Sellar zonas de pérdidas de circulación.
· Proteger el casing de la corrosión producida por las aguas subterráneas.

· Prevenir surgencias (blow-outs) de las formaciones que están expuestas.

· Proteger el casing de las cargas y esfuerzos cuando se re-perfora para
profundizar un pozo.

· Prevenir el movimiento de fluidos entre zonas.

CEMENTACIONES PRIMARIAS

· De simple etapa

· Conductor
· Superficie
· Intermedio
· Producción
· Liner de perforación
· Liner de producción

· Dos o más etapas

· Superficie
· Intermedio
· Producción
· Liner

Misceláneas

· Cemenación de casing desde superficie por espacio anular (“Top Out”, 1”, o
“macaroni”)
· Inner String
· Scab* Liner

CASING DE SUPERFICIE (GUÍA)

· Características:

· Requerido por Regulaciones, Leyes y/o Decretos de Gobierno en cada área y
país.
· 100´ a 5,000 pies (30 ~ 1500 m) o mayores.
· O.D. desde 7.5/8” hasta 20” o mayores
· Necesita fijarse en superficie (encadenado) mientras se cementa.
· Se circula cemento hasta superficie
¨ El pozo puede ser severamente erosionado
¨ Las pérdidas de circulación pueden ser un gran problema

· Objetivos:

· Proteger las zonas de agua dulce.
· Ofrecer una conexión para montaje de las BOP en superficie.
· Tratar zonas de formaciones inconsolidadas.
· Sellar zonas de pérdidas de circulación.
· Soportar las sartas de Casing siguientes para profundizar el pozo

· Cementos utilizados:

· Lechada de cabeza (relleno) seguida por una lechada de cola de alta
resistencia.
· Cementos de elevada resistencia en pozos profundos.

· Procedimientos para cementar:
· Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) inferior y superior.
· A veces se cementa a través de drill pipe
· Centralizar el casing y fijar las juntas del zapato y de superficie.
· A veces es seguido de una cementación desde superficie (por anular) “top
out”
CASING INTERMEDIO

· Características:

· 4,000 a 16,000 ft (1200 ~ 4800 m) o mayores profundidades (amplio rango)
· O.D. 6.5/8” hasta 20”; 9.5/8” es muy común
· A menudo con circulación hasta superficie
¨ Algunas veces solamente dentro del casing de superficie
¨ Raramente cementado solamente en la sección del fondo
· Se puede terminar el pozo (completación) en este casing intermedio

· Objetivos:

· Casos de zonas críticas
· Pérdidas de circulación
· Zonas con altas presiones
· Zonas con mantos salinos
· Las B.O.P. siempre están instaladas
· Soportar sartas que se instalarán posteriormente
· Pueden realizarse como trabajos de cementación en una sola etapa o en
múltiples etapas (dos o más)

· Procedimientos y cementos:

· Lechadas muy variadas
· Generalmente con lechadas de relleno y de alta resistencia (de cola)
· Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) de inferior y superior.
· A veces cementado a través de Drill pipe
· A veces se cementan en etapas

CASING DE PRODUCCIÓN

· Características:

· 1,700´ a 20,000 ft (510 ~ 6000 m), o más profundos
· Diámetros más comunes:
· 4.1/2” , 5.1/2” y 7”

· Objetivos:

· Completar el pozo para producción
· Proveer control de presión
· Cubrir agüjeros o una sarta de Casing intermedio dañado
¨ Control del pozo cuando se perfora (punzado, baleo)

· Cementos usados:

· Lechada de relleno (de cabeza) seguida de una lechada de alta resistencia
(de cola)
· Cementos de alta resistencia frente a las zonas productivas

· Procedimientos de cementación:
· Normalmente se utilizan espaciadores de buena calidad
· Es común desplazar con fluidos para perforar (cañonear, punzar, balear)
· Desplazar y lavar bombas y líneas antes de cementar es una buena práctica
· Usar tapones de goma de limpieza inferior y superior es una buena práctica

CEMENTACIONES EN ETAPAS

· Objetivos

· Prevenir la fractura de la formación (presión hidrostática muy alta en la
columna de cemento)
· Cubrir algunas zonas sin necesidad de llenar completamente una columna de
cemento
· Cementar arriba de una zona de pérdida de circulación
· Escaso chance por colapso de casing
· Trabajar con mayores diferenciales de temperatura

· Variedad de cementos utilizados, según los objetivos y el problema a resolver

· Procedimietos de cementación: apertura del dispositivo de etapas tan rápido
como se pueda (A.S.A.P.)

Liner

· Sarta de tubería que se baja en un pozo y se fija en el último casing instalado
y normalmente no llega hasta superfie

Liner de perforación

· Liner fijado antes de alcanzar la profundidad total del pozo (TD), en pozo
abierto hasta el Casing intermedio para control de fluidos de perforación y el
pozo (también llamado Liner de protección)

Liner de Producción

· Liner fijado a la profundidad total dentro del liner de perforación o dentro de un
casing intermedio, para producción de una zona de interés

Tie-Back Stub Liner

· Sarta corta de casing desde el tope de un liner fijado anteriormente y hacia
arriba dentro de un casing intermedio o un liner fijado anteriormente

Tie-Back Casing

· Sarta de casing desde el tope de un liner fijado previamente hacia arriba y
hasta superficie
Scab Liner

· Sección corta de casing de menor diámetro que el diámetro interior del casing
instalado para tapar una rotura o agujero en el casing existente

¿Porqué bajar un Liner?

La principal razón para bajar un liner es proveer una solución de bajo costo
para vida total del pozo, esto es durante la perforación, ensayos, terminación y
producción.

Control de pozo

· Cuando se perforan zonas de alta presión (anormales), los liners pueden
prevenir las surgencias aislando estas zonas y permitiendo disponer de zonas
con presiones normales hacia arriba del pozo. También los tie-back liners se
utilizan para sellar casing dañados.

Costo inicial más bajo

· Se evalúa la zona potencial vía aislación total desde la superficie. Usar un
liner en lugar de un casing hasta superficie es más económico

· Instalación rápida

· Es mucho más rápido bajar el liner con el drill pipeI que instalar una sarta
larga de casing a la misma profundidad.

CEMENTACIÓN DE SARTAS POR ANULAR

Se baja la tubería (caño, tubing, o línea) lo más profunda posible en el espacio
anular entre el Casing y pozo abierto
· Usualmente desde 100´ (30 m) hasta varios cientos de pies.
¨ Algunas veces, sólamente de 20´a 60 ft
¨ Se han efectuado trabajos hasta 3,400 ft (1030 m).
· Cemento acelerado y mezclado a través de un caño de 1”
· Cuando se tienen retornos en superficie, se detiene el mezclado, se retira y
lava la tubería.

El objetivo es llenar con cemento el espacio anular y alrededor de todo el tope
del casing de superficie.
· Se realiza cuando se han perdido retornos en superficie.
· Se realiza cuando el cemento cae (desciende) en el espacio anular luego de
un trabajo.
· Se realiza, también, para reforzar alrededor del tope del casing en superficie y
en cualquier caso.
“TOP OUT JOB”

Cuando se pierde circulación y no se han obtenido retornos durante la
cementación. Al finalizar, generalmente se baja una tubería de 1” en el espacio
anular entre el casing y el pozo abierto y se bombea el cemento a través de la
misma y se observan los retornos en superficie.

CEMENTACIÓN “INNER STRING”

· Casing de gran diámetro bajado a T.D.
· Se baja Drill pipe dentro del casing -- el stinger ajusta en el collar
· Se utiliza un collar o zapato especial que acepta el stinger
· Tag-in (alguas veces llamado "stab-in")
· Latch-in
· Screw-in
· Pueden o no utilizarse tapones
· Se deben tomar precauciones con el colapso de casing
· Se mezcla y bombea cemento hasta que circula en superficie
· Se reduce el tiempo y volumen de desplazamiento

TIPOS DE CEMENTO:

_ Cemento Portland
_ Cementos API
_ Cementos fabricados de bajo peso
_ Mezclas de cementos livianos
_ Sistemas especiales de Cementos

MATERIALES A GRANEL:

_ Calcáreos

_ Calizas
_ Sedimentarias
_ Metamórficas
_ Roca de cemento
_ Sedimentos marinos (conchas, corales)

_ Arcillosos

_ Arcillas
_ Lutitas
_ Pizarras
_ Piedra de barros

PROCESO DE FABRICACION:

_ Proceso seco
_ Económico
_ Eficiente
_ Proceso húmedo
_ Se puede repetir
_ Mejor calidad

CEMENTO PORTLAND (COMPONENTES)

Los cementos API son cementos portland, que es un tipo de cemento. Los
cementos portland también son llamados cementos hidráulicos porque fraguan
bajo agua.

_ C3S Silicato tricálcico
_ C2S Silicato dicálcico
_ C3A Aluminato tricálcico
_ C4AF Ferroaluminato tetracálcico
_ Oxidos de hierro (adicional)

C3S Silicato tricálcico

_ es el mayor componente del cemento portland (50%)
_ contribuye al fragüe y rápido desarrollo de resistencia

C2S Silicato dicálcico

_ 20 - 25% del clinker
_ hidratación más lenta que el C3S
_ contribuye a leve resistencia a largo tiempo

C3A Aluminato tricálcico

_ generalmente 0 - 8%
_ regula la resistencia al ataque de los sulfatos
_ promueve la hidratación rápida
_ controla el tiempo de fragüe, reología y resistencia temprana del
cemento
_ Si está presente en < 3% se considera un cemento de alta resistencia a
los sulfatos

C4AF Ferroaluminato tetracálcico

_ está en la fase intersticial, baja reactividad
_ promueve el bajo calor de hidratación

Óxidos de hierro (adicional)

_ con incremento de C4AF
_ con reducción de C3A

CEMENTOS ESPECIALES & MEZCLAS DE CEMENTOS

SISTEMAS DE CEMENTO ULTRAFINO
_ Un cemento de partículas muy finas, de propiedades únicas en rápido
desarrollo de la resistencia y baja densidad
_ Puede ayudar a sellar zonas en las cementaciones squeeze en áreas con
problemas tales como: zonas ladronas, zonas de agua, zonas de gas, para
pérdidas o roturas de casing y en gravel packs
_ Baja permeabilidad, desarrolla temprana (rápida) resistencia a la compresión

LIGHT WEIGHT CEMENT (CEMENTOS DE BAJA DENSIDAD)

_ Los cementos manufacturas de baja densidad se fabrican de igual forma que
los cementos API, con una importante excepción:

_ En algún punto del proceso de fabricación se agrega un material en granos
de baja densidad a la mezcla de materia prima
_ Esto produce un cemento del tipo portland con una gravedad específica de
2.8 comparado con los cementos API que tienen una gravedad específica de
3.14

_ Características físicas

_ Estables a altas temperaturas
_ Hasta 3500 F sin el agregado de sílice
_ Rangos de densidades de 11.5 a 13.7
_ No se necesitan extendedores, sólo mezclarlo con agua para la densidad
deseada
_ Buenas propiedades de lechadas
_ Excelente resistencia a la compresión
_ Resistentes a los sulfatos
_ Compatibles con los aditivos para cementos API

_ Descripción

_ Fabricado con Lite Wate más un cemento API (usualmente A o H),
mezclados a granel en el saco de cemento
_ Relaciones más comunes 1:1, 1:2 or 2:1

_ Aplicaciones (Efectos primarios de la lechada)

_ Amplio rango de densidades - - 12.7 a 15.0 ppg
_ Excelentes propiedades de resistencia a la compresión

_ Efectos secundarios

_ Muy compatible con todos los aditivos para cementos
_ Lechadas de fácil mezclado

_ Notas especiales
_ Las relaciones siempre están escritas de la siguiente forma: “TLW:Cemento
Portland”
_ Pueden modificarse para cubrir todas las condiciones de pozo

COLD SET

_ Descripción

_ Mezclas con cemento Clase G, Yeso y Cloruro de calcio
_ Tres sistemas:
_ Cold Set I a 15.3 ppg
_ Cold Set II a 14.95 ppg
_ Cold Set III a 12.2 ppg

LECHADAS BFS (BLAST FURNACE SLAG)

_ Un sub-producto no metálico obtenido de los hornos en el proceso de
fabricación de acero, utilizado para convertir el lodo de perforación en un
cemento
_ Con propiedades de adherencia y resistencia a la compresión excelentes
_ No es aplicable en todos los pozos. Es una alternativa valiosa para minimizar
los costos de perforación, agua y cementaciones en algunas áreas.
_ No se requiere mezclado en seco, las lechadas slagmud se mezclan y
bombean utilizando los equipos estándares.
_ Alta resistencia a los sulfatos y aguas corrosivas.

SLAGMENT

_ Una mezcla de BFS y cemento ASTM Tipo I
_ Usado en áreas donde se disponen fuentes de BFS económicas
_ Provee una alternativa al cemento portland donde la calidad del cemento
portland es un problema
_ Puede utilizarse en lugar de los cementos API Clases G o H.
_ Se disponen lechadas con propiedades similares a las obtenidas con un
cemento portland

FOAMED CEMENT

_ Puede formularse y utilizarse donde se requiere una adecuada resistencia a
la compresión con lechadas de cemento de baja densidad

_ Usado en cementaciones a través de zonas débiles donde no se obtienen
lechadas extendidas (livianas) de determinada densidad y resistencia a la
compresión
_ Para minimizar la pérdida de lechadas en casos donde se ha presentado una
pérdida de circulación previamente
_ La estabilidad de espuma de lechada se logra adicionando un surfactante o
un estabilizador de espuma

EFECTOS DE LOS ADITIVOS
Cada aditivo que se incluye en una lechada está agregado para cambiar alguna
propiedad de la lechada. Esto puede denominarse el efecto primario o principal
de cada aditivo. Por ejemplo, un acelerador se agrega para que el cemento
fragüe más rápido o desarrolle rápida resistencia a la compresión y un
retardador para que extienda el tiempo de fragüe porque se necesita mayor
tiempo de espesamiento para colocar la lechada.

Sin embargo, la mayoría de los aditivos tienen otros efectos, además de los
primarios, sobre las lechadas de cemento. Estos otros efectos son llamados
efectos secundarios. Algunas vecesestos efectos secundarios son muy útiles
sobre todas las propiedades de la mezcla de cemento, pero otras veces no
ofrecen ventajas. Cualquiera sea el efecto, ellos deben tenerse en cuenta al
diseñar una lechada.

Otro efecto que tiene lugar y puede inducir complicaciones son los efectos
sinergéticos de los aditivos. Un efecto sinergético o sinergismo es un cambio
en las propiedades de la lechada que resulta cuando dos aditivos se mezclan
juntos en la lechada, pero que ese cambio o propiedad no hubiese ocurrido si
se hubieran mezclado de a uno sólo por vez. También pueden ocurrir efectos
sinergéticos con más de dos aditivos.

_ Recuerde, el primer parámetro a considerar cuando se diseña una lechada es
la densidad de la mezcla.

_ También, el diseño de una lechada no es una ciencia exacta.

_ BHST
_ Temperatura estática de fondo de pozo, °F
_ PsUT
_ Pseudo undisturbed Temperature, °F
_ PBHCT
_ Predicted bottom hole circulating temperature, °F
_ BHSqT
_ Temperatura de fondo de pozo para squeeze, °F
_ BHLT
_ Temperatura de fondo de pozo obtenida de los registros de pozos, °F
_ PsTG
_ Pseudo-gradiente de temperatura, °F/100 ft
_ Similar al gradiente geotérmico del pozo
_ MD
_ Profundidad medida, ft
_ TVD
_ Profundidad vertical real, ft

TEMPERATURA

_ Es el factor más importante en el diseño de una lechada de cemento

_ Altas temperaturas

_ Rápida hidratación
_ Reduce el tiempo de espesamiento
_ Generalmente reduce la viscosidad de la lechada
_ Generalmente incrementa la pérdida por filtrado, resistencia a la compresión,
fluido libre y sedimentación de las partículas de cemento en la mezcla

ACELERADORES

_ Mecanismo de acción
_ Efectos sobre la hidratación
_ El aditivo puede incrementar la permeabilidad durante el desarrollo del gel de
C-S-H
_ Efectos sobre el ión flux
_ El aditivo puede incrementar la velocidad de reacción del ión OH- por difusión
de Cl- o aniones pequeños similares

_ Aceleración de la nucleación

_ El aditivo puede bajar el pH intersticial favoreciendo la precipitación del
portland, estringita y yeso secundario

 Uso primario
_ Reducir la hidratación inicial, y
_ Fragüe del cemento portland

 Uso secundario
_ Retardar la interacción de las moléculas
_ Estabilizar la lechada
_ Prevenir el daño de formación

Sales inorgánicas
_ La aceleración se incrementa con el incremento de carga

Ejemplos:
_ Cloruro de calcio
_ Cloruro de sodio
_ Cloruro de potasio
_ Silicato de sodio

_ Aceleradores orgánicos
Ejemplos:
_ Formato de calcio
_ Acido oxálico
_ Triethanolamina (TEA)

RETARDADORES

_ Definición
_ Cualquier material que retarda el tiempo de fragüe de una lechada de
cemento
Ejemplo
_ Azúcares comunes (sacarosa, C12H22O11)
_ Problema: el efecto de los retardadores base azúcar es que tiende a ser muy
difícil de pronosticar sus efectos y difíciles de controlar

Lignosulfonatos

_ Es una familia de productos químicos utilizados muy comúnmente como
retardadores
_ En general, lignosulfonatos de sodio y de calcio o mezclas de ambos
_ También tienden a adelgazar (fluidificar) o dispersar las lechadas de cemento
_ Normalmente se pueden pronosticar los efectos sobre las lechadas de
cemento

Tipos de retardadores

_ Para baja temperatura
_ Para alta temperatura
_ Entre 180° y 220° F pueden cambiar las propiedades de las lechadas
_ Caen entre los de Baja y Alta temperatura
_ Usualmente se requieren realizar más ensayos
_ Los resultados son difíciles de pronosticar

Concentraciones del retardador

_ Usualmente de 0.1 % a alrededor de 1.5 % BWOC
_ En aplicaciones de HTHP, se han utilizado concentraciones tan elevadas
como 9% BWOC

Objetivos
_ Para proveer un incremento (alargar) controlado del tiempo de espesamiento
de una lechada por la interferencia con las reacciones de hidratación del
cemento
_ Para prevenir una hidratación prematura del cemento portland

Propiedades deseadas
_ Respuesta consistente con todos los cementos
_ Respuesta lineal vs. concentración
_ No interferir con otros aditivos
_ Baja toxicidad

RETARDADORES TIPOS

_ Lignosulfonatos
_ Acidos orgánicos
_ Azúcares
_ generalmente no usados en cementaciones
_ Compuestos de celulosa
_ Organofosfonatos
_ Inorgánicos
PERDIDA POR FILTRADO

_ La pérdida por filtrado es el caudal de agua que sale por presión diferencial
fuera de la lechada de cemento frente a una formación permeable y se expresa
en ml/30 min, con BHCT y 1000 psi

COMO TRABAJAN LOS ADITIVOS REDUCTORES DE FILTRADO

_ Un desarrollo de un revoque de filtrado puede verse durante el proceso de
filtración
_ Bajo presión diferencial, las partículas de cemento suspendidas en la lechada
son filtradas en los estratos permeables
_ Los sólidos depositados forman un revoque de filtrado cuya estructura está
influenciada por el tamaño de partícula, eficiencia del empaque de las
partículas y grado de compresión de las partículas
_ Una vez construído este esqueleto de sólidos, la reducción posterior de la
permeabilidad del revoque de filtrado es dependiente de la acción de los
aditivos reductores de filtrado tales como los polímeros

DISPERSANTES

_ Definición
_ Ajustar la carga eléctrica en la superficie de las partículas de cemento para
obtener determinadas propiedades de flujo de la lechada

_ Función
_ Reducción del caudal crítico de bombeo
_ Minimizar la presión de fricción
_ Mejorar la mojabilidad
_ Evitar gelificación
_ Mejorar el control de pérdida por filtrado
_ Mejorar la actividad del retardador
_ Permitir densificar las lechadas

MATERIALES DENSIFICANTES

_ Baritina
_ Hematita
_ W-10
_ Arena

FLUIDO LIBRE

_ El fluido libre (agua libre) es aquel que se separa de la mezcla de cemento y
contribuye a la contracción de la lechada
_ La contracción de la lechada puede afectar la adherencia y contribuir a la
migración de gas
_ En pozos desviados, el fluido libre se irá ubicando en la parte superior del
espacio anular y creará un canal conductivo
ADITIVOS PARA EL CONTROL DEL FLUIDO

_ Metasilicato de sodio
_ Arcilla de atapulgita
_ T-40L
_ ASA-301 & ASA-301L

_ Objetivos:
_ Eliminar el fluido libre en las lechadas de cemento

ZAPATOS GUÍAS
��� Bajados en el extremo inferior del Casing
��� Se usan para guiar el Casing en el pozo
��� Permiten que ingrese lodo dentro del Casing cuando se está bajando en el
pozo
��� No poseen dispositivo de flotación

Dispositivos de flotación
��� Poseen algún tipo de dispositivo que actúa como una check valve para
prevenir que el cemento ingrese dentro del Casing debido a las presiones
diferenciales

 Zapato Flotador
��� Además de la válvula, permite guiar el casing en el pozo cuando se está
bajando

Collar Flotador
��� Instalado generalmente a 1 ó 2 juntas arriba del zapato (40 a 80 ft).

Shoe Track (“junta del zapato”)
��� Es el área entre el zapato y el collar
��� Se utiliza como factor de seguridad para disponer cemento de buena calidad
en el espacio anular y alrededor del zapato

PREFLUJOS Y ESPACIADORES
Sistemas para ayudar en la remoción de lodo y la acuohumectación del
revestimiento y la formación, con el objeto de obtener una buena adherencia
del cemento

LOS PREFLUJOS ATIENDEN A TRES PROPÓSITOS BÁSICOS
��� Barrera
��� Remoción del lodo
��� Acuo-humectación

MÁS DETALLADAMENTE, SE EMPLEAN PARA:
��� Aumentar la eficiencia de desplazamiento del lodo.
��� Limpiar el lodo adherido al casing y a la formación (revoque de lodo).
��� Acuohumectar para obtener buena adherencia.
��� Separar el lodo del cemento (dentro del revestimiento y en el espacio anular)
y prevenir incompatibilidad.
��� Minimizar la contaminación.

Lavadores Químicos
– Fáciles de preparar y bombear
– Se alcanza turbulencia a bajo caudal, aún en espacios anulares grandes
– Efectividad limitada frente a lodo envejecido y Gelificado

Espaciadores
– Fluidos densificados para mantener presión hidrostática (control de pozo)
– Algunos pueden alcanzar flujo turbulento, con caudales altos
– Efecto de flotación para remoción de lodo
– Muy poca efectividad frente a lodo envejecido y gelificado (con algunas
excepciones)

ESPACIADORES DE BJ
��� Mud Clean
��� MCS-W Spacer
��� MCS-O Spacer
��� Mudsweep
��� TurboSolve
��� Flowguard

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ING. CEMENTACION

  • 1. OBJETIVOS DE UNA CEMENTACIÓN La cementación es un proceso que consiste en colocar una lechada de cemento en el espacio anular formado entre las formaciones que se han perforado y la cañería (Casing) que se instala en un pozo para producir petróleo, gas y/o agua. Desde 1903, el mayor y principal objetivo de una cementación primaria ha sido proveer una aislación de las zonas, expuestas en el borde de pozo que contienen los fluidos y separarlas efectivamente. Para alcanzar este objetivo, un sello hidráulico (anillo de cemento) debe conseguirse entre las formaciones y el casing de manera de evitar la canalización y/o migración de los fluidos a través del mismo. Estos requerimientos han producido que la cementación sea la operación más importante que se realiza durante la terminación de un pozo. PROCESO DE CEMENTACIÓN La cementación es un proceso que incluye: · Diseño y ensayo de una lechada de cemento · Mezclado y transporte de cemento y aditivos · Mezclado y bombeo en el pozo Una lechada de cemento se define como: · Un fluido que resulta de mezclar agua y aditivos al cemento seco, o bien, a mezclas de cementos. RAZONES PARA CEMENTAR · Soportar la sarta de casing y que el cemento se adhiera perfectamente a la formación y al casing,(“sello hidráulico impermeable”). · Sellar zonas de pérdidas de circulación. · Proteger el casing de la corrosión producida por las aguas subterráneas. · Prevenir surgencias (blow-outs) de las formaciones que están expuestas. · Proteger el casing de las cargas y esfuerzos cuando se re-perfora para profundizar un pozo. · Prevenir el movimiento de fluidos entre zonas. CEMENTACIONES PRIMARIAS · De simple etapa · Conductor · Superficie · Intermedio · Producción
  • 2. · Liner de perforación · Liner de producción · Dos o más etapas · Superficie · Intermedio · Producción · Liner Misceláneas · Cemenación de casing desde superficie por espacio anular (“Top Out”, 1”, o “macaroni”) · Inner String · Scab* Liner CASING DE SUPERFICIE (GUÍA) · Características: · Requerido por Regulaciones, Leyes y/o Decretos de Gobierno en cada área y país. · 100´ a 5,000 pies (30 ~ 1500 m) o mayores. · O.D. desde 7.5/8” hasta 20” o mayores · Necesita fijarse en superficie (encadenado) mientras se cementa. · Se circula cemento hasta superficie ¨ El pozo puede ser severamente erosionado ¨ Las pérdidas de circulación pueden ser un gran problema · Objetivos: · Proteger las zonas de agua dulce. · Ofrecer una conexión para montaje de las BOP en superficie. · Tratar zonas de formaciones inconsolidadas. · Sellar zonas de pérdidas de circulación. · Soportar las sartas de Casing siguientes para profundizar el pozo · Cementos utilizados: · Lechada de cabeza (relleno) seguida por una lechada de cola de alta resistencia. · Cementos de elevada resistencia en pozos profundos. · Procedimientos para cementar: · Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) inferior y superior. · A veces se cementa a través de drill pipe · Centralizar el casing y fijar las juntas del zapato y de superficie. · A veces es seguido de una cementación desde superficie (por anular) “top out”
  • 3. CASING INTERMEDIO · Características: · 4,000 a 16,000 ft (1200 ~ 4800 m) o mayores profundidades (amplio rango) · O.D. 6.5/8” hasta 20”; 9.5/8” es muy común · A menudo con circulación hasta superficie ¨ Algunas veces solamente dentro del casing de superficie ¨ Raramente cementado solamente en la sección del fondo · Se puede terminar el pozo (completación) en este casing intermedio · Objetivos: · Casos de zonas críticas · Pérdidas de circulación · Zonas con altas presiones · Zonas con mantos salinos · Las B.O.P. siempre están instaladas · Soportar sartas que se instalarán posteriormente · Pueden realizarse como trabajos de cementación en una sola etapa o en múltiples etapas (dos o más) · Procedimientos y cementos: · Lechadas muy variadas · Generalmente con lechadas de relleno y de alta resistencia (de cola) · Se deben utilizar tapones de goma (de limpieza) de inferior y superior. · A veces cementado a través de Drill pipe · A veces se cementan en etapas CASING DE PRODUCCIÓN · Características: · 1,700´ a 20,000 ft (510 ~ 6000 m), o más profundos · Diámetros más comunes: · 4.1/2” , 5.1/2” y 7” · Objetivos: · Completar el pozo para producción · Proveer control de presión · Cubrir agüjeros o una sarta de Casing intermedio dañado ¨ Control del pozo cuando se perfora (punzado, baleo) · Cementos usados: · Lechada de relleno (de cabeza) seguida de una lechada de alta resistencia (de cola)
  • 4. · Cementos de alta resistencia frente a las zonas productivas · Procedimientos de cementación: · Normalmente se utilizan espaciadores de buena calidad · Es común desplazar con fluidos para perforar (cañonear, punzar, balear) · Desplazar y lavar bombas y líneas antes de cementar es una buena práctica · Usar tapones de goma de limpieza inferior y superior es una buena práctica CEMENTACIONES EN ETAPAS · Objetivos · Prevenir la fractura de la formación (presión hidrostática muy alta en la columna de cemento) · Cubrir algunas zonas sin necesidad de llenar completamente una columna de cemento · Cementar arriba de una zona de pérdida de circulación · Escaso chance por colapso de casing · Trabajar con mayores diferenciales de temperatura · Variedad de cementos utilizados, según los objetivos y el problema a resolver · Procedimietos de cementación: apertura del dispositivo de etapas tan rápido como se pueda (A.S.A.P.) Liner · Sarta de tubería que se baja en un pozo y se fija en el último casing instalado y normalmente no llega hasta superfie Liner de perforación · Liner fijado antes de alcanzar la profundidad total del pozo (TD), en pozo abierto hasta el Casing intermedio para control de fluidos de perforación y el pozo (también llamado Liner de protección) Liner de Producción · Liner fijado a la profundidad total dentro del liner de perforación o dentro de un casing intermedio, para producción de una zona de interés Tie-Back Stub Liner · Sarta corta de casing desde el tope de un liner fijado anteriormente y hacia arriba dentro de un casing intermedio o un liner fijado anteriormente Tie-Back Casing · Sarta de casing desde el tope de un liner fijado previamente hacia arriba y hasta superficie
  • 5. Scab Liner · Sección corta de casing de menor diámetro que el diámetro interior del casing instalado para tapar una rotura o agujero en el casing existente ¿Porqué bajar un Liner? La principal razón para bajar un liner es proveer una solución de bajo costo para vida total del pozo, esto es durante la perforación, ensayos, terminación y producción. Control de pozo · Cuando se perforan zonas de alta presión (anormales), los liners pueden prevenir las surgencias aislando estas zonas y permitiendo disponer de zonas con presiones normales hacia arriba del pozo. También los tie-back liners se utilizan para sellar casing dañados. Costo inicial más bajo · Se evalúa la zona potencial vía aislación total desde la superficie. Usar un liner en lugar de un casing hasta superficie es más económico · Instalación rápida · Es mucho más rápido bajar el liner con el drill pipeI que instalar una sarta larga de casing a la misma profundidad. CEMENTACIÓN DE SARTAS POR ANULAR Se baja la tubería (caño, tubing, o línea) lo más profunda posible en el espacio anular entre el Casing y pozo abierto · Usualmente desde 100´ (30 m) hasta varios cientos de pies. ¨ Algunas veces, sólamente de 20´a 60 ft ¨ Se han efectuado trabajos hasta 3,400 ft (1030 m). · Cemento acelerado y mezclado a través de un caño de 1” · Cuando se tienen retornos en superficie, se detiene el mezclado, se retira y lava la tubería. El objetivo es llenar con cemento el espacio anular y alrededor de todo el tope del casing de superficie. · Se realiza cuando se han perdido retornos en superficie. · Se realiza cuando el cemento cae (desciende) en el espacio anular luego de un trabajo. · Se realiza, también, para reforzar alrededor del tope del casing en superficie y en cualquier caso.
  • 6. “TOP OUT JOB” Cuando se pierde circulación y no se han obtenido retornos durante la cementación. Al finalizar, generalmente se baja una tubería de 1” en el espacio anular entre el casing y el pozo abierto y se bombea el cemento a través de la misma y se observan los retornos en superficie. CEMENTACIÓN “INNER STRING” · Casing de gran diámetro bajado a T.D. · Se baja Drill pipe dentro del casing -- el stinger ajusta en el collar · Se utiliza un collar o zapato especial que acepta el stinger · Tag-in (alguas veces llamado "stab-in") · Latch-in · Screw-in · Pueden o no utilizarse tapones · Se deben tomar precauciones con el colapso de casing · Se mezcla y bombea cemento hasta que circula en superficie · Se reduce el tiempo y volumen de desplazamiento TIPOS DE CEMENTO: _ Cemento Portland _ Cementos API _ Cementos fabricados de bajo peso _ Mezclas de cementos livianos _ Sistemas especiales de Cementos MATERIALES A GRANEL: _ Calcáreos _ Calizas _ Sedimentarias _ Metamórficas _ Roca de cemento _ Sedimentos marinos (conchas, corales) _ Arcillosos _ Arcillas _ Lutitas _ Pizarras _ Piedra de barros PROCESO DE FABRICACION: _ Proceso seco _ Económico _ Eficiente
  • 7. _ Proceso húmedo _ Se puede repetir _ Mejor calidad CEMENTO PORTLAND (COMPONENTES) Los cementos API son cementos portland, que es un tipo de cemento. Los cementos portland también son llamados cementos hidráulicos porque fraguan bajo agua. _ C3S Silicato tricálcico _ C2S Silicato dicálcico _ C3A Aluminato tricálcico _ C4AF Ferroaluminato tetracálcico _ Oxidos de hierro (adicional) C3S Silicato tricálcico _ es el mayor componente del cemento portland (50%) _ contribuye al fragüe y rápido desarrollo de resistencia C2S Silicato dicálcico _ 20 - 25% del clinker _ hidratación más lenta que el C3S _ contribuye a leve resistencia a largo tiempo C3A Aluminato tricálcico _ generalmente 0 - 8% _ regula la resistencia al ataque de los sulfatos _ promueve la hidratación rápida _ controla el tiempo de fragüe, reología y resistencia temprana del cemento _ Si está presente en < 3% se considera un cemento de alta resistencia a los sulfatos C4AF Ferroaluminato tetracálcico _ está en la fase intersticial, baja reactividad _ promueve el bajo calor de hidratación Óxidos de hierro (adicional) _ con incremento de C4AF _ con reducción de C3A CEMENTOS ESPECIALES & MEZCLAS DE CEMENTOS SISTEMAS DE CEMENTO ULTRAFINO
  • 8. _ Un cemento de partículas muy finas, de propiedades únicas en rápido desarrollo de la resistencia y baja densidad _ Puede ayudar a sellar zonas en las cementaciones squeeze en áreas con problemas tales como: zonas ladronas, zonas de agua, zonas de gas, para pérdidas o roturas de casing y en gravel packs _ Baja permeabilidad, desarrolla temprana (rápida) resistencia a la compresión LIGHT WEIGHT CEMENT (CEMENTOS DE BAJA DENSIDAD) _ Los cementos manufacturas de baja densidad se fabrican de igual forma que los cementos API, con una importante excepción: _ En algún punto del proceso de fabricación se agrega un material en granos de baja densidad a la mezcla de materia prima _ Esto produce un cemento del tipo portland con una gravedad específica de 2.8 comparado con los cementos API que tienen una gravedad específica de 3.14 _ Características físicas _ Estables a altas temperaturas _ Hasta 3500 F sin el agregado de sílice _ Rangos de densidades de 11.5 a 13.7 _ No se necesitan extendedores, sólo mezclarlo con agua para la densidad deseada _ Buenas propiedades de lechadas _ Excelente resistencia a la compresión _ Resistentes a los sulfatos _ Compatibles con los aditivos para cementos API _ Descripción _ Fabricado con Lite Wate más un cemento API (usualmente A o H), mezclados a granel en el saco de cemento _ Relaciones más comunes 1:1, 1:2 or 2:1 _ Aplicaciones (Efectos primarios de la lechada) _ Amplio rango de densidades - - 12.7 a 15.0 ppg _ Excelentes propiedades de resistencia a la compresión _ Efectos secundarios _ Muy compatible con todos los aditivos para cementos _ Lechadas de fácil mezclado _ Notas especiales _ Las relaciones siempre están escritas de la siguiente forma: “TLW:Cemento Portland”
  • 9. _ Pueden modificarse para cubrir todas las condiciones de pozo COLD SET _ Descripción _ Mezclas con cemento Clase G, Yeso y Cloruro de calcio _ Tres sistemas: _ Cold Set I a 15.3 ppg _ Cold Set II a 14.95 ppg _ Cold Set III a 12.2 ppg LECHADAS BFS (BLAST FURNACE SLAG) _ Un sub-producto no metálico obtenido de los hornos en el proceso de fabricación de acero, utilizado para convertir el lodo de perforación en un cemento _ Con propiedades de adherencia y resistencia a la compresión excelentes _ No es aplicable en todos los pozos. Es una alternativa valiosa para minimizar los costos de perforación, agua y cementaciones en algunas áreas. _ No se requiere mezclado en seco, las lechadas slagmud se mezclan y bombean utilizando los equipos estándares. _ Alta resistencia a los sulfatos y aguas corrosivas. SLAGMENT _ Una mezcla de BFS y cemento ASTM Tipo I _ Usado en áreas donde se disponen fuentes de BFS económicas _ Provee una alternativa al cemento portland donde la calidad del cemento portland es un problema _ Puede utilizarse en lugar de los cementos API Clases G o H. _ Se disponen lechadas con propiedades similares a las obtenidas con un cemento portland FOAMED CEMENT _ Puede formularse y utilizarse donde se requiere una adecuada resistencia a la compresión con lechadas de cemento de baja densidad _ Usado en cementaciones a través de zonas débiles donde no se obtienen lechadas extendidas (livianas) de determinada densidad y resistencia a la compresión _ Para minimizar la pérdida de lechadas en casos donde se ha presentado una pérdida de circulación previamente _ La estabilidad de espuma de lechada se logra adicionando un surfactante o un estabilizador de espuma EFECTOS DE LOS ADITIVOS Cada aditivo que se incluye en una lechada está agregado para cambiar alguna propiedad de la lechada. Esto puede denominarse el efecto primario o principal
  • 10. de cada aditivo. Por ejemplo, un acelerador se agrega para que el cemento fragüe más rápido o desarrolle rápida resistencia a la compresión y un retardador para que extienda el tiempo de fragüe porque se necesita mayor tiempo de espesamiento para colocar la lechada. Sin embargo, la mayoría de los aditivos tienen otros efectos, además de los primarios, sobre las lechadas de cemento. Estos otros efectos son llamados efectos secundarios. Algunas vecesestos efectos secundarios son muy útiles sobre todas las propiedades de la mezcla de cemento, pero otras veces no ofrecen ventajas. Cualquiera sea el efecto, ellos deben tenerse en cuenta al diseñar una lechada. Otro efecto que tiene lugar y puede inducir complicaciones son los efectos sinergéticos de los aditivos. Un efecto sinergético o sinergismo es un cambio en las propiedades de la lechada que resulta cuando dos aditivos se mezclan juntos en la lechada, pero que ese cambio o propiedad no hubiese ocurrido si se hubieran mezclado de a uno sólo por vez. También pueden ocurrir efectos sinergéticos con más de dos aditivos. _ Recuerde, el primer parámetro a considerar cuando se diseña una lechada es la densidad de la mezcla. _ También, el diseño de una lechada no es una ciencia exacta. _ BHST _ Temperatura estática de fondo de pozo, °F _ PsUT _ Pseudo undisturbed Temperature, °F _ PBHCT _ Predicted bottom hole circulating temperature, °F _ BHSqT _ Temperatura de fondo de pozo para squeeze, °F _ BHLT _ Temperatura de fondo de pozo obtenida de los registros de pozos, °F _ PsTG _ Pseudo-gradiente de temperatura, °F/100 ft _ Similar al gradiente geotérmico del pozo _ MD _ Profundidad medida, ft _ TVD _ Profundidad vertical real, ft TEMPERATURA _ Es el factor más importante en el diseño de una lechada de cemento _ Altas temperaturas _ Rápida hidratación _ Reduce el tiempo de espesamiento
  • 11. _ Generalmente reduce la viscosidad de la lechada _ Generalmente incrementa la pérdida por filtrado, resistencia a la compresión, fluido libre y sedimentación de las partículas de cemento en la mezcla ACELERADORES _ Mecanismo de acción _ Efectos sobre la hidratación _ El aditivo puede incrementar la permeabilidad durante el desarrollo del gel de C-S-H _ Efectos sobre el ión flux _ El aditivo puede incrementar la velocidad de reacción del ión OH- por difusión de Cl- o aniones pequeños similares _ Aceleración de la nucleación _ El aditivo puede bajar el pH intersticial favoreciendo la precipitación del portland, estringita y yeso secundario Uso primario _ Reducir la hidratación inicial, y _ Fragüe del cemento portland Uso secundario _ Retardar la interacción de las moléculas _ Estabilizar la lechada _ Prevenir el daño de formación Sales inorgánicas _ La aceleración se incrementa con el incremento de carga Ejemplos: _ Cloruro de calcio _ Cloruro de sodio _ Cloruro de potasio _ Silicato de sodio _ Aceleradores orgánicos Ejemplos: _ Formato de calcio _ Acido oxálico _ Triethanolamina (TEA) RETARDADORES _ Definición _ Cualquier material que retarda el tiempo de fragüe de una lechada de cemento
  • 12. Ejemplo _ Azúcares comunes (sacarosa, C12H22O11) _ Problema: el efecto de los retardadores base azúcar es que tiende a ser muy difícil de pronosticar sus efectos y difíciles de controlar Lignosulfonatos _ Es una familia de productos químicos utilizados muy comúnmente como retardadores _ En general, lignosulfonatos de sodio y de calcio o mezclas de ambos _ También tienden a adelgazar (fluidificar) o dispersar las lechadas de cemento _ Normalmente se pueden pronosticar los efectos sobre las lechadas de cemento Tipos de retardadores _ Para baja temperatura _ Para alta temperatura _ Entre 180° y 220° F pueden cambiar las propiedades de las lechadas _ Caen entre los de Baja y Alta temperatura _ Usualmente se requieren realizar más ensayos _ Los resultados son difíciles de pronosticar Concentraciones del retardador _ Usualmente de 0.1 % a alrededor de 1.5 % BWOC _ En aplicaciones de HTHP, se han utilizado concentraciones tan elevadas como 9% BWOC Objetivos _ Para proveer un incremento (alargar) controlado del tiempo de espesamiento de una lechada por la interferencia con las reacciones de hidratación del cemento _ Para prevenir una hidratación prematura del cemento portland Propiedades deseadas _ Respuesta consistente con todos los cementos _ Respuesta lineal vs. concentración _ No interferir con otros aditivos _ Baja toxicidad RETARDADORES TIPOS _ Lignosulfonatos _ Acidos orgánicos _ Azúcares _ generalmente no usados en cementaciones _ Compuestos de celulosa _ Organofosfonatos _ Inorgánicos
  • 13. PERDIDA POR FILTRADO _ La pérdida por filtrado es el caudal de agua que sale por presión diferencial fuera de la lechada de cemento frente a una formación permeable y se expresa en ml/30 min, con BHCT y 1000 psi COMO TRABAJAN LOS ADITIVOS REDUCTORES DE FILTRADO _ Un desarrollo de un revoque de filtrado puede verse durante el proceso de filtración _ Bajo presión diferencial, las partículas de cemento suspendidas en la lechada son filtradas en los estratos permeables _ Los sólidos depositados forman un revoque de filtrado cuya estructura está influenciada por el tamaño de partícula, eficiencia del empaque de las partículas y grado de compresión de las partículas _ Una vez construído este esqueleto de sólidos, la reducción posterior de la permeabilidad del revoque de filtrado es dependiente de la acción de los aditivos reductores de filtrado tales como los polímeros DISPERSANTES _ Definición _ Ajustar la carga eléctrica en la superficie de las partículas de cemento para obtener determinadas propiedades de flujo de la lechada _ Función _ Reducción del caudal crítico de bombeo _ Minimizar la presión de fricción _ Mejorar la mojabilidad _ Evitar gelificación _ Mejorar el control de pérdida por filtrado _ Mejorar la actividad del retardador _ Permitir densificar las lechadas MATERIALES DENSIFICANTES _ Baritina _ Hematita _ W-10 _ Arena FLUIDO LIBRE _ El fluido libre (agua libre) es aquel que se separa de la mezcla de cemento y contribuye a la contracción de la lechada _ La contracción de la lechada puede afectar la adherencia y contribuir a la migración de gas _ En pozos desviados, el fluido libre se irá ubicando en la parte superior del espacio anular y creará un canal conductivo
  • 14. ADITIVOS PARA EL CONTROL DEL FLUIDO _ Metasilicato de sodio _ Arcilla de atapulgita _ T-40L _ ASA-301 & ASA-301L _ Objetivos: _ Eliminar el fluido libre en las lechadas de cemento ZAPATOS GUÍAS ��� Bajados en el extremo inferior del Casing ��� Se usan para guiar el Casing en el pozo ��� Permiten que ingrese lodo dentro del Casing cuando se está bajando en el pozo ��� No poseen dispositivo de flotación Dispositivos de flotación ��� Poseen algún tipo de dispositivo que actúa como una check valve para prevenir que el cemento ingrese dentro del Casing debido a las presiones diferenciales Zapato Flotador ��� Además de la válvula, permite guiar el casing en el pozo cuando se está bajando Collar Flotador ��� Instalado generalmente a 1 ó 2 juntas arriba del zapato (40 a 80 ft). Shoe Track (“junta del zapato”) ��� Es el área entre el zapato y el collar ��� Se utiliza como factor de seguridad para disponer cemento de buena calidad en el espacio anular y alrededor del zapato PREFLUJOS Y ESPACIADORES Sistemas para ayudar en la remoción de lodo y la acuohumectación del revestimiento y la formación, con el objeto de obtener una buena adherencia del cemento LOS PREFLUJOS ATIENDEN A TRES PROPÓSITOS BÁSICOS ��� Barrera ��� Remoción del lodo ��� Acuo-humectación MÁS DETALLADAMENTE, SE EMPLEAN PARA: ��� Aumentar la eficiencia de desplazamiento del lodo. ��� Limpiar el lodo adherido al casing y a la formación (revoque de lodo). ��� Acuohumectar para obtener buena adherencia. ��� Separar el lodo del cemento (dentro del revestimiento y en el espacio anular) y prevenir incompatibilidad.
  • 15. ��� Minimizar la contaminación. Lavadores Químicos – Fáciles de preparar y bombear – Se alcanza turbulencia a bajo caudal, aún en espacios anulares grandes – Efectividad limitada frente a lodo envejecido y Gelificado Espaciadores – Fluidos densificados para mantener presión hidrostática (control de pozo) – Algunos pueden alcanzar flujo turbulento, con caudales altos – Efecto de flotación para remoción de lodo – Muy poca efectividad frente a lodo envejecido y gelificado (con algunas excepciones) ESPACIADORES DE BJ ��� Mud Clean ��� MCS-W Spacer ��� MCS-O Spacer ��� Mudsweep ��� TurboSolve ��� Flowguard