15 cementación forzada. teoría y cálculo05 pruebasvde laboratorio para los cementoss
1. 1 Cementación Forzada
Cementación ForzadaCementación Forzada
Teoría y CálculosTeoría y Cálculos
Programa de Entrenamiento AceleradoPrograma de Entrenamiento Acelerado
Para Supervisores de PozoPara Supervisores de Pozo
2. 2 Cementación Forzada
Definición de Cementación Forzada
Inyección de Lechada de
Cemento
Disparos, Rotura de
Casing,Canales.
Por Debajo o cerca de la
presión de Fractura.
cement
nodes
Casing
FORMACIÓN
CEMENTO
DESHIDRATADO
Lechada
tubing
packer
CANAL DETRAS DEL
CASING
CEMENTACIÓN
PRIMARIA
3. 3 Cementación Forzada
Aplicaciones
• Reparaciones de Cementaciones Primarias
• Aislar Zonas
• Abandono de Zonas
• Roturas de Casing
• Perdidas de Circulación
4. 4 Cementación Forzada
Teoría de Cementación Forzada
Proceso de Filtración
– Permeabilidad de la Formacion
– Presión Diferencial aplicada
– Medio Poroso
– Deposito de enjarre o costra
NODOS
DE
CEMENTO
casing
CEMENTACION
PRIMARIA
Formación
CEMENTO
DESHIDRATADO
5. 5 Cementación Forzada
Efecto del Control de Filtrado
Casing Totalmente Tapado
Casing Parcialmente Tapado
Disparos parcialmente llenos
Disparos completamente llenosDisparos completamente llenos
(50 ml/30min)(50 ml/30min)
6. 6 Cementación Forzada
Técnicas de Cementación Forzada
ALTAPRESIÓN BAJA PRESIÓN
BOMBEO
CONTINUA INTERMITENTE
COLOCACIÓN
SINHERRAMIETAS CON HERRAMIENTAS
APLICACIÓN
TIPO DE FORZADA
7. 7 Cementación Forzada
• Aplicaciones
• Forzamiento por debajo de la presión de fractura
• Volumenes pequeños de lechada
• Precauciones especiales
Forzadas a Baja Presión
8. 8 Cementación Forzada
Forzadas a Alta Presión
• Aplicaciones
• Presión de forzamiento cerca de la fractura
• Grandes volumenes de lechada
• Precauciones especiales
9. 9 Cementación Forzada
Forzamiento Continuo
•Bombeo continuo
•Forzamiento final presión
obtenida
•Grandes volumenes de
lechada
•Forzamiento a baja o alta
presión
Pressure(psi)
Tiempo (min)
10. 10 Cementación Forzada
Forzamiento Intermitente
•Bombeo Intermitente
•Bajos Caudales de Bombeo
•Filtrado Inicial alto
•Pequeños volumenes
•Largos tiempos de trabajo
Tiempo (min..)
A
B C D
Pressure(psi)
11. 11 Cementación Forzada
Forzamiento a Pozo Cerrado
•Forzada Pobre
•No Herramientas de fondo
•Casing y Cabezal expuesto
•Procedimiento de trabajo
TAPÓN MEC.
10' ARENA
CEMENTO
BOP
50FT
13. 13 Cementación Forzada
Empacador con Tubería de Cola
•Herramienta de fondo
aisladora
•Protección del Casing y del
cabezal del pozo
•Tubo de cola para la
colocación
•Intervalos largos
•Empaquetamiento multiple
EMPACADOR
CEMENTO
TUBERÍA DE
COLA
14. 14 Cementación Forzada
Empacador sin Tubería de cola
n Herramienta de fondo
aisladora
n Protección del casing y
cabeza del pozo
n Intervalos cortos
n No tubería de cola
n Forzamiento suicida
EMPACADOR
CEMENTO
15. 15 Cementación Forzada
Retenedor de Cemento
n Herramienta aisladora
perforable
n Similar al empacador sin
tubería de cola
n Se utiliza un puente
mecanico
PUENTE MEC.
10' ARENA
CEMENTO
RETENEDOR
DE CEMENTO
16. 16 Cementación Forzada
Forzamientos a través de C.T.
• Aplicaciones
– Pozos Productores
– A través del Tubing de producción
• Desventajas
– Costo
– Precisión de la colocación
• Diseño crítico de la lechada
• Procedimiento de trabajo
17. 17 Cementación Forzada
Trabajos
• Diseño
– Condiciones del pozo
– Propiedades de la lechada
• Ejecución
– Desplazamiento de la lechada
– Presión de superficie
– Equipo
• Evaluación
– Presión final de forzamiento
– Prueba de presión
– Prueba de influjo
– Registros
19. 19 Cementación Forzada
Tipos
• Forzada a pozo Cerrado
• Empacadura con tubería de cola
• Empacadura sin tubería de cola
• Forzada con retenedor de cemento
20. 20 Cementación Forzada
• Presión de forzamiento
– Inicial
– Final
• Presíon Maxima Permitida en Superficie ( MASP )
• Presión de Estallido
• Presión de Colapso
Terminología
21. 21 Cementación Forzada
Calculos un Forzamiento a Pozo Cerrado
Determine lo siguiente:
– Volumen de la lechada de cemento y del agua enfrente y detras
– No. de sacos, agua de mezcla y aditivos
– Altura del tapon con y sin el drill pipe o tubing
– Volumen de desplazamiento para balacear el tapon
– Volumen maximo de salmuera acumulada
– Presión Hidrostatica al iniciar y al final del forzamiento
– presión Maxima Permitida en superficie ( MASP )
– Tabla de presión de superficie contra volumen
– presión de estallamiento y colapso del casing o tubing
22. 22 Cementación Forzada
Ejercicio # 1
• Hacer los cálculos necesarios
• Hacer la tabla de presión
• Procedimiento de trabajo
• Datos
– Volumen de Lechada = 15 bbls
– Densidad de la lechada = 15.8 ppg
– Densidad de la salmuera = 9.0 ppg
– Gradiente de fractura = 0.8 psi/ft
– N80 para presión de colaso y estallamiento
– 10 bbl agua por delante
7” 23 # /ft csg.
8315 ft
8345 ft
2 7/8 “ 9.5 # / ft tbg
23. 23 Cementación Forzada
Solución Ejercicio #1
1a. Datos del casing y tubing
Ct
Ca
Cc
Cuft/ft bbl/ft
0.02628 0.00468
0.1759 0.0313
0.2210 0.0394
24. 24 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 1 - Cont.
Volumen de lechada
Cant. cemento
Agua de mezcla
Aditivos
Agua adelante
Unidad
ft3
sacos
bbls
lb o gal
bbls
bbls
Pasos Cálculos
Agua detrás
15 bbls x 5.6146 ft3/bbl = 84.22 ft3
84.22 ft3 x 1.15 ft3/saco = 74 saco
4.97 gals/saco x 74 sacos x 1 bbl/42
gal = 8.8 bbls
nada
10 bbls
Wa x Ct/Ca = 10 bbls x
0.00468/0.0313 = 1.5 bbls
25. 25 Cementación Forzada
Solución ejercicio # 1 - Cont’d
Altura del tapón c/tbg
Altura del tapón s/ tbg
Vol. de desplazamiento
Vol. máximo p/forzar
ft
ft
bbls
bbls
2a
2b
3
4
Vs (ft3)/Ct + Ca) cuft/ft = 84.22 /
(0.02628 + 0.1759) = 417 ft
Vs (ft3) / Cc (ft3/ft) = 84.22 / 0.2210
= 381 ft
(Prof. a base del Interv - Hp) ft x
Ct - Wb - seguridad = (8345 -
417) ft x 0.00468 bbl/ft -1.5 bbl -
0.5 bbl = 35.1 bbl
(Hp s/ tubing - Long Zona) ft x Cc
- 1 bbl = (381 ft - 30 ft) x 0.0394
bbl/ft - 1 = 12.8 bbls
26. 26 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 1 - Cont’d
5a. Presión Hidros. al inicio y final del forzamiento
Fluido
Salmuera
Agua
Cemento
Total
(ppg) (bbl) (ft ) (psi)
Densidad Volumen Longitud Presión Hidrostática
9.0
8.34 11.5
15.8 15 (15/.0394) - 30 = 351 15.8 x 351 x 0.052 = 288.4
11.5/.0394 = 292 8.34 x 292 x 0.052 = 126.6
8345-381-292 = 7672 9.0 x 7672 x 0.052 = 3590
4005
27. 27 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 1 - Cont’d
5b. presión Hidrostatica al final del forzamiento
Fluido
Salmuera
Agua
Cemento
Total
(ppg) (bbl) (ft ) (psi)
Densidad Volumen Longitud presión Hidrostática
9.0
8.34 11.5
15.8 1.0 (1/.0394) = 25.4 15.8 x 25.4 x 0.052 = 20.9
11.5/.0394 = 292 8.34 x 292 x 0.052 = 126.6
8315 - 25.4 - 292 = 7997.6 9.0 x 7997.6 x 0.052 = 3743
3890.5
31. 31 Cementación Forzada
Empacador sin Tubería de Cola
Determine lo siguiente:
• Volumen de lechada y agua de frente y atras
l No. de sacos, agua de mezcla y aditivos
l Profundidad para asentar el packer y cuando cerrar el bypass del packer
l Maximo Volumen de desplazamiento
l Desplazamiento ,presión Hidrostatica y MASP en las siguientes etapas:
ð Lechada a 1 bbl antes del tubing ( Inicio de la forzada )
ð Lechada iniciando a salir del Tubing
ð Toda la lechada fuera del Tubing
ð Lechada 1 bls arriba del TOP ( Fin del forzamiento )
l Grafica de Volumen vs presión de superficie
l presiónes de colapso y estallamiento
32. 32 Cementación Forzada
Ejercicio # 2
• Hacer los calculos necesarios
• Dibujar la Grafica
• Procedimiento de trabajo
• Datos:
– Vol de Lechada = 250 ft3
– Peso salmuera = 9.5 ppg
– Agua frente = 5 bbls
– Agua Detrás = 5 bbls
– Grad. de Fractura = 0.8 psi/ft
– N80 para presión Colapso y
Estallamiento
9-5/8", 47 #/ft
Emp. @ 7500 ft
Fuga @8000 ft
3 1/2" , 12.95 #/ft
33. 33 Cementación Forzada
Solución Ejercicio #2
1a. Datos del Tubing y Casing
Ct
Ca
Cc
ft3/ft Bbl/ft
0.04125 0.00735
0.3442 0.0613
0.4110 0.0732
34. 34 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 2 - Cont’d
Paso
Volumen de Lec
Cant. Cemento
Agua de mezcla
Aditivos
Agua frente
Unidades
bbls
sacos
bbls
lb or gal
bbls
Cálculos
Agua Detrás
bbls
250 ft3 = 250 ft3 / 5.6146 ft3/bbl = 44.5 bbl
250 ft3 / 1.15 ft3/saco = 217 sacos
4.97 gals/saco x 217 sacos x 1 bbl/42 gal = 26
bbls
nada
5 bbls
5 bbls
35. 35 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 2 - Cont’d
3a. Prof. de asentamiento de empacador
3b. Cuando cerrar el bypass
4. Máximo volumen de desplazamiento
= =
= =
36. 36 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 2 - Cont’d
5a. Presión hidrostática al inicio del forzamiento
(ppg) (bbl) (ft ) (psi)Fluido
Salumera
Agua
Cemento
Agua
Salmuera
Total
9.5
8.34 5
15.8 44.5
8.34 1
9.5 36.6 500
4.6 625.8
680.3
6054.4
136.05
309.14
295.0
4974.3
59.00
247.00
5884
Densidad Volumen Longitud Presión Hidrostática
44. 44 Cementación Forzada
Empacador con Cola - Cálculos
• Determinar lo siguiente:
l Volume de lechada y agua adelante y atrás
l Número de sacos, agua de mezcla y aditivos
l Altura del tapón con/sin drillpipe o tubing
l Longitud de la cola
l Volume desplazamiento para balancear tapón
l Profundidad del packer
l Volumen máximo Salmuera acumulada
l Presión hidrostática al principio y final
l Presión Máxima Permitida en Superficie ( MASP )
l Presión Superficie vs carta Volumen
l Presión Interna y Colapso del tubing/casing
45. 45 Cementación Forzada
Ejercicio # 3
• Haga los cálculos necesarios
• Dibujar Carta Presión
• Procedimiento de Trabajo
• Datos
– 100 sks class G cemento
– Dens. lechada = 15.8 ppg
– Dens. Salmuera = 9.5 ppg
– Gradient Frac = 0.862 psi/ft
– Agua adelante = 10 bbls
5 1/2", 20 #/ft
Empacador
Perfs @8840 ft - 8880 ft
2 3/8" , 6.2 # / ft
Cola
46. 46 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 3 - Cont’d
1a. Datos Tubing y Casing
Ct
Ca
Cc
ft3/ft Bbl/ft
0.01873 0.00334
0.0937 0.0167
0.1245 0.0222
47. 47 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 3 - Cont’d
Volume Lechada
Cant. Cemento
Agua Mezcla
Aditivos
Agua Adelante
Unidades
bbls
sacos
bbls
lb or gal
bbls
bbls
Paso Cálculos
Agua Atrás
100 sacos x 1.15 ft3
/sacos = 115 ft3
=
115 ft3
/ 5.6146 ft3
/bbl = 20.5 bbls
100 sacos
4.97 gal/saco x 100 sacos x 1 bbl/42 gal
= 11.8 bbls
nada
10 bbls
Wa x Ct/Ca = 10 bbls x 0.00334/0.0167 =
2.0 bbls
48. 48 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 3 - Cont’d
2a Altura de tapón con tubería ft
2b Altura de tapón sin tubería ft
2c Longitud de Tubería de Cola ft
3 Volumen de Desplazamiento bbls
4 Profundidad del empacador ft
5 Vol. Desplazamiento total bbls
Hp = Vs (ft3) / (Ct + Ca) ft3/ft = 115 /
(0.01873 + 0.0937) = 1023 ft
Hp = Vs (ft3) / (Cc) (ft3/ft) = 115 / 0.1245 =
924 ft
Ht = Altura de Tapón + Agua por delante +
Factor de Seguridad (1 barril)
= 1023 ft + (10/0.0167) + (1/0.0167)
= 1023 ft + 598.8 ft + 59.88 ft
= 1681.68 ft o 1682
Vp = (Prof. De disparos inferiores - Hp) ft x
Ct - Wb - Seguridad = (8880 - 1023) ft x
0.00334 bbl/ft - 2.0 bbl - 0.5 bbl = 23.7 bbl
Prof. De disparos inferiores - altura de cto en
casing - altura agua en casing - longitud de cola =
8880ft - 924ft - (12 bbl/0.222 bbl/ft) - 1682ft = 5733ft
(Altura de tapón sin tubería- Longitud zona) ftx Cc -
1 bbl - (924ft - 40 ft) x 0.0222 bbl/ft - 1 = 18.6 bbls
49. 49 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 3 - Cont’d
5a. Presión Hidrostática al principio del forzamiento
Densidad Volumen Altura P. hidrostáticaFluido
Salmuera
Agua
Cemento
Total
(ppg) (bbl) (ft ) (psi)
9.5 -
9.5 12
15.8 20.5 (20.5/0.0222) - 40 = 884 15.8 x 884 x 0.52 - 726
12/0.0222 = 541 8.34 x 541 x 0.052 = 235
8840 - 884-541 = 7415 9.5 x 7415 x 0.052 = 3663
4624
50. 50 Cementación Forzada
Solución Ejercicio # 3 - Cont’d
5b. Presión Hidrostática al final del Forzamiento
Fluido
Salmuera
Agua
Cemento
Total
Densidad Volumen Altura P. Hidrostática
(ppg) (bbl) (ft ) (psi)
9.5 -
8.34 12
15.8 1.0 (1./0222) = 45 15.8 x 45 x 0.052 = 37.0
12.0/.0222 = 541 8.34 x 541 x 0.052 = 235
8840 - 45.0 - 541 = 8254 9.5 x 8254 x 0.052 = 4078
4349
54. 54 Cementación Forzada
Cálculos - Retenedor de Cemento
• Similar al empacador sin cola
• No hay bypass
• Determinar cuando picar adentro del retenedor de cemento
55. 55 Cementación Forzada
Tarea
• Hacer cálculos necesários para las preguntas 2 y 1 o 3.
• Dibujar presión x volumen
• Escribir un procedimiento de trabajo completo