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Tomo07 ingenieria de cementaciones
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Tomo07 ingenieria de cementaciones

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  • 1. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones INDICE página CONCEPTOS GENERALES 4 Introducción 4 I. CEMENTACIONES 4 Clasificación de las cementaciones 4 Descripción de la cementación primaria 4 Descripción de la cementación forzada 5 Descripción de los tapones de cemento 5 II. CEMENTO PORTLAND 5 Definición 5 Fabricación 6 Principales compuestos del cemento y sus funciones 6 Clasificación API y ASTM de los cementos 6 Propiedades físicas de los cementos 8 Categorías de los aditivos y sus funciones 9 Lechadas de cemento 11 III. CEMENTACIÓN PRIMARIA 20 Cómo obtener la información del pozo 20 Cementación de las diferentes tuberías de revestimiento 21 IV. DISEÑO DE LABORATORIO Y RECOMENDACIONES GENERALES 22 Diseño de laboratorio 22 Tubería conductora 22 Tubería superficial 22 Tubería intermedia 24 Tubería de explotación 24 1
  • 2. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesInformación de gabinete 27Información de laboratorio 27V. DISEÑO DE GABINETE 27Procedimientos de diseño de gabinete 29Obtención de datos 29Cálculo de cemento, agua y aditivos 31Cálculo del requerimiento de materiales 31Procedimientos operativos 40Ejemplos 44VI. NUEVAS TECNOLOGÍAS EN CEMENTACIÓN PRIMARIA 50Tecnología de lechada de baja densidad con alta resistencia compresiva 50VII. CEMENTACIÓN DE POZOS DIRECCIONALES Y HORIZONTALES 56Introducción 56Clasificación de pozos horizontales 56Resumen 64VIII. TAPONES DE CEMENTO 64Descripción 64Objetivos 64Tipos de tapón 65Técnicas de colocación 68Consideraciones de diseño 69IX. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA COLOCACIÓN DEL TAPÓN 71Dump bailer 71Ejemplos 73X. CEMENTACIÓN FORZADA 78Introducción 78XI. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA CEMENTACIÓN FORZADA 81Teorías de aplicación sobre problemas reales 82Problemas especiales en cementaciones forzadas 932
  • 3. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones XII. ACCESORIOS PARA TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO 97 Tipos de accesorios 97 Cementación en etapas múltiples 104 XIII. ACCESORIOS PARA TUBERÍAS CORTAS (Liner) 106 Empacadores para tuberías cortas con unidad de sellos molible 110 Colgadores para tuberías cortas 112 XIV. DESARROLLO HISTÓRICO DE LAS UNIDADES CEMENTADORAS 114 Unidades cementadoras 114 Unidades transportadoras de cemento a granel 119 Almacenaje y dosificación de cemento 120 Diseño de una planta dosificadora de cemento 121 Salud y seguridad en el manejo de aditivos 122 Instalaciones 123 XV. CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE: 123 Cementaciones primarias 123 Cementaciones a presión 124 Tapones por circulación 124 PREGUNTAS Y RESPUESTAS 125 GLOSARIO 128 BIBLIOGRAFÍA 129 3
  • 4. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de BIBLIOGRAFIA Cementaciones 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 Abandonment 19. Displacement mechanigs studies halliburton and Kick-Off Plugs, 1999 energier services.Conceptos generales 4. Evitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas. 5. Miller. Joe. Dowells Plug PlacementEn este capítulo se describen las principales opera- Tool presentationciones de cementación que se efectúan en los po- El reto principal es obtener sellos hidráulicos efec-zos petroleros, las tecnologías, los equipos y mate- tivos en las zonas que manejan fluidos a presión. 6. DOFSE, Kellyville Training Center, 1987riales empleados. Para lograrlo es indispensable mejorar el despla- zamiento del lodo de perforación del tramo de 7. OTC, Kellyville Training Center, 1998I. CEMENTACIONES espacio anular que se va a cementar consiguien- do así una buena adherencia sobre las caras de la 8. Adam T. Bourgoyne Jr. Applied DrillingSon las operaciones con cemento que se efectúan formación y de la tubería de revestimiento, sin ca- Engineering SPE Textbook Series,con fines específicos en los pozos petroleros. nalizaciones en la capa de cemento y con un lle- Vol.2. 1991. nado completo.Clasificación de las cementaciones 9. Preston L. Moore.- Drilling Practices Manual.- Second Edition 1986Se clasifican de acuerdo con los objetivos que sepersiguen en: 10. Energy Halliburton Cementing ManualCementación primaria Cemento Completamente fraguado sin canalización 11. API SPEC 10, 10A Y 10B. de gasCementación forzada 12. Marcel y André Reimbert; Construcción de Silos.- Traducción del francés porTapones de cemento Manuel Velázquez VelázquezDescripción de la cementación primaria 13. Lloyd E. Browell, Edwin H.Young; Process Equipment Design;La cementación primaria es el proceso que consiste Vessel Design.- Editorial Library Congress Catalogen colocar cemento en el espacio anular, entre la Caroltubería de revestimiento y la formación expuesta del Cemento adherido a Number: 59-5882. Printed in the United States ofagujero, asegurando un sello completo y permanente la formación America.(ver figura 1). Cemento adherido a la tubería 14. Dwight K Smith. Series SPE;Objetivos de las cementaciones primarias Cementing Monograph Vol. 4, SPE, 1990.1. Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozo 15. World wide cementing practices firts sirstque contienen gas, aceite y agua. Zona de Interés edition enero 1991. API2. Soportar el peso de la propia tubería de revesti-miento.3. Reducir el proceso corrosivo de la tubería de re-vestimiento con los fluidos del pozo y con los flui-dos inyectados de estimulación. Figura 1 Cementación primaria.4 129
  • 5. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesGLOSARIO Se ha vuelto práctica común 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 mínimo de 500 psi II. CEMENTO PORTLAND (35 kg/cm2) dentro de las primeras 8 horas. Este va- lor es producto de la práctica. Definición AES Área exterior de sellos Pdif Presión diferencial AiTR Área interior de TR ProtT Protección a la tubería Descripción de la cementación forzada El cemento es una mezcla compleja de caliza (u CAD Capacidad del agujero descubierto ProtF Protección a la formación otros materiales con alto contenido de carbonato CEA Capacidad del espacio anular Cc Carga máxima al colapso del cargador Es el proceso que consiste en inyectar cemento a de calcio), sílice, fierro y arcilla, molidos y calci- CICe Cima de cemento FCc Factor de capacidad del colgador al colapso presión a través de disparos o ranuras en la tube- nados, que al entrar en contacto con el agua for- CTC Capacidad del TC Q Gasto ría de revestimiento al espacio anular. Ésta es una ma un cuerpo sólido. Esta mezcla de ingredientes CTP Capacidad de TP R Rendimiento del saco de cemento medida correctiva a una cementación primaria de- se muele, se calcina en hornos horizontales con CTp Capacidad de Tp PV Peso volumétrico fectuosa. 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 Diámetro del agujero RTRC Resistencia de TR al colapso • Objetivos de las cementaciones forzadas excepto el sulfato de calcio, que se le agrega como Dc Diámetro de la camisa Cpi Carga máxima de TR sin desgarrarse ingrediente final. De Diámetro exterior W Peso de tubería 1. Mejorar el sello hidráulico entre dos zonas que Di Diámetro interior Vzc Volumen de lechada dentro de TR entre zapata manejan fluidos. Los componentes que forman el cemento son óxi- y cople 2. Corregir la cementación primaria en la boca de dos superiores de oxidación lenta. Esto significa que DT Diámetro de tubería RTRpi Resistencia de TR a la presión interna una tubería corta, o en la zapata de una tubería terminan su grado de oxidación al estar en contacto Dv Diámetro del vástago RTRT Resistencia de TR a la tensión cementada, que manifieste ausencia de cemento en con el aire al enfriarse. Ef Eficiencia WS Peso de sarta de tubería la prueba de goteo. Esta prueba consiste en la apli- ETP Elongación de TP Sc Saco de cemento cación al agujero descubierto, inmediatamente des- De todos los cementos, el Portland es el más im- ETR Elongación de TR TC Tubería conductor pués de perforar la zapata, de una presión hidráulica portante en cuanto a términos de calidad. Es el FC Fuerza que actúa sobre el cople TR Tubería de revestimiento equivalente a la carga hidrostática, que ejercerá el material idóneo para las operaciones de cemen- FF Factor de flotación TP Tubería de perforación fluido de control con el que se perforará la siguiente tación de pozos. Ffp Factor de fricción del lodo Tp Tubería de producción etapa. Esto se realiza durante 15 a 30 minutos, sin Fs Factor de seguridad DTP Desplazamiento de TP abatimiento de la presión aplicada. Algunos cementos Portland son de fabricación espe- Ge Gravedad específica t TR Tramos de TR 3. Eliminar la intrusión de agua al intervalo productor. cial, debido a que las condiciones de los pozos difie- Gf Gradiente de fractura Vag Volumen de agua 4. Reducir la relación gas-aceite. ren significativamente entre sí al variar su profundi- GTP Grado de TP t TP Tramos de TP 5. Sellar un intervalo explotado. dad. En la solución de algunos problemas específicos GTR Grado de TR Vc Volumen 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 nó incorrectamente. hzc Longitud entre zapata y cople Vcr Volumen de cemento requerido 7. Corregir una canalización en la cementación pri- El cemento Portland es, además, el ejemplo típico de L Longitud Vd Volumen de desplazamiento maria. un cemento hidráulico: fragua y desarrolla resisten- LTP Longitud de TP Vit Velocidad de introducción de la tubería 8. Corregir una anomalía en la tubería de revesti- cias a la compresión como resultado de la hidratación, LTR Longitud de TR LV Longitud del vástago miento. la cual involucra reacciones químicas entre el agua y Uac Densidad del acero LTp Longitud de Tp los componentes presentes en el cemento. Uc Densidad del cemento WT Peso teórico de la tubería Descripción de los tapones de cemento Ufc Densidad del fluido de control FCpi Factor de capacidad del colgador a la presión El fraguado y endurecimiento no solamente ocurre interna Los tapones comprenden un cierto volumen de si la mezcla de cemento y agua se deja estática al T Tiempo WF Peso físico de la tubería lechada de cemento, colocado en el agujero o en aire, también se presenta si la mezcla se coloca en el interior de la tubería de revestimiento. agua. El desarrollo de resistencia es predecible, uni- forme y relativamente rápido. Objetivos de los tapones de cemento El 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 ésta do o para iniciar la perforación 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 pérdida de circulación obtenga y mantenga el aislamiento entre las zonas en la etapa de perforación. del subsuelo.128 5
  • 6. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesFabricación Principales compuestos del cemento y sus funciones cada por la longitud entre cople y zapata de la TR Cementación a presión con bombeo continuo o con por cementar. bombeo intermitente.Los materiales crudos se muelen y mezclan vigoro- 1. Silicato tricálcico (3CaO.SiO2) habitualmente co-samente, así se obtiene una mezcla homogénea en nocido como C3S. 7.Indique en qué consiste el diseño de gabinete de Cementación a presión con rompimiento de forma-las proporciones requeridas, para lograrlo existen una cementación primaria y cómo se pueden conju- ción e inyección de la lechada en el interior de lados procesos: seco y húmedo (figura 2, proceso de Es el componente más abundante en la mayoría de gar las características reológicas de los fluidos con fractura provocada.fabricación del cemento Portland). los cementos y, además, el factor principal para pro- el estado mecánico del pozo. ducir la consistencia temprana o inmediata (1 a 28 días). Cementación a presión sin romper formación, for-Proceso seco Generalmente, los cementos de alta consistencia in- El diseño de gabinete consiste en conjugar las ca- mando depósitos de cemento con base en la cons- mediata contienen en mayor concentración este com- racterísticas reológicas de los fluidos que intervie- trucción de enjarre de baja permeabilidad en las zo-Se preparan las materias primas y se pasan a un puesto; más que el Portland común y los retardados. nen en la operación de cementación con las condi- nas de inyección.molino para homogeneizar el tamaño de las partícu- ciones mecánicas del pozo, mediante un programalas y su cantidad. Se pasan por un separador de aire 2. Silicato dicálcico (2CaO.SiO2) habitualmente co- computarizado que brinda la oportunidad de anali- ble: uno, para programar y ejecutar los parámetrosy se les lleva a silos mezcladores para su almacena- nocido como C2S. zar varias alternativas: simula mediante cálculos los principales de cementación durante la operación, ymiento antes de pasarse al horno rotatorio. esfuerzos a que se someterá el pozo durante la ope- el otro para monitoreo y control del desarrollo de la Compuesto de hidratación lenta que proporciona la ración de cementación y vigila, en todo momento, operación misma.Proceso húmedo ganancia gradual de resistencia. Ocurre en un pe- que la presión de fondo de cementación no sea igual riodo largo: después de 28 días. o superior a la presión de fracturamiento de la for- La técnica elegida se selecciona de acuerdo con elA diferencia del anterior, este proceso efectúa una mación, ni menor a la presión de poro. El sistema de cómputo debe ser doble: uno, paramezcla de las materias primas con agua para man- 3. Aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3) habitualmente objetivo de la operación. programar y ejecutar lostener en forma más homogénea la mezcla. También conocido como C3A. 8. Indique los pasos que se deben seguir para el parámetros principales de cementación durante lase les pasa por un molino para uniformar el tamaño cálculo de un tapón balanceado de cemento. operación. y el otro parade partícula 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 calibración y temperatura del 10. Indique las características que debe tener elantes de pasarla al horno rotatorio. que químico de los sulfatos sobre los cementos. Esta agujero. monitoreo y control del desarrollo de la opera- susceptibilidad se clasifica en moderada y alta resis- ción sistema de mezclado de cemento para obte-Esta mezcla de materia cruda seca o húmeda, según tencia al ataque químico, cuando contienen este Definir de acuerdo al registro de calibración la zona ner un trabajo de calidad.el proceso de fabricación, se alimenta en la parte compuesto en 8 y 3% respectivamente. de colocación y diámetro promedio.más elevada del horno rotatorio inclinado, a un gas- Debe hacerse con un mezclador de alta energía. Seto uniforme, y viaja lentamente por gravedad a la 4. Alúmino ferrito tetracálcico (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 tapón 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 hidratación y no ciente 25 bl para operaciones con volúmenes gran-a 1540°C. influye en el fraguado inicial. Determinar la altura de la lechada dentro y fuera de des de lechada. la tubería de perforación, dividiendo el volumen deEstas temperaturas originan reacciones químicas Clasificación API Y ASTM de los cementos lechada calculada entre la suma de las capacidadesentre los ingredientes de la mezcla cruda, resultan- dentro de la tubería de perforación y del espacio anu-do un material llamado clinker. Las Normas API se refieren a clase de cemento; las lar entre la tubería de perforación 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 área inmediata al horno, cons- 1. Cemento clase A o tipo I lavador y espaciador en forma similar al de latruida bajo diseño para controlar la velocidad de en- lechada.friamiento. Una vez frío, se almacena y se muele pos- Está diseñado para emplearse a 1830 m de profun-teriormente en molinos de bolas, para darle el tama- didad como máximo, con temperatura de 77°C, y Calcular el volumen de desplazamiento, multiplican-ño deseado a las partículas. 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 II superficie, con base en las alturas determinadas entamente con una dosificación de sulfato de calcio los dos pasos anterioresdihidratado, con lo que se obtiene el producto ter- Diseñado para emplearse hasta a 1830 m deminado de cemento Portland, figura 2. profundidad, con temperatura de hasta 77°C, y en 9. Mencione las técnicas empleadas para llevar a donde se requiere moderada resistencia a los sulfatos. cabo una cementación a presión.6 127
  • 7. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones3. Indique los principales compuestos mineralógicos Aceleradores Separador de aire del cemento y sus funciones. Reducen el tiempo de fraguado de los sistemas deSilicato Tricálcico C3S cemento e incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia compresiva. Caliza Partículas mayoresEs el componente de mayor proporción en la mayo- Colector de polvo Al hornoría de los cementos y el factor principal que produce Retardadoresla consistencia temprana o inmediata (1 a 28 días). Fino Prolongan el tiempo de fraguado de los sistemas deLos cementos de alta consistencia inmediata, gene- cemento. Alimentadores de A la bombaralmente lo contienen en mayor concentración que materias primas Molino neumática Cámara de aire Silos de mezclado en Silo de almacenaje de materiael Portland común y que los retardados. Extendedores caliente seco mezclada Bajan la densidad de los sistemas de cemento y/oSilicato Dicálcico C2S reducen la cantidad de cemento por unidad de volu- men del producto fraguado.Compuesto de hidratación lenta que proporciona laganancia gradual de resistencia, la cual ocurre en Densificantesun periodo largo: después de 28 días. Incrementan la densidad de los sistemas del ce- Al horno mento. Materiales almacenadosAluminato Tricálcico C3A separadamente Clinker DispersantesTiene influencia en el tiempo de espesamiento de la Materias primas calcinadas a 2700 o F Entrada delechada. Es responsable de la susceptibilidad al ata- combustible Reducen la viscosidad de las lechadas de cemento.que químico de los sulfatos sobre los cementos. Se Yesoclasifican en moderada y alta resistencia al ataque Controladores de filtradoquímico, cuando lo contienen en 8 y 3% respectiva-mente. Controlan la pérdida de la fase acuosa de los siste- mas de cemento, frente a zonas permeables.Aluminio Ferrito Tetracálcico C4AF Enfriador del clinker Horno Rotatorio Controlador de pérdida de circulación con aire Clinker y yeso convergenEste compuesto es de bajo calor de hidratación y no al molinoinfluye en el fraguado inicial. Controlan la pérdida de cemento hacia zonas débi- les de la formación o fracturas.4. Indique las clases de cemento petrolero de ma- yor aplicación en el ámbito mundial, en función Aditivos especiales de su versatilidad de aplicación. Es la miscelánea de aditivos complementarios para Separador Colector deCementos Clase G Y H. yeso de aire polvos Líneas de carga de cemento a la cementación, tales como antiespumantes, unidades transportadoras controladores de la regresión de la resistenciaComúnmente conocidos como cementos petroleros, compresiva, etcétera.son básicos para emplearse desde la superficie has- yes ota 2240 m tal como se fabrican. Pueden modificarse 6. Indique cómo 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 presión y tempera- cementación primaria, con tubería corrida hastatura. la superficie. Materiales5. Indique las categorías en que se agrupan para proporcionados Se multiplica la capacidad del espacio anular entre Molino de bolassu estudio los distintos aditivos. el agujero y la tubería de revestimiento por cemen- Bomba de cemento Silos de Almacenaje Ensacadora tar y entre ésta y la última tubería cementada, por laLos aditivos químicos de cementación se agrupan longitud que se va a cubrir en cada caso, más la ca- )LJXUD )DEULFDFLyQ GHO HPHQWR 3RUWODQGen ocho categorías para su estudio y aplicación: Figura 2 Proceso deFig. No. 8.4.01 Proceso de Fabricación del Cemento Portland fabricación del cemento Portland. pacidad de la tubería que se va a cementar multipli-126 7
  • 8. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones3. Cemento clase C o tipo III cano del Petróleo) tienen propiedades físicas espe- PREGUNTAS Y RESPUESTAS Resolver un problema de pérdida de circulación en cíficas para cada clase de cemento, mismas que bá- la etapa de perforación.Está diseñado para emplearse hasta 1830 m de pro- sicamente definen sus características. 1. Describa los objetivos de las siguientes opera-fundidad como máximo, con temperatura de 77°C, ciones: Hacer un amarre en la prueba del pozo.donde se requiere alta resistencia a la compresión Las principales propiedades físicas de los cementos son:temprana; se fabrica en moderada y alta resistencia Cementación primaria 2. Indique los procesos de fabricación del cementoa los sulfatos Ge = Gravedad específica Cementación a presión Portland. Tapón de cemento4. Cemento clase D Denota el peso por unidad de volumen, sin tomar Proceso Seco en consideración otros materiales, tales como el aire Los principales objetivos de la cementación prima-Este cemento se emplea de 1830 hasta 3050 m de o 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 110°C y pre- to específicamente; sus unidades son gr/cm3, kg/lt molino para homogeneizar el tamaño de las partí-sión moderada. Se fabrica en moderada y alta re- y ton/m3. Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozo culas 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 volumétrico namiento antes de alimentarse al horno rotatorio.5. Cemento clase E Soportar el peso de la propia tubería de revesti- Denota el volumen por unidad de masa. Se toma en miento. Proceso HúmedoEste cemento se usa de 1830 hasta 4270 m de profun- consideración el aire contenido entre los granos dedidad con temperatura de 143°C y alta presión. Se fa- cemento; sus unidades son gr/cm3, kg/lt y ton/m3. Reducir el proceso corrosivo de la tubería de reves- Este proceso efectúa 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 más homogé- Blaine. Fineza de los granos de cemento estimularlo. nea los materiales, haciendola pasar también por un6. Cemento clase F molino para uniformar el tamaño de partícula y poste- Indica el tamaño de los granos del cemento. Su mayor Los 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 la la mantienen en movimiento antes de pasar al hornofundidad con temperatura de 160°C, en donde exis- preparación de la lechada. Esta característica es un factor Mejorar el sello hidráulico entre dos zonas que ma- rotatorio.ta alta presión. Se fabrica en moderada y alta resis- determinante, pero no único, para la clasificación de los nejan fluidos.tencia a los sulfatos. cementos. Sus unidades son cm2/gr,m2/kg Representa el Esta mezcla de materia cruda, seca o húmeda, se- área expuesta al contacto con el agua y se determina Corregir la cementación primaria en la boca de una tube- gún el proceso de fabricación, se alimenta por la parte7. Cementos clase G Y H como una función de permeabilidad al aire. ría corta o en la zapata de una tubería cementada, que más elevada, al horno rotatorio inclinado, con un manifiesta ausencia de cemento en la prueba de goteo gasto uniforme, y viaja lentamente por gravedad aComúnmente conocidos como cementos petroleros, son Distribución del tamaño de partícula la parte inferior del mismo.básicos para emplearse desde la superficie hasta 2240 m Eliminar la intrusión de agua al intervalo productor.tal como se fabrican. Pueden modificarse con Indica la eficiencia con la que se llevó a cabo la selección, Reducir la relación 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 fabricación sobre la a temperaturas de 1430 a 1540°C.rango de condiciones de presión y temperatura. homogeneización de los materiales crudos molidos. Sellar un intervalo explotado. Estas temperaturas originan reacciones químicas en-En cuanto a su composición química son similares Tamaño promedio de partículas Sellar parcialmente un intervalo que se seleccionó tre los ingredientes de la mezcla cruda, resultandoal cemento API Clase B. Están fabricados con espe- incorrectamente. un material llamado clínker.cificaciones más rigurosas tanto físicas como quí- Es el tamaño de grano que ocupa el 50% de un pesomicas, por ello son productos más uniformes. determinado de cemento, dentro de la gama de ta- Corregir una canalización en la cementación El clínker se deja enfriar a temperatura ambiente con maños de grano que integran el cemento. primaria. corriente de aire, en un área inmediata al horno, cons-8. Cemento clase J truida bajo diseño para controlar la velocidad de en- Requerimiento de agua normal Corregir una anomalía en la tubería de revestimiento. friamiento. Una vez frío se almacena y se muele pos-Se quedó en fase de experimentación y fue diseña- teriormente en molinos de bolas, dándole el tamañodo para usarse a temperatura estática de 351°F Es el agua necesaria para la lechada con cemento solo. Los objetivos de los tapones de cemento son: deseado a las partículas.(177°C) de 3660 a 4880 metros de profundidad, sin Debe dar 11 Uc a los 20 minutos de agitarse en elnecesidad del empleo de harina sílica, que evite la consistómetro de presión atmosférica a temperatura am- Desviar la trayectoria del pozo, arriba de un pesca- El clínker alimenta al molino de cemento conjunta-regresión de la resistencia a la compresión. biente; se expresa en por ciento por peso de cemento. do o para iniciar la perforación direccional. mente con una dosificación de sulfato de calcio dihidratado, con lo que se obtiene el producto ter-Propiedades físicas de los cementos Requerimiento de agua mínima Taponar una zona del pozo o taponar el pozo. minado de cemento Portland.Los cementos de clasificación API (Instituto Ameri- Denota el agua necesaria para la lechada de cemen-8 125
  • 9. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesde los centros de investigación marcan un porcen- con arena sílica y no deben presentar canalización to. Debe dar 30 Uc a los 20 minutos de agitarse en Controlador de pérdida de circulacióntaje de adherencia mínimo del 90 % para obtener y flujo a través del tapón, debiéndose probar con el consistómetro de presión atmosférica a tempera-buenos resultados de sello; sin embargo, las expe- presión hidráulica y peso, cuyos valores depende- tura ambiente; se expresa en por ciento por peso Son materiales que controlan la pérdida de cemen-riencias de campo marcan un 80 % mínimo para rán de su profundidad de colocación y condiciones de cemento. to hacia zonas débiles de la formación o fracturas.dar por buena la cementación del pozo. Densidad de la lechada Aditivos especialesCementaciones a presión Es el peso de la mezcla del cemento con agua y está Es la miscelánea de aditivos complementarios paraLa evaluación de este tipo de operaciones se hace de en función de la relación de agua por emplear. Sus la cementación, tales como antiespumantes,acuerdo con su objetivo; es decir, si ésta se efectúo unidades son gr/cm3, kg/lt y ton/m3. controladores de la regresión de la resistenciapara corregir una canalización en una cementación compresiva, etcétera.primaria, se evaluará mediante la aplicación de un só- Ángulo de talud natural del cementonico de cementación y /o la aplicación de presión en clases de Aceleradoreslas zonas disparadas verificando que exista buen se- Es el ángulo que forma el material granulado cuan-llo en los orificios de los disparos y en la zona de falta do se deposita en una superficie plana horizontal; Estos aditivos químicos acortan el tiempo de bom-de adherencia manifestada por el registro. sirve para el diseño de la planta dosificadora de ce- beo e incrementan el desarrollo de resistencia mento y para recipientes a presión. compresiva; disminuyendo el tiempo equipo de per-Para el caso de abandono de intervalos, primera- foración.mente se debe alcanzar una presión final y poste- Categorías de los aditivos y sus funcionesriormente se efectúa una prueba de admisión para Los aceleradores de mayor aplicación son:asegurarse de su efectividad por un lapso de 15 a Aceleradores30 minutos con la presión que se espere del siguien- • Cloruro de calcio (CaCl2)te intervalo a explotar o una prueba de aligeramien- Son productos químicos que reducen el tiempo deto de columna para verificar que no se tengan apor- fraguado de los sistemas de cemento. Incrementan Esta sal se dosifica del 2 al 4 % por peso de cemen-taciones de fluidos de la formación 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 circulación Retardadores trol en el tiempo bombeable .La evaluación de los tapones de cemento que se Son productos químicos que prolongan el tiempo • Cloruro de sodio (NaCl)colocan por circulación variará de acuerdo con el de fraguado de los sistemas de cemento.objetivo que se persiga con el tapón: Actúa como acelerador en concentraciones de has- Extendedores ta un 10 % por peso de agua, entre el 10 y 18 %Para desviar pozo el tapón debe soportar de 3 a 4 produce un tiempo de bombeo similar al obtenidoton de peso en condiciones estáticas, además al re- Son materiales que bajan la densidad de los siste- con agua dulce. A concentraciones mayores del 18bajar para afinar el punto de desviación debe tener mas de cemento y/o reducen la cantidad de cemen- % causa retardamiento. La típica concentración 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 penetración mínima de 2 minutos por metro, conun peso máximo sobre barrena de 3 ton y una pre- Densificantes • Sulfato de calcio (CaSO4) 2sión de bombeo de 120 a 140 kg/cm . Son materiales que incrementan la densidad de los Es un material que por sí mismo posee característi-La longitud del tapón tenderá a ser de 150 m máxi- 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. Dispersantes basándose en el tiempo que se desea y la tempera- tura a la cual va a trabajar. Su concentración varíaLa cima del cemento podrá variar en +/- 20 m de la Son productos químicos que reducen la viscosidad del 50 al 100% por peso del cemento.profundidad de diseño. de las lechadas de cemento. Retardadores del fraguado del cementoLos tapones temporales y de apoyo se probarán con Controladores de filtrado5 ton de peso estático únicamente. Son aditivos químicos que incrementan el tiem- Son materiales que controlan la pérdida de la fase po 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 100°C se diseñarán permeables. peratura y presión.124 9
  • 10. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesComo la aceleración, los mecanismos para retardar Otro ácido hidroxilcarboxílico con un fuerte efecto Observacionesel fraguado del cemento Portland son aún materia retardante, es el ácido cítrico. Éste también es efec-de controversia. Así han surgido varias teorías que tivo como dispersante de cemento y normalmente Evite golpear los silos presurizados, pues pueden oca-intentan explicar el proceso retardante. Éstas son: se usa en concentraciones de 0.1 a 0.3% por peso sionar un accidente. En caso de ser indispensable,de la adsorción, la precipitación, la nucleación y la de cemento. golpear suavemente utilizando un martillo de caucho.complejidad. Consideran dos factores: la naturalezaquímica del retardador y la fase del cemento (silicato Los ácidos de hidroxilcarboxílico de manera similar Nunca debe cerrarse o abrir una válvula sin conoci-o aluminato) sobre la cual actúa el retardador. que los lignosulfonatos actúan más eficientemente miento pleno del estado de la operación que se está con cementos de bajo contenido de C3A. realizando, figura 90.Los retardadores más conocidos son los lignosulfonatosde calcio y los cromolignosulfonatos de calcio, así como • Compuestos sacáridosotros que son mezclas químicas. Unos trabajan a tempe- XV. CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE:raturas bajas y otros a temperaturas altas. Su dosifica- Los sacáridos son excelentes retardadores del ce-ción es de 0.1 a 2.5% por peso de cemento. mento Portland. Cementaciones primariasLos retardadores más empleados son: Se usan ocasionalmente en la cementación de po- El método de evaluación de la cementación primaria zos, por ser muy sensibles a pequeñas variaciones debe ser seleccionado de acuerdo con el objetivo:• Lignosulfonatos en sus concentraciones. Figura 90 Mezcla manual de lechada de cemento. Así, cuando se desea verificar si se tiene buen sello en la zona de la zapata, se procede a efectuar unaSe componen de sales de ácidos lignosulfónicos de • Derivados de la celulosa prueba de goteo. Se aplica al agujero descubiertosodio y calcio. Son polímeros derivados de la pulpa Instalaciones inmediatamente después de perforar la zapata, unade la madera. Usualmente son compuestos no refi- Los polímeros de la celulosa son polisacáridos deri- presión hidráulica equivalente a la carga hidrostáticanados y contienen varias cantidades de compues- vados de la madera o de otros vegetales. Son esta- La planta de almacenamiento debe contar con que ejercerá el fluido de control con el que se per-tos sacaroides con un peso promedio molecular que bles a las condiciones alcalinas de la lechada de ce- señalamientos de localización de cada uno de los forará la próxima etapa, durante 15 a 30 minutos, sinvaría de 20,000 a 30,000. mento. productos químicos ahí almacenado. En estas se- abatimiento de la presión aplicada. ñales se encuentra la información básica del pro-Debido a que los lignosulfonatos purificados pier- El retardador celulósico más común es el ducto: nombre, tipo de riesgo al manejarlo, tipo de Cuando se desea verificar si hay buen sello en la bocaden mucho poder retardante, la acción retardante carboximetil hidroxietil celulosa (CMHEC). Es efecti- equipo que se debe portar al manejarlo. Otra prácti- de una tubería corta, se hace una prueba hidrostáticade esos aditivos se atribuye a la presencia de vo a temperaturas superiores de 250 °F (120 °C). ca segura es designar áreas especiales con bordes sobre la capa de cemento; se aplica una presión hi-carbohidratos de bajo peso molecular. o represas en donde se almacenen productos líqui- dráulica calculada, que no sea mayor a la resistencia a También la CMHEC se usa como agente de control dos para prevenir, en caso de algún derrame, ma- la compresión del cemento, a las condiciones de fon-Los retardadores de lignosulfonatos son efectivos de pérdida de fluido; además, incrementa signifi- yor daño al ambiente, y facilitar la recuperación de do. Se toma en consideración la carga hidrostática ejer-con todos los cementos Portland y se dosifican de cativamente la viscosidad de la lechada. los mismos. cida por el fluido de terminación, más la presión hi-0.1 a 1.5 % por peso de cemento. dráulica aplicada con bomba, por un tiempo determi- • Organofosfonatos En lo que corresponde al sistema neumático utiliza- nado; generalmente son de 15 a 30 minutos con pre-Son efectivos hasta 250 °F (122 °C) de temperatura de do para la mezcla del cemento y aditivos, cada uno sión sostenida, sin bombeo adicional.circulación en el fondo del pozo (BHCT) y hasta 600 °F Se aplican a temperaturas de circulación tan altas como de los componentes del sistema: compresores, lí-(315 °C) cuando se mezclan con borato de sodio. 400 °F (204 °C). Presentan insensibilidad a variaciones neas y silos, deben contar con válvulas de desfo- Para evaluar la adherencia en todo el tramo cemen- sutiles en la composición del cemento, y tienden a gue que prevengan de cualquier percance que pu- tado es necesario efectuar un registro sónico deHasta el momento se ha comprobado que los bajar la viscosidad de lechadas densificadas. diese ocurrir al sobre represionar al sistema. Asi- cementación, empleando la tecnología de ultraso-retardadores de lignosulfonatos afectan principal- mismo, el sistema debe estar provisto con un co- nido con cualquiera de las herramientas ultrasóni-mente la cinética de la hidratación de C3S; sin em- Reductores de fricción (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 hidratación del C3A no mayoría de los finos (polvos) generados por la do- lidad de la cementación en las zonas de interés, seson significativos. Son productos que ayudan a obtener con gastos sificación y que de otra forma se descargarían a la efectuarán operaciones de re-cementación a través bajos de bombeo el régimen turbulento. Reducen la atmósfera. de disparos efectuados en las partes que denoten• Ácidos hidroxilcarboxílicos fricción entre granos, y entre éstos y las paredes. falta de sello del cemento por mala adherencia o También, entre el equipo básico de seguridad de la por existencia de canalizaciones. Generalmente esLos ácidos hidroxilcarboxílicos contienen grupos De acuerdo con varias investigaciones realizadas en planta se deben incluir lavaojos y lavamanos colo- aceptada una adherencia mínima del 80 % para darhidroxílicos (OH) y carboxílicos (CHn) en su estruc- diferentes países se ha demostrado que la mayor cados en lugares estratégicos de fácil acceso a las por bueno un trabajo de cementación, 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 reologíacan en un rango de temperatura de 200 °F (93 °C) a se logra en régimen turbulento; es decir, cuando la300 °F (149 °C). lechada de cemento y los colchones de limpieza se10 123
  • 11. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones El resto de recipientes son similares a desplazan a una velocidad tal que corresponda a un -Si - OH + OH- -Si - O- + H2O los descritos. número de Reynolds de 3000 a 4000 o mayor, en fun- ción de sus características reológicas: n = índice de Los iones libres de calcio en la solución reacciona- • Compresores de aire. Normalmen- comportamiento de flujo y k = índice de consistencia. rán con los grupos cargados negativamente sobre te la planta dosificadora de cemento la superficie de los granos. Un ion de calcio puede a granel cuenta con un par de Generalmente, son sales de ácidos grasos y se unirse a dos grupos, Si-O- los cuales pueden estar compresores 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 cúbicos de gasto por minuto y una presión de servicio Lechadas de cemento El puenteo entre dos granos se debe a que el área regulada de 30 a 40 psi. Este sistema superficial del cemento es grande y compiten por neumático se encarga del manejo del Las lechadas de cemento son suspensiones altamen- los iones de calcio entre los sitios de adsorción. Una cemento en la planta en general. te concentradas de partículas sólidas en agua. parte de los granos del cemento puede estar carga- da positivamente, debido a la adsorción de calcio, Salud y seguridad en el manejo de El contenido de sólidos de una lechada de cemento mientras que otra parte está cargada negativamen- aditivos puede llegar hasta un 70%. te; como resultado, ocurren las interacciones entre las porciones cargadas positivamente. La naturaleza de los materiales mane- La reología de la lechada de cemento está relacio- jados por la planta de cemento da lu- nada con la del líquido de soporte, la fracción • Viscoplasticidad de las lechadas de cemento y me- Figura 89 Tanques presurizables de cemento a granel. gar a ciertas consideraciones especia- volumétrica de los sólidos (volumen de partículas/ canismo de dispersión les, para la disminución de riesgos y volumen total) y la interacción entre las partículas. prevención de accidentes en el área 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 línea de llenado del silo que entra una solución acuosa de varias clases de iones y adi- impide flujos con esfuerzo cortante menor al esfuer-por su base cónica y corre paralelo a su eje Todas las personas que se encuentren realizando tivos orgánicos. Por lo tanto, la reología de la lechada zo de corte dado por el valor de cedencia. Esto eslongitudinal, el extremo superior de la línea termina las actividades diversas que se llevan a cabo en la difiere de la reología del agua. resultado de la interacción electrostática entre lasen un codo de 90°. planta, como son: cargado de bultos, vaciado de partículas. A esfuerzos de corte menores al valor de bultos, pesado de químicos, manejo del panel, etc. Los sólidos en una lechada están en función directa cedencia, la lechada se comporta como un sólido.Inmediatamente arriba de la brida del casquete fi- deberán portar, sin excepción: a su densidad. Esto puede originar algunas deformaciones finitas,nal lleva una línea de descarga para suministro decemento. 1.- Lentes de seguridad. Protegen los ojos del con- Las interacciones de las partícu- tacto con los polvos de los productos químicos las dependen principalmente de Olla de pesar y mezclar. Esta olla tiene una forma que pudieran haberse volatilizado hacia la at- la distribución de las cargas su- similar a la descrita para el silo vertical, con la mósfera. perficiales. Los dispersantes del diferencia de su tamaño y capacidad. Este reci- cemento, también conocidos piente normalmente maneja por pesada entre 5 a 2.- Mascarilla contra polvos. Previene la inhalación 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 inyección de aire es a través de un múlti- partículas para obtener las propie- ple con toberas y válvulas de contra presión y 3.- Overol. Proporciona una protección integral al dades reológicas deseadas de la una línea directa de suministro de presión, so- cuerpo de cualquier contacto cutáneo con los pro- lechada (figura 3) portada directamente del tanque de servicio con ductos químicos. una válvula de contrapresión insertada que evita Ionización superficial de las par- el regreso del aire con cemento al compresor. 4.- Casco. Resguarda la cabeza de golpes. tículas del cemento en un medio acuoso Olla de aditivos. Es similar a la olla de mezclar, 5.-Protectores auditivos. pero más pequeña pues únicamente tiene una La hidrólisis de algunos compues- capacidad de 2 ton de cemento. Su función es 6.-Guantes. Protegen las manos del contacto con el tos orgánicos e inorgánicos condu- efectuar una primera mezcla de los aditivos con cemento y productos químicos, además de gol- cen a su ionización y, por consi- una parte del cemento que integrará la pesada. pes o cortaduras. guiente, a cargas superficiales. Éste Una vez hecha la mezcla se bombea a la olla de es el caso de la sílice que forma la pesar donde se complementa el resto de cemen- 7.-Zapatos antiderrapantes con casquillo metálico. mayor parte de los elementos del to de la pesada. cemento, y cuya fórmula es: Figura 3 Interacción de partículas.122 11
  • 12. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesde compresión o, eventualmente, de deslizamiento, de la fracción de volumen (fs) ocupado por la fase Sistema dosificador de aditivos líquidos Facilidad de acceso a las materias primas y/o aditi-pero no fluye. dispersa. vos. Contar con proveedores confiables por vía aé- Sin embargo, en localizaciones marinas existen res- rea, marítima o terrestre.Arriba del valor de cedencia, la lechada se comporta En modelos más sofisticados, para dispersiones con- tricciones de espacio que limitan la cantidad de pro-como un líquido comprendido en el modelo centradas, la fracción de volumen de la fase disper- ductos químicos almacenados a granel, así como Distancia al o los puntos de utilización. Estratégica-Bingham, con viscosidad plástica bien definida. sa determina el parámetro. condiciones de humedad severas que afectan el mente ubicado en relación con los puntos de venta desempeño de los aditivos en polvo. (bases del cliente o campos petroleros)Como se puede ver en la figura 4, experimentalmen- Un grupo hidrolizado silícico o alumínico sobre late, las curvas de esfuerzo cortante y velocidad de superficie 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 pendiente Ca+) lleva cargas negativas, las cuales pueden tema de dosificación con aditivos líquidos. puedan transitar equipo pesado, facilidades parade la línea es la viscosidad plástica y su ordenada al adsorberse 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 partículas de cemento se tornan tra fijo en las plataformas y está diseñado para con- uniformemente con cargas negativas. trolar automáticamente la dosificación de aditivos Leyes y reglamentos locales. Cumplir con las Velocidad corte (Lecturas del disco) Este efecto puede observarse midien- líquidos para las lechadas de cemento a través de normatividades locales para su establecimiento, Velocidad dede corte (Lecturas del do el potencial Z, que es una función un controlador electrónico. Este sistema consta de principalmente en materia fiscal. cemento solo de las cargas electrostáticas de las par- un conjunto de bombas acopladas a motores eléc- tículas de una suspensión de cemento tricos a prueba de explosión de 5 HP cuyos elemen- , Condiciones ambientales y de seguridad. Adecua- diluido. tos expuestos a fluidos han sido seleccionados de da disposición de residuos tóxicos y nocivos. materiales resistentes a la corrosión provocada por En el caso de polímeros no iónicos y los 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 repulsión de las partículas Está disponible con una o cuatro bombas con gas- mático mezclando y homogeneizando los aditivos Cemento disperso puede asegurarse mediante mecanis- tos variables de 25 y 50 gpm. Este sistema tam- que conforman los diferentes diseños obtenidos por mos diferentes a la repulsión electros- bién involucra al sistema de medición continua el laboratorio. A su vez estas mezclas son cargadas tática. que consta de tres o cuatro bombas electrónicas por la misma planta a las unidades móviles de trans- Velocidad de corte (r.p.m.) . capaces de dosificar cualquier aditivo líquido al portación que conducen el cemento al pozo. Las contribuciones entrópicas y entálpi- 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 polímeros, evitando así el exacta de aditivo. cemento son:Sin embargo, la viscosidad aparente, representa- contacto cerrado entre dos partículas cubiertas porda por la relación entre el esfuerzo de corte/veloci- una capa de polímero adsorbido. El sistema es gobernado a través de un registrador Silos verticales. Su objetivo es almacenar cemen-dad de corte, no es una constante; en su lugar ésta de parámetros, que controla el gasto de cada bom- to y otros materiales a granel que intervienen endisminuye con el incremento del esfuerzo de corte. Composición química de los dispersantes del ba de aditivo y permite efectuar cambios sobre la altas proporciones tales como harina y arena de cemento marcha, sin afectar el gasto de las demás. sílice. Son recipientes diseñados para operar conUna vez que el valor de cedencia es rebasado, la presión neumática baja del orden de 20 a 50 psi ylechada ya no se comporta como unidad: se rompe Los sulfonatos son los dispersantes más comunes Cada bomba puede montarse con un tanque de gastos altos de aire del orden de 200 a 300 piesen partes y agregados de partículas que se mueven del cemento. aditivos con succión y descarga independiente, lo cúbicos por minuto. El valor operativo de la plan-entre unas y otras. Estos agregados contienen agua que facilita su remoción y mantenimiento. ta está 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 cementación tienen de 5 a 50 grupos de sulfonatos Diseño de una planta dosificadora de cemento mezclado que efectúa. La capacidad de cada silovolumen de los granos de cemento. adheridos a un gran polímero ramificado. dependerá del mercado potencial local y de las Entre las consideraciones más importantes para el leyes regulatorias de la Secretaría de Comunica-El volumen de la fase dispersa es el factor clave para Los polímeros ramificados son los más deseables diseño e instalación de una planta de cemento se ciones y Transportes que impactan su moviliza-determinar la reología de la dispersión. Por ejemplo, debido a su rango de concentración, con lo cual tiene: ción de un centro petrolero a otro.en el primer orden de análisis éste conduce a la rela- pueden puentear dos partículas mucho más pe-ción de Einstein. queñas. Volumen de cemento que se va a manejar. Necesi- Tiene un cuerpo cilíndrico con una base cónica 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, proyección a mediano y largo plazo del de distribución de aire, que recibe de la parte final del ducto condensado del sulfonato b -naftalina y mercado. casquete, el extremo opuesto está formado por unaLa viscosidad de una dispersión (m), hecha con un formaldehído-. Tiene una alta variabilidad en el gra- tapa toriesférica para soportar presiones.fluido base de viscosidad (mo), depende solamente do de ramificación y de su peso molecular.12 121
  • 13. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesSistema de aireación dual o combinado La mezcla se efectúa en forma más rápida y uni- La representación comercial de este producto es en Algunos productos químicos como los ácidos forme. forma de polvo o solución acuosa al 40%. hidroxilcarboxílicos, también tienen propiedadesEn algunos casos se combinan los sistemas de ai- dispersantes pero son fuertes retardadores del fra-reación por lonas y por toberas, para obtener un La preparación de grandes volúmenes de cemento Para una dispersión de lechada de agua dulce, nor- guado. Un ejemplo de éstos es el ácido cítrico el cualrápido aumento de presión y una consiguiente des- para una operación es más práctica. 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 aireación por lonas han sido convertidos Aunque existe gran variedad de diseños para plan- Reología 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 tubería roscada, que evitan los proble- pecíficas de cada zona, una planta estacionaria centraciones tan altas como el 4% por peso de ce- La lechada con suficiente dispersante tiene comomas que podrían derivarse de cortar o soldar el silo. para el manejo neumático de materiales a granel mento. valor de cedencia cero y se comporta como un flui- consta, básicamente, de una serie de tanques para do newtoniano; de aquí se puede inferir que el valorAlmacenaje y dosificación de cemento almacenamiento, pesado y mezclado de cemen- La habilidad de dispersión del PNS es muy variable, de la cedencia varía de acuerdo con la concentra- to. lo cual depende del cemento. ción del dispersante.Como se mencionó anteriormente, el manejo delcemento a granel es una práctica muy extendida en • Silos de almacenamiento. Tanques verticales con Generalmente, el PNS es el dispersante más utiliza- Con PNS el valor de cedencia empieza a incremen-el mundo entero debido a que facilita el mezclado, sección transversal cónica en la parte inferior, lo do en la cementación de pozos. Aunque los tarse con la concentración de dispersante y decrecetransporte y dosificación de grandes cantidades de que les permite operar para su descarga, hacia lignosulfonatos frecuentemente son los más emplea- escalonadamente a cero.este material. la báscula de cemento, con el principio de ali- dos como dispersantes en las formulaciones de mentación gravitacional. lodos de perforación, pero también 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 herméticos y pueden estar bajo • Báscula de cemento. Báscula presurizada, de sec-cubierta o en intemperie a prueba de humedad. ción transversal cónica, dentro de la cual los ma- El PNS y los lignosulfonatos actúan simultáneamen- El máximo valor de cedencia refleja el punto de máxi- teriales son cargados neumáticamente. El mez- te como retardadores, por lo cual no pueden usarse ma interacción de las partículas cuando existe unExisten varios sistemas para la dosificación y mez- clado de cemento y aditivos y la aireación inicial a 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 ácido carboxílico, son más negativamente.de aireación y presurización, el sistema de vacío y efectivos como dispersantes del cemento que lasel sistema de dosificación de aditivos líquidos. • Silo de mezclado. En este tanque se hace ligninas del ácido sulfónico, aunque éstas también En concentraciones de dispersante más altas, las homogenea la mezcla del cemento y aditivos, retardan el fraguado. superficies de los granos son completamente cubier-Sistema de aireación-presurización permitiendo, además, transferir neumática- tas por cargas negativas; consecuentemente, el va- mente, al menos dos veces, los materiales de Los derivados de la lignina se obtienen de subpro- lor de cedencia es cero debido a la repulsiónEl sistema de aireación-presurización sigue el prin- un tanque a otro, antes de pasarlos al tanque ductos de la industria del papel, son baratos y tien- electrostática.cipio descrito para el transporte de cemento a gra- de almacenamiento para su posterior cargado den a ser químicamente indefinidos.nel (en el apartado muestra la distribución típica de al silo móvil. El efecto de los dispersantes sobre la viscosidaduna planta de cemento con sistema de aireación- Otros dispersantes efectivos del cemento son los de las lechadas de cemento es diferente del ob-presurización automatizada). • Silo para suministro de aditivos. Como su nombre sulfonatos de poliestireno, pero debido a su alto cos- servado con el valor de cedencia; aunque la lo indica, a través de este tanque son incorporados to, se emplean poco. interacción electrostática entre las partículas 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 volúmenes de cemento, su Los poliacrilatos y los copolímeros, tales como el centración de dispersante, el tamaño de las partí-transporte al punto de utilización y su facilidad de • Sistema de vacío. De forma muy similar funcio- sulfonato de estireno o anhídrido maléico, también tie- culas agregadas empieza a decrecer inmediata-descarga. na el sistema de dosificación por vacío. Esta in- nen buenas propiedades fluidizantes. Se usan conjun- mente. En consecuencia, el volumen de agua geniosa modificación del sistema anterior utiliza tamente con compuestos inorgánicos tales como los inmovilizada decrece y la viscosidad de la lechadaEn la planta de cemento, el manejo de materiales un compresor que hace la función de bomba de álcalis metálicos o sales de amonio, carbonatos, también decrece continuamente con la concen-a granel tiene, entre muchas otras, las siguientes vacío sobre el silo báscula, para que éste sea lle- bicarbonatos, oxalatos, silicatos, aluminatos y boratos. tración de dispersante (figura 5).ventajas: nado con el cemento o los aditivos almacena- dos en otros silos. Una vez que se ha llenado el Los polisacáridos hidroxilatados de bajo peso Asentamiento de las partículas y agua libreEl cemento y/o aditivos están resguardados de las silo báscula a la capacidad deseada, se invierte molecular tienen propiedades dispersantes cuandocondiciones climáticas mientras es almacenado, la operación del compresor a través de un arre- están formados por hidrólisis del almidón, celulosa Como efectos laterales de la adición de dispersantes,transportado y descargado. glo de válvulas electroneumáticas que lo devuel- o hemicelulosa. Otros polímeros no iónicos como la lechada puede mostrar sedimentación, tener un ven a su condición de compresor para los derivados de la celulosa, polímeros de óxido de gradiente de densidad uniforme de la cima al fondoLos aditivos son uniformemente homogeneizados represionar y transportar el producto desde la etileno, alcohol polivínilico y polialcohol, también tie- de un contenedor, mostrar agua libre, o bien, teneral mezclarse bajo un procedimiento largamente pro- báscula hasta el punto de uso o almacenaje. nen propiedades dispersantes pero ellos retardan el una capa de fluido sin carga de partículas sólidasbado. fraguado. sobre la parte superior de la lechada. Es posible que120 13
  • 14. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones El operador puede programar directamente en el máximo y ello es suficiente, siempre y cuando se Unipro II la densidad y el gasto de mezcla requerido proporcione 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 preparación puede ajustar el gasto de mezcla sin que esto afecte a la densidad. Existen varios tamaños y configuraciones de tan- ques presurizados. Normalmente varían en un ran- Cuando son necesarias dos o más lechadas, pue- go de 8 pies de diámetro con alturas de hasta 50 den llamarse los parámetros previamente cargados pies y pueden ser verticales conificados en su parte en el Unipro II y el ADC inicia automáticamente la inferior u horizontales. nueva mezcla. El principio de funcionamiento es simple, una línea Sistema floculado Sistema Floculado Sistema Disperso Sistema disperso Mezclador de alta energía de mezclado de aire fluidiza y presuriza el interior del tanque y en Figura 6 Agua libre, sedimentación y segregación. cuanto esta presión es liberada, arrastra consigo el Figura 5 Sistemas floculado y disperso. Es un mezclador más avanzado, exacto y controla- material en forma continua. El aire que se filtra en- ionización del medio, de tal forma que las fuerzas do por computadoras. Esta unidad proporciona tre el material aumenta el volumen de éste en aproxi-en la parte superior se tenga agua libre y exista una repulsivas permiten el empacamiento uniforme de lechadas de la densidad requerida, a cualquier gas- madamente un 20%, lo cual beneficia grandementelechada homogénea en el fondo; también es posi- las partículas. En una lechada completamente dis- to de bombeo deseado, para operaciones de cali- para el transporte posterior del mismo.ble que ocurra la sedimentación sin desprendimien- persada, las partículas se encuentran libres para dad controlada en cementaciones de pozos.to de agua libre. moverse y libres para caer en el campo gravitacional La mayoría de los silos presurizados poseen alguno y así colectarse en el fondo del contenedor. En la El mezclador provee una alta energía de mezclado de los siguientes sistemas de aireación.Agua libre realidad esta situación 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 aireación por medio de lonasCuando las partículas del cemento están en suspen-sión no se encuentran completamente dispersas, e El fenómeno descrito se explica a través de tres pro- El mezclador mantiene un control excelente de la En este sistema de aireación, el aire a presión esinteractúan a través de fuerzas electrostáticas que puestas, las cuales comprenden el concepto de densidad sin importar cambios en los gastos de introducido por la parte inferior del silo, concreta-forman una estructura floculada que soporta el peso polidispersión de las partículas y que, sin importar bombeo: más aún realiza ajustes muy rápidos cuan- mente en la zona del cono trunco en los silos verti-de una partícula dada. Si el espacio anular en el pozo su tamaño, 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 partícu- reación, 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 operador que se crea una cámara de presión que hace vibrarta a sí misma. controlar la unidad con solamente apretar botones las lonas y forzar al aire a filtrarse hacia arriba. 1. Las partículas más pequeñas aún no se han de comandos, la pantalla muestra continuamente laEs raro que lo descrito ocurra, consecuentemente el asentado. densidad de la lechada, el peso del silo vertical, la La función de la cámara de presión y las lonas es lapeso de las partículas del cemento se transmite al 2. Las partículas más pequeñas estan prevenidas del entrada de cemento (válvula), y la posición de la de uniformar la corriente inyectada y hacer que elfondo a través del gel y ocurre la deformación de la asentamiento por movimiento browniano. válvula de la lechada. aire sea mejor distribuido, de otro modo, parte delestructura. El agua es forzada a salir de la porción 3. El gel floculado no sea lo suficientemente fuerte material no sería movido, y se correría el riesgo demás baja de la lechada y se acomoda en las capas para soportar las partículas más grandes. Unidades transportadoras de cemento a granel formar puentes.superiores que sufren el menor esfuerzo. Prevención del agua libre y la sedimentación de la Transferencia del cemento. Sistema de aireación 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; así, una capa de agua Halliburton en la década de los 40s en Sallem, A diferencia del sistema anterior, la inyección delpuede formarse en la cima de la lechada, como se Cuando el pozo está 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 heterogéneas, el cemento para pozos petroleros es manejado a bera) de inyección. Su finalidad es dispersar cho- pues se requiere suficiente fuerza mecánica del ce- granel. rros continuos de aire directamente en el interiorSedimentación mento fraguado y un aislamiento más apropiado de del silo hasta que aumente la presión al valor re- las zonas. El manejo del material cementante a granel ha be- querido. En forma general, un múltiplo de aire de 4Los dispersantes suprimen las interacciones entre neficiado la economía y la tecnología de la pg se introduce por la parte superior del silo y de éllas partículas del cemento por la neutralización de Un estudio minucioso con una gráfica del agua libre cementación. Las lechadas complejas o elaboradas se ramifican conexiones de 1 pg, en las que van ins-los sitios cargados positivamente. Cuando el proce- y valores de cedencia contra la concentración del pueden efectuarse primero en seco por medio de taladas boquillas de inyección, la disposición deso se termina, las partículas se repelen entre sí a tra- dispersante revela que, con un rango entre 0.2 y 0.3% tanques presurizados para luego ser transportadas éstas semejan raíces distribuidas en dos niveles yvés de interacciones de doble capa. El rango de ac- por peso de cemento, la lechada es lo suficiente- y preparadas en la localización. Típicamente estos en ángulos de 45° y 90°, respectivamente, medidosción de estas fuerzas es muy corto debido a la alta mente fluida y estable. sistemas están diseñados para operar a 40 psi como sobre un plano horizontal.14 119
  • 15. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería 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 concentración del aditi- ductos derivados de celulosa y se dosifican del 0.3%homogeneización de hasta 100 bl de capacidad. ción de polvo. vo en un rango tan estrecho es difícil. Así, los agen- al 1.5%, por peso de cemento. El valor de filtradoLa preparación se lleva a cabo midiendo en su in- tes antiprecipitación son a menudo adicionados para estipulado por el API varía de acuerdo con el tipo deterior el agua requerida para la mezcla y vertien- La principal característica de RCM es el sistema de ampliar el rango de concentración dentro del cual operación y es como sigue:do gradualmente el cemento sobre ésta por me- recirculación a través de una bomba centrífuga y un bajan los valores de cedencia y puede originarsedio de una descarga neumática; la mezcla se depósito con capacidad de 8 a 25 bl, divididos en dos agua libre. • Cementación de T.R. = no mayor de 200 cm3homogeneiza por agitación y circulación, lo que secciones y equipados con agitadores de turbinas. • Tubería corta = no mayor de 50 cm3da como resultado una lechada de cemento ho- Los agentes antiprecipitación son materiales que res- • Cementación forzada = de 30 a 50 cm3mogénea y de densidad exacta. Se descarga a la El agua y el cemento seco son vertidos al primer tauran 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 presión de El valor del filtrado API se mide en cm3 a 30 minutoste al pozo, y así se reducen los probables paros y dos mientras se agitan y circulan. La densidad se fricción, donde la formación del pozo puede soportar. bajo una presión diferencial de 1000 psi.variaciones en el gasto. registra por medio de un densómetro 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 través tidad de agua y/o cemento. Una vez que se ha llena- tamiento de la lechada. Ésta absorbe grandes canti- de una formación permeable bajo presión ocurre el ENTRADA DE do el primer compartimento, la lechada rebosa una dades de agua, y así la lechada se mantiene homo- proceso de filtración. La fase acuosa de la lechada CEMENTO mampara antes de iniciar a llenar el segundo com- génea. escapa al interior de la formación y deja las partícu- partimento. Esto ayuda a liberar el aire atrapado en las sólidas detrás. Este proceso se conoce común- la lechada, de modo que la lectura de la densidad Varios polímeros solubles en agua reducen la sedi- mente como filtrado. no se vea afectada, figura 88. mentación mediante el incremento de la viscosidad del agua intersticial. Los materiales usados más co- Si el filtrado no se controla puede afectar seriamen- TINA CON MEIDOR DE Unidad con sistema de control auto-automático de múnmente son derivados celulósicos, tal como el te el trabajo que se esté 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 características y beneficios del control automá- El agua de mar y los silicatos pueden mejorar la es- la lechada diverge del diseño original (reología, tiem- DENSOMETRO tico de densidad (ADC)Unipro II son: tabilidad de la lechada; además algunas sales metá- po de espesamiento). Si es mucho el fluido filtrado a licas tales como NaCl2 y MgCl2 construyen débiles, la formación, la lechada no se puede bombear. Mejora el control de la densidad. pero extensas estructuras de hidroxilos a través del Capacidad de mezclado en múltiples etapas. volumen de la lechada. El API marca un filtrado para las lechadas de ce- Cambios instantáneos en el gasto sin afectar la den- mento solo, del orden de 1500 cm3 /30 min. En la BOMBA DE RECIRCULACION BOMBA DE AGUA sidad de la lechada. La eficiencia de los aditivos antiprecipitación se pue- mayoría de las operaciones se requiere mantener Cambios instantáneos en la densidad de lechada sin de evaluar midiendo el gradiente de densidad en una un valor de filtrado menor de 50 cm3 /30 min para Figura 88. afectar el gasto. columna de cemento fraguado. un trabajo adecuado de la lechada, por ello se Operación simple. emplean materiales conocidos como agentes de Para hacerlo, se coloca con la lechada en una pro- control de filtrado, los cuales están incluidos enUnidad con sistema de mezclado por recirculación El corazón del sistema de control automático de la beta y se deja fraguar. De la cima, parte media y del el diseño de la lechada.( RCM ). densidad (ADC) es el densómetro radioactivo mon- fondo de la columna se extraen obleas de cemento tado en la línea de recirculación del sistema RCM. fraguado. Actualmente, los mecanismos exactos mediante losEl mezclador de cemento por recirculación (RCM), Con el monitoreo continuo de la densidad de la cuales operan los agentes de control de filtrado noofrece una gran combinación de capacidades: lechada en el recirculador, el sistema ADC respon- La diferencia en peso entre las obleas da un índice son completamente conocidos aunque se supone que de abriendo o cerrando las válvulas de estrangula- del grado de sedimentación de la lechada. existen varios procesos. Una vez iniciado el filtrado aa) Pueden mezclarse lechadas de cemento de has- ción de agua o cemento. El gasto del agua de mez- través de la formación, un enjarre de los sólidos 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 formación.b) Para trabajos críticos como cementación de tu- turbina acoplado a la misma línea de recirculación. Los agentes de filtrado disminuyen la velocidad de fil- berías cortas, tapones o cementaciones forzadas, Los datos adquiridos por estos medidores son mos- El control de filtrado es un factor de vital importan- tración reduciendo la permeabilidad del enjarre y/o se logra un control exacto en la densidad. trados y gobernados a través del Unipro II en la con- cia en la cementación de tuberías de revestimiento incrementando la viscosidad de la fase acuosa.c) Es muy útil para mezclado de lechadas con volú- 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 señales electrónicas en tación fuerte al pasar por zonas permeables o bien trol de filtrado: min durante la operación. lugar de hidráulicas, lo que da una velocidad de res- al estar forzando la lechada.e) Mejora las propiedades de la lechada debido a puesta ultra rápida que mantiene las variaciones en Materiales sólidos con partículas finamente divididos. una mayor energía de mezclado. peso de la lechada en el orden de 0.1 gr/cm3. Generalmente, los reductores de filtrado son pro- Polímeros solubles en agua.118 15
  • 16. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesLa naturaleza química y física de cada tipo de mate- la viscosidad de una solución igualmente concentra- La práctica del mezclado continuo ha traído como para controlar la entrada de cemento en el recipien-rial y sus mecanismos hipotéticos se explican a con- da de HCE de alto peso molecular puede ser tan alta consecuencia la posibilidad de que no ocurran va- te de mezclado que permite un control más exactotinuación. 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 centrífuga velocidad de filtración; sin embargo, esta estrategia to durante las operaciones críticas, tales como las que recircula la lechada por los jets a través de unaMateriales pulverizados por sí sola no puede ser confiable para proporcionar de las tuberías de revestimiento de explotación. línea adicional. Esto ayuda al ajuste de la densidad un 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 más energía de mezclado a laEl primer agente de control de filtrado empleado lechada sería imposible. raciones se ha retornado a la tecnología del lechada.para lechadas de cemento fue la bentonita, en 1949. premezclado.Debido al tamaño pequeño de sus plaquetas, la La reducción de la permeabilidad del enjarre es el Mezclador de tornadobentonita puede entrar al enjarre y alojarse entre parámetro más importante observado en el control La práctica del premezclado es la clave para unalas partículas de cemento, como resultado la per- del filtrado. Cuando una lechada con suficiente agen- cementación exitosa, los componentes líquidos y Este sistema utiliza una baja energía con el efectomeabilidad del enjarre decrece. Además, para de- te de control proporciona una velocidad de filtrado sólidos de la lechada, deben ser combinados en el de agitación con flujo tangencial para mezclar sóli-terminar el filtrado se usan sistemas particulares API de 25 cm3 /30 min, el enjarre resultante es aproxi- pozo para obtener las propiedades establecidas en dos y líquidos. 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 metodologías más destaca- se alimenta circunferencialmente en un tubo verti-termoplásticas, 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 de do que el incremento de viscosidad del agua intersticial y mezclado continuo. mezclado. El cemento y los aditivos secos son ali-El látex es un excelente agente de control de filtra- es cinco veces mayor, como se muestra en la tabla 1: mentados a través de pequeños tubos concéntricosdo. Forma redes entre sus moléculas por ser Pre-mezclado desde un silo introduciéndose en las paredes de lapolímeros emulsionados. Usualmente se suministra ADITIVO PERM. VISC. REL. FILT. tubería interior mezclándose con el agua. Más aba-como una suspensión lechosa, de partículas esféri- Enj.(md) FILT. EFIC. (cm3/30 min) En este proceso se mezcla el total de los ingredien- jo, otra tubería concéntrica alimenta la lechada reci-cas pequeñas del polímero (generalmente entre 200 S/A 5100 1 1 1600 tes (cemento, agua y aditivos) en un tanque que clada en el recipiente de mezclado. Toda la lechaday 500 um de diámetro). La mayoría de las dispersio- A – 0.35% 924 2.24 0.280 450 cuenta con mecanismos de agitación continua, los pasa a través de una bomba centrífuga para pro-nes de látex contienen aproximadamente 50% de A – 0.60% 140 4.48 0.077 173 cuales imparten energía de mezclado adicional y porcionar mejor mezclado y mayor energía de mez-sólidos. Como la bentonita, contiene partículas tan A – 0.80% 6.1 3.70 0.018 45 homogeneización de la lechada antes de bombear- cla durante la recirculación y a su vez alimenta lapequeñas que pueden taponar físicamente los po- A – 1.00% 4.9 3.32 0.017 20 la al pozo. succión de las bombas tríplex.ros en el enjarre del cemento. B – 0.30% 770 3.10 0.217 300 B – 0.80% 5.1 4.80 0.014 26 Mezclado continuo Actualmente las unidades de bombeo pueden es-Las redes más comunes para cementos petroleros B – 1.30% 1.3 2.30 0.011 12 tar montadas en plataformas, patín o barcos; pue-son las de cloruro de vinilo, acetato de polivinilo y C – 0.08 GPS 1825 1.01 0.596 240 En este proceso se mezclan los aditivos de la lechada den estar actuadas por motores eléctricos o de C – 0.20 GPS 21 1.05 0.058 43más recientemente el butadieno del estireno. Los conforme se están bombeando al pozo. Los méto- combustión interna y tener controles manuales o C – 0.40 GPS 15 2.05 0.038 14primeros dos materiales están limitados a tempera- dos tradicionales de mezclado continuo son mez- automáticos.turas menores de 122 °F (50 °C). El látex de butadieno Tabla 1 clados con jets, slurry chief y tornado.del estireno ha sido aplicado a temperaturas hasta Comúnmente las unidades cementadoras de hoyde 350 °F (176 °C). El tamaño de los poros en el enjarre del cemento Mezclador con Jets están equipadas con dos bombas de desplazamiento puede evaluarse empleando un porosímetro de mer- positivo capaces de bombear en conjunto de 0.25 aPolímeros solubles en agua curio. La distribución de tamaño típico muestra el Consiste básicamente de un recipiente cónico, una 17 bpm., en función del diámetro del émbolo y de diámetro medio que es de 1 mm. tina de mezclado, línea de descarga y líneas de ali- las líneas conectadas al pozo.A principios de 1940, los polímeros solubles en agua mentación de agua. En esta teoría de mezclado, else emplearon como agentes de filtración en la per- El radio de giro típico de una molécula de polímero cemento y los aditivos secos alimentados por gra- A su vez, las bombas de desplazamiento positivoforación. es menor de 1000 A° (0.1mm); de tal manera que vedad son succionados desde un recipiente cónico pueden ser dúplex de doble efecto o tríplex de sim- los conjuntos de moléculas deberán ser suficiente- hasta un recipiente de mezclado, por el efecto de ple efecto. Cualesquiera de ellas es satisfactoria conActualmente, estos materiales se usan extensiva- mente grandes como para obstruir u obturar un poro vacío creado por el agua, que es bombeado a tra- las limitaciones propias del diseño; sin embargomente como agentes de control de filtrado en en el enjarre. vés de jets (efecto Venturi). Esta lechada pasa por un para servicio pesado las bombas tríplex proporcio-lechadas de cemento para pozos. Generalmente, cuello de ganso que descarga en una tina de mezcla, nan una descarga más suave y pueden manejar másoperan simultáneamente incrementando la viscosi- Los polímeros solubles en agua pueden formar agre- para ser succionada por una bomba centrífuga y en- potencia y presión. También se puede contar condad de la fase acuosa y disminuyendo la permeabi- gados coloidales adheridos débilmente en la solución, viada a las bombas de desplazamiento positivo y és- bombas quintúplex cuya cavitación es menor aunlidad del enjarre. los cuales son suficientemente estables para el tas, a su vez, bombean la lechada dentro del pozo. sin el amortiguador. acuñamiento y la constricción del enjarre. TalesLa viscosidad de una solución de polímeros depende polímeros pueden también adsorberse sobre la su- Slurry chief La incorporación de un sistema de recirculaciónde su concentración y peso molecular. Por ejemplo, perficie de los granos del cemento y, de esta manera, automática y de un control automático de densidad,una solución al 2% de hidroxietil celulosa de bajo peso reducir el tamaño de los poros. Probablemente, una Este sistema es una versión modificada del ante- mejora la energía de mezclado y beneficia notable-molecular puede tener una viscosidad de 500 cp, pero superposición de estos dos fenómenos, adsorción más rior, pero con una cuchilla operada hidráulicamente mente la preparación de la lechada.16 117
  • 17. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesPotencia hidráulica seado, por medición física o por dispositivos elec- agregación, es el mecanismo real de acción de los formaldehído de naftalen sulfonato condensado como trónicos de medición y graficación continua. agentes de filtración poliméricos. dispersante. También se usa para mejorar el controlDependiendo del fabricante y el modelo, la máxima de filtrado cuando se le adiciona CMHEC o HEC.potencia varía entre 200 y 500 hhp. • Gasto. El gasto de lechada es medido en el conta- Las lechadas de cemento que contienen polímeros dor de velocidad del cigüeñal de la bomba de in- solubles en agua deben ser bien dispersadas para Las mezclas complejas que contienen polivinilControles e instrumentos yectar al pozo o por medio de un medidor de flu- obtener óptimo control de la filtración. Los polímeros pirolidón, anhídrido maléico - N - vinil pirolidón jo usado para un registro continuo de los aromáticos sulfonados o sales son casi siempre adi- copolímero y poli (aril vinil benzil) cloruro de amonioAntes de empezar un trabajo algunos mecanismos de parámetros del trabajo que se está haciendo. cionados en conjunto con estos materiales. que es un policatión, son efectivos aditivos de con-control sobre el equipo de cementación son seleccio- trol de filtrado. Además, el N - vinil pirolidón puedenados o fijados en posición de acuerdo con la com- • Presión. La presión de bombeo es leída en un Como se explicó, los dispersantes mejoran el acomo- ser copolimerizado con estiren sulfonato para for-posición y densidad de la lechada, así como el gasto manómetro o en un registrador gráfico, un do o empacamiento de los granos del cemento (y tal mar un producto con propiedades satisfactorias dede inyección deseado. Durante el trabajo, el ajuste transductor de presión electrónico es usado si se re- vez los agregados de polímero) en el enjarre. Por otro control de filtrado.final es hecho con cualquier de los mezcladores de gistran varios parámetros mediante una unidad central. lado, los dispersantes reducen la permeabilidad delcemento o válvula de control de inyección de agua, enjarre del cemento y pueden proporcionar algún gra- El alcohol polivinílico (PVAL) se usa frecuentementedependiendo del tipo de equipo. El ajuste de la velo- • Densidad de la lechada. La densidad de la lechada do de control de la filtración en sí mismos. como aditivo de control de filtrado.cidad de la bomba de inyección al pozo puede tam- tradicionalmente es medida manualmente me-bién ser necesario para mantener un nivel constante diante una balanza presurizada. Sistemas más Derivados de la celulosa Este material es efectivo para aplicaciones a bajasen el tanque o tanques de lechada, o mantener la pre- sofisticados vienen convirtiéndose en más econó- temperaturas, aproximadamente de 100°F (38°C) ysión de bombeo dentro de limites fijados (por ejem- micos (por ejemplo, una balanza de medición de El primer polímero usado como aditivo de control menores, debido a que no tiene efecto retardante aplo en los trabajos de cementación a presión). peso continuo en tubo en U y densómetros radio- de filtrado fue una proteína (polipeptina) extraída de temperaturas mayores y es compatible con los activos 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- • Reología de la lechada. La medición de tales losa fueron introducidos. A finales de los años 50 la Polímeros sintéticos aniónicos parámetros no son realmente ejecutados de ma- carboximetil hidroxietil celulosa (CMHEC) fue intro- nera rutinaria en el pozo. Esto se sujeta al diseño ducida como un aditivo de la filtración para las Los grupos más importantes de aditivos de filtra- de laboratorio, tomando en consideración única- lechadas de cemento y aún es ampliamente usado. ción de polímeros aniónicos están compuestos de mente los porcentajes de los aditivos Recientemente, la ejecución de la CMHEC se ha me- polímeros cortos, derivados de la acril amina (AAm). jorado. Se han ajustado el grado de sustitución (DS) La poli acrilamina es no iónica y no se usa sola en • Resistencia compresiva. Esta medición está suje- de 0.1 a 0.7 (carboximetil) y la proporción mol (MS) de lechadas de cemento. ta exclusivamente a condiciones de laboratorio, óxido de etileno a anhidro glucosa aproximadamente las muestras de la lechada son tomadas normal- de 0.7 a 2.5. El agente más común para el control de Los copolímeros de acrilamina muy a menudo des- mente para ejecutarse en un laboratorio central filtrado celulósico es la hidroxietil celulosa (HEC), con critos en literatura de patente, contienen un como pruebas posteriores al trabajo. un grado de sustitución entre 0.25 y 2.5. monómero sulfonado: 2-acrilamida-2-ácido metil propano sulfónico (AMPS). Actualmente en muy pocas partes del mundo se Todos los aditivos celulósicos de filtrado tienen cier- trabaja con mediciones físicas de la densidad y tas desventajas, pues como suelen ser efectivos Para producir agentes de control de filtrado la AMPS con sólo el manómetro que nos indique la presión viscosificantes del agua, pueden incrementar la difi- ha sido copolimerizada con los materiales siguientes: Figura 87 Densómetro 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 de dad indeseable en la lechada del cemento. · AcrilamidaLos trabajos de cementación requieren la medición ellas se programan los valores de los parámetros a · N,N-dimetilacrilamida (NNDMA)de varios parámetros, entre éstos: los cuales se sujetará la operación de cementación A temperaturas menores de 150 °F (65 °C), los aditi- y gobernará dichos parámetros, de tal forma que vos de filtrados celulósicos son retardadores eficien- Los terpolímeros de la AMPS se usan como se• Agua de mezcla. Los volúmenes de agua son medi- no permitirá el envío 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. También la eficiencia de medidores de flujo de pulsación electromagnética. da, por otro lado, no permitirá mayor presión de la los polímeros celulósicos decrece a medida que se · AMPS + AAm + ácido itacónico (IA) máxima programada en la superficie, contándose incrementa la temperatura. Los agentes de control · AMPS + AA + N-metil-N-vinil acetamida (NMVA)• Cemento o mezclas de cemento en seco y en la segunda computadora con graficadores de de filtrado celulósico no se usan a temperaturas de · AAm + vinil sulfonato + NMVA lechada. El volumen de lechada mezclada y ce- todos los parámetros y un registro en memoria que circulación arriba de 200 °F (93 °C). · AA(AAm) + NMVA + AMPS mento seco son determinados mediante la com- conservará toda la información relativa a la opera- binación de agua de mezcla y la densidad de la ción, que puede ser reproducida cuantas veces sea Polímeros sintéticos no iónicos La AMPS también puede ser parte de un copolímero lechada. Se monitorea continuamente la densidad necesario, con la finalidad de esclarecer posibles o un terpolímero solos o injertados a la columna ver- de lechada que se prepara para lograr el valor de- problemas operativos. El polivinil pirolidón (PVP) puede emplearse con tebral de una lignina, asociado con acrilo nitrilo,116 17
  • 18. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesNNDMA o AA. Estos polímeros complejos trabajan diferenciales de 500 psi (750 psi con 250 psi de las propiedades de la lechada se ven afectadas, no Un múltiple suficientemente versátil para usarse eneficientemente como agentes de control de filtrado contrapresión). sólo por la proporción entre cemento, agua y aditi- una variedad de combinaciones.en lechadas saladas. vos, sino también 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 aromáticos sulfonados, tal como el tendencia a promover la sedimentación de la cos, o cuando las proporciones de aditivos y la den-poliestireno sulfonado (SPS) y el polivinil tolueno lechada. Aunque la sedimentación es previsible, el La operación apropiada de la unidad de mezclado sidad de la lechada son muy críticas, el volumensulfonado (SPVT), han sido identificados como bue- diseño de la lechada puede dificultarse. debe resolver los problemas de proporción 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 copolímero sulfonado de estireno y anhídrido La polialilamina ha sido reportada por Roark como ción correcta le dará a la lechada la densidad espe- ser bombeado al pozo. Los aditivos líquidos no sonmaléico es efectivo en sistemas de cemento salado. un efectivo agente de control de filtrado. En lugar de rada y otras propiedades del diseño. La verificación adicionados de forma medida y controlada ser 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-Polímeros Catiónicos derivado de ésta. sin embargo, algunas fluctuaciones de la densidad mente dentro del tanque, o adicionados a través 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 volúmenes depoliamina, mismo que ha sido ampliamente usado disminuir la sedimentación de la lechada. La tabla lechada provocan lechadas más homogéneas. Bombas de alta presióncomo aditivo de filtración. siguiente muestra el control de filtrado ejecutado con la polialilamina de dos pesos moleculares. Finalmente, la lechada debe ser hecha con la canti- Todas las bombas de alta presión son del tipoEl rango del peso molecular dentro del cual la dad apropiada de esfuerzo cortante, la cual es una reciprocante con tres tapones (tríplex) o cinco ta-polietilenamina es efectiva: de 10,000 a un millón. función de la energía de mezclado y tiempo de mez- pones (quintúplex) y las válvulas de succión y des-Su estructura es probable que esté ampliamente PESO MOLECULAR FILTRADO API cm3/30 min clado. Dado que la bomba centrifuga es un meca- carga son accionados por un resorte de carga. La 10.000 121ramificada; de tal forma que los tres tipos de grupo 150.000 142 nismo cortante ideal, es recomendable incremen- transformación del movimiento rotacional de laaminas (primarias, secundarias y terciarias) deberán tar el volumen de lechada que se recircula. flecha de mando, correspondiente al movimientoestar presentes en la cadena. reciprocante, de los tapones (pistones), es gene- En esta tabla se muestra la comparación del filtrado Los recirculadores mezcladores están disponibles ralmente consumado por un cigüeñal conectadoEl dispersante PNS debe estar presente con la de dos pesos moleculares diferentes. Con polímeros en una gran variedad de configuraciones, monta- a un sistema de bastón de mando o algunas ve-polietilenamina para obtener un control de filtrado polialilamina, adicionados al 2% ppc con 0.66% de dos en patines fijos, camiones y trailers, con máqui- ces por una placa motriz, conectado al sistemasignificativo. Entre los dos polímeros se forma una lignosulfonato, las pruebas de filtrado se ejecutaron na diesel o eléctrica, con diferentes dimensiones. de bastón de mando. Estas bombas incluyen unasociación insoluble para crear partículas, las cua- a 150 °F (66 °C) usando cemento clase G. reductor de relación de velocidad fijada interna-les proporcionan el control de filtrado. Las cementadoras tienen ciertas características co- mente. Dependiendo del fabricante y del modelo Diversos radicales de amonio cuaternario o munes en sus sistemas de mezclado. la longitud de los tapones puede variar de 5 a 10La ventaja principal de la polietilenamina como un monómeros sulfonados pueden ser copolimerizados pg (12.5 a 25 cm).agente de filtrado es su efectividad a altas tempera- con varios materiales para obtener efectivos agentes Un tanque de surgencia que ayuda a mantener unaturas. Proporciona un excelente control de filtrado de control de filtrado. alimentación uniforme de la mezcla seca del cemen- La eficiencia global de las bombas no es mayora temperaturas de circulación tan altas como to, con un rango de capacidad de 1.5 a 4.0 m3. Un del 85 al 90 %. Si es presurizada adecuadamente,436°F(225°C), como se muestra en la tabla 2: A continuación se describen varios productos de recirculador con mezclador de toberas de alta energía. la eficiencia volumétrica puede adquirir el 98 %Las pruebas de filtrado se han corrido a presiones este tipo: con agua a un 80 % de máxima velocidad. La cons- Uno o dos tanques de homogeneización con rango trucción es particularmente robusta, permitiendo FLA PNS ILMENITA PESO TEMP FILT. · Cloruro alquil amonio o cloruro sulfónico de capacidad de 6.3 a 50 bl. Las dimensiones de las a la bomba el manejo de lechadas más pesadas y % % ppc lb/saco LECHADA (°F) Cm3 · Cloruro dimetil dialil amonio unidades más grandes están limitadas por su abrasivas. PPC lb/gal · Cloruro metacrilamida propil trimetil amonio transportabilidad. 0.1 0.5 - 16.2 290 20 Convertibilidad 0.1 0.5 - 16.2 315 30 0.13 0.5 - 16.2 337 18 El alquil amonio y los cloruros sulfónicos son Dos bombas centrífugas de recirculación (o sola- 0.15 1.0 - 16.8 299 8 copolimerizados con vinilbenzeno para obtener mente una en las unidades más pequeñas), con un En función del fabricante, el tamaño de una bomba 0.15 1.5 - 19.0 380 34 poliaril-vinilbenzeno alquilamonio o cloruros gasto máximo de desplazamiento de hasta 25 bls/ puede ser alterado mediante el cambio del ensam- 0.15 1.5 - 20.0 370 40 sulfónicos. El DMDAAC es copolimerizado con áci- min. (4 m3 /min.) Ambas bombas pueden efectuar ble de la terminal hidráulica o los tapones y siste- 0.18 1.0 5 17.4 342 30 do acrílico (AA) o ácido metacrílico. El MATAC es cualquiera de las dos actividades, recircular la mas de empaques que usan adaptadores para la 0.18 1.0 30 18.2 370 90 0.18 1.0 25 18.0 400 78 copolimerizado con sulfonato de estireno (SS) o lechada para mejorar el esfuerzo cortante y unión de la parte hidráulica con el cuerpo de la bom- 0.2 1.2 95 19.2 436 16 acrilamida (AAm), tales materiales son polímeros homogeneizarla o alimentar la lechada a la bomba ba. La alteración en las medidas cambia la presión 0.25 1.5 70 19.0 380 10 amfolíticos cargados negativamente y positivamen- de alta presión para enviarla al pozo. y rango de flujo sin modificar la máxima potencia 0.25 1.5 70 19.0 380 11 te a pH tan altos como la fase acuosa de una lechada disponible. Los tapones hidráulicos usados en de cemento Portland. Un par de agitadores de paletas, actuadas hidráulica o cementación usualmente tienen un diámetro en- Tabla 2 eléctricamente, para mantener la homogeneidad. tre 3 y 6 pg.18 115
  • 19. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesEste tipo de unidades se utiliza con coples soltadores Desde entonces se han realizado mejorías conside- Reductores de densidad Con esto, se demuestra la no-regresión de la resis-con perfiles adecuados. rables, tanto en equipo como en técnica. tencia mencionada, por efecto de temperatura mo- Los reductores de densidad incrementan el ren- deradamente alta.Cuando se instalan las unidades recuperables, en el Antes de 1940, el cemento se distribuía en sacos, dimiento y reducen la densidad de la lechada. Tie-niple pulido los candados que tiene no permiten que que se cortaban en la localización y se vaciaban en nen la habilidad de manejar grandes volúmenes 3. Metasilicato de sodio anhidrose salga de su posición, sólo hasta que se levante el tinas que hacían las veces de homogeneizador de de agua. Esta característica se aprovecha cuandoSoltador al terminar la operación de cementación las lechadas de cemento; se bombeaban pozo den- se desean cubrir columnas largas con cemento, Este expandidor es muy eficiente y económico. Esya que el niple tiene un diámetro menor en su parte tro con unidades montadas en carretones y movi- sin llegar a rebasar la presión de fracturamiento, compatible con el mayor número de aditivos quími-inferior en donde los candados se liberan, permi- dos por máquinas de vapor. pues al usar grandes volúmenes de agua, se re- cos; maneja un porcentaje variable de agua en fun-tiendo sacar la herramienta, (figura 83). duce la densidad de la lechada; además, son mez- ción del porcentaje que se utilice. Se dosifica del 1 A través de los años, la industria petrolera ha exi- clas más económicas. al 3% por peso de cemento.Zapata flotadora con doble válvula gido constantes cambios en los equipos de cementación para proveerlos de mayor versatili- Estos productos reducen la resistencia a la compre- Existen otros agentes reductores de densidad, talesLa selección del equipo de flotación para un trabajo dad y potencia, pero también han alcanzando ma- sión inmediata, por lo mismo, debe tenerse mucho como el spherelite o el kolite.de TR corta es mucho más crítica que para una yores presiones y gastos. Debido a las condicio- cuidado al emplearlos en operaciones prácticas decementación de tubería de revestimiento. Fallas en nes cada vez más difíciles de explotación, el ce- campo para no dosificarlos en concentraciones que Densificantesel equipo de flotación provocan costosos trabajos mentar pozos más profundos y con mayores vo- den valores de resistencia a la compresión inferio-de reparación. lúmenes de lechadas de cemento, surgió la prác- res a los 35 kg./cm2, mínimo estimado para cemen- Son materiales químicos inertes, de alto peso espe- tica de mezclado continuo y con ello el desarrollo tos con aditivos en 24 horas para soportar la tube- cífico y que manejan poco agua.La guía de la zapata dirige a la tubería a través de de las unidades cementadoras. ría de revestimiento. Los densificantes comúnmente empleados son:las irregularidades del agujero y está diseñada paraapoyarse en el fondo en caso de tener que asentar Unidades cementadoras Los agentes que se usan comúnmente son: 1. Baritala TR corta en esas condiciones, pues se puede cir-cular por sus orificios laterales. Los sistemas de mezclado por volumen y el de me- 1. Bentonita Tiene un peso específico de 4.23 gr/cm3 y requie- dición de aditivos líquidos han sido diseñados para re 22% de agua de su propio peso. No tiene in-Cuenta con dos válvulas de contrapresión, permi- resolver los problemas de proporción encontrados Requiere el 530% de agua de su propio peso; es fluencia en el tiempo de bombeo, pero es reco-tiendo una seguridad extra durante las operaciones con los materiales de cementación. Sin embargo, decir, 5.3 litros de agua por Kg de bentonita; se mendable correr pruebas de tiempo deLa parte inferior de la zapata cuenta puede dosificar hasta un 4% por peso de cemen- espesamiento en cada caso. Se dosifica del 20 alcon aletas para facilitar su introduc- to (ppc) sin que perjudique al producto fraguado, 40% por peso de cemento, donde se desea usarción, también se puede proporcionar dado que en concentraciones mayores el cemen- una lechada de alta densidad.sin ellas si así lo requieren las condi- to hidratado presenta en corto tiempo una regre-ciones del pozo. sión de su resistencia a la compresión por la alta 2. Limadura de fierro hidroscopía de la bentonita presente.Todas sus partes internas son fabri- Este producto tiene un peso específico de 5.02cadas con materiales fácilmente 2. Puzolana gr/cm3 y requiere el 3% de agua de su propio peso.perforables. (Figura 84). Se emplea hasta el 50% por peso de cemento, Son cenizas volcánicas que por sí solas no tienen dependiendo del peso que se desea obtener de características cementantes, pero que mezcladas con lechada.XIV. DESARROLLO HISTÓRICO DE Figura 85. el cemento, reaccionan con la cal libre de éste y lasLAS UNIDADES CEMENTADORAS adquieren. Otro procedimiento que se emplea para aumentar la densidad de lechada es reducir el agua de mezcla,El primer trabajo de cementación del El cemento fraguado que contiene puzolana contrae adicionando un agente reductor de fricción para dis-que se tiene registro se hizo en 1903 algunas características que son benéficas, como: minuir el efecto de incremento de viscosidad.en un pozo de aceite, en California,EU. Se realizó con 50 sacos de cemen- · Plasticidad, pues soporta vibraciones y golpes de Agentes de control de regresión de la resistencia ato, mezclados y vaciados al pozo para la compresión (harina de sílice) tubería al seguir perforando.controlar un flujo de agua. Estos agentes evitan la regresión de la resistencia aSin embargo, no fue sino hasta 1910 · Evita resquebrajamiento del anillo de cemento al la compresión por efectos de la temperatura. Soncuando la cementación moderna na- efectuar los disparos en las zonas de interés. silicatos de alta pureza, con una textura que va deció cuando Perkins introdujo su téc- malla 100 a 325 para poder tener una distribuciónnica de cementación con dos tapones. Figura 86. · Alta resistencia a la compresión secundaria. grande y homogénea en el cuerpo del cemento;114 19
  • 20. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesnormalmente se dosifican al 35% por peso de ce- mente la tensión de la interface, evitando la forma-mento y requiere el 40% de agua de su propio peso ción de emulsiones estables y el hinchamiento de La herramienta completa consiste de un vástago,para la malla 325, para la malla 100 no requiere agua. las arcillas de la formación. canasta protectora y niple de extensión pulido. Una vez que se ha operado un colgador, basta conEn pozos geotérmicos con temperaturas mayores Todas las expansiones de cemento obtenidas con cargar un peso aproximado de 3000 a 5000 lb sobre(hasta de 600°F (315°C) se emplea harina de sílice al cloruro de sodio y con cloruro de potasio son con- el colgador y girar a la derecha de 12 a 15 vueltas,50% (malla 325). troladas. Así no se presentan agrietamientos en el para liberarla. (Figura 79). cuerpo del cemento.Aditivos especiales · Sulfato de calcio anhidro solo o combinado con clo-• Antiespumantes ruro de sodio. Se usa en la dilatación del cemento fraguado del 3 al 5% por peso de cemento. Estas• Agentes expandidores del cemento fraguado mismas concentraciones complementadas con clo- ruro de sodio al 18% por peso de agua, proporcio-Debido a la velocidad con que se maneja el cemen- nan máxima eficiencia en la expansión lineal.to en el campo cuando se está haciendo la lechada(aproximadamente 1 tonelada por minuto), el ce- Problemas más frecuentes con las cementacionesmento tiende a mantener gran cantidad de aire. Estopropicia que el control de densidad de la misma sea · Baja eficiencia en el desplazamiento, que condu-erróneo; asimismo, algunos de los productos quí- ce a una pobre calidad de las cementaciones pri-micos ayudan a mantener el aire dentro de la mez- mariascla y dificultan el trabajo de las bombas de alta pre- · Diseños de lechadas demasiado complejos, que Figura 82.sión con que se maneja ésta para ser bombeada se tornan altamente costosos y poco eficientesal pozo. · Bajo Porcentaje de éxito en la colocación de tapo- Herramienta soltadora para operar con un colga- nes balanceados dor mecánico o hidráulico rotando durante su intro-El problema se minimiza mediante el uso de los agen- · Diversificación de los cementos empleados, con duccióntes antiespumantes, los que eliminan la mayor parte pobre control de calidad. Figura 83.de burbujas de aire. Generalmente, son sales orgá- · Pérdida de circulación Está diseñada para operar un colgador mecániconicas ácidas de solubilidad media y se dosifican del · Migración de gas con J derecha, o bien para rotar una TR corta du- Se instala en el extremo inferior del aguijón pulido0.2 al 0.3% por peso de cemento. rante su introducción, cuando se utiliza un colgador de la herramienta soltadora. III. CEMENTACIÓN PRIMARIA hidráulico; para ambos casos es necesario el em-Los antiespumantes son aditivos que dilatan el pro- pleo de un cople soltador o de un empacador de En su interior recibe el tapón desplazador, que jun-ducto hidratado, sin que esto sea originado por efec- Cómo obtener la información del pozo boca de TR corta que cuenten con un perfil apro- tos forman un tapón sólido que viaja por toda la TR,to de temperatura. piado. (Figura 80). limpia su interior y separa al cemento del lodo, hasta Para lograr un buen desarrollo operativo en cada una alojarse en el cople de retención, en donde formaLos expandidores empleados comúnmente son de las etapas de la cementación primaria se deben Tapón desplazador anti-rotacional un sello de contra-presión mientras termina de fra- conocer conceptos técnicos básicos del tema. Así, guar el cemento.· Cloruro de sodio. Su máxima dilatación se obtie- es necesario adentrarse en tópicos como: Diseñado para limpiar el interior de la tubería de per- ne al 18% por peso de agua y a concentraciones foración; puede trabajar en diferentes diámetros de Su diseño anti-rotacional facili- mayores se obtiene ligera contracción del cemento · Especificaciones de tuberías de revestimiento (TR) la misma tubería. ta la operación de molienda. fraguado. que se utilizan en el área de trabajo Unidad de sellos recuperable · Diseño de TR por cargas máximas Sigue al cemento durante el desplazamiento, lo se-· Cloruro de potasio. Este producto, además de · Accesorios y equipos de flotación para tuberías para del lodo y se aloja en el tapón limpiador; se Provee de un sello positivo en- ser un eficiente estabilizador de arcillas, al 5% superficiales, intermedias, explotación y comple- ancla y se sella para formar juntos un tapón sólido. tre la herramienta soltadora y por peso de agua de mezcla exhibe la misma mentos Su diseño anti-rotacional facilita la operación de la TR corta durante las opera- dilatación que el 18% de cloruro de sodio en el · Apriete computarizado molienda. (Figura 81). ciones de circulación y de cemento. · Anclaje de las tuberías cementación. · Lechadas de cemento para las diferentes cemen- Tapón limpiador anti-rotacionalOtra característica positiva del cloruro de potasio es taciones Los sellos resisten altas tempe-que al 2% por peso de agua hace que el filtrado de · Empacadores recuperables y permanentes Diseñado para limpiar el interior de la tubería de re- raturas y presiones diferenciales.las lechadas que lo contienen sea compatible con la · Manejo de H2S y CO2 en las cementaciones vestimiento corta. Figura 84.mayoría de los aceites, porque reduce considerable- · Uso de empacadores en tuberías de explotación.20 113
  • 21. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones La información del pozo se consigue de su expe- tar la contaminación de mantos acuíferos que se en- Colgadores para TR cortas diente y es la base para diseñar la sarta de la tubería cuentren a profundidades someras; mantener el de revestimiento por cementar. Con la información agujero íntegro y evitar la probable migración de Herramienta para activar el empacador de BL del diseño, el ingeniero de campo verifica en el pozo aceite, agua y gas de alguna arena productora su- que los materiales recibidos correspondan al dise- perficial, además de permitir la continuación de la Se utiliza cuando se baja un empacador de BL ope- ño. Aquí se deben tomar en cuenta los siguientes etapa de perforación. Es importante señalar que se rado con peso. aspectos: incluye en las tuberías de revestimiento superficia- les a la tubería conductora. Su función principal es · Revisar especificaciones de los accesorios (tipo, la de permitir la circulación y evitar derrumbes de marca, grado, peso y diámetro) arenas poco consolidadas, además de ser el primer · Verificar circulaciones y reología del fluido de medio de circulación de lodo a la superficie. Esta control tubería de revestimiento puede cementarse o hin- · Revisar probables resistencias con la barrena. carse según lo permita el terreno. Los rangos de es- · Verificar que el volumen de lodo sea suficiente tas TR superficiales van de 9 5/8 a 30. El filtrado para la operación de cementación, tomando en promedio (Q30 ) es de 150-200 cm3/30 min. cuenta probables pérdidas · Realizar entrevista con el ingeniero de proyecto, En esta etapa se instalan los preventores para el con- para verificar las condiciones del pozo: trol del pozo. Uno de los problemas que frecuente- mente se encuentra en esta etapa es el bajo gradiente . Tiempo de circulación, presión y gasto de fractura. Para esto hay que tener un buen di- . Diámetro de combinaciones que se van a utilizar seño de lechada y evitar en la cementación una . Densidad del lodo de entrada y salida (reología) pérdida de circulación; así también hay que evitar el Figura 78. Figura 80. . Peso de la polea viajera durante la introducción colapso de la tubería de revestimiento debido a la de la TR para verificar su peso carga hidrostática generada por la lechada en el Se puede usar en combinación con varias herra- . Condiciones de las bombas de lodo (dimensio- espacio anular.Se encuentra disponible en diámetros API, y especia- mientas soltadoras. nes, camisa, pistón y eficiencia)les también, en los grados y pesos que se requieran. . Debe asegurarse que las líneas superficiales que- Las bajas temperaturas de la formación prolongan(Figura 77). Durante la introducción de la TR corta, esta herramienta den limpias de sólidos para el buen suministro los tiempos de fraguado del cemento; además, la va dentro de la extensión del empacador de BL. de agua y lodo. irregularidad del agujero por condiciones del tipo de formación dificulta durante la operación obtener una Después de la cementación de la tubería, se levanta Cementación de las diferentes tuberías de revesti- eficiente remoción del lodo. para que salgan los perros los cuales se posicionan miento en la parte superior del empacador para aplicar peso Cementación de tuberías de revestimiento interme- y activar el empacador, figura 78. Es importante contar con un manual de procedimien- dias tos operativos que facilite y sirva de guía a los inge- nieros de nuevo ingreso; asimismo normar opera- Esta tubería es necesaria para mantener la integri- ciones para que en lo sucesivo se realicen como se dad del pozo al continuar la perforación para pro- indica y tratar de evitar problemas durante la opera- fundizarlo. Sus rangos de diámetro varían de 6 5/8 ción en los pozos. a 13 3/8 y su profundidad de asentamiento varía de 300 a 4,600 m. Normalmente es la sección más larga El objetivo principal es presentar la secuencia de las tuberías en el pozo y van corridas hasta la operativa que se ha de seguir en las cementaciones superficie, por lo cual los preventores se instalan en de las tuberías para mejorar la eficiencia en la ope- estas tuberías para perforar las siguientes etapas. Figura 81 ración de campo, disminuir los problemas que se Estas sartas generalmente se emplean para cu- presentan, el cuidado en el entorno ecológico y el brir zonas débiles que pueden ser fracturadas con ahorro de nuestros recursos económicos. densidades de lodo mayores, que son necesarias Herramienta soltadora para colgadores y empaca- al profundizar el pozo y así evitar pérdidas de cir- dores que no requieren conjunto de perros Cementación de tuberías de revestimiento super- culación. También aíslan zonas de presiones anor- ficiales males y la cementación se puede realizar con una Es utilizada para correr y operar colgadores y sola lechada o con dos diseños si el pozo y el empacadores de boca de TR corta que no requie- La función principal de la cementación de estas tu- gradiente de fractura lo requieren. Su filtrado Figura 79. ren del conjunto de perros. berías es aislar formaciones no consolidadas y evi- (Q30) es de 100 - 150 cm3/-30 min.112 21
  • 22. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesCementación de tuberías de revestimiento de explo- Cuando hablamos del tiempo mínimo necesario paratación la operación, consideramos el tiempo para hacer la lechada bombeando al pozo, a una velocidad deLa sarta de explotación es el propio pozo y la pro- mezclado de 0.5 a 0.75 ton/min., más el tiempo defundidad de asentamiento de esta tubería es uno de desplazamiento a un gasto moderado de 4 a 5 bl/los principales objetivos. min. y un factor de seguridad de 1 hora adicional.Esta tubería sirve para aislar los yacimientos de hi- Como se puede observar, ambos parámetros estándrocarburos de fluidos indeseables, pero deben con- íntimamente ligados pues si controlamos el tiemposervar la formación productora aislada. Es, también, de bombeo, ajustado al mínimo necesario para efec-el revestimiento protector de la sarta de producción tuar con seguridad el trabajo, automáticamente es-y otros equipos usados en el pozo. tamos favoreciendo el desarrollo de la resistencia a la compresión del cemento.La cementación de esta sarta de tubería es objeto decuidados minuciosos debido a la calidad exigida y a Cuando se emplea cemento clase G o H es posiblelos atributos requeridos para considerarse como una que se requiera de un aditivo que acelere la veloci-operación exitosa. dad de reacción de hidratación del cemento acor- tando el tiempo de bombeo y favoreciendo el desa-El aislamiento eficiente de esta tubería nos permite rrollo de la resistencia a la compresión, todo depen-efectuar apropiadamente tratamientos de estimu- de de la cantidad de cemento que se va a emplear.lación necesarios para mejorar la producción del En estas operaciones generalmente se usa cementopozo. solo y agua, como se mencionó anteriormente, un Figura 77. aditivo acelerador para ayudar al desarrollo de com- presión. También se puede adicionar un frenteIV. DISEÑO DE LABORATORIO Y RECOMENDA- lavador de agua sola, con pirofosfato tetrasódico, o, mienta soltadora y con un colgador rotatorio, paraCIONES GENERALES en su caso, cualquier frente lavador disponible co- rotar después de anclado el colgador. mercialmente.Diseño de laboratorio Presenta un receso en donde se alojará la unidad Tubería superficial Figura 76. de sellos recuperable, para formar un sello hermé-Todos los procedimientos de pruebas de laborato- tico y asegurar que la operación sea por la parterio son establecidos por el American Petroleum Para perforar la sección del pozo donde se introdu- inferior del sistema. (Figura 76).Institute (API) en sus especificaciones Spec 10, 10A cen las tuberías superficiales, se emplean fluidos dey 10B y en función de la Normatividad de Materiales control con densidades bajas, debido a que el agu- Soltar la TR corta después de operado el colgador. Empacador para Boca de Liner con Unidad de Se-que se van a emplear. jero atraviesa zonas poco consolidadas que no so- llos Recuperables portan cargas hidrostáticas mayores. Provee un sello efectivo en la boca de la TR corta.Tubería conductora Los sellos con los que cuenta esta herramienta Esta herramienta es muy versátil, pues reúne varias En la cementación de esta tubería de revestimiento se son activados al aplicar peso de la TP por medio funciones:Para la cementación de la tubería conductora los re- emplean generalmente dos lechadas de cemento: de la sección con perros de la herramientaquerimientos son mínimos, debido a la poca pro- soltadora. Soltar la TR corta después de operado el colgador.fundidad de asentamiento de esta sarta (promedio Una lechada extendida con: Provee un sello efectivo en la boca de la TR corta.50m). De hecho, únicamente dos factores deben Tiene una extensión o receptáculo (puede ser de 3, Los sellos con los que cuenta esta herramienta soncumplirse: 1. La mayor densidad posible sin perder de vista 6, 10 o más de longitud), para una futura extensión activados al aplicar peso de la TP por medio de la evitar fracturar la formación. de la tubería. sección con perros de la herramienta soltadora.1. El tiempo de bombeo, el cual debe ser suficiente para efectuar la preparación de la lechada bom- Los silicatos de baja gravedad específca por natura- Cuenta con un perfil especial, que en combinación Cuenta con una extensión o receptáculo (puede ser beando al pozo y el desplazamiento de la misma. leza y con alto requerimiento de agua, como: las con la herramienta soltadora y colgador hidráulico de 3, 6, 10 o más de longitud), para una futura ex- puzolanas activadas, la esferelita, la kaolinita, la per- permite que la TR corta pueda ser rotada durante tensión de la tubería.2..El desarrollo de la resistencia a la compresión a lita, las tierras diatomacias o, en su defecto, el su introducción, para alcanzar la profundidad de- las 8 horas que debe ser mínimo de 105 kg/cm2 metasilicato de sodio anhidro que es un agente seada. También se utiliza con un colgador mecáni- Cuenta con un receso donde se alojará la unidad de en condiciones ambientales de presión y tem- extendedor de lechada empleado para disminuir la co con J a la derecha. sellos recuperable, para formar un sello hermético peratura. densidad. y asegurar que la operación sea por la parte infe- También se utiliza en combinación con otra herra- rior del sistema.22 111
  • 23. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones (puede ser de 3, 6, 10 o más de longitud), para 2. El diseño de esta lechada se ajusta a un valor de de reposo a las condiciones de fondo. Este ce- una futura extensión de la tubería. filtrado. Para lograrlo se emplea un agente con- mento cubre la mayor longitud de la tubería que trolador de filtrado especial para lechadas exten- se va a cementar.2. Tiene un perfil especial, que en combinación con didas, combinado con un porcentaje bajo 0.2 % la herramienta soltadora adecuada y colgador de un agente fluidizante que ayude al agente de La segunda lechada con: hidráulico, permite que la TR corta pueda ser control de filtrado. Se deben dispersar las partí- rotada durante su introducción, para alcanzar la culas sólidas para obtener una mejor distribución 1. Densidad normal, es decir se emplea el requeri- profundidad deseada. También se utiliza con un de éstas en la lechada, y cuidar que no se origine miento API de agua normal de la mezcla. El API colgador mecánico con J a la derecha. asentamiento de sólidos y liberación de agua. Se marca en su normatividad Spec 10 que el agua tiene preferencia por un valor del orden de 150 normal es aquélla en la que la lechada obtiene 113. También se utiliza en combinación con otro tipo cm3/30 minutos, o menor, a temperatura de cir- Uc a los 20 min. después de agitarse en el de herramienta soltadora y con un colgador rota- culación de fondo. consistómetro de presión atmosférica a condicio- torio, para rotar después de anclado el colgador. nes ambientales de presión y temperatura. 3. Fluidez. Normalmente las lechadas extendidasTiene un receso en donde se alojará la unidad de Figura 75. emplean una relación alta de agua/cemento. Esto 2. Se regula el filtrado con un agente de control parasellos recuperable, para formar un sello hermético origina que la viscosidad tenga valores bajos y no lechadas con densidad normal y un dispersante ay asegurar que la operación se hará por la parte in- requiera la adición de más agente fluidizante que una concentración baja del orden de 0.2 o 0.3 %ferior del sistema. (Figura 74). Herramienta de tolerancia reducida en el espacio el empleado conjuntamente con el agente de con- por peso de cemento, bajo condiciones de tem- anular, diseñada para obtener un sello efectivo y re- trol de filtrado. peratura de circulación de fondo, para obtener unaEmpacadores para boca de TR corta con unidad de sistente para altas presiones en las bocas de TR cor- mejor distribución del tamaño de partícula y ayu-sellos molible tas, cementadas o no. 4. El tiempo de bombeo se regula usando un agente dar al agente de control de filtrado en su trabajo, retardador de fraguado para temperaturas bajas así se vuelve impermeable el enjarre del cementoEsta herramienta es muy versátil, pues combina nela que garantiza un aislamiento del sistema al ter- o moderadas, con un tiempo de bombeo equiva- formado.varias funciones: minar las operaciones. lente al tiempo mínimo necesario para la opera- ción. Es decir, el tiempo necesario para preparar y 3. Después de obtener el valor de filtrado deseado,1. Soltar la TR corta después de operado el colga- Se encuentra disponible en diámetros API, y especia- bombear la lechada a una velocidad de mezclado se procede a mejorar la fluidez de la lechada; se dor. les también, en los grados y pesos que se requieran. de 1 ton/min, más el tiempo de desplazamiento aumenta un poco el porcentaje del agente2. Provee un sello efectivo en la boca de la tubería. de la lechada al espacio anular al gasto máximo dispersante, de tal manera, que se reduzcan al Los sellos con los que cuenta esta herramienta Empacador para boca de tubería de revestimien- permisible, de acuerdo con el gasto determinado máximo las pérdidas de presión debidas a la fric- son activados al aplicar peso de la T.P por me- . to corta para Instalarse después de cementado por el sistema computarizado de análisis hidráuli- ción durante el desplazamiento en el espacio anu- dio de la sección con perros de la herramienta co, más un factor de seguridad en tiempo de 1 lar. Es importante considerar, cuando se pondera soltadora. El empacador se corre después que la TR ha sido hora; en los casos en donde este tiempo total sea este parámetro, que de acuerdo con las investi-3. Cuenta con una extensión o receptáculo (puede asentada o colocada en su posición, para permi- mayor o igual a 5:30 horas, por el volumen de gaciones en laboratorios de reología, la eficiencia ser de 3, 6, 10 o más de longitud) para una futu- tir el máximo flujo anular durante la cementación. cemento empleado, se debe efectuar el trabajo del desplazamiento se mejora cuando el cemento ra extensión de la tubería. con dos o más unidades cementadoras. viaja en el espacio anular a una velocidad mínima4. Tiene un perfil, que en combinación con la he- Este empacador se aloja y sella con los sellos de 80 m/min, 1.33 m/seg, 4.37 pie/seg, y a medida rramienta soltadora y colgador hidráulico, per- chevron en el receptáculo previamente instalado. 5. El contenido de agua libre de la lechada deberá que se incrementa esta velocidad, la eficiencia mite que la TR corta pueda ser rotado durante tener, invariablemente, un valor de 0 cm3, debi- aumenta. Con las características reológicas del flui- su introducción y así alcanzar la profundidad La unidad de sellos actúa contra la TR, aislando la do a que la liberación de agua generalmente do, a temperatura de circulación de fondo y la deseada. boca de la TR corta y reteniendo altas presiones tan- está acompañada de precipitación de sólidos. geometría del pozo, se calculan el gasto, las pér-5. También se utiliza con un colgador mecánico con to por arriba como por abajo. En otras palabras, el punto de cedencia de la didas de presión por fricción y la presión de fon- J a la derecha. lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior do de cementación. Esta última se debe vigilar du- Se encuentra disponible en diámetros API, y espe- a 0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para rante toda la operación, para que su valor no lle-También se utiliza en combinación con otro tipo de ciales también, en los grados y pesos que se re- convertirse en newtoniano. Cuando sucede este gue a ser igual o mayor que la presión de fracturaherramienta soltadora tipo y con un colgador rota- quieran. (Figura 75). fenómeno con lechadas extendidas, se debe de la formación.torio, para rotar después de anclado el colgador. aumentar el porcentaje del agente extendedor Empacador para boca con embrague y unidad de o cambiarlo por otro que tenga mayor capaci- 4. El tiempo de bombeo debe considerar únicamen-Cuenta con un sistema de sellos tipo chevron, para sellos recuperable dad de manejo de agua. te el tiempo de mezclado y bombeo de este últi-efectuar un sello hermético con el aguijón pulido mo cemento, a una velocidad de 1 ton/min, másque permita efectuar las operaciones de introduc- Esta herramienta es muy versátil, pues combina va- 6. Por otro lado, la resistencia a la compresión desa- el tiempo de desplazamiento al mayor gasto posi-ción y cementación además de una válvula de char- rias funciones: rrollada por esta mezcla no debe tener valores in- ble sin fracturar la formación y un factor de segu- feriores a los 35 kgs/cm2, en un tiempo de 12 hrs ridad máximo de 1hora.110 23
  • 24. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones5. El contenido de agua libre de la lechada debe tener, La segunda lechada con: La selección del cople flotador debe ser compatible 1. Soltar la tubería corta después de haber opera- invariablemente, un valor de 0 cm3, debido a que la con la zapata flotadora. (Ver figura 71). do el colgador. liberación de agua generalmente está acompaña- 1. Densidad normal, es decir se emplea el requeri- da de precipitación de sólidos. En otras palabras, el miento de agua normal de la mezcla. Su diseño anti-rotacional facilita la operación de 2. Cuenta con una extensión o receptáculo (puede punto de cedencia de la lechada tiene un valor nu- molienda, y todas sus partes interiores son fabrica- ser de 3, 6, 10 o más de longitud) para una futu- mérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no- 2. El diseño de esta lechada es similar al descrito das con materiales fácilmente perforables. ra extensión de la tubería. newtoniano para convertirse en newtoniano. anteriormente para tuberías superficiales, corres- pondiente al cemento de densidad normal. Cople flotador 3. Cuenta con un receso donde se alojará la unidad6. Debe desarrollar alta resistencia a la compresión de sellos recuperable, para formar un sello her- bajo condiciones de temperatura estáticas de fon- Con las características reológicas del fluido a tem- La selección del equipo de flotación para un trabajo mético y asegurar que la operación sea por la do, dentro de las primeras 12 horas de reposo peratura de circulación de fondo y la geometría de tubería corta es mucho más crítica que para una parte inferior del sistema. (Figura 73). después del desplazamiento, debido a que sirve del pozo, se calcula: el valor de velocidad en el cementación de tubería convencional. Fallas en el de amarre a la zapata; este cemento comúnmen- anular, el gasto, las pérdidas de presión por fric- equipo de flotación pueden resultar en costosos tra- te se proyecta para cubrir de 300 a 400 metros del ción y la presión de fondo de cementación, que bajos de reparación. (Figura 72). fondo hacia arriba. se debe vigilar durante toda la operación, para que no llegue a ser igual o mayor que la presión de El empleo de los coples flotadores es opcional y sonTubería intermedia fractura de la formación. En algunas tuberías in- utilizados para proveer la seguridad de una válvula termedias que se cementan a temperaturas está- de contra presión extra.En la perforación del agujero en donde se introdu- ticas de fondo superiores a los 100ºC, el diseñocen las tuberías intermedias, también se emplean de las lechadas requiere de la adición de harinafluidos de control de baja densidad, del orden de de sílice, para atacar el efecto de regresión de la1.40 gr/cm3, debido a que se atraviesan zonas débi- resistencia a la compresión por temperatura. Seles poco consistentes. debe emplear para este fin, un 35 % de harina de sílice por peso de cemento.Los procedimientos de diseño de esta lechada sonsimilares a los descritos para las tuberías de revesti- Tubería de explotaciónmiento superficiales, es decir: En la mayoría de los pozos del sistema, la primeraEn la cementación de esta tubería de revestimiento se tubería de revestimiento de explotación cementadaemplean, generalmente, dos lechadas de cemento: es una tubería corta de 7 de diámetro y la segunda es una tubería corta de 5 ½ A 3 ½ pg de diámetro.Una lechada extendida con: En la cementación de estas tuberías de revestimien-1. La densidad de 1.60 gr/cm3 sin perder de vista la to se emplean las siguientes alternativas de lechada: posibilidad de llegar a fracturar la formación y, por otro lado, que la resistencia a la compresión de- Lechadas con densidad normal sarrollada por esta mezcla no caiga a valores infe- Figura 73. riores a los 70 kg/cm2 en un tiempo de 12 a 24 hrs - Densidad. Debido a la profundidad de asentamien- de reposo, bajo las condiciones de fondo. Este to de estas sartas, se requiere de la adición de La selección del cople flotador debe ser compatible cemento cubre la mayor longitud de la tubería que harina sílica malla 325 para evitar la regresión de con la zapata flotadora. se va a cementar en el espacio anular. la resistencia a la compresión. En este caso, la densidad es de 1.93 gr/cm3 con cemento clase H Se instala normalmente uno o dos tramos arriba deEl agente extendedor de lechada empleado para y 52% de agua por peso de cemento. la zapata flotadora. Figura 74.disminuir la densidad puede ser un silicato de bajagravedad específica por naturaleza y con alto re- - Control de filtrado. Se procede a moderar el fil- Todas sus partes internas son fabricadas con mate- Cople soltador con embrague y perfil para alojarquerimiento de agua, tales como las puzolanas trado empleando un agente de control de filtrado riales fácilmente perforables. unidad de sellos recuperableactivadas, la esferelita, la kaolinita, la perlita o las para lechadas de densidad normal, combinadotierras diatomacias. con un porcentaje bajo de un agente fluidizante Cople soltador con perfil para alojar unidad de se- Herramienta que combina varias funciones: del orden de 0.3% por peso de cemento. El valor llos recuperable.2. El diseño de esta lechada es similar al descrito que se debe obtener es de aproximadamente 1. Soltar la TR corta después de haber operado el anteriormente para tuberías superficiales, corres- 50cm3/30min. bajo una presión diferencial de Herramienta que combina varias funciones: colgador. Presenta una extensión o receptáculo pondiente al cemento de baja densidad. 1,000 psi.24 109
  • 25. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones - Fluidez. Con el filtrado controlado, se procede a tencia a la compresión y así poder continuar en elColgador mecánico con 6 cuñas y J derecha mejorar la fluidez de la lechada, aumentando un pozo con la perforación de la siguiente etapa o con poco el porcentaje de fluidizante a manera de re- las operaciones de terminación. En la práctica se asu-El diseño de este colgador es integral, o sea que es ducir al máximo las pérdidas de presión por fric- me un valor aceptable de resistencia a la compre-de un cuerpo sólido sin soldaduras ni conexiones ción durante el desplazamiento en el espacio anu- sión de 35 kg/cm2, como mínimo, para que la capainternas, con lo que se elimina la posibilidad de fu- lar. Es importante tomar en consideración duran- de cemento soporte el peso de la tubería. Este valorgas. Permite un máximo de capacidades, tanto a te la ponderación de este parámetro, que de acuer- de resistencia a la compresión con lechadas de den-presión interna como de carga. do con las investigaciones en laboratorio de sidad normal se obtiene, generalmente, dentro de reología, la eficiencia del desplazamiento se me- las primeras 8 horas de estar en reposo a las condi-Este tipo se recomienda para utilizarse en profundi- jora cuando el cemento viaja en el espacio anular ciones de fondo.dades de medias a mayores; tiene un sistema tipo a una velocidad mínima de 80 m/min, 1.33 m/seg.,J derecha para la operación de anclaje. 4.37 pie/seg. y a medida que se incrementa esta Lechadas de alta densidad velocidad, la eficiencia mejora.La distribución de los conos (6) en forma alternada - Densidad. Debido a la profundidad de asentamien-otorga el beneficio de una mayor área de circula- - Tiempo de bombeo. El siguiente paso es determi- to de estas sartas, se requiere de la adición deción en posición de anclado y da una capacidad de nar el tiempo de bombeo mediante la dosificación harina sílica, para evitar la regresión de la resis-carga mucho mayor que el sistema sencillo. Su ca- de un retardador del fraguado para alta temperatu- tencia a la compresión. Así la densidad es ajusta-pacidad depende del grado y peso de las tuberías ra. Esto se hace, generalmente, con base en la res- da tomando en consideración la presencia del 35que van a utilizarse. puesta que el retardador muestre al cemento que % de harina sílica o de arena de sílice. En estos se usó en trabajos anteriores o por ensayo y error. casos de incremento de densidad es preferibleSe opera con vueltas a la derecha, evitando de esta En este caso se recomienda iniciar las pruebas de usar arena malla 100, debido a que no requiere Figura 71 Cople flotador y de retención.manera problemas de desconexión. Se encuentra tiempo de bombeo con porcentajes bajos y hacer de agua adicional y el valor de la densidad estarádisponible en diámetros API, y especiales también, un material de menor dureza que el de la extensión incrementos del orden de un décimo en la dosifica- en función de la densidad del fluido de control.en los grados y pesos que se requieran. para no dañarla. ción del producto hasta lograr el tiempo deseado. El tiempo de bombeo que se debe dar a una lechada El incremento de la densidad se logra empleandoTambién se fabrican en roscas API o Premium Cople flotador y de retención es el necesario para efectuar la operación en el pozo; un agente densificante de alto peso específico que(Figura 70). es decir, el tiempo para preparar y bombear la tota- no requiera de la adición de agua, tal como laConjunto de rimas En un equipo integral, esta herramienta es utilizada lidad de la lechada a una velocidad de mezclado de hematita y la limadura de fierro. Otro material en combinación con un colgador mecánico. 1 ton/min., más el tiempo de desplazamiento de la densificante es la barita, sulfato de bario, el cual esEste ensamble consiste de las siguientes piezas: lechada al espacio anular al gasto máximo permisi- empleado comúnmente en los lodos de perforación El empleo de los coples flotadores y de retención ble, de acuerdo con el gasto determinado por el para darle peso al fluido; pero para usarlo en las Molino de cuchillas (Blade mill): Su función es es opcional y son utilizados para proveer la seguri- sistema computarizado de análisis hidráulico, más lechadas es poco recomendable por su bajo grado conformar y biselar la boca de liner para evitar dad de una válvula de contra presión extra. un factor de seguridad en tiempo de 1 1/2 hr. Cuan- de pureza. Estos materiales densificantes se em- dañar a los sellos del niple de sellos (Tie Back) al do este tiempo sea mayor o igual a 5 horas, debido plean a porcentajes relativamente altos con respec- introducirlo en la extensión del cople soltador o al volumen de cemento empleado, se debe efec- to a los aditivos comunes, siempre calculando que empacador de boca de la TR corta. tuar el trabajo con dos unidades cementadoras. se obtenga el peso de lechada deseado mediante balance de materiales. También se puede efectuarSe coloca en la parte superior del ensamble, de tal - El contenido de agua libre de la lechada debe te- el incremento de la densidad mediante la disminu-manera que cuando la rima está limpiando en la ner, invariablemente, un valor de 0 cm3. ción del agua de mezcla. En estos casos, separte inferior del receptáculo, simultáneamente se incrementa el porcentaje del agente dispersante paraestá conformando la boca de la tubería. - El contenido de agua libre de la lechada debe contrarrestar el incremento de la viscosidad. tener siempre un valor de 0 cm3. El agua, al libe- Sustituto de extension: Se coloca entre El Blade rarse de la lechada, es atraída por cargas Control de filtrado. Ya que se tiene la densidad de- Mill y la rima; sirve para dar la longitud adecua- electrostáticas a las caras de la tubería y de la for- seada, se procede a regular el filtrado. Se emplea da entre los dos. mación. Tiende a ascender y a dar lugar a la entonces un agente de control de filtrado para formación alterna de puentes de agua y sólidos lechadas de densidad normal a un porcentaje bajo Rima: Tiene la función de limpiar tanto de impure- asentados, con deslaves y/o micro anulares. del orden de 0.3 a 0.4% por peso de cemento, com- zas como de residuos de cemento o sólidos, que binado con un porcentaje bajo de un agente se encuentren dentro de la boca de la TR corta. Resistencia a la compresión. Se deben correr prue- fluidizante que le ayude en su trabajo del orden de bas de resistencia a la compresión, con base en el 0.3% por peso de cemento. El valor que se debeEl diámetro exterior es de 1/32 menor que el diá- diseño completo de la lechada, para saber en cuán- obtener es de aproximadamente 50 cm3/30min. bajometro interior de la extensión y está fabricada de Figura 72 Cople flotador. to tiempo el cemento fraguado desarrolla su resis- una presión diferencial de 1,000 psi.108 25
  • 26. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesFluidez. Con el filtrado controlado, se procede a agua de la lechada es atraída por cargasmejorar la fluidez de la lechada, aumentando el hidrostáticas a las caras de la tubería y de la for- Se opera aplicando presión a la TP soltando una cani-porcentaje de fluidizante a manera de reducir al mación. Tiende a ascender dando lugar a la for- ca de asentamiento que se deja gravitar hasta el asientomáximo las pérdidas de presión por fricción du- mación alterna de puentes de agua y sólidos asen- de la misma localizado en el cople de retención.rante el desplazamiento en el espacio anular. Es tados, con deslaves o microanulares.importante considerar durante la ponderación de Se encuentra disponible en diámetros API, y especia-este parámetro, que de acuerdo con las investi- Resistencia a la compresión. Se deben correr prue- les también, en los grados y pesos que se requieran.gaciones en laboratorios de reología, la eficiencia bas de resistencia a la compresión con el diseño dedel desplazamiento se mejora cuando el cemento la lechada completo, para saber en cuanto tiempo También se fabrican en roscas API o Premium.viaja en el espacio anular a una velocidad mínima desarrolla el cemento fraguado, su resistencia a lade 80 m/min, 1.33 m/seg., 4.37 pie/seg., y a medi- compresión y así poder continuar en el pozo con lada que se incrementa esta velocidad, la eficiencia perforación de la siguiente etapa o con las opera-mejora, en este caso de lechadas densificadas, el ciones de la terminación del mismo. En la prácticaporcentaje de fluidizante empleado es mayor de- se asume un valor aceptable de resistencia a la com-bido a la baja relación agua sólidos. presión de 35 kg/cm2, como mínimo, para que la capa de cemento soporte el peso de la tubería. EsteTiempo de bombeo. El paso siguiente es deter- valor de resistencia a la compresión con lechadasminar el tiempo de bombeo mediante la dosifica- de alta densidad se obtiene generalmente dentroción de un retardador del fraguado para alta tem- de las primeras 4 horas de estar en reposo a lasperatura. Esto generalmente se hace con base en condiciones de fondo.la respuesta que muestre el retardador al cemen-to que se esté usando de acuerdo con trabajos Lechadas de baja densidadanteriores, por el empleo de gráficas proporcio-nadas por la compañía de servicio, o por ensayo Densidad. Debido a la profundidad de asentamien-y error, en cuyo caso se recomienda iniciar las to de estas sartas, se requiere de la adición depruebas de tiempo de fraguado con porcentajes harina sílica para evitar la regresión de la resis-bajos y hacer incrementos del orden de un déci- tencia a la compresión. La densidad se debe ajus-mo en la dosificación del producto, hasta lograr tar entonces tomando en consideración la presen-el tiempo deseado. El tiempo de fraguado inicial cia del 35 % de harina sílica. En estos casos deque se debe dar a una lechada es el tiempo nece- disminución de densidad es preferible usar hari-sario para efectuar la operación en el pozo; es na de sílice malla 325, debido a que ésta requieredecir, el tiempo para preparar y bombear la totali- del 40 % de su propio peso de agua adicional.dad de la lechada a una velocidad de mezclado Figura 69.de 1 ton/min., más el tiempo de desplazamiento El diseño completo de esta lechada es similar alde la lechada al espacio anular al gasto máximo procedimiento descrito para las tuberías anterio-permisible, de acuerdo con el gasto determinado res con lechadas de baja densidad. También se fabrican en roscas API o Premiumpor el programa computarizado de análisis hidráu- (Figura 68).lico, más un factor de seguridad en tiempo de 1 El contenido de agua libre de la lechada debe tener,1/2 h, en los casos en donde este tiempo sea ma- invariablemente, un valor de 0 cm3, debido a que la Colgador hidráulico sencillo.yor o igual a 5:30 h, debido al volumen de ce- liberación de agua generalmente indica una inesta-mento empleado, se debe efectuar el trabajo con bilidad del sistema diseñado; en otras palabras, el El diseño de este colgador es integral, o sea que esdos unidades cementadoras. punto de cedencia de la lechada tiene un valor nu- de un cuerpo sólido sin soldaduras ni conexiones mérico de 0 o inferior a 0 y el fluido deja de ser no- internas, con lo que se elimina la posibilidad de fu-El contenido de agua libre. La lechada debe mani- newtoniano para convertirse en newtoniano. gas. Permite un máximo de capacidades, tanto afestar, invariablemente, un valor de 0 cm3 de agua presión interna como de carga.libre, debido a que la liberación de agua general- En pozos direccionales y horizontales el factor demente está acompañada de precipitación de sóli- estabilidad de la lechada se torna crítico debido a Está disponible con conos sencillos (3). Su capaci-dos; en otras palabras, el punto de cedencia de la que el agua libre puede formar un canal en la parte dad de carga depende del grado y peso de las tube-lechada tiene un valor numérico de 0 o inferior a alta del espacio anular a lo largo del intervalo ce- rías que van a utilizarse. Por su diseño, el área de0 y el fluido deja de ser no-newtoniano para con- mentado. Esto favorece el flujo de fluidos de las ca- flujo permite efectuar las operaciones de circulaciónvertirse en newtoniano. Además al liberarse el pas a través de éste. y cementación sin problemas. (Figura 69). Figura 70.26 107
  • 27. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesXIII. ACCESORIOS PARA TUBERÍAS CORTAS pón desplazador en una cámara superior durante(LINER) las operaciones de circulación-acondicionamiento Información de laboratorio Tubo Conductor y mezclado de cemento.Cople de retención anti-rotacional La información básica de laboratorio se refiere a los TR 20 diseños de la lechada, en función de la tubería queHerramienta utilizada en combinación con un Col- se va a cementar.gador Hidráulico. TR 13 3 / 8 • Cemento. Diseño de lechada que va a utilizarse enEs considerado como parte del equipo de flotación. el pozo. Para hacerlo se deben considerar parámetros reológicos en función del fluido de con- trol de la perforación, valor de filtrado, agua libre, TR 9 5 / 8 tiempo de bombeo y resistencia a la compresión, de acuerdo con los diseños de laboratorio. • Frentes de limpieza. Normalmente se bombean TR 7 dos tipos: un frente lavador y un frente espaciador con la finalidad de lavar y de acarrear los sólidos que genera la barrena. El frente lavador normal- TR Corta 5 mente tiene densidad de 1.0 gr./cm3 y el del fren- te espaciador dependerá de la densidad que ten- Figura 7 Arreglo típico de las tuberías de revestimiento. ga el fluido de control que se tenga en el pozo. De tal manera que los frentes reúnen requisitos como: tipo, volumen, densidad y compatibilidad Figura 68 con el fluido de control y con la lechada (más Información de gabinete detalles en el diseño de gabinete). También tiene una unión giratoria para operaciones Como se ha mencionando anteriormente la informa- Materiales de rotación y reciprocación y un sustituto para alojar ción es parte esencial para una buena cementación. la bola para operar colgadores hidráulicos y herramien- La planeación de gabinete nos permite predecir el Los materiales utilizados en la cementación de las tu- tas que así lo requieran. Están disponibles en diferen- comportamiento mediante la simulación de la berías de revestimiento son similares a los emplea- tes medidas como 3 1/2 IF 4 1/2, IF 6 5/8 , cementación del pozo. La información que se requie- dos en las tuberías superficial, intermedia y de explo- re es la siguiente: tación. Éstos dependen de la tubería que se va a ce- Colgador hidráulico con 6 cuñas mentar. Estos materiales se describirán posteriormente. · Definir el objetivo particular de la operación El diseño de este colgador es integral, o sea que es V. DISEÑO DE GABINETE Figura 67. de un cuerpo sólido sin soldaduras ni conexiones internas, con lo que se elimina la posibilidad de fu- · Recopilar información del pozo: El diseño de gabinete de la cementación inicia con elPresenta una combinación de asientos para canica gas. Permite un máximo de capacidades, tanto a Estado mecánico empleo del programa de cómputo para efectuar elde anclaje del Colgador Hidráulico y para el Tapón presión interna como de carga. Historia de perforación estudio reológico de las lechadas de cemento y de losLimpiador. Diseño de TR (Memoria de cálculo) demás fluidos que formarán parte de la operación de REG (izquierda). (Figura 67). cementación. Esta parte del diseño está muy ligada al Programa de introducción de TR (accesorios, com-Su diseño anti-rotacional facilita la operación de La distribución de los conos en forma alternada otor- trabajo de laboratorio y, si se combinan, se obtienenmolienda. gan el beneficio de una mayor área de circulación binaciones, centradores) las bases de las alternativas de diseño que habrán de en posición de anclado. seguirse. Para su aplicación en el pozo, un buen dise-Todas sus partes interiores son fabricadas con ma- · Registros: ño de lechada de cemento dará lecturas delteriales fácilmente perforables. (Figura 66). Se opera aplicando presión a la TP soltando una cani- , Calibración y desviación con temperatura de fon- viscosímetro rotacional bajas y aportará valores de los ca de asentamiento que se deja gravitar hasta el asiento do del agujero parámetros reológicos más apropiados. Así se obten-Cabeza de Cementación de la misma localizado en el cople de retención. drá un Número de Reynolds mayor al Número de Información litológica Reynolds Crítico, con gastos relativamente bajos, po-Esta herramienta está diseñada para soportar gran- Se encuentra disponible en diámetros API y espe- sibles de ser efectuados con la bomba del equipo dedes cargas de tensión provocadas por el peso de la ciales también, en los grados y pesos que se re- · Cálculos correspondientes cementación durante el desplazamiento, acorde a latubería de perforación y de la TR corta. Aloja al ta- quieran.106 27
  • 28. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesgeometría del anular entre tubería de revestimiento, El sistema indica cuando un gasto es tan alto que no La mayor parte de las razones para cementar por eta- cuencia de que en la mayoría de las cabezas deagujero y tubería ya cementada. es posible efectuar la operación en esas condicio- pas se reducen al primer caso. Actualmente no es rara cementación no se puede acomodar la precarga de nes. Esto sucede cuando se alcanza la presión de la cementación de sartas largas corridas hasta la su- los tapones y la secuencia operacional del bombeoCuando un diseño que se está analizando presen- fractura de la formación mediante una gráfica del perficie para proteger las tuberías de la corrosión. requerido, la cabeza de cementación debe ser abier-ta lecturas altas en el viscosímetro rotacional, se comportamiento de la presión de fondo y la presión Alternamente, zonas de pérdida de circulación pobre- ta para liberar el torpedo, asumiendo que el tapóndebe modificar la proporción de los aditivos; en de fractura en todo el tiempo que dura la operación. mente taponadas, debajo de la zapata de la última tu- de la primera etapa fue precargado. El tapón de des-especial, debe vigilarse que el agente fluidizante En este caso se debe disminuir el gasto, sacrifican- bería cementada, a menudo requieren ser cubiertas plazamiento pudo ser cargado después de liberarno origine el asentamiento de sólidos y la libera- do eficiencia del desplazamiento de lodo del espa- con cemento hasta la superficie. La cementación de el torpedo, pero la precaución debe ser extrema conción de agua. La interrelación del fluidizante con cio anular; pero compensándolo con movimientos dos etapas, con la cima de la primera etapa cubriendo los tipos de tapones y su compatibilidad con la ca-el agente de control de filtrado juega, también, de la tubería, tanto rotacional como reciprocante, las zonas débiles, ofrece seguridad, pero implica el beza de cementar. El arreglo de los tapones debeun papel importante en el diseño y siempre se cuando sea posible. El análisis gráfico indica cuán- llenado completo del espacio anular total. ser siempre cuidadosamente verificado, antes deldebe buscar un estado de equilibrio entre ambos do es posible aplicar un gasto mayor al crítico obte- trabajo de cementación, para asegurar la correctaen función de la temperatura. Los agentes retarda- nido en el estudio reológico, sin riesgo de fracturar Tres técnicas de cementación multietapa son co- instalación de los tapones en la cabeza.dores del fraguado basado en lignosulfonato y la formación o abrir zonas de pérdida, manifestadas múnmente empleadas:cromolignosulfonato presentan un efecto disper- durante el proceso de perforación del pozo. Los coples de cementación por etapas, están inte-sante en las lechadas de cemento, el cual debe 1. La cementación normal de dos etapas, en donde grados por juegos de camisas deslizables concén-ser tomado en cuenta al diseñar. Todo esto nos El sistema establece un estado de esfuerzos en todo la cementación de cada etapa es una operación tricas, montadas en un mandril, con sellosindica la facilidad de cambio de los parámetros el pozo durante el tiempo que dura la operación y separada y distinta. seccionales mediante O´ Rings, lo cual torna al coplereológicos y en general obtener el diseño que más presenta un parámetro permanente de comparaciónfavorezca a la eficiencia del desplazamiento en el del esfuerzo ejercido sobre las paredes y fondo del 2. La cementación continua de dos etapas, con am-espacio anular. pozo y de la presión de fractura, a fin de evitar en lo bas etapas cementadas en una sola operación posible el llegar a fracturar y tener pérdidas de cir- continua.No se debe perder de vista que el gasto máximo culación durante la operación.que puede darse con una bomba del equipo de 3. La cementación de tres etapas, donde cada eta-cementación que emplea una línea de alta presión Toda la información que se le suministra al sistema pa es cementada como una operación distinta.de 2 pulgadas de diámetro, es de aproximadamente y los datos reportados del proceso, se pueden al-7 bl/min y que cuando se requiere dar un gasto ma- macenar en un archivo binario o incluirlos en la base El tiempo de ejecución de la cementación por eta-yor se debe emplear una línea de mayor diámetro o de datos, según lo estime conveniente el usuario. pas, incrementa el tiempo- equipo. Como conse-tender dos líneas o más hasta la cabeza decementación. Para cada pozo es necesario efectuar el análisis del proceso de la operación de cementación primaria,El siguiente paso es efectuar el estudio hidráulico variando los parámetros factibles, como es el casode la operación de cementación. Se debe utilizar el del gasto, el diseño de la lechada, densidad demismo programa de cómputo, que se alimentará con lechada, las características reológicas del lodo, etc.la información de los parámetros reológicos y físi- a manera de poder contar con varias alternativas ycos que caracterizan a cada lechada y fluidos tales seleccionar la que favorezca más al pozo por cemen-como el fluido de control, frente lavador, frente tar. La alternativa que se seleccione deberá contarespaciador y fluido de desplazamiento. con el mejor diseño de lechada, la velocidad más baja de viaje de la lechada en el espacio anular conAl programa también se le suministra la información el menor gasto de bomba posible y estar lo más arri-del estado mecánico del pozo, aparejo de cemen- ba de la zona de transición del régimen laminar atación, gradiente de fractura del pozo o presión de turbulento; es decir, se debe tener la menor caídafractura de alguna zona débil, presión de poro alta de presión originada por la fricción con los fluidosque se tenga detectada durante la perforación. El que se están manejando en el pozo durante la ope-sistema efectúa el análisis de esfuerzos a que se verá ración de cementación primaria.sometido el pozo durante la operación de cemen- Figura 66.tación. Se debe tener especial cuidado de comparar El programa computarizado maneja de forma gráfica sensible a manejos inadecuados, sobre todo al en-continuamente las presiones de cementación en el para mayor apreciación, los principales parámetros de roscarlo cuando se instala en la tubería de revesti-fondo, contra la presión de fractura sobre la base control de la operación con 24 gráficas. Muestra el miento que se va a cementar y para su apriete, sedel gasto aplicado, recomendado por el estudio comportamiento del tiempo de bombeo contra: pre- sujeta con llaves de cadena sobre la sección de lasreológico. sión en la superficie, presión de fondo o camisas deslizables. Figura 65 Operación de cople por etapas.28 105
  • 29. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones recargarse en la parte baja del agujero y si no se presión de cementación, presión hidrostática anular, Características del pozo: cuenta con equipo eficiente de centrado, la calidad presión de fricción en el anular, presión hidrostática de la cementación será baja, hasta llegar a los coples. en tubería de revestimiento, presión de fricción en el Tipo de operación En estos pozos deben emplearse centradores sóli- interior de la tubería de revestimiento, densidad equi- dos que soporten perfectamente bien el peso de la valente, comparación de presión hidrostática en el D = Diámetro promedio de agujero, (pg) tubería, sin deformaciones ni cambio de posición, anular e interior de la tubería de revestimiento, com- H = Profundidad del agujero, (m) los centradores sólidos van integrados a la sarta de paración del valor de presión de fricción en anular y Te=Temperatura estática de fondo, (ºC) la tubería de revestimiento y no restringen el área en el interior de la tubería de revestimiento, gasto de Ángulo de desviación, en grados con respecto de flujo del anular. Por otra parte, propician una dis- entrada y salida, tirante en caída libre y la velocidad a la vertical tribución apropiada de la lechada alrededor de la de viaje de la lechada en el espacio anular; por otro Punto de desviación, (m) tubería, sobre todo en las zonas de interés. lado, estas mismas gráficas se obtienen, pero relacio- Manifestación de flujo de agua dulce, salada, nando estos mismos parámetros con el volumen de sulfurosa, gas, aceite, a la profundidad de, (m) No debe perderse de vista que el costo de los bombeo en sustitución del tiempo de bombeo. Pérdida de circulación, moderada, parcial, total, a la centradores sólidos es alto, por lo que se recomien- profundidad de (m) da su aplicación al centrado de la tubería en las zo- El sistema también obtiene una cédula de bombeo y rfc = Densidad de control, (gr/cm3) nas de interés. análisis, detallando en columnas, minuto a minuto, r = Densidad equivalente de fractura, (gr/cm3) toda la operación. Cabeza de cementación Características de la tubería que se va a cementar De igual forma, el sistema de cómputo proporciona Las cabezas de cementación son contenedores de un reporte integrado de tres secciones: la primera, D= Diámetro ( pg) acero de alta resistencia a la presión interna y a la contiene los datos del pozo, su ubicación y caracte- Gr=Grado Figura 63 Centrador sólido integral roscable. tensión, que albergan uno o los dos tapones infe- rísticas de la operación de cementación que se va a W= Peso, (lb/pie) rior y superior, un sistema mecánico o hidráulico efectuar; la segunda, contiene los principales Zapata tipo a la profundidad, (m)mento en el anular, y si no se logra la turbulencia a para soltar los tapones durante la operación de parámetros hidráulicos de la operación como son: Cople tipo a la profundidad, (m)gastos moderados, mejorar la eficiencia de colocación. cementación, en el momento que se requiera, sin presión máxima de cementación en el fondo, pre- Centradores: cantidad, marca, disposición en las parar la operación. Así no se da oportunidad a la cons- sión máxima en superficie, potencia hidráulica re- zonas de interés.En los agujeros direccionales y horizontales el cen- trucción de desarrollo de la fuerza de gel en el lodo, querida, tiempo total de operación, presión de frac- Cople de cementación múltiple: a la profundidad detrado de la sarta se torna más crítico debido a que, que afecta la eficiencia de la remoción, pues éste es el tura de la formación, gasto de desplazamiento o gas- (m), marca.por efecto de la gravedad, la tubería tiende a principal inconveniente del empleo de las cabezas de to de la lechada al salir ésta al espacio anular. Colgador T.R. corta: a la profundidad de (m), un solo tapón, y por lo cual se desecharon. Marca. La tercera sección presenta un listado de los materiales Conector complemento de T.R. corta, tamaño, Con la cabeza de doble tapón únicamente se sus- que intervienen en la operación de cementación, tales profundidad (m) pende la operación un instante para cambio de la como el cemento y los aditivos según diseño, volumen DTP = Diámetro de tubería de perforación (pg), peso línea de bombeo de la misma cabeza, lo cual no de lechada, volumen total de agua de mezcla, porcentaje (lb/pie) representa ningún problema. El sistema de libera- de exceso de la lechada, rendimiento de la lechada y el ción en la cabeza de doble tapón es el mismo que tiempo de bombeo de que se dispone. Tubería anterior en las cabezas de un solo tapón. D=Diámetro (pg) El procedimiento de operación del sistema compu- Gr=Grado Cementación en etapas múltiples tarizado se detalla en el manual del usuario. W=Peso (lb/pie) H=Profundidad (m) La cementación de etapa múltiple puede ser nece- Si se desea tener mayor información sobre cualquier saria por una gran diversidad de razones: parte del proceso de operación del simulador de Características del fluido de perforación cementaciones primarias, se deberá consultar el Base del fluido · Formaciones incapaces de soportar altas presio- Manual del Usuario. r = Densidad (gr/cm3) nes hidrostáticas, ejercidas por columnas largas Viscosidad (cp) de cemento. Procedimientos de diseño de gabinete Punto de cedencia (lb/100 pies2) · Zonas superiores que requieren ser cementadas con cemento de alta densidad, alta resistencia Obtención de datos Información adicional compresiva y sin contaminación. Cima del cemento (m) · Intervalos separados ampliamente, sin requerir Los datos que se deben obtener para efectuar el di- Zonas de interés localizadas (m) cemento entre ellos. seño completo de una cementación primaria son: Determinación de las bombas para efectuar el Figura 64 Cabeza de cementación de doble tapón.104 29
  • 30. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesdesplazamiento (las del equipo de perforación o las Con la capacidad del espacio anular entre tubería de ser acorde al tipo de válvula empleada. La veloci- Centradoresdel equipo de cementación) revestimiento y agujero por unidad de longitud (o dad de bajada debe ser lo suficientemente lenta para cualquiera de las capacidades que a continuación evitar la presión por irrupción. El equipo de flota- Una de las grandes necesidades en la tecnología deNúmero de etapas, primera con cima de cemento a se citan) se aplica la siguiente fórmula para determi- ción puede requerir un llenado más frecuente para las cementaciones es el centrado de las tuberías de____m., segunda con cima de cemento a ____m. nar el volumen en la longitud que se desea cubrir evitar el colapso de la tubería de revestimiento. revestimiento que se van a cementar, debido a la con cemento: falta de eficiencia en el desplazamiento del fluidoObtención del diámetro promedio del agujero Una vez que la tubería ha alcanzado la profundidad de control obtenido cuando no se tiene un centra- OW 9ROXPHQ = DSDFLGDG (. $. × /RQJLWXG D FXEULU P deseada, la unidad de sello y centradores del Stab- do aceptable de las tuberías, respecto a la geome- PEl diámetro promedio del agujero se define por medio in, se conectan a la tubería de perforación y se in- tría del pozo. En tuberías no centradas se presentande un registro de calibración reciente del pozo que se va En los casos en donde se aplique un porcentaje de troducen en la tubería de revestimiento. La tubería áreas restringidas al flujo, que se conservan en es-a cementar. Se consideran secciones en donde predo- exceso de lechada para compensar la falta de uni- de perforación se baja hasta la unidad de sello em- tas bolsas de lodo de alto grado de gelificación ymine cierto diámetro o dividiendo en secciones cortas formidad del diámetro del pozo, el porcentaje se potrada en el receptáculo. Se debe aplicar peso adi- con alto contenido de recortes. Cuando se coloca lade igual longitud, determinando en cada sección un diá- aplica únicamente al volumen de lechada calculado cional, al equipo que no contenga candado para con- lechada de cemento en estas áreas, las bolsas demetro promedio o predominante. del espacio anular entre tubería a cementar y el agu- trolar las fuerzas que tratan de desconectarlo mien- lodo no son removidas, aunque el cemento viaje en jero descubierto. tras se está cementando la TR. La máxima fuerza de régimen turbulento. Esto se manifiesta en la eva-Otro procedimiento es tomar el diámetro de la ba- desunión puede estimarse multiplicando la máxima luación de las cementaciones como canalizacionesrrena y adicionar un porcentaje de exceso que va- Además se calcula el volumen de lechada que que- presión de bombeo esperada, por el área de la uni- de lodo en el cuerpo del cemento. La eficiencia delriará en función del tipo de formación del 10 al 50%, da dentro de la tubería de revestimiento, del cople a dad de sello. Una regla simple que generalmente desplazamiento es la relación del fluido que está enpara rocas compactas a poco consolidadas, respec- la zapata, empleando la siguiente fórmula: dará el peso adecuado de tubería, es aplicar el ma- movimiento mientras se circula, con respecto al vo-tivamente. yor peso de lo siguiente: 15,000 lb, o 2,000 lb por lumen total de fluido en el pozo. Hay varios factores 9ROXPHQ = DSDFLGDG ,QWHULRU 7 .5. OW × /RQJLWXG HQWUH FRSOH ]DSDWD cada 100 pies de profundidad. Para obtener este que afectan la eficiencia del desplazamiento duran- PCálculo del volumen de lechada necesario para la peso puede ser necesario el uso de tubería te el proceso de la cementación primaria.operación de cementación primaria En muchos casos, el cemento cubre toda la longitud lastrabarrena o tubería de perforación pesada. Las del agujero y un traslape entre la tubería por cementar unidades de sello con candado, incluyen un meca- Entre éstos se puede citar la falta de acondiciona-El volumen de la lechada es una función directa de y la última tubería cementada, como es el caso de la nismo de candado adicional, para contrarrestar la miento del pozo y del fluido de control, el acondi-la geometría del pozo, del diámetro de la tubería que cementación de tuberías de revestimiento cortas. Al- fuerza de liberación, por lo que no se requiere de cionamiento de la lechada y de los frentes lavador yse va a cementar y de la longitud de espacio anular gunas tuberías superficiales se cementan hasta la su- peso adicional; sin embargo, generalmente se re- espaciador, tendientes a entrar en turbulencia a gas-por cubrir. perficie; otras superficiales e intermedias se cemen- quiere de rotación para salirse del candado. tos de bombeo bajos o moderados, debido a que tan en parte de la longitud entre tuberías. En estos en turbulencia se efectúa un barrido más eficienteCon el diámetro promedio del pozo, determinado casos el volumen de lechada entre tuberías, se debe La sarta de perforación está aislada en el interior de del lodo durante el proceso de colocación del ce-de acuerdo con el punto anterior, y el diámetro ex- calcular con el diámetro interior de la tubería la tubería de revestimiento, del bombeo y la pre-terno de la tubería que se va a cementar, se puede cementada con anterioridad y el diámetro exterior de sión hidrostática generada mientras se cementa. Secalcular la capacidad del espacio anular por unidad la tubería por cementar, con la siguiente formula: debe tener cuidado de no generar presiones dife-de longitud, por medio de la fórmula: renciales que puedan exceder la resistencia al co- 9ROXPHQ = DSDFLGDG HQWUH WXEHUtDV OW × /RQJLWXG D FXEULU P lapso de la tubería revestidora, para lo cual debe P aplicarse presión al interior del revestidor mediante 2 [ 2 ] 9ROXPHQ = 0.785 × $JXMHUR − ([W .7XER × K El volumen de lechada por emplear es la suma de el uso de una cabeza de empacamiento. los volúmenes calculados, según el caso. A continuación se enlistan algunas de las razones yEn el caso de otra tubería cementada con anteriori- Definición de la densidad de la lechada beneficios para el empleo del equipo Stab-in:dad en la sección que se cubrirá con cemento, sedebe emplear para el cálculo el diámetro interno de La densidad de la lechada debe ser, invariablemen- · Principalmente se reduce el volumen y tiempola tubería ya cementada y el diámetro externo de la te, un poco mayor que la densidad del fluido de per- de desplazamiento.tubería por cementar y así calcular el volumen co- foración para mantener el control del pozo. · Evita el derrame de lechada en exceso duranterrespondiente a esta parte. el desplazamiento. La densidad del fluido de perforación está directa- · Reduce el tiempo de operación de la cementa-La ecuación dimensional está en función del siste- mente ligada a la presión de fractura de la forma- ción.ma de unidades que se esté trabajando. ción y a la existencia de zonas de presión anormal o · Ocurre menor contaminación debido al área re- existencia de zonas débiles, por lo cual, la densidad ducida y régimen turbulento en la tubería de per-También se obtienen estos valores empleando una de la lechada no puede diferir drásticamente de este foración.tabla de volúmenes de las compañías de servicio. juego de presiones. Figura 62 Centradores de flejes.30 103
  • 31. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesun 10 % mayor que el área inferior. Las fuerzas • Los materiales para pérdida de circulación pue- La diferencia de densidades entre la lechada de ce- Agua de mezcla = 1,860 sacos x 26 lt/saco = 48,360que actúan para operar el pistón son producidas por den tender a un llenado lento o a evitarlo, lo cual mento y el fluido de perforación generalmente está lt= 48.36 m3la presión hidrostática, que actúa sobre las áreas puede incrementar la irrupción o a conducir al en el orden de 0.1 a 0.4 gr/cm3.superior e inferior. Debido a que el área superior es colapso. Puede ser necesario el monitoreo del Asumiendo que del estudio de laboratorio se obtu-más grande, se requiere de menor presión para ba- indicador de peso y circulación periódica. Cálculo de cemento, agua y aditivos vo el siguiente diseño:lancear las fuerzas a través del pistón. Cuando la • La desviación de los agujeros y tamaños de las Los porcentajes son por peso de cemento.presión de arriba (hidrostática de la tubería de re- tuberías de revestimiento pueden imposibilitar La cantidad de cemento idónea para obtener el vo- Agente de control de filtrado 0.6 % 558 kgvestimiento) excede el 90 % de la presión de abajo, lumen de lechada necesario, se calcula sobre la base Agente fluidizante 0.4 % 372 kg.(hidrostática del anular), el pistón se deslizará hacia del rendimiento que se obtiene de cada saco de ce- Antiespumante 0.2 % 186 kgabajo para parar el llenado. Igualmente, cuando la mento. Se debe considerar el diseño por medio de Retardador del fraguado 0.4 % 372 kgpresión de abajo excede el 90 % de la presión de un balance de materiales, como se presenta en el Agente de control de migración de gas 1.0 % 930 kgarriba el llenado se reanuda. Este ciclo se repite con- siguiente ejemplo: Peso de la mezcla sólida en seco 127.968 tontinuamente a medida que baja la tubería. Sin em-bargo, el ciclo no puede empezar hasta que la pre- Si la densidad del fluido de perforación es igual a Cálculo del tiempo de mezcladosión hidrostática es suficiente para superar las pér- 1.70 gr/cm3 y la temperatura estática del fondo, esdidas de presión por fricción. Cuando se emplean mayor de 100ºC, se emplea una densidad de lechada Suponiendo que únicamente se emplee una lechada,dos válvulas, la superior interpreta la presión regu- de 1.93 gr/cm3. con dos frentes de 4 m 3 cada uno, lavador ylada por la válvula inferior y el efecto combinado separador, asumiendo una velocidad de mezcladodebe resultar en un 81 % de llenado. H6U@SD6G Q@TP 6BV6 S@I9DHD@IUP normal de una tonelada por minuto, se tiene un tiem- Ft y‡ y‡†hp‚ po de mezclado de 128 minutos, para preparar y 8@H@IUPÃ8G6T@ÃCà $ ÃÈÃÃÃÃà ( $La válvula de charnela inoperante puede ser con- Figura 61 Equipo de cementación Inner-string. C6SDI6Ã9@ÃTDGD8@Ã$È ÃÃà $ #ÈÃÃÃÃÃÃà ÃÃ%% bombear al pozo las 128 toneladas de producto seco,vertida para empezar a funcionar como válvula TVH6Ã9@Ã6BV6 ÃÃÃ!% ÃÃÃÃÃÃÃÃÃÃÃÃÃ!% !% este tiempo de mezclado tan prolongado, denota laflotadora en cualquier momento. La conversión de el uso de bolas activadoras pesadas. Algunos fa- TVH6ÃUPU6G ÃÃÃ($ ## necesidad de utilizar dos unidades de cementar conla mayoría de las válvulas requiere del viaje de una bricantes ofrecen bolas guiadas para desviacio- Tabla 3 lo que el tiempo de mezclado se reduce aproxima-bola, y opera en la forma descrita para el equipo de nes sobre los 20°; otros, trampas para las bolas damente a una hora o mezclar con centrífuga y des-orificio de llenado. La circulación previa al lanzamien- y bolas precargadas, las cuales deben operar en tinar las dos bombas de desplazamiento positivo ato de la bola puede ayudar a limpiar el asiento de la cualquier desviación; sin embargo, la circulación De este balance de materiales se desprenden los si- mandar lechada al pozo tendiendo doble línea de 2válvula de desechos sólidos. Para verificar la pre- debe evitarse antes de colocar la bola en su asien- guientes parámetros: pg. de la unidad de cementar al pozo, o una solasión de actuación apropiada, la bola debe caer y to. La máxima desviación de operación debe ser línea de 3 pg, con esto también se reduce el tiempo 3HVR 93.5NJposicionarse en su asiento antes de iniciar el bom- proporcionada por el proveedor. HQVLGDG= = = 1.93JU / FP3 de mezclado aproximadamente a 90 minutos porbeo. La presión requerida de activación de la mayo- • Equipo de Cementación denominado Inner String 9ROXPHQ 48.4OW mezclar aproximadamente 2 ton/min., la línea de altaría de las válvulas está generalmente entre 500 y o Sarta Interior. presión de 2 pg de diámetro, es capaz de manejar800 psi. Debido a que la bola es eliminada, una za- Rendimiento 48.4 lt/saco aproximadamente hasta 7 bl/min.pata y un cople pueden ser usados y ambos ser ac- Es una técnica típicamente usada con tuberías de Agua = 26 lt/sccionados con una sola bola. Una zapata de orificio, revestimiento de diámetro grande, en donde la sar- Volumen de los frentes lavador y separadortambién puede ser usada debajo de un cople dife- ta de la tubería de perforación es colocada dentro Cálculo del requerimiento de materialesrencial, siempre que la bola activadora sea compa- de la sarta de la tubería de revestimiento como un El objetivo principal de emplear un frente lavador estible con ambas unidades, o el orificio pueda ser conductor para bombear fluidos de la superficie al Suponiendo que se deseara tener un volumen de dispersar el lodo de perforación del espacio anular.abierto con flujo. anular entre las dos sartas (anular con la tubería de lechada de 90,000 lt con características apropiadas Para lograrlo se incorpora al flujo el fluido floculado revestimiento). El equipo de cementación con sarta para obtener un flujo turbulento o poder desplazar que se encuentra depositado en regiones del anularLas siguientes son algunas orientaciones adiciona- interior (Figura 61) proporciona un medio para reci- al mayor gasto posible. en donde no exista circulación. Si no se centra lales y precauciones. bir y sellar la tubería de perforación pozo abajo. tubería que se va a cementar, o si se desprende gran Este equipo también es conocido como equipo Empleando los datos de la lechada a usar, determi- parte de la película de lodo (enjarre), generalmente• Para reducir el desgaste de la válvula flotadora Stab-in, y está generalmente disponible con recep- nados en el balance de materiales se tiene: la densidad del frente lavador es igual a la del agua durante largos periodos de circulación, y de acon- táculo de candado y sin éste. Las zapatas y coples o muy próxima. Volumen de lechada lt 90,000 lt dicionamiento, la operación de conversión pue- son básicamente versiones grandes de los tipos pre- Núm. sacos de.cemento = = = 1,860 sacos Rendimiento lt/saco 48.4 lt /saco de ser demorada hasta justo antes de bombear viamente discutidos, con la adición de un receptá- Otros de los objetivos de emplear un frente el cemento. culo de sello y superficie biselada. Las medidas más Peso de cemento = 1,860 sacos x 50 kg./saco = separador es levantar el lodo dispersado por el fren-• A causa de las restricciones en las vías de llena- comunes son en tuberías de 10 ¾ pg y mayores. 93,000 kg = 93 ton. te lavador eliminándolo del espacio anular por cu- do, la tubería de revestimiento debe bajarse a Harina sílica 1,860 sacos x 17.5 kg./saco = 32,550 kg brir con cemento, en función a su viscosidad; tam- velocidad moderada (generalmente 2 pies/segun- En las operaciones de introducción de la tubería de = 32.55 ton bién separar el fluido de perforación de la lechada do) para reducir la presión de irrupción. revestimiento, la velocidad con la que se baje debe102 31
  • 32. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesde cemento, ya que su incompatibilidad normal pue- Muchos de los espaciadores o separadores entran El equipo de auto llenado es recomendado, cuando la de la tubería de revestimiento. La mayoría de las uni-de originar alta viscosidad e, inclusive, un problema en flujo turbulento a velocidades de bombeo meno- carga al gancho de la polea viajera no sea de impor- dades de llenado diferencial (zapatas o coples), man-de fraguado prematuro o de no fraguado, depen- res que las lechadas de cemento; es decir que en tancia, o cuando las condiciones del agujero puedan tendrán la tubería de revestimiento aproximadamen-diendo de la base del lodo, de las sales que conten- muchos, a las velocidades de bombeo que se pro- estar deterioradas. Se requiere entonces de la circula- te a un 90 % de su capacidad con respecto al nivel delga y del porcentaje de contaminación. grama el desplazamiento de la lechada, el frente separador ya está en régimen turbulento y se alejaLos frentes separadores son diseñados cuidadosa- más de la zona de transición del régimen laminar amente en cuanto a sus propiedades reológicas, pér- turbulento. En otros casos no adquiere el régimendida de filtrado y densidades. Su densidad siempre turbulento, aunque en realidad esto no es necesariose procura que sea un poco mayor que la densidad para que cumpla con su objetivo ya que su diseñodel fluido de perforación y menor de la densidad de está dirigido a evitar la digitación de los fluidos enla lechada de cemento. Es práctica común de cam- contacto y levantamiento de los sólidos que com-po adecuarla a la media aritmética de la diferencia ponen el lodo de perforación. De cualquier manera,de densidades del lodo y lechada. se prefiere que el espaciador entre en turbulencia debido a que mejora la eficiencia del desplazamien-Si el fluido de perforación es a base de aceite, to del lodo y ayuda al desprendimiento del enjarre.ambos frentes deben ser diseñados especialmentepara que tengan la capacidad de eliminar la pelí- Régimen de bombeo de la lechada de cemento du-cula de aceite que cubre las paredes de la forma- rante su desplazamiento al espacio anularción y de la tubería que estará en contacto con elcemento. De acuerdo con los estudios reológicos de investi- gación tendientes a mejorar la eficiencia del despla-Ambos frentes, lavador y separador, deben ser com- zamiento del fluido de perforación del espacio anu-patibles, tanto con el fluido de perforación como con lar, los frentes lavador-separador y las lechadas dela lechada de cemento. Esto se prueba en el labora- cemento deben estar en régimen turbulento. En don-torio antes de emplearse en los pozos. de no sea posible lograrlo, debido a la geometría del Figura 60 Operación de Válvula Diferencial. pozo, diámetro de la tubería o al límite de presión deEstudios experimentales en los laboratorios de fractura de la formación, se debe desplazar al mayor Figura 59 Zapata y cople de llenado diferencial.reología, las prácticas de campo y consideracio- gasto posible. fluido en el anular. Cuando ambos, zapata y cople, sonnes económicas han mostrado que los volúme- ción en sentido inverso y de la habilidad para correr la usados, la tubería de revestimiento debe permanecernes que se van a emplear deben cubrir, cada uno, También se ha establecido en las investigaciones tubería de revestimiento tan rápido como sea posible. aproximadamente a 81 % de su llenado.un mínimo de 300 metros lineales del espacio anu- reológicas que para tener una buena eficiencia en el Las válvulas de charnela y la de acción vertical no selar en diámetros grandes, y 400 m. en diámetros desplazamiento del fluido de perforación del espacio recomiendan para usarse con fluidos de perforación El equipo de llenado diferencial a menudo es usadomenores. anular durante las cementaciones primarias, las que contienen grandes concentraciones de materia- sobre sartas largas para reducir la presión de irrup- lechadas deben viajar a una velocidad mínima de 80 les obturantes para controlar pérdidas de circulación. ción y la posibilidad de daño a la formación, lo cualRégimen de bombeo del frente lavador y del frente m/min y, donde no sea posible dar esta velocidad, se El uso de muchos raspadores reciprocantes y otros normalmente está asociado con el equipo de flota-separador recomienda desplazar a la mayor velocidad posible. adicionantes externos pueden incrementar la resisten- ción. Este equipo ahorra tiempo de introducción, lo cia al flujo en el anular y causar sobre flujo. que disminuye la posibilidad de pegaduras. RegulaLos frentes lavadores son fluidos newtonianos que La reología de la lechada se puede modificar por el nivel del fluido, reduce la función de carga al gan-exhiben una relación constante entre el esfuerzo cor- medio de aditivos químicos, con el fin de adecuar Otro fenómeno es el súbito paro durante la intro- cho y evita el sobre flujo, dado que el anular no estátante aplicado al fluido y la velocidad de corte. Esta los valores de sus parámetros a las características ducción de la tubería; estos paros deben ser evita- restringido. La circulación puede establecerse enrelación se denomina viscosidad plástica. Estos flui- que se consideren más apropiadas para cada traba- dos para evitar la conversión prematura de la válvula. cualquier dirección sin daño a la válvula. La válvulados, como el agua o la gasolina, tienen la particulari- jo de cementación primaria en particular, pero siem- resumirá la operación cuando el nivel del fluido den-dad que a bajos gastos de bombeo entran en flujo pre buscando la mayor fluidez posible sin que se Equipo de llenado diferencial tro de la tubería de revestimiento y en el espacioturbulento. presente asentamiento de sólidos y liberación de anular adquiera la diferencial de diseño. La válvula agua, lo cual está asociado. Las zapatas y coples de llenado diferencial combi- diferencial típica regula el llenado a través de la ac-Los frentes separadores generalmente tienen un nan los beneficios del equipo de flotación y el de ción de un pistón de flotación diferencial (figura 60).comportamiento de fluidos no newtonianos simila- Con las lecturas obtenidas en el viscosímetro rotacional auto llenado. (Figura 59).res a las lechadas de cemento. Su viscosidad es una de 300, 200, 100, 6 y 3 rpm más la densidad de El pistón se desliza hacia arriba para abrir y haciafunción de la velocidad de corte y también del es- la lechada y la geometría del pozo, el sistema Estos equipos están diseñados para llenarse abajo para cerrar. Está diseñado de tal forma quefuerzo cortante. computarizado para el estudio reológico determina los automáticamente y regular el nivel del fluido dentro el área superior presurizada es aproximadamente32 101
  • 33. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesdas en el equipo de flotación; sin embargo, las vál- El equipo de autollenado debe bajarse para que fun- parámetros que caracterizan cada lechada con su aco- 93 = 9vi€r‡…‚Ãr‘‡r…‚ÃqrÃyhLjir…thÃhÃpr€r‡h…ÃÈytvulas de contrapresión se modifican a una posición cione como una válvula de contrapresión direccional plamiento al pozo, hasta llegar a determinar la veloci- R = ÃBh†‡‚É‚yˆ€p‡…vp‚ÃÃiy€vˆ‡‚de abierto para permitir el llenado y la circulación o válvula flotadora. La conversión generalmente es dad de la lechada en el espacio anular y el gasto de W = ÃWry‚pvqhqÃ…‚€rqv‚ÃyvrhyÃÃvr††rtinversa (figuras 57 y 58). El llenado continuo de la ejecutada después de que la tubería de revestimien- bombeo que se debe efectuar para tener esa velocidad. = Ã9r†vqhqÃqryÃsyˆvq‚ÃÃyiÀh†hthytubería de revestimiento ahorra tiempo y reduce la to se coloca a la profundidad programada; pero tam- bién puede ser convertida mientras se está corrien- Las principales fórmulas empleadas en los cálculos La pérdida de presión debida a la fricción se calcula do para prevenir o para controlar la carga al gancho son: con la siguiente formula: de la polea viajera. Para prevenir la introducción sin γ = 1. 7023 × 1 s ρGW 2 control, la máxima velocidad del flujo de entrada a donde: ∆Q = 0.03875 τ = 0.01065 × θ 9( la tubería puede ser limitada por el gasto de admi- 16 sión de ciertas válvulas. γ = 9HORFLGDG GH FRUWH, V −1 s = I 5H JHQ 1 = 9HORFLGDG GHO YLVFRVtPHWUR HQ USP Válvulas de charnela u orificio de llenado q‚qr : τ = (VIXHU]R FRUWDQWH OEI / SLH 2 s = Ahp‡‚…ÃqrÃs…vppvyÃqrÃAhvtÃÃhqv€r†v‚hy Estas válvulas son convertidas por la expulsión del θ = /HFWXUD GHO YLVFRVtPHWUR HQ JUDGRV LQVWUXPHQWR G = G‚tv‡ˆqÃrÃryÃhˆyh…Â…Ãpr€r‡h…ÃÃvr† tubo de orificio, permitiendo al resorte de carga ce- = Qp…qvqhÃqrÃ…r†vyÃƒ‚…Ãs…vppvyÃÃyiÃsˆr…“hƒˆyt ( = + − S Q rrar la charnela de la válvula. (Figura 57). Esta ope- Figura 57 Zapatas de llenado automático. ración normalmente requiere del uso de pequeñas Donde Tabla de correspondencia de valores de n´ y el Nú- bolas metálicas que viajan al fondo. ( = GLiP. KLGUiXOLFR HQ HO DQXODU SJ mero de Reynolds Crítico para fluidos en Ley de Po- Para ahorrar tiempo, la bola es generalmente lanza- + = GLiP. GHO DJXM. R LQW. GH WXE. H[W SJ tencia. da dentro de la tubería de revestimiento, permitien- 3 = GLiP. H[W. GH WXE. SRU FHPHQWDU SJ do que caiga libremente, mientras se conectan e in- Rango de n´ de: A No. Reynolds Crít. troducen los últimos cinco tramos de tubería de re- • Comportamiento en ley de potencia 0.95 1 3,000 vestimiento. La velocidad de caída libre se estima 0.85 0.94 3,100 en 61 m/min. Cuando la lechada tiene un comportamiento como 0.75 0.84 3,200 Ley de Potencia, la mejor línea recta deberá ser tra- 0.65 0.74 3,300 La bola puede ser bombeada al fondo; sin embar- zada a través de los puntos de los datos calculados go, debe posicionarse mientras se bombea; la con- en la gráfica logarítmica, de la velocidad de corte 0.55 0.64 3,400 Modo de llenado (El Presión de Bomba Aplicada Posición de soporte de presión versión puede ocurrir sin ninguna indicación en el contra el esfuerzo cortante. 0.45 0.54 3,500 manómetro. De otra manera, con la bola apropia- Parámetros generalizados η’ , κ ’ 0.35 0.44 3,600 Fluido entrando) (Liberación de balines) inferior Figura 58 Válvulas tipo movimiento vertical. damente situada, el tubo de orificio puede ser des- η’ =η 0.25 0.34 3,700 cargado por la aplicación de 300 a 800 psi, depen- 0.00 0.24 3,800 . ’ = .  3η + 1 ηpresión de irrupción asociada con el equipo de flo- diendo del fabricante de la válvula. Algunos fabri-tación. Las válvulas son usualmente diseñadas para cantes indican un gasto de flujo opcional, para con- J  4η   F  Tabla 4.reducir el sobre flujo del fluido de control en la tu- vertir la válvula sin el empleo de la bola. Esta opción RQGH :bería de revestimiento mediante la regulación de la es de mayor aplicación cuando la desviación del agu- η = ËQGLFH GH FRPSRUWDPLHQWR GH IOXMR DGLPHQVLRQDO Gasto de bombeo mínimo para estar en régimen tur-velocidad de llenado para una velocidad de intro- jero es superior de 30°, debido a que se presenta la η ’ = 7pUPLQR JHQHUDOL]DGR DGLPHQVLRQDO bulentoducción dificultad de posicionar la bola apropiadamente. . ’ = 7pUPLQR JHQHUDOL]DGR HQ OE IXHU]D VHJη ’ / SLH2 1 = 0.05828( 9 − 9 2 2 I ) F (96 / ’ 9@ )η ’  2−η ’  Sr p…v‡ R€v 1.86 ρ C QA una velocidad promedio de introducción de la tu- La válvula de acción vertical o válvula de tapón   FÃ2Ãt FÑÃv‡r…prƒpvybería de un tubo por minuto, el nivel del fluido en el FÃ2ÃˁqvprÃqrÃp‚†v†‡rpvhÃqryÃsyˆvq‚ÃDi€Ã†rt Q ÃÃvr q‚qr :interior de la tubería de revestimiento debe perma- El resorte de carga que actúa sobre el tapón para R€v = Bh†‡‚ÃqrÃi‚€ir‚Àtv€‚Ãh…hÃsyˆw‚Lj…iˆyr‡‚Ãiy€vˆ‡‚ tFÃ2ÃAhp‡‚…ÃqrÃp‡‡rÃVv‰r…†hyÃ! #ÃrÃDi€ƒvrÃÃDisˆr…“hÆrtnecer uno o dos tubos abajo del nivel anular. Los sostenerlo en posición de abierto y permitir el lle- I SrÃp…v‡ = I~€r…‚ÃqrÃSr’‚yqÃ8…t‡vp‚Ãtrr…hyv“hq‚Ãhqv€r†v‚hysobre flujos aún pueden ocurrir si se excede la re- nado de la TR. El tapón es liberado para impedir el Número de Reynoldssistencia de flujo anular y la resistencia interna al flujo en sentido inverso, y establecer un mínimo de 1086 W 2−η ’ρ Comportamiento en plástico Binghamflujo de la válvula. Esta condición es más probable gasto a través de la válvula. El gasto mínimo está I Sr tr = η’ F ’(96 / 9 )que ocurra en condiciones de agujero esbelto, o cuan- generalmente entre 4 y 8 bl/min. Los coples de vál- Cuando la lechada tiene un comportamiento como @ phypˆyh…ÃW Ȇhq‚Ãyh ÃrpˆhpvyÃ†vtˆvr‡r)do los agujeros presentan cavidades puenteadas y vula de acción vertical están diseñados para retener un plástico de Bingham, la mejor línea debe ser Rrestricciones al flujo en el anular. Para remover o para el mecanismo de viaje. Así dos unidades de válvulas W = 17.16 × trazada a través de los puntos de los datos en la (9 2 − 9 2 )desprender materiales adheridos, la válvula permite de acción vertical (zapata y cople) pueden ser usados gráfica lineal de la velocidad de corte contra el C Q 9‚qr :la circulación en cualquier dirección. para proporcionar un seguro de sello adicional. esfuerzo cortante. I SrÃtr = I~€r…‚ÃqrÃSr’‚yqÃtrr…hyv“hq‚Ãhqv€r†v‚hy100 33
  • 34. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesDebe obtenerse la pendiente y la interceptación de O de la misma gráfica distinguiendo las zonas en A pesar de estos trabajos iniciales, el desplazamiento da y son el producto de la inercia y la resistencia alla línea a la velocidad de corte igual a cero. El cruce función del Número de Reynolds. del lodo permanece como sujeto de muchos traba- flujo del fluido desplazado. Las presiones de irrup-de la línea es el esfuerzo cortante de cedencia de la El Número de Reynolds Crítico se lee en la gráfica jos teóricos y experimentales actuales, esto se debe, ción combinadas con las diferenciales hidrostáticaslechada, la pendiente de la línea es usada para cal- en el punto de intersección como se indicó con an- en parte, al incremento de la complejidad del pro- pueden exceder la resistencia al colapso de la tube-cular la viscosidad plástica de la lechada por medio terioridad. blema (pozos más profundos, pozos direccionales, ría de revestimiento o la presión de fractura de lade la siguiente relación: El gasto mínimo para obtener flujo turbulento se de- etcétera). formación. Esto causa pérdidas de lodo o daño per- termina con la siguiente relación: manente a la formación. Adicionantes externos ta- η = J F × ( SHQGLHQWH) Sin embargo, la mayor dificultad surge del factor les como los centradores y raspadores reciprocantes GRQGH : Cálculo del tiempo de desplazamiento de la que ambas aproximaciones experimentales y teóri- pueden incrementar la resistencia al flujo y deben lechada cas presentan severas limitaciones. Un primer lo- ser considerados cuando se determine una veloci- η = 9LVFRVLGDG SOiVWLFD OEPSLHVHJ gro a la aproximación teórica parece más atractivo dad de introducción segura.Número de Hedstrom 4 PLQ = 0 . 09348 ( + − 3 )1 Re . FULW η ’ ..... EO / PLQ debido a que hay mayor retro información asociada ρ con los mecanismos experimentales. Las velocidades de introducción crean velocidadesEl Número de Reynolds y el Número de Hedstrom 4 de flujo anular aceptables durante la perforación yson definidos por las siguientes relaciones: 9 = Los volúmenes grandes, además del bombeo y des- son, generalmente; consideradas seguras. La ecua- DSDFLGDG HVS . DQXODU plazamiento del cemento, tienden a causar desgas- ción derivada del modelo plástico de Bingham pue- ρ tes excesivos e incrementan la frecuencia de fallas de ser usada para estimar una velocidad de intro- I Re ’ = 0.6234 9(W GRQGH η 9 9HORFLGDG HQ HO DQXODU SLHVPLQXWR del equipo de flotación. ducción máxima segura a una profundidad en par- τ 2 ρ I +H = 1.6714 9( DSDFLGDG HQ HO HVSDFLR DQXODU EOSLH ticular. Los efectos de anormalidades del pozo y η 2 Después de que el cemento es desplazado, la vál- agregados externos son despreciados. El flujo tur- : q‚qr Para obtener el tiempo de desplazamiento de la vula de flotación debe evitar el flujo de regreso a la bulento es asumido y un factor de fricción en el peor = I~€r…‚ÃqrÃSr’‚yqÃh…hÃyi†‡vp‚†Ã7vtuh€ÃÃhqv€r†v‚hy I 5H lechada al espacio anular, se procede a calcular el tubería de revestimiento. La falla de la válvula de de los casos de 0.03 debe ser usado. = I~€r…‚ÃqrÃCrq†‡…‚€ÃÃhqv€r†v‚hy I +H volumen de la tubería de revestimiento que se está flotación se manifiesta en la presión de superficie y = @†sˆr…“‚Ãp‚…‡h‡rÃqrÃprqrpvhÃÃyiÃsˆr…“hƒvr 2 2 2 cementando, sin considerar el volumen del cople a necesariamente debe ser contenida. Por otra parte, Vp = [25.6*Ps*(Dh-Dp) / (f*L*r)] * [(Dh /Dp )-1] η = 93 = 1.5 (θ 300 − θ 100 ) la zapata. El volumen determinado por desplazar se la aplicación de presión en la superficie es indesea- maneja generalmente en unidades inglesas de cam- ble debido a que ésta expande a la tubería de re- Donde: τ = 3 = θ 300 − 93 po barriles (un barril=159 litros), para facilitar el vestimiento en el periodo de endurecimiento del ce-donde: cálculo y la operación, ya que el equipo de mento. Cuando la presión es descargada, la tubería Vp = Velocidad máxima de la introducción de la cementación tiene cubicadas las cajas de fluidos en se contrae a sus condiciones normales de diámetro tubería para prevenir daño a la tubería y a laPC = Punto de Cedencia........( lbf/100 pie2) barriles (de 10 o 18 barriles por caja) y las tablas de causando una micro separación anular entre la tu-VP= Viscosidad Plástica en.....( cp ) volúmenes manejan bl/pie, m 3 /m y el gasto bería y el cemento. Aunque pequeña, la separación formación. volumétrico de las bombas se maneja en bl /min. anular compromete el aislamiento de las zonas. f = 0.03 (factor de fricción del lodo)Cálculo de la pérdida de presión por fricción L = Profundidad (pies) Por lo tanto, el tiempo de desplazamiento de la Otras razones para seleccionar una válvula de flo- r = Densidad ( lb / gal)En la gráfica que relaciona al Número de Reynolds lechada se obtiene de la siguiente relación: tación:con el Factor de Fricción de Fanning y el Número de Dh = Diámetro del agujero (pg)Hedstrom, así como el punto de transición del régi- · Son más simples, no requieren viajes adiciona- Dp = Diámetro de la tubería ( pg)men laminar a régimen turbulento, se toma como el Determinación del tiempo de fraguado les para iniciar la función de la válvula de contra- Ps = Es el menor de Psf o de Psc (psi)punto de intersección de la línea de flujo laminar dado presión. Psf = 0.5*L(Gf - 0.052*r) protección a la(línea del Número de Hedstrom) y la línea oscura Tdesplazamiento= Volumen de t.r. bl/Q.bl/min. · Debido a que todos los fluidos desplazados de-gruesa (curva para flujo turbulento de fluidos newto- ben circular por el anular hasta la superficie. El formaciónnianos). Detrás de esta intersección, el factor de fric- donde lodo puede ser agitado y acondicionado más con- Psc = 0.5(Pscm -0.052 *r) Protección a la tuberíación deberá leerse de la curva de flujo turbulento tinuamente. Gf = Gradiente de fracturapara fluidos newtonianos. Con el factor de fricción T=tiempo de desplazamiento .....minutos. · Los pozos desviados pueden ser más claramen- Pscm= Resistencia mínima al colapso de la tuberíadeterminado de la gráfica, la pérdida de presión de- te indicados y controlados.bido a la fricción deberá calcularse, usando las El tiempo de fraguado se debe ajustar empleando · La tubería de revestimiento puede ser llenada con (psi)ecuaciones para ambos flujos laminar y turbulento, un agente retardador o un acelerador dependiendo un lodo limpio bien acondicionado para lacon la relación: del tiempo necesario para efectuar la operación cementación. Equipo de llenado automático completa de cementación, que comprende: el tiem- 16 Las zapatas y coples de llenado automático contie- I = po para preparar y bombear la lechada al pozo, asu- Las presiones de irrupción son generadas cada vez 1 Re. ’ miendo una velocidad de mezclado de una tonela- que la tubería de revestimiento es levantada y baja- nen válvulas de contrapresión similares a las usa-34 99
  • 35. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones pezar el acondicionamiento del pozo, para lo cual da de mezcla seca por minuto, en todas las Aditivos para el control de filtrado se circula, por lo menos, un volumen equivalente a cementaciones primarias, excepto la cementación la capacidad del agujero; sin embargo, para optimar de la tubería conductora donde la velocidad de mez- Cuando las lechadas son expuestas a presión du- las condiciones del agujero y del lodo para efectos clado es de 0.5 a 0.75 toneladas por minuto; el tiem- rante el desplazamiento a zonas permeables, ocu- de la cementación, algunos programas de perfora- po para soltar el tapón ciego de limpieza y el tiem- rre un proceso de filtrado: la fase acuosa escapa de ción requieren circular el volumen indicado. El prin- po para efectuar el desplazamiento al gasto de bom- la lechada a través de los poros de la formación, lo cipal objetivo de un trabajo de cementación prima- beo determinado en el análisis hidráulico, más un que origina, por una parte, daño a la formación y, ria es proporcionar un aislamiento completo y per- factor de seguridad de una a una y media horas, por otra, que las características reológicas de la manente a las zonas permeables localizadas atrás debido a la variación en la respuesta que los ce- lechada cambien drásticamente, hasta el extremo de la tubería de revestimiento. Para lograr este ob- mentos presentan a los aditivos. de producir problemas como no poder bombear o jetivo el lodo de perforación y los frentes de lavado un empacamiento de sólidos en el frente de la re- y espaciador deben ser completamente removidos Aditivos para el control de agua libre gión permeable y arriba de ésta. Por esta razón es Figura 56 Equipo de flotación. del anular y el espacio anular debe ser entonces lle- importante controlar el filtrado de las lechadas de nado completamente con la lechada de cemento. Los principales agentes de control de agua libre cemento. Una vez colocado el cemento en su lugar éste debe son aditivos cuyo objetivo principal no es el con-autollenado, debido a su gran espacio interior que endurecer y desarrollar las propiedades mecánicas trol del agua libre. Actúan adicionando agua a sus Los mecanismos exactos y actuales de trabajo depermite el paso de componentes de los coples de necesarias para mantener la vida productiva del moléculas, como una de sus características de los agentes de control y regulación del filtrado sonautollenado, al convertirlos a sistema de válvula de pozo. De tal manera que una buena remoción del comportamiento en las lechadas de cemento, con poco entendibles. Pero si al iniciarse el proceso decontrapresión. lodo y una apropiada colocación de la lechada son lo cual evitan que las lechadas presenten agua li- filtración, las partículas sólidas se depositan en la esenciales para obtener el aislamiento en el pozo. bre. Dentro de éstos se tiene a los agentes de con- cara de la superficie permeable y forman un enjarre;Equipo de flotación Un desplazamiento incompleto del lodo puede indu- trol de filtrado, que desarrollan una débil estruc- los agentes de control de filtrado bajan la velocidad cir a una canalización de lodo continuo a través de las tura de gel al hidratarse y los agentes de filtración y reducen la permeabilidad del enjarreA medida que se van incrementando las profundi- zonas de interés y de tal forma favorecer la comunica- extendedores de las lechadas de cemento, cuyos y/o incrementan la viscosidad de la fase acuosa.dades de perforación de los pozos, las estructuras ción entre las zonas. La durabilidad de la adherencia objetivos son: reducir la densidad de la lechada,de los mástiles del equipo de perforación se ven del cemento está también relacionada al proceso de con grandes cantidades de agua para aumentar Existen dos clases principales de aditivos de controlsometidas a mayores esfuerzos y fatigas por incre- desplazamiento. Esto es el porqué el desplazamiento de esta forma su rendimiento; los agentes de blo- de filtrado: materiales sólidos granulares finamentemento de las longitudes y pesos de las tuberías de del lodo ha sido un tópico de interés por mucho tiem- queo de migración de gas a través del cuerpo de divididos y polímeros solubles en agua.revestimiento. El uso de un equipo de flotación, re- po en el ámbito de la cementación de pozos. cemento, que controlan el desarrollo prematuroduce estos esfuerzos y fatigas, aprovechando el de gel, le regulan drásticamente el filtrado de la Los agentes de control de filtrado trabajan conjunta-efecto de flotación aplicado a la tubería ( figura 56). Las investigaciones respecto a los procesos de co- lechada y evitan la presencia de agua libre por mente con los dispersantes. Efectúan una distribu- locación del cemento iniciaron en 1930. Algunos adherirla a su retícula estructural. ción homogénea de las partículas sólidas, disminu-El equipo de flotación consiste de zapatas y coples factores clave que influyen en las fallas de los tra- yen el porcentaje de agente de control de filtradoespeciales con válvulas de contrapresión que impi- bajos de cementación primaria fueron identifica- Cuando se diseñan lechadas de baja densidad es fre- necesario para obtener el valor de filtrado deseado,den la entrada de los fluidos del pozo. Conforme la dos y las soluciones fueron propuestas al inicio cuente que, por obtener densidades menores, se con respecto a cuando se utiliza sólo el agente detubería es bajada, la carga al gancho es reducida de los años cuarenta. Usando un simulador a gran manejen volúmenes de agua superiores a la capaci- control de filtrado.en la misma magnitud dada por el peso del fluido escala, Jones y Berdine (1940) mostraron que un dad o requerimiento de agua del extendedor, lo quedesplazado por la sarta. La tubería es llenada des- pobre aislamiento de las zonas puede ser atribui- provoca una excesiva agua libre. En estos casos se Aditivos dispersantes de la lechada de cementode la superficie y se controla su peso monito- do a la canalización de la lechada de cemento a debe aumentar un poco la concentración delreándolo en un indicador en donde se observa el través de lodo, un fenómeno el cual ellos encon- extendedor. Las lechadas de cemento son suspensiones alta-peso sobre la polea viajera. La secuencia del lle- traron se debe a la excentricidad de la tubería de mente concentradas de partículas sólidas en agua,nado es generalmente cada 5 a 10 tubos, sin em- revestimiento. La presencia de enjarre del lodo También los agentes dispersantes tienden a liberar hasta con un 70 % de contenido de sólidos. Labargo, algunas tuberías con diámetros mayores o residual entre la interface del cemento /formación agua de la lechada, acción que contrarresta el agen- reología de estas suspensiones está relacionada contuberías con pared delgada pueden requerir un fue también identificado como una de las causas te de control de filtrado. la reología del líquido que soporta los sólidos, a lallenado más frecuente para impedir el colapso de del pobre desplazamiento del lodo. Para minimi- fracción volumétrica de los sólidos (volumen dela tubería. Además para un llenado apropiado, la zar la canalización del cemento Jones y Berdine En general, cuando se diseñan las lechadas para las partículas / volumen total) y a las interacciones en-tubería debe bajarse en forma lenta y continua propusieron centrar la tubería de revestimiento. cementaciones primarias, se debe tener un valor de tre las partículas. En la lechada, el fluido intersticialpara evitar la presión de irrupción o de pistón y Ellos también encontraron formas efectivas para agua libre de 0 cm3; pero cuando se trata de la es una solución acuosa de varias especies iónicas ydaño a la formación. remover el enjarre del lodo, incluyendo toberas de cementación de agujeros desviados u horizontales, aditivos orgánicos; de esta forma su reología pue- flujo, raspadores, movimientos reciprocantes de la se debe tener especial atención a los fenómenos de de diferir grandemente de la reología del agua. LasUna vez que la tubería de revestimiento llega al fon- tubería de revestimiento y la posibilidad de bom- asentamiento de sólidos y liberación de agua que interacciones entre las partículas dependen princi-do, se llena y la circulación es establecida para em- bear ácido a la cabeza de la lechada de cemento. siempre están asociados. palmente de la distribución de las cargas sobre la98 35
  • 36. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionessuperficie del sólido. Los dispersantes del cemento Lignosulfonatos ácidos de calcio y de sodio XII. ACCESORIOS PARA TUBERÍAS DE REVESTI- AvtÃI‚Ã! Ãahƒh‡h† ÃBˆth†ajustan las cargas superficiales de las partículas só- Cromolignosulfonatos de calcio MIENTOlidas para obtener las propiedades reológicas de las Hidroxicarboxil celulosa ácidalechadas deseadas. Compuestos sacáridos Los accesorios normalmente empleados en las ope- Compuestos derivados de la celulosa raciones de cementación de las tuberías de revesti-Los dispersantes del cemento más comunes son los Compuestos organofosfonatos miento se presentan en la figura 54.sulfonatos poliméricos que se ionizan al estar en so- Sales del ácido fosfóricolución con el agua y son atraídos por las cargas Ácido bórico Tipos de accesorioselectrostáticas de la superficie de las partículas sóli- Sales del ácido fluorhídrico Zapata guíadas del cemento. Forman una fina capa alrededor Óxido de zinc Zapatas Zapata guía Tipo Regular Zapata guía con turbulencia Zapata guía Tipo Cemento (Tipo Cemento condel grano, reducen la pérdida de presión por la fric- Óxido de plomo Tipo Aluminio orificios lateralesción al ser bombeados y efectúan una distribución La parte inferior de la tubería de revestimiento es Figura 55 Zapata guía.homogénea del tamaño de las partículas.Todo esto Siempre deben verificarse en el laboratorio los protegida por una zapata guía.influye fuertemente en el control del filtrado. parámetros reológicos, el valor de filtrado, espesor de enjarre, agua libre, su tiempo de espesamiento y Coples nen una nariz redondeada para guiar la tubería aLos dispersantes disminuyen la viscosidad y punto su resistencia a la compresión, a las 8, 12 y 24 horas través de desviaciones y restricciones del agujero.de cedencia de las lechadas y tienden a favorecer el bajo condiciones de presión y temperatura de los Un cople flotador o cople de auto-llenado es colo- Sin embargo, el modelo de zapata guía regular noasentamiento de los sólidos y liberación de agua, diseños de lechada propuestos para cualquier cado uno o dos tramos de tubería arriba de la zapa- tiene una nariz redondeada por lo que no se reco-por lo que no se recomienda su empleo sin el agen- cementación primaria. ta para proporcionar, entre otras funciones, un asien- mienda su empleo en agujeros desviados. Esta za-te de control de filtrado. to para los tapones de cementación y parar finalizar pata regular simplemente sirve para reforzar la aris- El tiempo de espesamiento debe ser suficiente para el trabajo de colocación del cemento, cuando llega ta más baja de la tubería de revestimiento debido aAditivos de control de tiempo de espesamiento realizar la operación de cementación en el campo, a este lugar el tapón de desplazamiento. su construcción con espesor de pared mayor y pro- pero no debe ser significativo en el desarrollo de la porciona un bisel interno para guía de subsecuentesLos agentes retardadores del fraguado del cemen- resistencia a la compresión. La sección corta de tubería que separa a la zapata y herramientas de perforación, corridas dentro de lato, al igual que los agentes aceleradores, son com- al cople flotador es proporcionada como un amorti- tubería de revestimiento.prendidos como agentes catalizadores en el pro- Verificación de la resistencia a la compresión de los guador dentro de la tubería para retener la parte fi-ceso de reacción de hidratación del cemento. Se diseños ideados de las lechadas nal de la lechada, con posible contaminación. Esta En la figura 55 se muestran varios tipos de zapatasles consideran catalizadores positivos los que au- sección puede ser mayor de dos tramos de tubería guía, las cuales incluyen diferentes perfiles y orifi-mentan la velocidad de reacción de hidratación, En cuanto a los diseños de lechada que se aplican para asegurar la colocación de buena calidad de cios de salida. La nariz y los componentes internosacortando el tiempo de espesamiento (acelera- en cualquier cementación primaria, se debe verifi- cemento en la parte exterior de la zapata. son construidos en material molible como son eldores) y catalizadores negativos los que disminu- car el desarrollo de su resistencia a la compresión cemento y el aluminio. El cuerpo generalmente esyen la velocidad de hidratación, aumentando el en 8, 12 y 24 horas de permanecer en reposo a las Tapones construido del mismo acero que los coples de latiempo de espesamiento. Los mecanismos de condiciones de fondo de presión y temperatura, ba- Los tapones actúan como barreras de separación tubería de revestimiento, típicamente K-55 o N-80.cómo trabajan los catalizadores en general, sándose en las Normas API SPEC 10. entre las lechadas de cemento, y entre el fluido deincrementando o disminuyendo la velocidad de perforación y fluidos de desplazamiento. La nariz de la zapata de aluminio incluye guíasreacción, es a la fecha tema de discusión. Los valores de resistencia estipulados para cemen- helicoidales, las que inducen una acción de turbu- to solo, aplicable al control de calidad del cemento Centradores lencia que sirve para limpiar y levantar los recortesEl acelerador del tiempo de espesamiento del ce- clase H, son: alrededor de la zapata, con lo cual se mejora la co-mento más confiable en su trabajo es el cloruro Los centradores son colocados en las secciones crí- locación de la lechada de cemento.de calcio. Se dosifica de 0.5 % a 6 % por peso de 300 psi (21 kg/cm2) a las 8 horas de curado a 100ºF ticas de interés para centrar la tubería y obtener unacemento. (38ºC) y presión atmosférica mejor distribución del cemento alrededor de ésta, Las zapatas con orificios laterales de flujo permiten mejorando de esta manera la calidad de la una acción secundaria, para que la tubería puedaOtros aceleradores son el cloruro de sodio y el 1,500 psi (105.6 kg/cm2) a las 8 horas de curado a cementación primaria. ser sentada en el fondo mientras se cementa. Lossulfato de calcio. 140ºF (60ºC) y presión atmosférica orificios laterales pueden también mejorar la remo- Zapata guía ción y lavado cuando es necesario circular para evi-Los retardadores del tiempo de espesamiento se cla- En cuanto a la resistencia a la compresión que tar pegaduras de la sarta.sifican en orgánicos e inorgánicos; éstos a su vez debe desarrollar la lechada diseñada para cual- Es la forma básica de zapata para tubería de reves-en de alta, media y baja temperatura de trabajo. quier cementación primaria, se acepta como la re- timiento, no contienen válvulas de contra presión Las zapatas guía son generalmente usadas en pro- sistencia mínima que debe tener el cemento para ni mecanismos de control de flujo y es usada para fundidades someras o moderadas combinadas conLos retardadores del tiempo de espesamiento más soportar el peso de la tubería, de 500 psi (35 kg/ proteger las aristas de la parte inferior de la tubería. un cople flotador o uno de autollenado. Éstas soncomúnmente empleados son: cm2) a las condiciones de 3,000 psi y la tempera- La mayor parte de los tipos de zapata guía contie- generalmente colocadas debajo del cople de36 97
  • 37. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesNormalmente la circulación inversa cubre el área igual a 3,480 lt - 115 lt= 3,365 lt si dividimos éstos tura estática de fondo del pozo, generalmente miento superficial. Para determinar su peso se to-circundante del empacador y una distancia corta entre la capacidad de la sarta de trabajo se tiene se espera que esta resistencia a la compresión man en cuenta los siguientes parámetros:debajo de éste, por lo cual el volumen de fluido para 3365/ 3= 1,121.7 m llenos de lechada, los cuales se adquiera dentro de las primeras 8 horas dedar circulación inversa es igual a la capacidad de la producen una carga hidrostática de 222 kg/cm2, el curado. Información disponible:sarta de trabajo, de 24.2 bl. resto de la longitud de la tubería de producción está llena con agua y da una carga hidrostática similar En el laboratorio, las cédulas de bombeo vienen ela- Densidad del Fluido de Control rfc (gr/cm3)La cantidad mínima de agua que se debe tener en la boradas en las Normas API SPEC 10 y dentro de és- Densidad del Acero rac=( 7.85 gr/cm3)localización para efectuar la operación será: tas las dirigidas a la cementación primaria de tube- Densidad del Cemento rc (gr/cm3) rías corridas hasta la superficie son de la 1g a la 11g, Grado de la Tubería GrVolumen de tubería de producción 24.2 bl con las siguientes características: Peso de la Tubería WTR (lb/pie)Volumen del revestidor 0.72 bl Longitud de cada grado de la tubería (m) LTR Cédulas de bombeo Capacidad de la tubería de revestimiento CTR (lt/m)Volumen de circulación inversa 24.2 bl.Volumen de agua para la mezcla 12.0 bl - Información por calcular:Agua residual en tanque 19.0 bl 8e9VG6 QSPA QS@TDÏI BS69 U@HQÃ8DS8 8DS8Agua mínima para la cementación 80.0 bl I‚ € API9PÆv U@SH API9PÞA Factor de Flotación FF Peso Teórico de la tubería WT (lb) žA ƒ 1g 305 1,000 0.9 80Normalmente, donde se aplica este tipo de opera- 2g 610 1,500 0.9 89 Peso Físico de la tubería WF (lb)ciones son pozos ya trabajados, explotados por un 3g 1,220 2,600 0.9 99 Volumen de la lechada Vlc (lt)cierto periodo, y sus tuberías ya no tienen los mis- 4g 1,830 3,900 0.9 112 Volumen de agua de mezcla Va (lt)mos valores de parámetros de presión interna y de Volumen de desplazamiento Vd (lt) 5g 2,440 5,200 1.1 129 6g 3,050 7,500 1.1 146colapso, por lo que se debe tener mucho cuidado 7g 3,660 10,200 1.3 185 Tiempo de desplazamiento T (min)con las presiones aplicadas de trabajo y uno de los 8g 4,270 13,400 1.3 215 Gasto de desplazamiento Q (lt/emb)puntos más críticos es la inyección del cemento, así 9g 4,880 16,100 1.3 245 Presión diferencial Pdif (kg/cm2)como la circulación inversa. 10g 5,490 18,800 1.5 308 11g 6,100 22,000 1.5 348 Factor de flotación (FF). Este factor se calcula deLa presión para circular el cemento a la inversa has- acuerdo con la siguiente ecuación: Tabla 5ta fuera del pozo, puede exceder las limitaciones dela tubería vieja. FF = 1- rfc / racPara determinar anticipadamente qué presión po- · Peso teórico de la tubería (WT). Para el cálculo sedría obtenerse para desplazar el cemento en circu- Cuando se va a efectuar una cementación primaria emplea la siguiente ecuación:lación inversa, se calcula en condiciones donde el a profundidad mayor de 6,100 m, se deberá elabo-cemento apenas llegó a la última perforación, ya que rar la cédula de bombeo correspondiente. Se de- WT = (LTR * 3.28 * WTR) / 2.2 ( kg )podría ser que en ese momento no se inyectara más ben tomar en cuenta la nueva profundidad, la tem-cemento. peratura estática de fondo medida y la presión Si se tienen tuberías de diferente peso, éste se debe hidrostática en el fondo, ejercida por el fluido de calcular por secciones. Figura 54 Arreglo típico de la tubería de revestimien-Para calcular la presión máxima al circular inversa, control y presión de bomba. to en trabajos de cementación primaria.se toma la altura del cemento en la sarta de traba- · Peso físico de la tubería ( WF ). Éste se obtiene dejo.- El volumen total del cemento para 100 sacos es En el campo, el sistema computarizado elabora una multiplicar el peso teórico por el factor de flota-3,480 lt, 21.89 bl de lechada. en ambos lados por lo tanto la diferencia en carga cédula de bombeo de la secuencia de la operación, ción. hidrostática se limita a esta sección de columna, y narrando cada minuto o cada dos minutos las con- WF = WT* FFLa capacidad de la tubería de revestimiento es de representa una presión diferencial de 110 kg/cm2, diciones que prevalecen en el pozo, de acuerdo con · Volumen de lechada ( VLc ) se aplica la siguiente115 lt, 0.72 bl. 1,562 psi, que será el valor de presión que se tendrá el análisis hidráulico efectuado por el simulador. Esta ecuación; que aplicar para efectuar la circulación inversa, información es tomada de la cédula de bombeo porEl volumen de la sarta de trabajo es de 24.2 bl. aproximadamente. el sistema y transportada a la forma gráfica para VLC= cemento (ton) * 20 * rendimiento (lt/sc) (lt) mayor interpretación.Si le restamos al volumen de lechada, el volumen Este es un ejemplo de cálculo pero, basándonos en Para el cálculo del volumen de agua requerida para mez-de la tubería de revestimiento queda: los barriles inyectados en cada operación tendre- Cálculos, fórmulas y procedimientos clar el cemento (Va), se aplica la siguiente ecuación: mos la base para determinar la altura de cada fluidoVolumen de lechada dentro de la sarta de trabajo es en el interior de la sarta de trabajo. Cálculos de la operación de una tubería de revesti- Va=cemento (ton) * 20 * agua necesaria (lt/sc) (lt)96 37
  • 38. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesPara el cálculo del volumen de desplazamiento ( Vd • Presión diferencial. Se define como la diferencia normal a la densidad de la lechada que se obtiene con) se toman en cuenta las diferentes capacidades de de densidades del fluido de control y el cemento, 5HJLVWUR GH 7HPSHUDWXUD el requerimiento normal de agua de mezcla, en el casola TR y se utiliza la siguiente ecuación: desde el cople hasta la altura máxima que alcan- del cemento clase H es de 38 %, por peso de cemento. zará el cemento en el espacio anular. Se calcula Temperatura Vd = CTR * LTR ( lt ) donde, con la siguiente ecuación: Material Peso Agua Rendimiento Kg. lt lt CTR - capacidad de la TR (lt/m ) Pd = (L ( rC - rfc ) ) / 10 donde, Cemento H 50 19 15.8LTR - Longitud de la TR hasta el cople L = (VLC - Vzc ) / CEA y, Agua 19 19.0 flotador ( m ) Vzc = (CTR) hzc donde, Inicio del Suma 69 19 34.8 L - altura del cemento en el espacio anular (m) cemento 3Como el volumen que se va a desplazar es muy gran- rC - densidad del cemento (gr/cm3) Densidad = 69/34.8 = 1.98 gr/cmde en estas tuberías, es necesario reducir el tiempo rfC - densidad del fluido de control (gr/cm3) Agua 19 lt/scde desplazamiento para evitar un problema de fra- CEA - capacidad del espacio anular ( lt/m) Rendimiento 34.8 lt/scguado prematuro. Por lo tanto, se debe desplazar Vzc - volumen de lechada dentro de TR entre za-con la bomba del equipo y calcular el tiempo de des- pata y cople (lt). La cantidad de cemento que se va a emplear deplazamiento ( T ), utilizando la siguiente ecuación: hzc - longitud entre zapata y cople (m). acuerdo con la experiencia de campo es de 100 sa- cos 5,000 kg. T = Vd/(Q*epm*Ef) ( min ) donde, Volumen de lechada = 34.8 lt/saco x 100 sacos Q - gasto ( lt/emb ) = 3,480 lt epm - número de emboladas por minuto = 21.89 bl Ef - Eficiencia ( % ) Figura 53 Registro de temperatura. Volumen de agua para la mezcla = 19 x 100Este cálculo depende del tipo de bomba del equipo: = 1,900 ltsi se trata de una bomba tríplex el cálculo se lleva a =12 bl maciones, cimas de cemento, agujeros, fugas en lacabo mediante la siguiente ecuación: tubería de revestimiento, o canalización de fluidos. Como no sabemos en qué momento el pozo no va Q = ( 0.03862 ) (Dc )(Lv) (lt/emb) 2 a aceptar más cemento, se debe contar con sufi- Las cimas de cemento son el uso más común en el ciente agua para desplazar el cemento desde la base diagnóstico de temperatura.Si es una bomba dúplex, para el cálculo se utiliza la del intervalo disparado.siguiente ecuación: El arte para un forzamiento exitoso es determinar el El volumen de la tubería de producción: problema antes de iniciar el trabajo. Q = 0.02575 (2 Dc - Dv ) (Lv) donde, 2 2 Dc - diámetro de la camisa ( pg ) V = Capacidad lt/m x longitud m = litros Ejemplo.- Cementación a presión, para aislar un in- Lv - longitud del vástago ( pg ) Capacidad de la tubería de producción de acuerdo tervalo disparado en tubería de revestimiento de 5 a las tablas de volúmenes es de 0.0058 bl/pie, 0.003 L Dv - diámetro del vástago ( pg ) ½ pg de diámetro, con peso de 17 lb/pie, grado C- 3 m /m, 3 lt/m 95, el intervalo abierto es de 1,289 - 1,290 m,Con estas ecuaciones se calculan diferentes tiem- Volumen = 3 lt/m x 1,280.5 m = 3,842 lt depresionado. El empaque está sentado a 1,280.5pos de desplazamiento y se genera una tabla en don- = 24.2 bl m, es un empacador recuperable de tensión, conde se elige el gasto para desplazar tomando en cuen- tubería de producción de 2 7/8 pg, grado P-105 deta el menor tiempo posible y la presión máxima de El volumen de la tubería de revestimiento se calcu- 6.5 lb/pie hasta la superficie. La temperatura estáti-desplazamiento. la de la misma forma, capacidad de acuerdo a ta- Cople COPLE ca de fondo es de 55°C El fluido de control es agua dulce en el espacio anular, en la sarta de produc- blas 0.0232 bl/pie, 12.1 lt/m y son 9.5 m de tuberíaEste tiempo debe considerarse cuidadosamente en del empaque a la base de intervalo disparado. Vzc ción el nivel está abatido casi en su totalidad, el ya-las tuberías superficiales, principalmente en las de 16, hzc cimiento está agotado y el poco nivel es agua sala-13 3/8 y 9 5/8 para verificar el viaje del tapón Volumen en tubería de revestimiento = 9.5 m x 12.1 da de la formación con 186,000 ppm de cloruros. Eldesplazador y antes de que llegue al cople bajar el lt/m = 115 lt. volumen de cemento para el trabajo se calculó so-gasto de desplazamiento para evitar que el tapón lle- = 0.72 bl. ZAPATA bre la base de experiencia de este campo. Zapatague de golpe y origine un problema de desprendimien-to de TR. La tubería de 20 actualmente no presenta El cemento sobrante de la inyección (las perfora- Se hizo el cálculo de la densidad, agua de mezcla yeste problema ya que al realizar la operación se utiliza ciones ya no aceptan más lechada) se debe elimi- rendimiento de la lechada por medio del balance dela herramienta de stab-in que se baja con TP de 5. nar del pozo por circulación inversa para mayor efi- materiales. Con densidad normal, no se requiere hari- Figura 8. ciencia en el barrido de éste. na sílica por ser pozo somero. Se denomina densidad38 95
  • 39. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionespuede ser usado como trazador para trabajos de Si se utiliza cemento con diferentes densidades, la LTP - longitud de la tubería de perforación ( m )cementación forzada, pues éste es soluble en las presión diferencial se calcula por secciones y la pre- CTP - capacidad de la tubería de perforación (lt/m) 5HJLVWUR GH $GKHUHQFLDlechadas de cemento y parte del isótopo puede ser sión diferencial total será la suma de éstas. Esta pre-forzado contra formación junto con el filtrado. Micro-sismograma sión diferencial nos proporciona un punto de refe- De igual manera se calcula la presión diferencial con Antes Después Amplitud rencia para saber si el desplazamiento de la lechada la siguiente ecuación:Los trazadores radioactivos son de gran ayuda al es normal o si se presenta alguna anomalía durantedeterminar cuál es o dónde está el problema. o al final de la operación. FC = Pmáx * AES (lb) donde, FC = fuerza que actúa sobre el copleDiagnóstico de la dirección del fluido Presión máxima de desplazamiento. Sirve como Pmáx = presión de circulación + presión dife- punto de referencia para evitar sobrepasar el vo- rencial del espacio anular y TP con los fluidos bom-Otra herramienta de diagnóstico de la dirección del lumen necesario. para que el tapón desplazador beados (lb/pg2)fluido, se trabaja en cualquier problema que llegue al cople receptor sin rebasar la presión in- AES - área exterior de sellos = 0.785 * D2 (pg2)involucre al movimiento del fluido (figura 50). antes terior de la tubería y así evitar el desprendimien- to o ruptura de la tubería de revestimiento. La Esta fuerza FC actúa hacia arriba tratando de sacar ecuación que se ocupa para el cálculo es la si- el niple de la sección pulida del cople. Por este mo- guiente: tivo se le aplica peso a la TP. 7LHPSR GH WUDQVLWR después Pmáx = (RTRT/FS-WF) / AiTR (lb/pg2) donde, La presión de circulación se toma después de ha- RTRT - resistencia a la tensión de la TR (lb) ber llevado a cabo la introducción del stab-in, para FS- factor de seguridad verificar que no circule por el espacio anular en- AiTR- área interior de la TR (pg2) tre TP y TR. WF = peso físico de la TR (lb) Los cálculos para anclar y cementar una tubería cor- Si se tienen diferentes grados de tubería, se cal- ta (explotación) son un poco más completos, pues cula por secciones la presión máxima; se toma se deben tomar en cuenta otros factores como: como punto de referencia la de menor resistencia a la tensión si la presión máxima de desplazamien- · Se calcula el peso de la sarta con la siguiente ecua- to es mayor. ción: · WS = WTR + WTP ( lb ) donde, Punto de equilibrio de la presión diferencial o hidrostática. Este punto se alcanza cuando el ce- WS- peso de la sarta (lb) mento dió vuelta en la zapata y se tiene la misma Figura 52 Registro de adherencia. WTR - peso de la TR (lb) Figura 51 Tiempo de tránsito. altura en el espacio anular y el interior de la TR dependiendo de la densidad de la lechada. Nos WTP - peso de la tubería de perforación ( lb ) La adherencia de la TR y la formación es el registro de las amplitudes acumuladas de respuesta acústi- sirve para comparar el tiempo calculado de des-Se coloca una herramienta de rayos gamma a la plazamiento con el real (en forma aproximada). Los pesos de la TR y TP se calculan teórica y físicamente ca dentro de periodos fijos de tiempoprofundidad adecuada. Se agrega una pequeña Si se tienen antecedentes de pérdida, se reco- (flotada) antes, durante y después de la operación.cantidad de material radioactivo fluido bombea- Ésta es una buena herramienta para evaluar un tra- mienda reducir el ritmo de desplazamiento parado en el pozo. El paso del fluido radioactivo es evitar un incremento de la presión en el espacio Calcular el volumen de lechada de acuerdo al di- bajo de cementación y ubicar las áreas que no ten-cronometrado electrónicamente por dos contado- anular e inducir la pérdida de circulación, lo que seño así como el cálculo del fluido de desplaza- gan buena adherencia (figura 52). Como en otrasres gamma para dar un gasto del fluido. El regis- ocasionaría una mala cementación de la tubería. miento. El cálculo se hace por separado ya que herramientas de diagnóstico, el grado de adheren-tro de los gastos a diferentes profundidades indi- nos sirve como punto de referencia para verificar cia debe ser difícil de acertar excepto para aquelloscará problemas como fugas en la tubería, en Los cálculos que se realizan para una TR de 20 son el acoplamiento de tapones, presión final o algu- con una experiencia considerable de interpretación.empacadores o en tapones puente, así como otras los mismos que vimos anteriormente, con la dife- na anomalía que se presente durante la cemen-fugas en el sistema. rencia de que aquí se ocupa la herramienta stab-in y tación. El volumen total será la suma del volumen Registros de temperatura el cálculo para el volumen de desplazamiento de- de la TR con el volumen de la TP (figura 9).Registro de adherencia Este registro mide los cambios de temperatura con- pende ahora de la tubería de perforación por em- plearse. La ecuación es la siguiente: Calcular la presión diferencial en función de la altura tinuamente, al tiempo que se baja la herramientaEl registro de adherencia es de tipo acústico usado que cubrirá el cemento sobre la TR. en el pozo (figura 53).en principio para ayudar a determinar la adherencia Vd = LTP * CTP (lt) donde,del cemento a la tubería de revestimiento y la for- Vd= Volumen de desplazamiento (lt) Calcular la presión máxima de desplazamiento to- Esto resultará en una curva de temperatura con cam-mación, (figura 51). mando en cuenta la resistencia a la tensión, la pre- bios que pueden indicar movimiento de fluidos en for-94 39
  • 40. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones Carga máxima al colapso del colgador (Cc), Problemas especiales en cementaciones forzadas Cc = RTRc * FCc (lbs) donde; DQDO 5DRV *DPD RTRc - Resistencia al colapso de la TR cementada. Fisuras VTP FCc - Factor de capacidad del colgador al colapso. V4 Carga máxima que resiste la TR sin desgarrarse En ocasiones, la tubería de revestimiento se rompe Corrida 1 Corrida 2 Corrida 3 (Cpi) en fisuras debido a una sobre presión accidental. Cpi = RTPpi * FCpi (lbs) donde; € Trazador RTRpi - resistencia a presión interna de la TR Se requiere un trabajo muy difícil de cementación for- à à à q V3 cementada. zada para repararla, particularmente si la grieta es de h q v FCpi - factor de capacidad del colgador a presión más de 1 metro de longitud. Debe determinarse pri- q  ˆ s Trazador interna mero la localización y la magnitud de la grieta. ‚ … V2 Q Dentro de VTR à à à la De acuerdo con estos cálculos, la carga máxima al La ubicación se requiere para que pueda aislarse Perforación formación colapso y la presión interna de la TR cementada de- debidamente de la presión y su longitud dictará el TR ben ser mayores que el peso de la TR por cementar tipo de lechada que se va a usar. Por ejemplo, si la para evitar colapso o desgarramiento de la misma, grieta es corta, digamos de unos 30cm, podría em- $FWLYLGDG si ocurriera lo contrario, o sea que estemos en el plearse la misma técnica de forzamiento de las ca- límite por diseño, entonces la TR se sentará en el vidades de disparos. Esto es, un forzamiento de baja V1 fondo cargando un porcentaje del peso total para presión con un control moderado de filtrado. Si la Figura 50 Utilización de trazadores radioactivos. evitar un desgarre. rasgadura es muy larga, digamos de 10 pies, enton- Cople flotador ces debe forzarse como si se tratará de un intervalo Procedimientos operativos grande de disparos. La lechada debe ser un volu- usar el procedimiento anterior en la re-cementación. Figura 9 Estado mecánico típico de una TR corta, don- men más grande con bajo valor de filtrado. El obje- El método de tapón es probablemente el mejor, pues de se observa el volumen de la TP y la TR y a la profun- En el desarrollo operativo de una cementación de tivo es colocar cemento en la grieta tanto como sea no es aconsejable colocar un retenedor en una TR didad donde llega el tapón sólido. tuberías superficiales de 20, 16, 13 3/8 y 9 5/8, posible sin deshidratación prematura. Cada esfuer- que puede estar altamente corroída. Las cuñas pue- que son las más comunes, se debe hacer el siguien- zo debe hacerse evitando la fractura en la forma- den marcar la tubería o bien el empacador puedesión interna y la resisitencia al colapso del conjunto te procedimiento operativo: ción. Algunos creen que se fisura más la tubería de no sellar debido a la elongación del tubo. Algunascolgador, y de acuerdo con los valores obtenidos, revestimiento cuando se aplica la presión para forzar. veces se han sufrido este tipo de problemas tenien-se trabajará con la presión mínima calculada para · Efectuar junta de seguridad con el personal do que desviar por esta situación.evitar daños a la tubería de revestimiento o al con- involucrado en la operación Agujeros de corrosiónjunto colgador. · Instalar cabeza de cementar con tapón diafragma. Diagnósticos de la inspección · Verificar las conexiones superficiales de unidades Los agujeros causados por la corrosión son tam-Para el cálculo de estos parámetros, se utilizan las de alta presión (UAP). bién difíciles de reparar mediante un trabajo de Pueden agregarse trazadores radioactivos a los flui-ecuaciones ya estudiadas en el cálculo de una TR · Colocar en las presas de lodo los niveles, para que cementación forzada. dos que van a ser bombeados en un pozo para indi-corrida. cuando se inicie el trabajo se verifique constante- car la confinación de los mismos (figura 50). mente y así detectar pérdida o descontrol del pozo. La naturaleza del problema debe ser parcialmenteCalcular el punto de equilibrio de la presión diferen- · Soltar tapón de diafragma o limpiador definida por la ubicación física del agujero o aguje- La trayectoria que sigue el fluido y su relación concial o hidrostática. · Bombear volumen lavador ros. Esto es, los agujeros deben ser adyacentes a las características físicas del sistema pueden ser in- · Probar el equipo de flotación y descargar lenta- una sección corrosiva conocida y fácil de ubicar. La dicativos del problema.Tomar en cuenta las elongaciones de la TP y de la mente, a cero, la presión diferencial. En caso de técnica de forzar cemento debe ser similar a la usa-TR, debidas a su propio peso. no funcionar el equipo, tratar de activar, de nueva da en otras perforaciones. Use un cemento de baja El trazador puede agregarse al fluido en la superfi- cuenta, el mecanismo de flotación con el bom- pérdida de fluido y una presión baja de forzamien- cie o expulsarse de la herramienta de rayos gamaLas elongaciones de TP y TR se suman y se toman beo del mismo volumen lavador a un gasto alto, y to. Muy a menudo, después de obtener una buena por una señal eléctrica. En cualquier caso, se bom-en cuenta para verificar fondo; además de conocer descargar súbitamente para verificar el equipo de cementación y molienda, se encuentra con que otro bea el fluido a gasto constante y se sigue continua-el efecto que tendrá el peso de la misma sobre la flotación y cuantificar el volumen regresado. En agujero se ha desarrollado en otro lugar. Esto con- mente mediante una herramienta gamma, o se mue-resistencia a la presión interna de la TR cementada y caso de duda, de que el volumen no corresponda tinúa así hasta que un revestidor es colocado para ve el fluido en incrementos de un barril y se ubicaevitar un desgarramiento, por lo tanto se debe cal- al que debe pasar por el equipo, se debe bom- cubrir el problema entero, o bien, se coloca una después de cada movimiento. La vida media de loscular la capacidad de carga del colgador y la resis- bear un fuido testigo para, por diferencial, detec- tubería de revestimiento, desde la superficie has- trazadores como el yodo radioactivo (I-B1) es de 8 días.tencia al desgarramiento de la TR cementada. Para tar el punto por donde se esté circulando. ta el fondo.este cálculo se emplean las siguientes fórmulas: · Bombear el fuido espaciador que es el que nos El escandio (SC-46) o iridio (Ir-192) se usan en las permite tener una buena eficiencia de barrido de Si los orificios causados por la corrosión están en lechadas del cemento y tienen una duración pro- un espacio sin cementar detrás de la tubería, se debe medio de 85 y 75 días respectivamente. El yodo no40 93
  • 41. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones HPHQWDFLyQ IRU]DGD D WXEHUtD el área más pobremente adherida e inyectar con el los recortes en suspensión que se pudieran tener El procedimiento de operación para una TR de 20, FRUWD intento de llenar el espacio vacío tanto como sea en el agujero y dejar un buen enjarre para el paso cuando se utiliza la herramienta stab-in, difiere un posible. Si no obtiene un buen llenado, dispare la de la lechada de cemento. poco con respecto al mencionando anteriormente. tubería de revestimiento y coloque un empacador · Bombear la lechada de cemento (normalmente en La secuencia es la siguiente: recuperable por encima de la boca de la tubería corta estas tuberías superficiales se bombean dos tipos o un retenedor dependiendo del arreglo físico del de lechada: de baja densidad o con control de gas · Realizar una junta de seguridad con personal sistema dependiendo de la zona que se perforó), recupe- involucrado en la operación rar muestras del cemento y del agua de mezcla · Meter TR a profundidad programada, circular Lavar o moler para análisis. para acondicionar lodo y verificar la reología · Bombear, si así lo indica el diseño, la segunda del mismo, efectuar ajuste de la TR e instalar el Algunos operadores usan tubo de cola debajo del lechada de cemento llamada de alta o de amarre. piso falso, meter stab-in (enchufarse) y romper empacador para lavar las perforaciones inmedia- Recuperar, de igual manera, las muestras de ce- circulación. tamente después del trabajo de cementación for- mento y agua para su análisis. zada. · Verificar que la lechada se haya bombeado lo más Nota: Durante la operación se puede represionar el homogéneamente posible. La última lechada es espacio anular entre TR y TP para evitar un colapso El propósito de esta operación es lavar el cemento para lograr un buen amarre de los accesorios. de la TR y una posible comunicación de la herra- no adherido y evitar moler después. · Al terminar de bombear el cemento, cerrar el ma- mienta stab-in. Otra técnica es bombear un volu- Figura 49 Forzamiento a tubería corta. cho para evitar cualquier succión. men de lodo pesado entre el espacio anular de TR y Las perforaciones que han sido efectivamente se- · Soltar el tapón de desplazamiento. TP antes de la operación para generar una presión lladas pueden ser dañadas o abiertas por esta ac- · Efectuar el desplazamiento. diferencial de 500 psi y cumplir con el objetivo an-Forzamiento en tuberías cortas ción de lavado. Es preferible dejar que el exceso de · Si se desplaza con la bomba del equipo, cerrar tes mencionado. cemento fragüe antes de usar la barrena. válvula de 2 (llenadera) y abrir válvula de 4 (standLas tuberías cortas o liners son difíciles de cemen- pipe). · Circular verificando efectividad de la herramien-tar porque muchas de las condiciones son adver- Tiempo de molido · Si se desplaza con unidad de alta presión, verifi- ta stab-in con presión y gasto; si durante el desa-sas (figura 49). car apertura de machos y llevar físicamente la con- rrollo de la operación se observa una recupera- Es difícil predeterminar el tiempo de molienda sin tabilidad de cajas bombeadas. ción en el indicador de peso, esto será debido alEl anular normalmente es muy pequeño, la tubería conocer las condiciones. Por ejemplo, una molien- factor de flotación de la TR. Este efecto se produ-no está bien centrada debido al claro tan pequeño, da después de forzar 2 o 3 perforaciones puede El desplazamiento se debe iniciar a bajo gasto has- ce cuando sale la lechada de cemento al espacioexisten bajas reologías de modo que los volúme- requerir un lapso corto, mientras que una grieta ta restablecer circulación para romper el gel del lodo anular.nes tan pequeños de cemento son fácilmente con- en la tubería de revestimiento puede requerir más y lechada evitando inducir una pérdida. Se debe che- · Revisar la cabeza de cementar y colocar el tapóntaminadas por el lodo, y el gas que puede migrar y tiempo. car constantemente la presión inicial de desplaza- de desplazamiento, instalar la cabeza de cemen-canalizar a través del cemento en las tuberías de miento, el peso de la TR, la circulación y nivel de tar y las líneas de inyección.explotación largas. Una resistencia compresiva de 1000 psi es más que presas; en caso de salir lodo contaminado por el · Bombear el frente lavador, verificar circulación y suficiente para contener las presiones normales de cemento, éste se desecha, y si la presión de despla- probar el equipo de flotación descargando la pre-Si la tubería corta tiene fuga en el traslape debe efec- prueba. Observar los recortes en la presa da una zamiento se incrementa y tiende a ser mayor que la sión diferencial.tuarse un trabajo de cementación forzada. La fuga indicación de las condiciones del cemento. Si los calculada con la resistencia a la tensión o a la pre- · Bombear lechadas de cemento en el orden pro-puede ser lo suficientemente grande para admitir el recortes son finos y angulares, el molino está rom- sión interna de la TR, debe reducirse el gasto para gramado, verificar que no haya fugas durante lacemento; por lo tanto el procedimiento es el mis- piendo el cemento, el cual presenta buenas con- evitar un problema y poder alcanzar la presión final. operación. En caso de haberlas corregir la ano-mo que cuando se forza cemento en la tubería de diciones en su resistencia a la compresión. Sin por último se verificará de nueva cuenta, la presión malía y poder continuar.revestimiento. Normalmente se usa un empacador embargo si están ovaladas o esféricas, el cemen- final como se determinó anteriormente. En caso de · Soltar el tapón de desplazamiento. Verificar el mo-recuperable ya que los retenedores tienden a cau- to no ha alcanzado su mejor resistencia que no funcione el equipo de flotación, dejar el vimiento de machos con el número de vueltassar problemas cuando se muelen y sus residuos se compresiva, cierre el pozo y espere, se puede te- macho cerrado de la cabeza de cementar con la pre- previamente revisadas, sacar el perno que sos-depositan en el fondo de la tubería. ner una indicación de éxito en la forma en que el sión diferencial calculada en espera de fraguado tiene el tapón sólido y con el perno de seguri- tapón se rebaje. (tiempo que se determina de las pruebas de labora- dad testigo verificar la salida del tapón.Una sección con pobre adherencia debe ser mane- torio con la lechada de cemento y que se vio ante- · Con la Unidad de Alta Presión (UAP), desplazarjada de diferente manera dependiendo de que tan Si encuentra consistencia a todo lo largo del inter- riormente). Es importante aclarar que actualmente volumen de TP hasta alcanzar presión final, bom- ,grande sea la sección vacía. Muy raramente algu- valo, el resultado puede ser bueno. Sin embargo, si la industria del petróleo procura evitar la contami- bear un volumen de 3 bls de agua dulce para de-nos tratan de forzar disparando en la parte superior se encuentran zonas sin consistencia en medio o nación al medio ambiente; de tal manera que los jar la herramienta stab-in en seno de agua y noe inferior del espacio vacío y circulando cemento en el fondo del intervalo con cemento pueden indi- cálculos de las lechadas en estas TR superficiales con cemento para asegurar la recuperación de lahasta la cima de las perforaciones. Las condiciones car una contaminación. En este caso, la próxima no son a superficie y se procura amarrar las zapatas misma.de los revestidos son a menudo muy críticas para operación deberá hacerse con una lechada de me- de la última TR cementada. · Probar nuevamente el equipo de flotación.esta práctica. El método más común es disparar en nor pérdida de filtrado.92 41
  • 42. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesSi se bombeó el volumen de lodo pesado en el es- gando de 5 a 10 tons. de peso de TP Para verificar . retenedor de cemento entre los disparos existentespacio anular, desenchufar herramienta stab-in y sa- el anclaje, girar la TP a la derecha para soltar. DQDO y las nuevas perforaciones procurando dejarlo máscarla a superficie. En caso de no tener este volumen · Para comprobar si soltó, levantar una longitud cerca de las nuevas perforaciones e inyectar con lapesado, esperar a pozo cerrado el tiempo necesario menor a la longitud del aguijón o mandrill de lechada antes descrita. El objetivo debe ser aislar lade acuerdo con la resistencia compresiva del cemen- sellos y observar el peso de la TP en el indica- zona de interés, la cual acaba de ser disparada; porto para poder desconectar la herramienta stab-in y dor de peso. Posteriormente se carga peso a la lo tanto, la presión anular debe ser vigilada muy desacar a superficie. TR de acuerdo con los cálculos descritos ante- cerca para evitar la comunicación. El fluido debe ser riormente. inyectado en los disparos existentes para asegurarSi hablamos de la cementación de una TR de explo- · Conectar líneas de inyección y efectuar preparati- un buen trabajo.tación, el procedimiento operativo es el siguiente: vos realizando pruebas de compatibilidad de lodo- frentes lavador y separador-cemento. Si el objetivo es llenar el canal, la lechada del ce-Anclaje de TR mento debe tener baja viscosidad, baja pérdida de Desarrollo operativo fluidos y al menos cinco horas de tiempo de bombeo.· Realizar una junta de seguridad con el personal Para llenar completamente el canal, se le debe per- operativo. · Bombear frente lavador (verificar circulación y pre- mitir al cemento alcanzar las perforaciones existen-· Probar las conexiones superficiales con las pre- sión diferencial) y espaciador. tes y moverse dentro del anular de la tubería. Esto siones de trabajo. · Bombear lechada de cemento de acuerdo con la puede parecer peligroso, pero la operación puede· Una vez llegada la TR a la profundidad programa- cédula de bombeo (verificar constantemente pre- llevarse a cabo con seguridad. Si las condiciones da, verificar con circulación el peso de la sarta su- sión, circulación y peso de TR), recuperar mues- no son críticas (temperatura extremadamente alta Figura 48 Canalización. biéndola y bajándola. Tocar fondo con peso (se re- tras de cemento y agua de mezcla. o gran profundidad), no necesita obtenerse una pre- comienda el 30% del peso de la TR), colocar mar- · Soltar tapón sólido, sacando el perno . sión forzada. Desconecte el stinger del retenedor cas antes y después de cargar peso. En este lapso · Desplazar la lechada. Aquí se debe verificar el aco- Cementación forzada en una canalización de cemento y levante a unos 3 metros sobre las per- se circula para acondicionar lodo verificando pro- plamiento de tapones de TP al tapón de TR alojado foraciones existentes y circule en inversa hasta que piedades reológicas, posibles gasificaciones, la en el colgador. Así, de acuerdo con cálculos de vo- Un problema común que requiere de cementación se limpie. entrada y la salida del mismo al pozo. lumen de TP se debe de disminuir el gasto de bom- , forzada es una canalización de cemento detrás de· En el tiempo de circulación, revisar la cabeza de beo para poder ver este acoplamiento. Si no se al- la tubería de revestimiento, causado por lodo de per- cementar, verificar que los machos estén libres, canzara presión final (llegada del tapón al cople de foración a lo largo de la tubería de revestimiento Forzamiento en espacios vacíos revisar el número de vueltas con que se libera el retención) con el volumen calculado, no se debe durante la cementación primaria, (figura 48). perno. de sobredesplazar ya que se lavaría la zapata. El fracaso de una cementación puede deberse a un· Dependiendo del cálculo efectuado del efecto de · Verificar el equipo de flotación (si no funciona, de Este canal puede ser relativamente corto o correr espacio sin cemento o pobre adherencia para cier- pistón y de la altura en que se encuentra el último todas maneras sacar el soltador), desenchufar en toda la longitud de cemento y normalmente, se ta longitud de la tubería. Esto puede ser crítico en la cople de TP sobre la mesa rotatoria, conectar la soltador (verificando el peso de la TP), levantar descubre cuando la tubería de revestimiento se dis- terminación del pozo. cabeza directamente a este cople o a un tubo ex- 200m arriba de la cima de los baches, establecer para para producir y la zona comienza a aportar flui- tra en el auxiliar (de ser posible se recomienda circulación y observar pozo; si no hay escurri- do de perforación o agua. Para inyectar en un canal, Este vacío sin cementar puede ser aislado por un trabajar con lingadas completas). miento, dejar pozo cerrado para esperar fragua- seleccione el mejor de los dos métodos disponibles buen cemento en ambos lados.· Proceder al anclaje. Lanzar la canica que se aloja do y sacar el soltador; si se observa escurrimiento, dependiendo del arreglo físico del sistema. El mé- en un asiento que para tal efecto tiene el cople de levantar soltador 300m arriba de la cima de ce- todo que requiere menos operaciones es colocar Mejor que disparar en algún punto en la sección retención. Esta canica rompe los pernos de corte mento (llenando pozo), circular, cerrar pozo y es- un empacador recuperable sobre las perforaciones vacía e inyectar con la idea de que la sección entera que accionan el mecanismo de cuñas del colga- perar fraguado. existentes y forzar directamente sobre ellas. Lo ló- de vacío será llenada con cemento, es preferible dis- dor al aplicar presión por TP el anclaje se com- , · Cuando exista una diferencia fuerte entre la den- gico es que el canal tenga la menor resistencia al parar en el fondo y arriba del espacio vacío de ma- prueba cargando peso, tomando como referen- sidad del cemento comparada con la densidad del flujo y por lo tanto el cemento llene el canal y no nera que se tenga algún control en la trayectoria del cia las marcas que se colocaron con anterioridad. fluido de control, se prepara un volumen de lodo entre en la zona de interés. El cemento deberá te- cemento. Es importante señalar que las presiones para rom- con densidad cercana o igual a la del cemento ner baja viscosidad y bajo filtrado de manera que per los pernos de corte de las cuñas y el asiento (para el desplazamiento). Esto ayuda cuando falla llene más efectivamente el canal sin deshidratación Debe colocarse un retenedor de cemento justo so- del cople de retención varían en función del fabri- el equipo de flotación o para mantener las colum- prematura. Las presiones de bombeo y de forza- bre las perforaciones más bajas. cante y de la calibración que se les dió. Hay oca- nas en equilibrio dentro y fuera de la tubería y evi- miento deben ser menores que el gradiente de frac- siones en que se calibran con mayor presión para tar movimiento del cemento. tura. Si la formación se fractura accidentalmente, Utilice una lechada de bajo filtrado y alta densidad operaciones especiales. existirá entonces un problema más severo. en las perforaciones más bajas y permita que la· Verificar equipo de flotación con diesel o agua. Tuberías de revestimiento cortas (liner) lechada se comunique con las perforaciones supe-· Para soltar la TR se procede de la siguiente mane- Un método más es hacer de dos a cuatro disparos riores. Desconecte el soltador y levante unos 3 me- ra: descargar el peso de la TR en el colgador car- Cuando se trata de cementaciones de tuberías cor- adyacentes a una zona de baja presión, una zona de tros sobre las perforaciones y circule en inversa para agua o algún otro lugar ventajoso. Colocar un limpiarlo.42 91
  • 43. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesForzamiento con bloqueos Método de tapón tas de explotación (7pg o 5pg), normalmente se uti- deberá de activarse antes de esperar fraguado. liza un empacador permanente que se coloca deba- Para efectuar la cementación de complementosEsta operación se emplea antes de perforar para Hay dos métodos para conducir un trabajo de jo de la camisa soltadora (C-2 boca de tubería corta). de TR, se sigue este procedimiento operativo:producir y ayudar a evitar la migración de fluido de cementación a presión. El más común, aunque el Su objetivo es, básicamente, el control del pozo · Efectuar junta de seguridad.las zonas superiores e inferiores de la formación pro- menos confiable, es el método de tapón. El proce- cuando se tengan pérdidas parciales o totales y cuan- · Romper circulación, verificar gasto y presión.ductora. dimiento debe ser: do exista la posibilidad de que el pozo se descontrole. · Enchufar tie-back en la camisa soltadora (C-2) y El procedimiento operativo consiste en lo explicado probar la efectividad de los sellos con una pre-Esto se hace disparando y forzando una zona • Localizar la cima del cemento con un registro anteriormente y la función adicional para activarlo sión de 35-70 kg/cm2 más que la de circulación.permeable debajo, para después repetir la misma de temperatura es aplicar solamente peso (25-30 tons) para romper Colocar una marca al verificar la (C-2) y otra cuan-operación sobre la zona potencialmente producti- • Hacer perforaciones arriba de la cima del ce- seguros y activar el mecanismo. do se empieza a cargar peso y se enchufa al tie-va. Ambos tapones se muelen, y la zona potencial- mento back (lo normal son 30 tons arriba del peso de lamente productiva se dispara para producir. Ésta es En la actualidad los retos de perforación son tan TR) en la camisa soltadora C-2; levantar la herra-una operación de la costa del golfo y no se practica • Circular el pozo hasta que esté limpio con cir- grandes que la exigencia para las operaciones de mienta tie-back para dejarla en posición de ce-mucho en países de roca dura, principalmente por- culación total servicio son más delicadas. Tal es el caso de la mentar (libre los orificios). Es importante señalarque su objetivo es evitar el efecto de conificación • Si existe circulación parcial o nula, la opción cementación de una TR 3 ½ (slim liner o tubería es- que al verificar la C-2 y cargar peso para enchu-del agua. es simple: detener el trabajo de corrección o belta); los cálculos son iguales a los de una far el tie-back observar que el último cople de la repetir la operación en la otra cima de cemen- cementación de tubería de explotación corta normal TR libre los preventores para poder efectuar elSe efectúa un forzamiento a baja presión para evitar to detectada (7 o 5) y las variaciones con respecto al procedi- corte de ésta, terminada la operación.exceder la presión de fractura y crear un problema • Bombear un volumen de unos 150 m de miento operativo son las siguientes: · Para verificar el enchufe de los sellos del tie-back semayor. Las areniscas altamente permeables parecen dispersante de lodo o solución ácida MCA. Es establece circulación (a gasto y presión estable) seser mejores candidatos para este tipo de trabajo. preferible esta solución porque dispersará y · Realizar una junta de seguridad con el personal levanta la TR a una longitud mayor o igual a la ca- deshidratará las partículas de arcilla operativo. rrera de la camisa observando el comportamientoCementación forzada para abandono • Usar unos 150 m de lechada de sacrificio. Una · Probar las conexiones del equipo en superficie de la presión; fuera de la camisa tiende a disminuir mezcla de cemento con puzolana es económi- · Verificar peso total de las tuberías (TR y TP) y y cuando entra a la camisa se incrementa. Hay oca-Frecuentemente, una zona es considerada no co- ca y hace un buen trabajo tocar fondo con circulación si las condiciones siones en que se observa comunicación de los se-mercial y es abandonada colocando un tapón puente • Usar cualquier cemento básico con una baja lo permiten. llos; en este caso, lo conveniente es levantar el tie-con cable para aislarla permanentemente. pérdida de filtrado y baja viscosidad · Soltar canica para anclar conjunto colgador y du- back y circular para limpiar la zona y rotar la TR para rante el viaje de la canica instalar la cabeza de cambiar de posición los sellos y volver a enchufarse.El tapón de puenteo puede ser fijado a conveniencia • Bombear la lechada descrita hacia la tube- cementar con el tapón de desplazamiento. Esto, a veces, da buenos resultados; en caso con-cuando se requiere disparar un intervalo superior. ría de revestimiento, con un tapón superior · Anclar la TR y con fluido del pozo manejar presio- trario dejar el pozo represionado al terminar la convencional de cementación. Desplazar esto nes equivalentes para no rebasar los limites del operación.Este método siempre deja una pregunta sin contes- con la mayor precisión posible. Algunos ope- colgador. Verificar este anclaje con peso sobre la · Instalar la cabeza de cementar y las conexionestar: ¿se puede depender de que un tapón puente radores mantienen una ligera presión baja en TR, con los cálculos previamente efectuados. superficiales probándolas con la presión máximano fugue? Esta pregunta no comenzará a preocu- el anular para efectuar un ligero forzamien- · Soltar la tubería y verificar que el soltador esté li- de operación.parle sino hasta que el intervalo superior comience to. Esto puede ser peligroso si la formación bre, con peso y con presión. Establecer circulación · Soltar tapón limpiador, bombear frente lavador yde pronto a aportar agua o no responda a un trata- se rompe con presión equivalente en el cople. Para observar probar el equipo de flotación, recuperar muestramiento de estimulación. • Cerrar el pozo. Verificar la cabeza contenedora abatimiento de presión, este procedimiento se debe de cemento y agua de mezcla y bombear lechada de tapones en caso de haber fugas al diseño del cople receptor donde se aloja la cani- verificando densidad y circulación, soltar tapónEl operador puede intentar la cementación en una ca. Esta herramienta es del grado y peso de la TR de desplazamiento, desplazar verificando la pre-zona sobre la cima del cemento detrás de la tube- Método con empacador para evitar problemas en el pozo. sión máxima de desplazamiento y final siendoría, pues parte de la lechada pudo perderse en algu- · Anclada y soltada la tubería, se aplica peso sobre esta presión de 35-70 kg/cm2 mayor que la dena zona de baja presión debido a que la columna El segundo método emplea un empacador o retenedor la camisa soltadora C-2 y se efectúa el bombeo circulación, verificar el equipo de flotación al fi-hidrostática fue excesiva o la misma zona pudo ha- de cemento anclado aproximadamente a 6 metros de la lechada entre tapones para evitar la conta- nal de la operación.ber causado una pérdida total de circulación. En sobre los disparos. El trabajo se efectúa con la tubería minación del volumen pequeño empleado de · Al finalizar la operación, se cargan 30 tons paracualquiera de estos casos, el cemento pudiera no de perforación. Todas las demás operaciones y mate- lechada y desplazar con agua y fluido retardante enchufar el tie-back (verificada con la marca pues-haber cubierto la zona de interés. riales son las mismas. La principal ventaja de este mé- o lodo contaminado. Todo esto para lograr que el ta previamente) si éstas no fueran suficientes se todo sobre el anterior es una retención positiva del cemento que pudiera dar vuelta arriba de la boca le cargan un poco más teniendo un margen delQuizá la causa menos común para que no se alcan- cemento por el empacador debido a una válvula de de la TR pueda fraguar. peso de la misma TR; finalmente, cerrar machoce la cima programada sea un excesivo lavado del contra presión en la herramienta. Una desventaja es · Levantar el soltador 500m llenando pozo, cerrar de la cabeza y lavar cabezal con pozo cerrado.pozo. Generalmente se hacen compensaciones em- que el empacador debe ser molido si está sobre la preventores y esperar fraguado. En ocasionespleando un exceso de cemento durante la cementa- zona potencialmente productiva. puede ocuparse un empaque permanente que Existe la cementación de una TR corta que se ubicación primaria.90 43
  • 44. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesarriba de la boca del liner. Se diferencia de una superficie Estos pozos normalmente tienen bajo nivel y co- interés principal es básicamente el comportamien-cementación de complemento porque esta tubería mienzan a admitir tan pronto como se empiezan a to de la lechada dentro de la cavidad de las perfora-corta no llega a superficie. En el medio petrolero se T.C. 37 m forzar. Es extremadamente importante hacerlo siem- ciones. Hay varios aditivos que atacan este pro-le conoce como stub y los cálculos son iguales a los pre a la menor presión. Con un empacador para blema.de un complemento y tuberías cortas, porque esta mejor control, represione unas 1000 psi. Bombee h2tubería lleva una herramienta soltadora, por lo tan- TR 20´´ contra la formación para establecer una presión de Los agentes obturantes tales como: la gilsonita, lato, se debe de soltar la TR al finalizar la cementación inyección. Tan pronto como todo el cemento se haya perlita y arena, se han usado con buen éxito. Qui-y levantar la herramienta soltadora 200m arriba de mezclado, abra la válvula para el tanque de despla- zás el mejor de éstos sea la gilsonita. Se han proba-la cima de los frentes lavador y separador, romper zamiento y deje que el desplazamiento fluya por do muchas combinaciones y han sido aceptables zapata 20´´ 691 mcirculación y sacar a superficie. gravedad hacia el pozo hasta que el flujo casi se para situaciones particulares o específicas. Por ejem- detenga, luego comience a bombear muy lentamen- plo, pueden usarse una o dos lechadas. La primeraEjemplos agujero 18´´ te. Si el pozo continúa succionando cuando se lechada puede tener 5 lbs de gilsonita por saco, se- TR 13 3/8 ´´ haya bombeado todo el desplazamiento, sobre guido por cemento solo. Lo que se intenta con la h1De acuerdo con lo expuesto en este capítulo, lo esen- desplace 3 a 5 barriles debajo de la perforación primera lechada es puentear y forzar con la segun-cial para el estudiante es contar con ejemplos prác- cople 13 3/8 “ 1926.51 m más baja. Probablemente la presión de forzamien- da. Algunas personas tienen una percepción total-ticos de las operaciones que se han realizado. to puede alcanzarse usando una técnica de está- mente diferente: corren una lechada de cemento h0 zapata 13 3/8“ 1950 m ticos y dinámicos que fomenten la formación del solo delante del agente obturante.Ejemplo 1: enjarre. El objetivo es asegurarse de que parte del cemento Figura 10 Arreglo del pozo Escuintle 201.Pozo: Escuintle 201 El primer periodo probablemente no disminuirá la quede en la formación antes de iniciar el forzamien-Programa: Cementar la tubería de revestimiento su- DTR 13 3/8”, 77 lb/pie = 90.60 lt/m admisión. En este punto, la operación se vuelve un to. Si este es el caso, entonces el diseño es el ade- arte en vez de ciencia. Continúe con el bombeo al- cuado.perficial de 13 3/8” de diámetro exterior a una profun- ternado hasta que la admisión continúe disminuyen-didad de 1950m con cima de cemento a superficie Cálculo del volumen de lechada (VLC) y cantidad de do y se comience a alcanzar presión. La cantidad de Lechadas aceleradas cemento: lechada a bombear y el tiempo de inyección inter-Estado mecánico: mitente es una situación de juicio. Mantenga la pre- Las lechadas aceleradas se usan también como una CEA1 = (CAD 18” – DTR 13 3/8”) sión alcanzada durante cinco minutos (varía según restricción para ayudar a lograr el taponamiento. 3Densidad del lodo: 1.50 gr/cm las condiciones), después descargue. Represione Estas pueden acelerarse para fraguar en 15 minu- = 164.2 – 90.6 hasta la presión original y manténgala por otros cin- tos usando un acelerador a base de yeso, en lugarBomba tríplex = 7x12 co minutos. Descargue nuevamente y remueva el de cloruro de calcio que es más moderado. Pueden = 73.6 lt/m empacador y circule en inversa el exceso de cemen- usarse dos lechadas: la primera se acelera, seguida to, teniendo cuidado de no exceder la presión de por otra de alto filtrado. El objetivo es disminuir laDistribución de TR: forzamiento. admisión con la lechada acelerada y forzar con la CEA2 = (CTR 20” – DTR 13 3/8”) de alto filtrado. Deben ajustarse las característicaszapata guía 13 3/8” BCN, TAC-110, 77 lb/pie, 0.34 m Las zonas que admiten succionando, es probable de filtrado de la segunda lechada dependiendo de = 185.3 – 90.6 que estén naturalmente fracturadas o posean una la permeabilidad de la formación. Las lechadas ace-2 t TR 13 3/8” BCN P-110, 77 lb/pie 22.51 m permeabilidad extremadamente alta. Las fracturas leradas aumentan el riesgo de un fraguado prema- = 94.7 lt/m pueden admitir cemento indefinidamente con está- turo. Úselas con precaución.cople dif. 13 3/8” BCN, TAC-110 0.67 m ticos y dinámicos durante el proceso de forzamien- en donde: to, así se alcanza una presión nominal, mientras que Cemento tixotrópico162 t TR 13 3/8” BCN, P-110, 77 lb/pie 1 926.51 m DTR - desplazamiento de TR las zonas con alta permeabilidad pueden requerir muy pocos periodos para formar el enjarre. Otra solución para forzar en una zona de baja pre- CAD = capacidad agujero descubierto sión es el uso de un cemento tixotrópico. EstaDatos calculados u obtenidos de tablas: Agentes para puentear (taponar) lechada especial se mantiene bombeable mien- CEA1 = capacidad espacio anular entre agujero des- tras esté en movimiento, pero su tixotropía o susCAD 18” = 164.2 lt/m cubierto 18” y TR 13 3/8” Se ha visto que las zonas de baja presión requieren propiedades de alta resistencia de gel provocan muchas etapas de inyección a presión antes de que una rápida gelificación. Esta propiedad puede ini-CTR 20”, 94 lb/pie = 185.3 lt/m CEA2 = capacidad espacio anular entre TR 20” y TR 13 3/8” se alcance el objetivo del forzamiento. Deben to- ciar la obstrucción de las fracturas hasta alcanzar marse en consideración los aditivos que puedan aumento de presión, especialmente, en periodosCTR 13 3/8”, 77 lb/pie = 76.02 lt/m VLC = VEA1 + VEA2 + VCZ ayudar a puentear o restringir el flujo en un sistema estáticos y dinámicos. Un cemento tixotrópico fracturado. Esta solución puede contrastar con el puede usarse como primera lechada, seguido de hecho de forzar en arenas permeables, en donde el una de alto filtrado.44 89
  • 45. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesLa pérdida por filtrado del cemento generalmente VCZ = (CTR 13 3/8”) h0 = 492,499.57 lbses muy rápida, y puede iniciarse en la tubería derevestimiento antes de que la lechada cubra una por el factor de conversión para tenerlo en tons, y su- = (76.02 x 23.5)zona dada de formación. El resultado puede ser un mando el peso del gancho, que para este pozo es detapón de cemento en las perforaciones abiertas enla cima de la zona y ninguna cantidad de cemento a = 1786.5 lt Wg = 8 tons, y tomando en cuenta el FF tenemos;través de las perforaciones más bajas. VEA1= (CEA1) h1 WTR = 179.0 tons +8 = 187 TonEl control del filtrado ayuda a evitar las pérdidas de Presión de Presiónfluido prematuro de la lechada y el rápido fraguado Tratamiento = 73.6 * 1259 Para el cálculo del volumen de lechada (VLC) y agua total superficial +de cemento en la tubería de revestimiento. Los ce- Presión (Vagua), tenemos;mentos que contienen aditivos para control de fil- hidrostática – = 92662.4 lttrado pierden fluido hacia la formación mucho más Presión por VLC1 -(3600 sc * 56.7 lt/sc)/159 = 1284.00 blslentamente de como lo hace el cemento solo, de fricciónmanera que el enjarre que se forma en las paredes VEA2= (CEA2) h2 Vagua 1 = (3600 sc * 40.8 lt/sc)/159 = 924.00 blses más denso y más resistente a la presión. Figura 46 Forzamiento en una etapa con bombeo = 94.7 * 691 VLC2 = (800 sc * 38.0 lt/sc)/159 = 191 blsComo las pérdidas de filtrado ocurren en la forma- alternado o periodo de espera.ción, muy poco o nada se lleva a cabo en la tubería = 65437.7 lt Vagua 2 = (800 sc * 22.00 lt/sc)/159 = 111 blsde revestimiento; por lo tanto, a menudo es posible y de los empacadores recuperables (figura 45). Conlograr taponar o deshidratar la lechada a través de esta técnica, se evitan los rompimientos de la for- V =V +V = 1475 bl = 234 525 lt VLC = 159885.7 ltlas perforaciones y todavía tener suficiente tiempo mación y se alcanza presión por la técnica de estáti- LC LC1 LC2para circular en inversa el exceso de lechada de la cos y dinámicos.tubería de revestimiento. Así se evita la pérdida de Por variación al calibrar el agujero, se adiciona un El cálculo del volumen de desplazamiento es,tiempo y los gastos que representa moler. 46.7 % de lechada de cemento, de donde resulta: CTR 13 3/8”, 77 lib/pie = 76 lt/m ( valor obtenido de VLC = 159885.7 * 1.467 = 234552.3 lt tablas o por la sig. fórmula; )RU]DGD D EDMD SUHVLyQ Presión en RQWURO GH Se utilizan 2 tipos de lechada de cemento; CTR=0.5067(Dint2 )( lt/m). superficie ILOWUDGR 3 1° lechada 180 ton, r=1.60 gr/cm 3 Vd = L (CTR 13 / “) 8 Fluido de desplazam Vd = 1926.51m * 76 lt/m = 146 415 lt Agua = 40.80 lt/sc, TB = 6.0 hrs iento = 921 bls, + R = 56.70 lt/sc Lechada Se calcula el tiempo de desplazamiento, de 2° lechada 40 ton, r=1.89 gr/cm 3 cemento Qf bomba tríplex = 0.0102 * 12 * 72/0.254 Figura 47 Control de filtrado. Agua = 22 lt/sc, TB = 5.0 hrs = 23.00 lt/emb Menor En este método, el cemento es colocado en una sola etapa, pero en bombeo alternado o periodos de es- R = 38 lt/sc presión de epm = 100 pera. Las propiedades de bajo filtrado de la lechada Considerando Ef bomba del 80 % fractura causan que el enjarre se compacte en las formacio- Utilizando las fórmulas antes vistas tenemos; Q = 23 lt/emb * 100 epm = 2300 lt/min * 0.80 nes o dentro de las perforaciones mientras el resto Q = 1840 lt/min, Figura 45 Forzamiento con baja presión. de la lechada permanece fluida dentro de la TR. FF = 1 – 1.5/7.85 = 0.80 por lo tanto el tiempo será;Cementación forzada con baja presión Zonas fracturadas de baja presión Se calcula el peso de la TR T= 146415 lts / 1840 lt/minEsta técnica de empuje se ha vuelto más eficiente Las zonas fracturadas de baja presión son a menu- = 79.57 mincon el desarrollo de los cementos con bajo filtrado do difíciles de forzar (figura 47). WTR = 1950.03 (m) * 3.28 * 77 (lb/p)88 45
  • 46. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesConsiderando diferentes gastos realizamos la si- Puesto que las partículas de lodo no pueden entrar Cementación forzada altaguiente tabla: en la matriz de la formación, se forma un enjarre en TP5’’ las paredes. La fractura que resulta es más difícil de presiónEl cálculo de la presión diferencial (Pdif) será: forzar y requerirá múltiples etapas para finalmente alcanzar un incremento en la presión. Presión en TR 10 3/4’’ V4Pdif = ( 1.89 - 1.50 ) * 352 / 10 = 146 lb/pg 2 superficie Quizás una desventaja mayor sea la pérdida de con- 2Pdif = ( 1.60 - 1.50 ) * 1574.5 / 10 = 225 lb/pg trol en la colocación de la lechada. 2893. 79 m 2 BTR CORTAPdif = 146 + 225 = 371 lb / pg La alta permeabilidad, baja presión, o las perfora- V3 251.21 m Fluido de ciones menos obstruidas probablemente admitirán = 4159 lb/pg 2 zapata 10 3/4 ‘’ la lechada, mientras que otras perforaciones más desplazamiento 3145 m obstruidas puede ser que nunca la admitan. + Cuando el exceso de cemento es llevado hacia fue- Lechada de Gasto (epm) Tiempo (hrs) diámetro ag. 9 1/2’’ cemento V2 1933.21 m ra, estas perforaciones pueden comenzar a produ- 120 1:10 cir fluidos. 100 1:32 90 1:47 1682 m El lodo puede contaminar al cemento en la cavidad TR 7 5/8’’ de la perforación o inducir una fractura, que causa Presión de 80 2:05 el fracaso del trabajo. fractura mayor Las condiciones precedentes indican la remociónPara terminar se realiza el procedimiento operativo cople 7 5/8’’ 4778.23 m del lodo de las perforaciones para mejores resul-(ver Procedimientos operativos página 40, cemen- V1 47.43 m tados. Figura 44 Forzamiento con alta presión.tación de TR superficial), al terminar se reporta la zapata 7 5/8’’ 4827.00 moperación en la bitácora del pozo. hzc Se han usado algunos lavados químicos con cier- to éxito, probablemente el mejor de ellos sea el En ciertos casos, la zona por debajo de las perfora-Ejemplo 2. ácido clorhídrico con surfactantes. El hidrógeno ciones que se van a forzar deben ser aisladas con Figura 11 Arreglo del pozo Yagual 3. un tapón puente. Se usa cierta cantidad de salmue- del ácido clorhídrico tiene la capacidad de reac-Pozo: Yagual 3 cionar químicamente con arcillas hidratadas cau- ra para determinar la presión de admisión de la for- 39t TR 7 5/8” TAC-140, 39 lb/pie, HDSFJP - 413.73 m sando floculación y el encogimiento de las mis- mación que se va a tratar. No debe usarse lodo comoPrograma: Cementar una tubería corta de explota- 85t TR 7 5/8” V-150, 39 lb/pie, HDSFJP -1008.97 m mas. El ácido puede ser bombeado delante de la fluido para romper ya que puede dañar la forma-ción de 7 5/8” a una profundidad de 4827.0m se uti- 1 comb. 7 5/8” P- HDSFJP /C-BCN -1.49 m lechada de cemento. Los mejores resultados se ción. Después del rompimiento se coloca unalizará una tubería de perforación (TP) de 5” para su 1 comb. 7 5/8” P-BCN/C-VAM -0.37 m han obtenido bajando una tubería de cola al fon- lechada de cemento cerca de la formación y se bom-introducción. 35t TR 7 5/8” P-110, 39 lb/pie, VAM - 452.36 m do de las perforaciones y colocando el ácido a bea a bajo gasto. conj. Colgador hco. 10 ¾” x 7 5/8” VAM 7.52 m través de ésta.Estado mecánico: Conforme el bombeo continúa, la presión de inyec- 44t TP 5” XH °G, 19.5 lb/pie - 1239.0 m Ancle y fije el empacador. Bombee contra la forma- ción comienzan a aumentar hasta que la presión 3Densidad del lodo: 2.05 gr/cm 57t TP 5” XH °X, 25.6 lb/pie -1655.0 m ción y permita que regrese un par de veces para superficial indique que ya ocurrió la deshidrataciónDistribución de TR: que el lodo se remueva. del cemento. La presión se mantiene momentánea-zapata flotadora 7 5/8” tipo “v”, V-150, Para el cálculo del volumen de lechada tenemos que mente contra la formación para verificar las condi-39 lb/pie - 0.54 m saber las capacidades (C) de las tuberías y éstas se El tubo de cola debajo del empacador debe ser de ciones estáticas y después se libera para determi-2t TR 7 5/8” TAC-140, 39 lb/pie, BCN - 20.98 m obtienen de tablas o por la siguiente fórmula: aluminio o de fibra de vidrio. Esto puede evitar que nar si el cemento permanece en el lugar. El exceso1 comb. 7 5/8” P-BCN/C-VAM, - 0.97 m C=0.5067(Di2 ) lt/m el empacador sea cementado dentro del pozo. de lechada sobre las perforaciones se circula en in-cople flotador baker TAC-140, 39 lb/pie, VAM - 0.48 m versa. Si no se obtiene la presión de forzamiento1 comb. 7 5/8” P-VAM/C-BCN - 1.02 m Cementación forzada con alta presión deseada, se emplea con frecuencia una técnica de 11t TR 7 5/8” TAC-140 39 lb/pie, BCN -11.42 m CAD 9 / ’’ = 45.72 lt/m inyección por etapas. 21cople receptor 7 5/8” P-110 39 lb/pie BCN -0.27 m Durante los forzamientos con alta presión se corre1t TR 7 5/8” TAC-140, 39 lb/pie BCN -11.48 m 3 una herramienta recuperable o no recuperable has- Este método implica mezclar un volumen de cemen- CTR 10 / ”, 81 lb/pie = 47.28 lt/m to (1.5 a 5 tons), colocándolo contra la formación, y1cople retenc. 7 5/8” tipo II, P-110, 39 lb/pie, BCN -0.27 m 4 ta una posición cercana a la cima de la zona por1 comb. 7 5/8” P-BCN/C-HDSFJP - 1.34 m forzar, para mantener la presión en un punto espe- esperar al menos hasta el fraguado inicial, y repi- cífico dentro del pozo (Figura 44). tiendo la operación tantas veces como se requiera.46 87
  • 47. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesPrueba del equipo especial cuidado porque cualquier error en una co- = 34.60 lt/m * 50 m 5 nexión hará que ancle el empacador entre 10 a 20 CTR 7 / ”, 39 lb /pie = 22.24 lt/m 8La tubería de trabajo, el espacio anular y el equipo metros sobre o abajo del objetivo que se va a forzar = 11 blsde superficie deben ser probados a presión con un y con esto un error de aproximadamente un tramo 5 DTR 7 / ” = 29.46 lt/mprobador de tubería antes de comenzar el trabajo. de tubería de revestimiento. En casos especiales, 8 donde,Para hacer la prueba, bombee un tapón o barra de como cuando zonas de baja presión requieren pe-prueba o bien ancle el empacador en la TR que seva riodos estáticos y dinámicos, puede ser necesario hC – longitud del cemento arriba de boca de TRa forzar. CTP 5”, 19.5 lb/pie = 9.30 lt/m corta V = 34 653.5 lt = 217.9 bl CTP 5”, 25.6 lb/pie = 8.10 lt/m LC Se utiliza una mezcla de cemento en seco de DTP 5” = 12.66 lt/m 57.23 Ton. 3 1 5 r = 2.15 gr/cm /RGR CEA = CAD 9 / “ - DTR 7 / ’’ = HPHQWR Frente 2 16.26 lt/m 2 8 Agua = 23.lt/sc TB = 5.0 hrs ácido 3 CEA = CTR 10 / “ - DTR 7 / ’’= 5 18.00 lt/m 3 4 8 R = 47.87 lt/sc 3 CEA = CTR 10 / “ - DTP 5’’ = 34.60 lt/m 4 4 W g = 5 ton Cálculo del volumen de lechada (VLC) Cálculo del volumen de lechada de cemento (lt/m) /HFKDGD VLC1 =(CTR 7 5/8”) hCZ Balance de materiales = 22.2 lt/m * 47.43 m Material Peso (Kg.) Agua (lt) Rendimiento (lt/sc) 7XEHUtD Cemento H 50.00 19 15.80 = 1053.0 lt = 6.6 bls Arena Sílica 17.50 4 6.60 Agente densificante12.43 2.47 VLC2 =(CAD 9 ½”-DTR 7 5/8”)hZZ DQDOL]DFLyQ D WUDYpV GHO Agua 23.00 23 23.00 Figura 43 Frente ácido. Suma 102.93 Kg. Suma 47.87 (lt/sc) FHPHQWR = 16.26 lt/m*1682 m 102.93 anclar el empacador mucho más arriba de la zona = 172.0 bls rLC = = 2.15 gr/cm3 47.87 que se va a forzar, de modo que este proceso co- Figura 42 Canalización a través del cemento. mienza cuando toda la lechada está debajo del donde, Determinación del agente densificante: empacador. hZZ – longitud entre zapata de TR 7 5/8” y zapata 10¾” 2.15 = 90.5 + x / (45.4 + x/5.02)La prueba de presión debe ser igual o mayor a 1000 Frentes de limpieza y lavadores x = 12.43 Kg / scpsi. que la presión esperada de forzamiento o la VLC3 =(CTR10 ¾”- DTR 7 5/8”) hZBLmáxima presión diferencial que resulte de la colum- Cuando las perforaciones estén parcialmente obs- VLCna de cemento remanente en el sistema. truidas con lodo, especialmente si éste es el fluido = 18 lt/m * 251.2 m No. sacos de cemento = de terminación, debe tenerse en cuenta esta condi- RAnclaje del empacador ción antes de un trabajo de cementación forzada = 28.4 bls Para cubrir irregularidades en el calibre del agujero (Figura 43). descubierto se adiciona un 5 % de cemento, de don-El empacador debe fijarse, tan cerca como sea po- donde, de:sible, del objetivo que se va a forzar. Si esta condición no es corregida, ocasionará va- 36378 rios problemas: hZBL – longitud entre zapata de TR 10 ¾” y boca de No. sc = = 760 sacosEsto hace que la mínima cantidad de fluido de ter- TR corta 47.87minación sea forzada contra la formación delante La formación puede ser fracturada hidráulicamentedel cemento. Sin embargo, el hecho de colocar al en un intento de bombear para probar su capaci- VLC4 =(CTR 10 ¾”- DTP 5”) hCempacador tan cerca del objetivo, obliga a tener dad de admisión.86 47
  • 48. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesDonde V TR = 22.2 lt/m * 1885.8 m = 263.3 bls De hecho, algunos operadores tienen una regla para Si un empacador no logra sellar o alcanzar la profundi- estos casos: dad programada, puede suceder una corrida en falso.Cemento H = 760 x 50.00 = 38,000 Kg. V T = V TP + V TR = 419.6 bisArena sílica = 760 x 17.50 = 13,300 kg. El tiempo extra requerido para circular directo pue- Para estar seguros de que no se tendrán recortes oDensificante = 760 x 12.43 = 9,447 kg. Se calcula el tirante de cemento que se tiene arriba de exceder el tiempo bombeable de la lechada. cazcarria dentro de la tubería que impidan alcanzar de la boca de la TR corta con TP y sin ella, esto con tal profundidad se debe correr un molino o escaria-Mezcla de materiales sólidos = 60,447 Kg. la finalidad de poder levantar el soltador arriba de la Un peligro mayor se presenta cuando la lechada se dor que verifique las condiciones de la TR hasta la cima del cemento. comunica con el espacio anular, atrapando la T.P y . profundidad programada.Volumen de agua = 760 x 23 = 17,480 lt la herramienta y, entonces, se requiere lavar el pozo.más 4000 lt que quedan en el fondo del tanque, to- Restando el volumen de lechada total y conside- Una buena regla puede ser que el volumen de ce- El pozo debe ser circulado hasta que esté limpio ytal = 21,480 lt rando el agujero de 9 ½” (estos cálculos se modifi- mento que se use no exceda el volumen de la sarta. sus columnas homogéneas. Los sistemas no balan- can dependiendo del diámetro del agujero obteni- Esto evitaría tener el tubo lleno de cemento en el ceados sólo agravarán el proceso del trabajo. Por 3 3Se emplean 4 m de frente lavador y 4m de frente do del registro de calibración), tenemos: caso de una presión final prematura. Además, es ejemplo, cualquier intento de remover el empacadorespaciador; únicamente se indica su empleo sin to- una buena práctica no comenzar a forzar mientras será acompañado por retorno de fluidos. El pozomarlos en cuenta en los cálculos de la cementación VLC1 = 36378 – 1053 = 35325 lt aún se esté mezclando la lechada: el gasto de in- tratará de arrancarse, se ha acumulado suficientepara favorecer la claridad del manejo de la lechada. yección podría volverse tan lento que sería imposi- gas en el sistema, causando el fracaso de la opera- VLC2 = 35325 – 27349 = 7976 lt ble continuar mezclando una lechada homogénea. ción. El gas forzado en la formación delante del ce-Utilizando las fórmulas antes vistas tenemos; mento puede introducirse a través del cemento y VLC3 = 7976 – 4522 = 3454 lt dejarlo canalizado. FF = 1 – 2.05/7.85 = 0.738 Sustituyendo estos valores en las fórmulas antes Fluido de terminación del pozo vistas tenemos, Cemento L odo Estos deben ser fluidos limpios, tales como sal-Se calcula el peso de la TR, LCe c/tp = 3454 (lt)/ 34.6 (lt/m) = 99.8 m mueras sódicas o de potasio. Este tipo de fluidos puede ser introducido en la formación delante deWTR = 1933.21 (m) * 39 (lb/p) * 3.28 CiCe c/tp = 2894.0 m – 99.8 m = 2794.2 m la lechada de cemento. El rango de inyección y la profundidad son tales que el tiempo de bombeo = 247,296.22 lbs = 112 tons VLC1 + VLC2 + VLC3 = 32924.0 lt de la lechada no sean adversamente afectadas. En el caso de que se requiera lodo para mantenerel cálculo de la TP es; VCe s/tp = 36378 lt - 32924.0 lt = 3454.0 lt el control del pozo, la lechada del cemento debe colocarse tan cerca como sea posible delWTP = 1239 (m) * 19.5 (lb/p) * 3.28 LCe s/tp = 3454.0 (lt) / 47.28 (lt/m) = 73.05 m empacador, de modo que la menor cantidad de fluido sea forzada a la formación. = 79 246.44 lbs = 36 tons CiCe s/tp = 2894.0 m – 73.05 m = 2821 m El espacio anular debe mantenerse represionadoWTP = 1655 (m) * 25.6 (lb/p) * 3.28 Para terminar se realiza el procedimiento operativo (ver Tubería de para igualar el desequilibrio causado por la presión en página 40 Procedimientos operativos, anclaje de TR), revestimiento hidrostática en la TP y así evitar que el cemento se , = 138 967.04 lbs = 63 tons al terminar se reporta la operación en la bitácora del pozo. dé vuelta hacia el espacio anular. El empacador pue- de bajarse más allá de las perforaciones (u otrosAplicando el factor de flotación tenemos; Ejemplo 3. Figura 41 Tubería acondicionada, escariada y limpia. objetivos que se vayan a forzar), desplazar el lodo del pozo con la salmuera y luego anclar elW T = 155.7 ton + Wg = 160 ton Pozo: Chinchorro 21 Condiciones del agujero empacador a la profundidad de forzamiento.El volumen para desplazar se calcula tomando en Programa: Cementar TR 20” con herramienta stab-in Es absolutamente necesario que el agujero esté en Esto deja a las perforaciones en seno de un fluidocuenta la TP para observar el acoplamiento de los ta- a 1000.0 m. buenas condiciones antes de empezar una opera- que no forma enjarre. En este caso, el volumen depones y el de la TR para alcanzar la presión final; se r = 1.20 gr/cm3 ción de cementación forzada; de otra manera, los la TP normalmente se fuerza contra la formación en Lrealiza de la siguiente manera; W g = 6 ton problemas se complicarán debido a algunas condi- lugar de desbalancear el espacio anular. Debe te- Diámetro del agujero = 26” ciones adversas a la operación (Figura 41). La tube- nerse especial cuidado con el lodo que contiene Cemento baja densidad = 175 tons; rcb = 1.60 gr/cm ría de revestimiento debe estar escariada, libre de barita porque la barita puede caer más allá de la 3V TP 5” 19.5 lb/pie = 9.3 lt/m * 1239.5 m = 72.0 bls incrustaciones y de cualquier residuo de cemento interface del agua-lodo y atrapar al empacador si la de operaciones anteriores. interface está por encima del mismo.V TP 5” 25.6 lb/pie = 8.10 lt/m * 1655 m = 84.3 bls Cemento alta = 40 tons; ; rca = 1.89 gr/cm 348 85
  • 49. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones CEA = (CTC - DTR) = 456 - 202.7 (VIXHU]R FRPSUHVLYR Estado mecánico: 2 = 253.3 lt/m LVHxR SRU Distribución de TR: en donde: SUHVLyQ CAD = capacidad agujero descubierto h2 TP 4 /2 ‘’ 1 CEA1 = capacidad espacio anular entre agujero 26” y TR 20” TC 30’’ 50 m CEA2 = cap.esp. anul. entre TC 30’’ y TR 20’’ TR 20’’ VLC = VEA1 + VCZ + VEA2 Agujero 26’’ h1 874.0 m V = (CTR 20’’) ho CZ = 185.3 * 26.68 = 4943.80 lt Figura 39. = 31.09 bls Cople Stab-in 897.0 m VEA1 = (CEA1) h1 Figura 40. h0 = 139.84 * 874Resistencia compresiva de cemento y presión de zapata TR 20’’ 924.0 m = 122 220.16 lt última del cemento o su capacidad para contenerforzamiento = 768.68 bl una presión diferencial. Una buena guía para una Figura 12 Arreglo del pozo Chinchorro 21. presión de empuje es de 500-1000 psi sobre la pre- VEA = (CEA ) h 2 2 2La resistencia compresiva deseable para obtener un sión de bombeo sin que haya retorno de fluidos entrabajo exitoso de cementación forzada puede es- 3 a 5 minutos. zapata flotadora 20”, 94 lb/pie - 0.50 m =253.3 x 50tar sobrevaluada (Figura 39). 2t TR 20” k-55, 94 lb/pie, BCN - 25.44 m = 12665 lt Diseño de acuerdo con la presión 1 cople flotador k-55 94 lb/pie - 0.74 mLa cavidad típica de perforación tiene una forma tal 74 t TR 20” k-55, 94 lb/pie, BCN - 897.32 m = 79.6 blsque provoca que el tapón de cemento fraguado ac- Diseñe de acuerdo con el equipo de superficie y las Niple con sellos stab-intúe como una válvula de contra presión en ambas características de las tuberías, para adecuar la pre- - 0.29 m VLC = 139 828.96 ltdirecciones. Una fractura inducida, llena con cemen- sión máxima esperada en el forzamiento (Figura 40). 31 lings. 4 ½” IF, 16.6 lb/pie - 872.74 m = 879.42 blto, tiene más área de adherencia, por lo tanto es Este fundamento raramente se pasa por alto. Sin 2 tubos 4 ½” IF, 16.6 lb/pie - 19.0 mcapaz de soportar más presión diferencial que la Por irregularidades en el agujero detectadas al cali- embargo, el volumen de la lechada y su relacióncavidad de una perforación. con la presión nunca debe ser descuidado. Diseñe La diferencia de TP se ajusta con la altura del brarlo, se adiciona un 39 %. el trabajo de manera que la presión de inyección de piso falso.Aunque la contaminación del cemento con el lodo la lechada del cemento, en cualquier momento du- Se utilizan 2 tipos de lechada de cemento;puede reducir drásticamente la resistencia compre- rante el trabajo, no excederá la resistencia del equi- Datos calculados u obtenidos de tablas:siva, puede ser considerada insignificante en este po, la cabeza del pozo o las limitaciones de presión 1 CTP 4 / ’’, 16.6 lb / pie 7.41 lt/m 1° lechada 175 ton, r=1.60 gr/cm 3caso particular. El problema principal es la coloca- de la tubería de revestimiento. 2 Agua = 40.80 lt/sc, T:B = 6.0 hrsción del cemento. La presión final de empuje re- CAD 26” = 342.52 lt/m R = 56.70 lt/scquerida para un trabajo exitoso es suficiente única- Esta es una limitación mínima, puesto que alguna CTR 20”, 94 lb/pie = 185.3 lt/mmente para deshidratar el cemento de manera que presión será requerida para comenzar el movimiento DTR 20” = 202.68 lt/m 2° lechada 40 ton, r=1.89 gr/cm 3no regrese. Algunas teorías predeterminan indiscri- de la lechada, dependiendo de la resistencia del gel CTC 30’’ = 456.00 lt/mminadamente las presiones de empuje requeridas de ésta. En el momento en que se alcance la pre- Agua = 22 lt/sc, T:B = 5.0 hrspara un trabajo exitoso, basándose en los requeri- sión final o se tenga algún acontecimiento adverso, R = 38 lt/sc Cálculo del volumen de lechada (VLC) y cantidad demientos futuros del sistema y sin considerar la den- el exceso de la lechada de cemento no podría ser cemento:sidad del fluido, profundidad del pozo, u otras con- circulado en inversa. Entonces sería necesario de- Utilizando las fórmulas antes vistas tenemos;diciones relativas a la presión. jar caer la lechada o circular directo; es decir, bom- CEA1 = (CAD 26” – DTR 20”) beando el fluido de control por TP y expulsando la = 342.52 – 202.68 FF = 1 – 1.20/7.85 = 0.847La presión final de forzamiento se relaciona con el lechada de cemento por el espacio anular entre TP = 139.84 lt/mvalor de filtrado y no con la resistencia compresiva y TR, lo cual es extremadamente peligroso. Se calcula el peso de la TP:84 49
  • 50. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones 3HUIRUDFLRQHV FRQWDPLQDGDV FRQ El enjarre de lodo es capaz de resistir altas presiones WTP = 897.0 (m) * 3.28 * 16.6 (lb/pie) VI. NUEVAS TECNOLOGÍAS EN CEMENTACIÓN ORGR diferenciales, especialmente en la dirección del agu- = 48839.85 /2.2 PRIMARIA jero hacia la formación, mientras que las altas presio- = 22199.93 kg nes pueden crear una fractura antes de aceptar el fil- WTP = 22 ton Tecnologías de lechadas de baja densidad con alta trado del cemento. Una fractura y limpieza selectiva resistencia compresiva de una perforación, previas a un tratamiento de estimulación, han revelado la presencia de presionesAplicando factor de conversión y el factor de flota- Existe una formulación de mezclas de cementación muy altas, de más de 1000 psi en una perforación ad-ción, tenemos; en la que se emplea cemento Portland y aditivos yacente. En una cementación forzada, muchas fallas especialmente seleccionados, de tres tamaños de pueden ser atribuidas a una limpieza insuficiente de WTP = (22 Ton) 0.847 + 6 partícula y diferente gravedad específica, que simu- una perforación la cual no aceptó la lechada de ce- = 24.6 ton lan a las empleadas en la industria de la construc- mento durante el trabajo de cementación forzada. ción. Se pueden diseñar lechadas en un amplio ran-Para el cálculo del volumen de lechada tenemos; go de densidades que van de 1.25 a 2.89 gr/cm3. )UDFWXUDV FUHDGDVVLC1 = 3500 sc * 56.7 lt/sc = 198 450.00 lt La principal diferencia entre estas mezclas y las tra- dicionales es el desarrollo de alta resistenciaVagua1 = 3500 sc * 40.8 lt/sc = 142 800.00 lt compresiva temprana que proporciona en cualquie- ra de sus densidades. A las 12 horas se logra obte-VLC2 = 800 sc * 38.0 lt/sc = 30 400.00 lt ner con baja densidad un valor aproximado de 2,000 Figura 36 Orificios de disparos obstruidos. psi, a temperaturas de fondo del orden de 70°C enVagua2 = 800 sc * 22.00 lt/sc = 17 600.00 lt adelante.Cálculo del volumen de desplazamiento (Vd) Estas formulaciones se han aplicado con gran éxito en cementación de tuberías de revestimiento, en 2ULILFLRVCTP 4 ½” 16.6 lb/pie = 7.41 lt/m ( valor obtenido de campos depresionados con bajo gradiente de frac- WDSDGRVtablas o por la siguiente fórmula; tura y en la colocación de tapones de desvío con fluidos de baja densidad. CTP=0.5067(Di2 ) (lt/m) Hay otra formulación de mezclas de cementación Vd = (h1 - h0+h2) (CTP 4 1/2’’) en las que se emplea cemento Portland y aditivos especialmente seleccionados para proporcionar Figura 38. Vd = 897.00 m * 7.41 lt/m lechadas de baja densidad y que desarrollan resis- = 6646.77 lts, tencias compresivas aceptables, del orden de 500 a Las fracturas son creadas = 41.80 bls 2,500 psi en 24 horas, a temperaturas de 80 a 230°F, 3 en un rango de densidades de 1.20 a 1.66 g/cm . Aunque es deseable forzar sin romper la formación,El cálculo de la presión diferencial debido a los dife- en casi todas los casos debe alcanzarse una pre-rentes fluidos que tenemos es, Se han aplicado estas lechadas en cementación pri- sión de fracturamiento para hacer que la formación 2 maria, en campos de bajo gradiente de fractura y admita (Figura 38). Pdif= 155 (1.89-1.20 ) / 10 = 152.78 lb/pg Figura 37 Disparos tapados con lodo. baja presión de poro. 2 Esta condición indeseable puede ser causada por Pdif = 742 (1.60 -1.20 ) / 10 = 424 lb/pg Cementos espumados Perforaciones obstruídas con lodo el bloqueo de las perforaciones o por formaciones 2 de baja permeabilidad. Ambas condiciones existen Pdif = 576.78 lb/pg Son lechadas de cemento de extremada baja densi- Es raro encontrar todos los disparos de un intervalo en la mayoría de las formaciones. La fractura es nor- dad que se aplican a pozos con bajo gradiente de abiertos limpios y produciendo (Figuras 36 y 37). malmente perpendicular al eje de menor esfuerzo fractura y yacimientos depresionados y que, ade- principal en la roca, lo que provoca una fracturaPara terminar se realiza el procedimiento operativo (ver más, ya hayan producido. Por lo general, las perforaciones tendrán algún vertical, excepto en aquellas zonas superficiales enen página 40 Procedimientos operativos, cementación grado de obstrucción con lodo, dependiendo del donde la sobrecarga es menor que los esfuerzosde TR 20” con herramienta stab-in), al terminar la ope- Estas lechadas tienen una alta eficiencia de despla- fluido de terminación, o de la técnica de horizontales. Por lo tanto, el concepto de empujeración se reporta en la bitácora del pozo. zamiento del lodo del espacio anular con baja den- cementación primaria y del proceso de rompi- plano mantenido por muchos no es normalmente sidad variable y relativamente alta consistencia. Así miento que se haya usado. válido excepto para pozos muy superficiales.50 83
  • 51. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesEstas herramientas pueden bajarse con la misma se obtiene buena adherencia y aislamiento hidráuli- baja densidad con mayor velocidad de desarrollosarta de trabajo, generalmente, a la profundidad co, que evita el daño que causa la carga hidrostática. de resistencia compresiva. La alta área superficialdeseada, antes de iniciar la operación de Además de establecer las adherencias más apro- de la microsílica incrementa el requerimiento decementación de acuerdo con el programa de traba- piadas y el aislamiento entre zonas, el proceso de agua para prepararse una lechada bombeable; dejo. Cuando se opera con un empacador recupera- aislamiento le permite al operador ajustar la densi- tal forma que las lechadas con densidades del or- 3ble, se ancla y se mantiene pendiente su dad de la lechada durante el trabajo a la densidad den de 1.32 gr/cm pueden prepararse sin que re-empacamiento para poder colocar por circulación necesaria y a lograr una operación de alta efectivi- porten agua libre.la lechada hasta la ubicación de la herramienta, o a dad. Desde luego se debe hacer un monitoreo dela profundidad de trabajo, entonces se empaca para los parámetros de cementación en tiempo real, con La concentración normal de este material es dedar inicio a la inyección. Cuando se opera con un lo que se evitan costosos trabajos de reparación. aproximadamente 15% por peso de cemento; sinempacador permanente, se baja con la sarta de tra- Los requerimientos principales para la cementación embargo, se puede aplicar hasta un 28% por pesobajo o cable hasta la profundidad programada. Éste de pozos son: de cemento. Lo fino del grano de la microsílica tam-se ancla con vueltas de la sarta de trabajo a la dere- bién promueve el control mejorado del valor de fil-cha y, para empacarlo, primero se le aplica tensión · Adherencia y soporte de la tubería de revesti- trado, posiblemente por reducir la permeabilidad dellentamente, debido a que las cuñas superiores son miento enjarre inicial del cemento. Por esta razón, tambiénlas primeras en liberarse. En este punto se puede · Aislamiento entre las diferentes capas de la for- se usa para evitar la migración de fluidos en el anu-probar con presión el estado del revestidor, aplican- mación lar, además, está siendo introducida como fuentedo presión por espacio anular y presión por directa · Sello entre las zonas de pérdida de circulación de sílice en los sistemas de cementos térmicos.se verifica el aislamiento de la sarta de trabajo, se lecomplementa el número de vueltas a la derecha de El éxito de esta técnica de cementación consiste, Conversión de lodo a cementola herramienta y se carga peso para hincar las cu- básicamente, en producir una espuma estable deñas inferiores, se le da tensión hasta romper los per- Figura 35 El cemento no afecta la permeabilidad. alta calidad. Esto se logra cuando se cuenta con el Como se mencionó con anterioridad, uno de losnos de seguridad para liberar el empacador. Se le- equipo y la tecnología apropiadas. mayores retos a vencer, que se encuentran en lasvanta la sarta de trabajo y se circula para colocar operaciones de cementación de tuberías de reves-por circulación la lechada hasta el extremo inferior Estos fundamentos son especialmente aplicables a El cemento espumado es la mezcla de la lechada de timiento, es el desplazar con eficiencia el fluido dede la sarta que contiene el aguijón de la herramien- los problemas más difíciles: cemento, con un agente tensoactivo espumante, un control del espacio anular en donde se depositaráta actuadora del empacador. Se vuelve a conectar estabilizador de la espuma y un gas -normalmente la lechada de cemento para que se solidifique. Estoel aguijón con el empacador y se efectúa la opera- El cemento no se introduce a la matriz de la forma- es nitrógeno. Si estos compuestos se mezclan apro- generalmente no se logra y, por consiguiente, el ais-ción de cementación a presión. El número de vuel- ción. piadamente se obtiene una espuma de calidad y es- lamiento de las capas del subsuelo no cuentan contas a la derecha que se dan a la sarta de trabajo, table, cuya apariencia es como la espuma de rasu- el sello hidráulico requerido. Éste es uno de los ob-está en función del fabricante de la herramienta y Una lechada de cemento está compuesta básica- rar y de color gris. jetivos principales de la cementación primaria: evi-se debe considerar por torsión un incremento de 1 mente por partículas de cemento y agua (Figura tar la migración de fluidos entre las zonas. Por estavuelta por cada 1000 m de profundidad. El peso y 35). Las partículas son demasiado grandes para Microsílica razón, la Ingeniería de Cementación ha hecho in-tensión que se imparten son del orden de 5 ton. introducirse a la formación por lo tanto se sepa- vestigaciones dirigidas a convertir el fluido de con- ran del agua. Debido a la presión diferencial el Llamada también humos condensados de sílice, es trol en material cementante.Teorías de aplicación sobre problemas reales filtrado se introduce a la formación, y las partícu- un subproducto de la producción de silicio, las del cemento forman un enjarre en las pare- ferrosilicio y otras aleaciones de silicio. ProcedimientosEl factor más importante durante el diseño de una des. Conforme este enjarre se forma, la presióncementación forzada es determinar el problema. de bombeo aumenta hasta que se alcanza una Las partículas individuales son microesferas, Para lograr dicha conversión, se conocen hasta elEste proceso es absolutamente esencial, pues de presión de forzamiento máximo, pero menor que amorfas, vidriosas y cristalinas. El tamaño principal momento dos tecnologías: una consiste en agregarotra manera pueden gastarse enormes cantidades la presión de fractura Es obvio que la permeabili- de partícula está, usualmente, entre 0.1 y 0.2 mm cemento Portland directamente al fluido de control,de esfuerzo y de dinero con la esperanza ciega de dad debe ser suficiente como para mantener un de 50 a 100 veces más fino que las partículas del conjuntamente con agentes modificadores del pH yuna solución. Si no es posible detectar el problema, gasto razonable de bombeo hasta alcanzar la pre- cemento Portland o que las Puzolanas; consecuen- otros materiales que hacen más compatibles am-debe iniciarse inmediatamente un procedimiento de sión ideal de forzamiento. temente, el área superficial es extremadamente alta bos materiales cemento-lodo. 2diagnóstico. (15,000 a 25,000 m /kg). Fracturar no es el objetivo de una cementación for- La otra forma es agregando escoria de horno deHay unos cuantos fundamentos básicos de zada, pero normalmente se requiere de cierta pre- La Microsílica es altamente reactiva y, debido a su fundición y otros productos al lodo de perforación.cementación forzada que deben reconocerse an- sión para determinar si una zona admitirá. La pre- tamaño fino de grano y su grado de pureza, es el En este caso, la escoria del horno de fundición debetes de que pueda hacerse un acercamiento lógico sión de inyección es aquella requerida para forzar material puzolánico más efectivo disponible actual- reunir ciertas características como son: el grado dea un problema. sólo el filtrado a la formación. mente. El alto grado de actividad puzolánica ha per- pureza de este material y el de reactividad de sus cris- mitido la introducción de sistemas de cemento de tales. Esto se logra mediante el control de la velocidad82 51
  • 52. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones 3de enfriamiento de la escoria al salir del horno, la La lechada puede permanecer almacenada en for- moderado de 50 a 100 cm /30 min, bajo valor de 3cual no debe ser ni muy rápida ni muy lenta, debido ma de suspensión durante un largo periodo, un año filtrado de 20 a 50 cm /30 min.a que ambos extremos dan origen a cristales poco aproximadamente, sin perder sus propiedades dedefinidos de silicato tricálcico. Éstos tienen un com- diseño. Solamente se requiere agitarla periódica- La viscosidad juega un papel importante y debe con-portamiento errático durante el periodo de mente, una o dos veces por semana. Al momento trolarse para tener oportunidad de inyectar apropia-hidratación, que impide lograr diseños apropiados de su bombeo al pozo es necesario adicionarle un ´ INYECCION damente la lechada dentro de los espacios vacíos. El DUALde los parámetros de la lechada. Además, el pro- agente activador. tiempo de fraguado debe ser suficiente para prepararducto de la hidratación manifiesta fuerte problema la lechada, bombearla al pozo por circulación hastade contracción de volumen y alto agrietamiento del Ventajas de su empleo dejarla en el extremo inferior de la sarta de trabajo.producto sólido con nula resistencia compresiva. TUBERÍA Luego se debe empacar y efectuar la inyección hasta La aplicación de esta tecnología evita problemas im- FRANCA alcanzar la presión deseada acorde a la técnica em-Estas tecnologías ya se han logrado depurar apli- portantes de logística y la acumulación de equipo cos- pleada, y descargar presión, desempacar y circular in-cando mayor investigación a los procesos, pero has- toso en la localización; también acorta la espera de verso hasta eliminar la lechada sobrante, procedien-ta el momento no tienen una amplia aceptación, largos periodos para que el pozo esté en condiciones do a desanclar y sacar la herramienta del pozo.debido a que las resistencias compresivas que se de efectuar la cementación. La renta del equipo delogran son bajas, inferiores a 2,000 psi e, inclusive, bombeo, monitoreo, almacenamiento neumático y Diseño de gabinetecon el tiempo tienden a disminuir y no a aumentar. silos de transferencia tiene un alto costo de espera. AlPor otra parte, se presenta el problema de su retar- mismo tiempo, se evita el envejecimiento del cemen- Mediante el empleo de un simulador, se reproducedamiento y que para temperaturas mayores de los to que se lleva a la localización en zonas de alto grado el proceso de la cementación forzada y se estudia180ºF no se cuenta con retardadores apropiados. de humedad, por estar en contacto con ambientes CEMENTO INTERVALO el fenómeno hidráulico. Se debe trabajar el pozo húmedos, en tolvas o silos de transferencia que no dentro de los límites permisibles de seguridad deLechadas almacenables tienen la misma hermeticidad que los silos de una plan- Figura 33 Cementación a presión con TP franca. presión para tuberías y materiales usados. ta dosificadora.Con el tiempo, los yacimientos de hidrocarburos sevuelven más escasos, y se localizan cada vez a ma- Además no requiere de un sistema de mezclado de Tipos de cementación a presiónyor profundidad, con temperaturas y presiones más alta energía para su preparación.altas. Estos factores obligan a mejorar las técnicas Existen varias técnicas para realizar el trabajo dede perforación y cementación. Limitaciones cementación a presión. La técnica empleada sirve para darle nombreLas innovaciones se derivan de las investigaciones No se debe emplear agua de mar en la preparaciónllevadas a cabo por las empresas petroleras y com- de estas lechadas, aunque sí se puede utilizar para · Cementación a presión con bombeo continuo opañías internacionales de servicio. Estas últimas, su dilución al hacer un ajuste final en el momento con bombeo intermitentededicadas a la difícil tarea de cementación y de su aplicaciónestimulación de pozos petroleros, han dedicado gran · Cementación a presión con rompimiento de for- (03$$25cantidad de recursos a proyectos tendientes a ha- Descripción mación e inyección de la lechada en el interior de 3(50$1(17(cer más eficientes sus tecnologías. la fractura provocada. La técnica puede definirse como lechadas de ce-Surgido de las investigaciones encaminadas a re- mento almacenables, que se mantienen en estado · Cementación a presión sin romper formación, for-solver la problemática de las cementaciones, de con- líquido indefinidamente, con alto grado de estabili- mando depositaciones de cemento con base entrolar con exactitud los principales parámetros de dad, de fraguar cuando se requiera, de acuerdo con la construcción de enjarre de baja permeabilidad INTERVALOlas lechadas, y con la finalidad de obtener mezclas el diseño. en las zonas de inyección. CEMENTOhomogéneas de calidad, una compañía de serviciolanzó al mercado un sistema de cemento que se Consta de cemento Portland hidráulicamente acti- La técnica que se va a emplear se selecciona de Figura 34 Cementación forzada con empacador.mezcla con el agua requerida y productos en plan- vo, un agente de suspensión para minimizar la se- acuerdo con el objetivo de la operación.ta. Así encontró la formulación idónea según las gregación, un plastificante para proveer fluidez a lar- XI. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LAcondiciones de cada pozo. go plazo, un poderoso agente retardador del fra- Diseño de la lechada de cemento CEMENTACIÓN FORZADA guado, todo en seno de agua. Esta mezcla se acon-Esta lechada, preparada en planta, se transporta en diciona para mantenerla almacenada hasta cerca de El diseño de la lechada varía en función de la técni- Las herramientas empleadas para llevar a cabo lastanques a la localización en donde permanece al- un año. Cuando se requiera hacer la operación, se ca que se emplea para la ejecución del trabajo. De operaciones de cementación a presión son empa-macenada hasta que es utilizada en la operación de activa la lechada que mantiene las mismas caracte- tal forma que la lechada se puede diseñar con alto ca-dores recuperables y permanentes molibles (Fi- 3cementación. rísticas de diseño o también puede ser rediseñada. valor de filtrado más de 100 cm /30 min, filtrado gura 34).52 81
  • 53. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones El ajuste de las lechadas preformuladas y alma- Control computarizado de diseño y operación de cenadas se facilita enormemente mediante el em- cementaciones . Teoría de la cementación forzada pleo de aditivos líquidos. Con esto se simplifican muchos aspectos de las operaciones de La aplicación de programas de cómputo en las áreas Abandono de No obstante la técnica usada durante un trabajo de cementación, y se mejora también la calidad de de Diseño de Laboratorio y Simuladores para el Estu- Intervalo cementación forzada, la lechada de cemento se su- las mismas en la localización. dio Hidráulico en el Diseño de Gabinete ha marcado jeta a presión diferencial contra una roca permeable. un fuerte avance en la Ingeniería de Cementaciones Los fenómenos resultantes son la filtración, que se Estas lechadas se pueden preparar con cualquier debido a que se puede predecir las condiciones de haga un enjarre y, en algunos casos, el fractura- sistema: mezcladora de volumen fijo, jets y los principales parámetros de la cementación que se miento de la formación. La lechada que se sujeta a recirculadores. obtendrán en el pozo durante la operación. Esto per- presión diferencial pierde parte de su agua en el mite adecuar los valores reológicos de los fluidos que medio poroso y se forma el enjarre de cemento A pesar de que la hidratación de la mezcla se pone intervienen en el sistema, a fin de no exceder las pre- parcialmente deshidratado. en reposo, la condición que guarda deberá ser siones de fractura de la formación ni disminuir la pre- monitoreada regularmente. Se ha visto, además, que sión de cementación a valores inferiores a la presión El enjarre de cemento formado contra una forma- una ligera agitación periódica ayuda a mantener las de poro. ción permeable tiene una permeabilidad inicial alta, propiedades del fluido almacenado. Se recomien- pero a medida que las partículas de cemento se acu- da hacerlo dos veces por semana, cuando el tiem- En el diseño de laboratorio, el programa de reología mulan, el espesor del enjarre y la resistencia hidráu- po de almacenamiento es mayor a 7 días. ayuda a efectuar cálculos complicados con ajuste de lica se incrementan. Como resultado, la velocidad rectas para los diferentes modelos reológicos. Permi- de filtración decrece y la presión requerida para Existen varios indicadores que sugieren que te hacer con rapidez correcciones a las desviaciones, Figura 32 Abandono de un intervalo. deshidratar la lechada de cemento se incrementa. la velocidad de hidratación podría haberse evaluar una amplia gama de resultados en el menor incrementado: un ligero aumento en los valores tiempo posible y contar con varias alternativas de di- La velocidad de construcción del enjarre es una fun- de viscosidad plástica y punto de cedencia seño para el estudio hidráulico.La cementación forzada tiene muchas aplicaciones ción de cuatro parámetros: permeabilidad de la for- ameritan la intervención inmediata del cuerpo téc-durante las fases de perforación y terminación. mación, diferente presión aplicada, el tiempo y la nico de la compañía. La aplicación de simuladores conjuga la información capacidad de la lechada para perder fluido a condi- obtenida del laboratorio con las condiciones mecáni-Aplicaciones: ciones de fondo. Valores extremos de temperatura ambiente tendrán cas del pozo y con las condiciones reológicas de otros efecto sobre el diseño de la pre-mezcla, así es que fluidos tales como el fluido de control, frente lavador· Reparar un trabajo de cementación primaria que Cuando se forza cemento contra una formación de todos estos puntos se deben considerar. y espaciador en el momento de hacer la simulación. falló debido a que el cemento dejó un canal de permeabilidad dada, la velocidad a la que decrece Esto permite hacer ajustes por corrección de desvia- lodo originando una canalización o cuando una la deshidratación de la lechada está directamente El cambio de fabricante de cemento o de lote pue- ciones al momento de hacer la operación.Lo más so- insuficiente altura fue cubierta con cemento en el relacionada con la velocidad de pérdida de agua. den tener efectos graves sobre el tiempo de bresaliente del simulador es que evita el rompimiento anular (figura 29). espesamiento de una lechada convencional; de de la formación durante la cementación gracias a la· Eliminar la entrada de agua de ambas zonas, in- Cuando es inyectada contra una formación de baja igual forma las diferencias en las fuentes de su- representación gráfica que durante toda la operación ferior y superior, dentro de una zona productora permeabilidad, la lechada con baja velocidad de fil- ministro de cemento repercutirán sobre los dise- compara la presión de cementación en el fondo con- de hidrocarburos (figura 30). trado se deshidrata lentamente, y la duración de la ños con esta tecnología. En síntesis, debe tener- tra la presión de fracturamiento de la formación y la· Reducir la relación de gas-aceite por aislamiento operación puede ser excesiva. Contra una forma- se cuidado en asegurar un correcto muestreo de presión de poro. Complementando esta gráfica, nor- de la zona de gas, de un intervalo adyacente al ción de alta permeabilidad una lechada con alto va- los materiales. malmente se cuenta con otras 23 de diferentes intervalo de aceite. lor de filtrado se deshidratará rápidamente; conse- parámetros, cuyo análisis permite asegurar el éxito de· Reparar una fuga en la tubería de revestimiento cuentemente, el pozo puede bloquearse por enjarre Aplicación la operación en un amplio porcentaje.Este equipo debido a la corrosión de la misma en zonas ex- y los canales a través de los cuales acepta cemento monitorea los parámetros de la operación en tiempo puestas. deberán estar puenteados. Esta tecnología se puede aplicar a cualquier tipo real, los grafica en todo momento y crea un archivo· Abandonar una zona depresionada o no produc- de operación de cementación. Debido a su de respaldo que se almacena en disco duro. Esta in- tora (Figura 31). La lechada ideal para una cementación forzada de- durabilidad en estado líquido, su uso es más fa- formación se puede bajar e imprimir e, inclusive, se· Taponar todo o parte de una o más zonas de un berá ser diseñada entonces para controlar la veloci- vorable en las operaciones de cementación en lo- puede reproducir la misma secuencia de eventos a lo pozo inyector con zonas múltiples, de tal forma dad de construcción del enjarre y permitir la cons- calizaciones lejanas, de difícil acceso, marinas y ocurrido durante la operación de tal forma que poste- que la dirección de los fluidos inyectados dentro trucción de un enjarre uniforme con un filtrado pro- lacustres, en donde la logística representa un riormente se puede analizar a detalle cualquier des- de la zona sea la deseada. porcional sobre toda la superficie permeable. alto grado de dificultad. También en pozos viación.· Sellar zonas de pérdida de circulación. Las bases teóricas y prácticas relativas a los funda- exploratorios en donde se tiene una alta posibili-· Evitar la migración de fluidos entre zonas produc- mentos de la formación del enjarre se localizan en dad de cambiar la profundidad de asentamiento Cabe mencionar que la adición de aditivos al cemento tora y no productora de hidrocarburos. las publicaciones de Binkley, Dumbauld y Hook. de las tuberías de revestimiento. es programada y ejecutada por la computadora. De80 53
  • 54. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesigual forma, la unidad cementadora cuenta con dos ción de la tubería de perforación de todo el ensamble A menudo es difícil determinar por qué algunoscomputadoras, una de las cuales recibe la programa- mencionado. Tanto el sistema de activación del pozos pueden ser forzados exitosamente con unación de las características de la densidad, relación agua empacador inflable, como el de liberación de la tube- sola operación, mientras que otros en el mismocemento, presión máxima en la cabeza, gasto de des- ría de sacrificio son accionados por medio de tapones campo, requieren varias operaciones. Existen cier- Lodoplazamiento mientras que la segunda computadora y camisas deslizables con tornillos de corte. (Se anexa tos fundamentos para la apropiada comprensiónmonitorea los parámetros en tiempo real al mismo el diagrama de la herramienta). y aplicación de los principios de cementación for- Tuberíatiempo que gobierna la calidad del cemento que se zada.envía al pozo. Aplicación La literatura técnica contiene varios documentos queEn el diseño de gabinete efectuado previo a la ope- Esta herramienta está diseñada para la colocación se refieren a este tipo de cementación. Sin embar- Lechadaración, el programa emite una cédula de bombeo de tapones de cemento por circulación, en aguje- go, quedan aún muchas preguntas sin respuesta.que será seguido por las computadoras operaciona- ros revestidos o agujeros descubiertos, verticales, ¿Hacia donde va el cemento durante un trabajo deles y el ingeniero a cargo de la operación vigilará direccionales y horizontales. Su tamaños varía de cementación forzada? ¿Qué significa un rompimien- Incompleta remocióncualquier desviación que ocurra por las condicio- 61/2 a 25 pulgadas de diámetro, en cualquier tipo to de la formación? y ¿Es realmente necesaria?, del lodo por la lechadanes prevalecientes y hará las adecuaciones perti- de fluido de control, para una profundidad máxima ¿Debe usarse agua o lodo para romper la forma-nentes en el momento. de 5,000 m y temperatura circulante máxima de ción?, ¿La lechada de cemento se distribuye unifor- Figura 31 Incompleta remoción del lodo por la 250°F. Tiene como limitante la presión diferencial de memente alrededor del pozo? ¿Pueden taparse los lechada.De la misma manera, el sistema de mezclado que se 500 psi, cuando el empacador ha sido inflado. agujeros con el cemento?emplea consiste de un mezclador recirculador de alta Definiciónenergía de mezclado que trabaja en circuito cerrado El mayor beneficio de la herramienta se obtiene al apli- Las cementaciones forzadas son ampliamente usa-con lo que se evita emitir polvos y contaminantes al carlo en agujeros direccionales con inclinaciones se- das en pozos, con los siguientes propósitos: Los trabajos de cementación a presión están defini-medio ambiente; también cuenta con un sistema au- veras, en donde se han encontrado mayores inesta- dos, como el proceso de inyectar una lechada detomático de control de densidad que bilidades de la lechada, en agujeros horizontales y en cemento a base de presión, a través de los agujerosasegura enviar una densidad uniforme en toda la pozos con fluidos de control de baja densidad. o ranuras que existen en el revestidor y comunicanlechada. Todo esto es manejado por las computadoras. al espacio anular del pozo. Gas Descripción Aseguramiento de colocación de tapones de ce- mento con herramientas auxiliares Cuando la lechada es forzada contra un área permeable, las partículas sólidas filtradas sobre las Sistema de Herramienta con empacador inflable, caras de la formación, así como la fase acuosa, en- tubería de sacrificio y mecanismo de liberación Aceite tran a la matriz de ésta. Descripción Un trabajo de cementación forzada, diseñada apro- piadamente, tiene como resultado la construcciónEs una herramienta de cementación que actúa me- de un enjarre sobre los agujeros abiertos entre la Aguacánica e hidráulicamente, auxilia en la colocación formación y la tubería de revestimiento; dichode tapones de cemento y minimiza los efectos de la Intrusión de gas y agua en una zona de aceite. enjarre forma un sólido casi impermeable. En losinexactitud que puede provocar la colocación nor- casos en que la lechada es colocada dentro de unmal del tapón de cemento por circulación. intervalo fracturado, los sólidos del cemento deben desarrollar un enjarre sobre las caras de la fracturaLa herramienta, descrita de su parte inferior hacia arri- Figura 30 Intrusión de agua y gas en una zona de aceite. y/o puentear la fractura.ba, consta de un difusor diseñado para dirigir el flujode fluido en forma axial ascendente contra las caras Para llevar a cabo los trabajos de cementación a pre-del agujero o de la tubería de revestimiento. De esta sión casi siempre se requiere del empleo de unforma les imparte mayor dinámica a los fluidos, y hace Própositos empacador recuperable o permanente, según el Figura 13 Herramienta auxiliar para tapones conmás eficiente la limpieza de la zona en donde se colo- empacador inflable. caso, para aislar el espacio anular del pozo. Así secará el tapón. También tiene un empacador inflable, Corregir por medio de la inyección de cemento a deja directamente comunicada la zona en donde seque establece un soporte de fondo que evita la caída Operación presión, posibles fallas de cementaciones primarias, desea hacer la inyección de cemento, con la sartapor gravedad de la lechada; una sección de tubería rupturas de tuberías de revestimiento, abandono de de trabajo. Con esto se obtiene un mayor rango dede sacrificio de aluminio, cuya longitud será de acuer- 1. La herramienta se arma en la sarta de perfora- intervalos explotados, etcétera. presión de operación y mayor seguridad de confi-do con la magnitud del tapón y un sistema de libera- ción. Previamente se verifica que los tornillos de namiento de la lechada.54 79
  • 55. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones(Cap del tub de prodn.* altura del fluido x) + (cap X. CEMENTACIÓN FORZADA Tamaño de los productos de Línea la sarta de perforación procurando un gastodel anular * altura del fluido x)=vol total del fluido minimo de 3 bl/min. Introducción Diám. Ext. Diam. de Relación deLechada en pg agujero pg Expansión 7. Se procede, finalmente, a sacar la tubería de per- El proceso de cementación primaria ha sido usado foración y a esperar el fraguado.4.5x+18.8x= 3108 lt por más de 70 años para sellar y soportar las tube- 5¼ 6 ½ a10 ½ 1.24 a 2 rías de revestimiento en un pozo. 7¼ 8 ½ a 12 ½ 1.17 a 1.67 El conjunto de la herramienta es molible inclusivedespejando x=133.39 m el empacador. Desafortunadamente, los resultados no son siem- 9¼ 10 ½ a 15 ½ 1.14 a 1.68Espaciador pre exitosos y durante la vida de muchos pozos se 14 ¼ 15 ½ a 25 1.09 a 1.75 La tubería de sacrificio puede ser metálica molible han requerido de ciertos trabajos de corrección. La Tabla 6. como el aluminio o no metálica. Los centradores4.5x+18.8x = 1500 lt técnica, comúnmente llamada cementación forza- sólidos molibles también pueden ser de aluminio o da, es más difícil y más amplia en su aplicación que no metálicos como la fibra de vidrio.despejando x=64.37 m la cementación primaria. Las operaciones de laLavador cementación forzada pueden ser desarrolladas du- corte estén completos, y no rotos; los discos de Herramienta separadora de membrana rante la perforación o la terminación de un pozo o ruptura deben estar en buen estado.4.5x+18.8x = 1500 lt para su reparación o intervención posterior. Descripcióndespejando x=64.37 m 2. Al bajar la sarta, ésta se llena automáticamente La cementación forzada es necesaria por muchas y además se circula por etapas, de tal forma Es una herramienta de cementación que actúa me-Cálculo de volúmenes de fluidos para el balanceo razones, pero probablemente el uso más importan- que cuando llega a la profundidad de coloca- cánicamente. Auxilia en la colocación de taponesdel tapón te es el de aislar la producción de hidrocarburos de ción del tapón, ya se habrá circulado de dos a de cemento balanceados y minimiza la contamina- aquellas formaciones que producen otros fluidos. tres veces. ción del cemento formando una barrera mecánicaLechada dentro de la tubería El elemento clave de una cementación forzada es la por medio de un diafragma al momento de la colo-Altura del fluido * capacidad del tub de prodn. = colocación del cemento en el punto deseado o en 3. Al entrar en el intervalo de colocación del tapón, cación del tapón de cemento por circulación.(133.39)(4.5) lt/m = 600.25 lt puntos necesarios para lograr el propósito. Puede se circula con lodo a alto gasto, con la finalidad ser descrita como el proceso de forzar la lechada de limpiar perfectamente esta parte. Se circula a La herramienta tiene la forma de dos sombrillas oLechada fuera de la tubería de cemento dentro de los agujeros en la tubería de través de la herramienta difusora de forma axial paraguas que se extienden en dirección opuesta,Altura del fluido * volumen anular = (133.39)(18.8)= revestimiento y las cavidades detrás del mismo. Los sobre las caras de la pared, hasta llegar a la pro- con arcos cóncavos hacia arriba y hacia abajo de2507.73 lt problemas que soluciona una cementación forzada fundidad de asentamiento del tapón. su eje geométrico longitudinal. Se afianza sobre se relacionan con el objetivo de aislar las zonas pro- las paredes del pozo o de la tubería de revesti-Espaciador dentro de la tubería ductoras. 4. Con circulación y el primer tapón limpiador miento por medio de un conjunto de varillas queAltura del fluido * capacidad del tub de prodn. = desplazador por llegar al niple de asiento, se re- forman la herramienta y conforma un tapón tem-(64.37)(4.5) = 289.66 lt comienda un gasto, aproximado de 3 bl/min, para poral que aísla el fluido de control del pozo en el poder observar la ruptura de los tornillos de cor- punto de colocación del tapón de cemento. Cuan-Espaciador fuera de la tubería te de la camisa deslizable a 1200 psi, activando el do la lechada de cemento es colocada en la parteAltura del fluido * volumen anular = (64.37)(18.8)= sistema de inflado del empacador. superior de la herramienta, se evita la contamina-1210.15 lt ción con fluido de control y se mejora la adheren- Lodo 5. Con gasto de aproximadamente 1 bl/min. se con- cia y el desarrollo de la consistencia; al mismoLavador dentro de la tubería tinúa represionando hasta 2,000 psi para accio- tiempo, la herramienta sirve de soporte mecáni-Altura del fluido * capacidad del tub de prodn. = nar el disco de ruptura. Se sella el empacador y co del tapón, con baja posibilidad de colgarse y(64.37)(4.5) = 289.66 lt se abren los orificios de circulación para dar ini- sin afectarle la diferencia de densidades que existe Cemento cio a la operación de cementación. A continua- entre la lechada y el fluido de control. AdemásLavador fuera de la tubería ción del tapón están los frentes lavador y esta herramienta es molible.Altura del fluido * volumen anular = (64.37)(18.8)= espaciador, seguidos de la lechada.1210.15 lt Tubería Agujero Aplicación 6. Detrás de la lechada se suelta el segundo ta- pón limpiador de desplazamiento, el cual, al lle- La herramienta está diseñada en tamaños compren- Figura 29 Canal de flujo atrás de la tubería de revesti- gar a su niple de asiento, eleva la presión inter- didos entre 6 y 20 pulgadas de diámetro, para ser miento. na de la sarta, rompe los tornillos de corte y usada en la colocación de tapones de cemento por entonces actúa la camisa deslizable del siste- circulación, en agujeros revestidos o agujeros des- ma de liberación de la tubería de sacrificio con cubiertos. Se usa en cualquier tipo de fluido de con-78 55
  • 56. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionestrol, para cualquier profundidad y temperatura. Tie- espaciador, lechada, el resto del volumen del frente 3.- Balanceo del tapón pón debido a una reentrada del pozo en la tub. dene como limitante la presión diferencial de 500 psi, espaciador, el resto del frente lavador y el complemen- revest. de 7 5/8. Cima de cemento a 2960 y base aen cualquier sentido. to del desplazamiento con fluido de control. Cálculo de alturas de los fluidos durante la colocación 3100 mOperación Limitaciones (Cap del tub. de prodn.* altura del fluido x) + (cap Datos del anular * altura del fluido x)=vol total del fluidoLa herramienta se corre en el pozo con un soltador No se recomienda su uso en agujeros con fuertessimilar al tubo difusor. Tiene un mecanismo de ca- irregularidades (agujeros deslavados), pozos que Lechada Lodo Emulsión Inversa 1.53 gr/cm3misa deslizable, que sirve de alojamiento a la herra- presenten pérdida de circulación y en donde se es- Lechada Convencional 2.10 gr/cm3mienta, y dos secciones de orificios de circulación. pera tener una presión diferencial mayor de 500 psi 4.5x+11.6x= 943.4 lt Redimiento 31.25 lt/sacoCuando se está bajando en el pozo, la circulación durante la colocación del tapón. despejando x = 58.59 m Lavador 1.5 m3 1.0 gr/cm3se efectúa a través de la sección superior de orifi- Espaciador Espaciador 1.5 m3 Dens = 1.81 gr/cm3cios. Al llegar a la profundidad deseada, se estable- VII. CEMENTACIÓN DE POZOS DIRECCIONALESce circulación y se lanza una bola de neopreno, que Y HORIZONTALES 4.5x+11.6x = 2000 ltal llegar a la herramienta, la activa levantando pre- despejando x =124.22 msión de 300 a 500 psi; así desliza la camisa que con- Introduccióntiene la herramienta cerrando los orificios superio- Lavadorres de circulación y expulsa la herramienta fuera de Una de las finalidades de cementar pozos hori-la sarta de perforación; abre la sección inferior de zontales es la de evitar la inestabilidad mecánica 4.5x+11.6x = 1500 ltorificios de circulación y queda en forma similar a y fisicoquímica del pozo, además de aislar zonas despejando x =93.17 m 2960 mlos difusores en uso actualmente. para que no haya comunicación de fluidos. Cálculo de volúmenes de fluidos para el balanceoAl ser expulsada de la sarta de perforación se abre En pozos horizontales, uno de los problemas que del tapón 3100 my se fija a las paredes de la formación o de la tubería afectan la cementación es el depósito de los recor-de revestimiento por medio de las varillas que inte- tes del lodo de perforación en la parte baja del pozo. Lechada dentro de la tubería Tubería de revestimiento 7 5/8,gran su cuerpo. Éste es completamente perforable Esto se puede evitar haciendo un buen diseño del Altura del fluido * capacidad del tub de prodn. = 39 lb/fty así queda lista para hacer su trabajo. lodo, específicamente en el punto de cedencia. El (58.59)(4.5) = 263.65 lt depósito de sólidos evita el desplazamiento y frus-En este punto, se levanta la sarta dos metros, se pro- tra el propósito de la cementación: rodear comple- Lechada fuera de la tuberíacede a operar la colocación del tapón balanceado de ta y homogeneamente la tubería de revestimiento Altura del fluido * volumen anular = (58.59)(11.6)= Capacidades de las tuberíascemento, de manera similar a los casos donde se con una envoltura de cemento y afianzarla a la for- 679.64 ltemplea la cápsula o volumen viscoso. Se bombea mación. Otro aspecto muy importante es centrar la Tub. de revest. 7 5/8” 24 lb/ft 22.2 lt/mparte del frente lavador, seguido de parte del frente tubería de revestimiento para mejorar el desplaza- Espaciador dentro de la tubería Tub. de prodn. 3.5” 9.2 lb/ft 4.5 lt/m miento del lodo. Altura del fluido * capacidad del tub de prodn. = Cap. esp. anular Entre 7 5/8” y 18.8 lt/m (93.17)(4.5) = 419.22 lt 3.5” Para lograr una buena cementación es muy impor- tante colocar uniformemente la lechada de cemen- Espaciador fuera de la tubería to en el espacio anular, y que en el diseño de la Altura del fluido * volumen anular = (93.17)(11.6)= lechada de cemento no hay agua libre y no se asien- 1080.73 lt 1.- Cálculo del volumen de la lechada ten partículas. Lavador dentro de la tubería Altura del tapón * capacidad del tubo de revesti- Dentro de los pozos horizontales existen las varian- Altura del fluido * capacidad del tub de prodn. = miento= (140 m)(22.2)= 3108 lt tes de pozos de alcance extendido y pozos (124.22)(4.5) = 558.99 lt multilaterales. 2.- Cálculo del cemento Lavador fuera de la tubería Clasificación de pozos horizontales Altura del fluido * volumen anular = (124.22 Volumen de lechada / rendimiento del cemento = m)(11.6)= 1440.95 lt 3108 lt/ 31.25 lt/saco = 99.45 sacos = 4.972 ton Los pozos horizontales son aquéllos en los que en una parte del pozo está desviada 90° con respecto a Agave 301 3.- Balanceo del tapón la vertical. La técnica de perforación horizontal pue- Figura 14 Herramienta de diafragma tipo sombrilla. de ser subdividida en cuatro grupos, dependiendo Tapón por circulación de desvío. Se necesita un ta- Cálculo de alturas de los fluidos durante la colocación56 77
  • 57. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones1.- Cálculo del volumen de la lechada Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. =Altura del tapón * capacidad del tubo de revesti- (127.22)(4.5) = 572.51 ltmiento = (259)(41.043)=10630.13 lt Lavador fuera de la tubería2.- Cálculo del cemento Altura del fluido * volumen anular = (127.22)(34.8)= 4427.46 ltVolumen de lechada / rendimiento del cemento =10630.13 lt/ 31.19 lt/saco = 340.81sacos= 17.04 ton Usumacinta 253.- Balanceo del tapón Tapón por circirculación de soporte de 53 m de al- tura cima a 2237 y base a 2290 en la tubería de 6 5/Cálculo de alturas de los fluidos durante la colo- 8, como tapón de soporte para llevar a cabo unacación cementación forzada en un intervalo superior(Cap del tub. de prodn.* altura del fluido x) + (cap Datos:del anular * altura del fluido x)=vol total del fluidoLechada Lodo Salmuera 1.02 gr/cm3 Lechada Convencional 1.95 gr/cm34.5x+34.8x= 10630.13 lt Redimiento 36.06 lt/sacodespejando x=270.48m Lavador 1.5 m3 Dens = 1.0 gr/cm3 Espaciador 2.0 m3 Dens = 1.50 gr/cm3Espaciador Figura 15 Clasificación de pozos horizontales.4.5x+34.8x= 5000 ltdespejando x=127.22 m 2237 m del ángulo con el que se ha construido el pozo, que pozos se empiezan a construir de un punto de par- pueden ser: de radio largo, medio, corto y ultracorto. tida con una desviación de 40° a 50°, seguida porLavador 2290 m Las principales características de este tipo de pozos una sección grande de declive para terminar en se muestran en la figura 15. una sección horizontal dentro del yacimiento. Con4.5x+34.8x= 5000 lt esta tecnología en la perforación de pozos hori-despejando x=127.22 m Radio largo zontales se logran longitudes de drene que exce- den los 610 m (2000 pies), diámetros de 5 ½ a 9Cálculo de volúmenes de fluidos para el balanceo En un sistema de radio largo se usa la tecnología ½, la sección vertical no presenta mayor proble-del tapón de perforación direccional. Capacidades de las tuberías Aquí los incrementos de án-Lechada dentro de la tubería 1.- Cálculo del volumen de la lechada gulo van desde 3° a 8° porAltura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = cada 30 m (100 pies) y de-(270.48)(4.5) = 1217.19 lt Tub. de revest. 6 5/8” 24 lb/ft 17.8 lt/m pendiendo del alcance, re- Tub. de prodn. 3.5” 9.2 lb/ft 4.5 lt/m quieren de este incrementoLechada fuera de la tubería Cap. esp. anular Entre 6 5/8” 11.6 lt/m para ser desarrollados enAltura del fluido * volumen anular = (270.48)(34.8)= y 3.5” dos o tres secciones.9412.94 lt Altura del tapón* capacidad del Tub. de revest.= El drene de pozos horizon-Espaciador dentro de la tubería (53)(17.8) = 943.4 lt tales de radio largo puedeAltura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = 1.- Cálculo del volumen de la lechada ser relativamente grande,(127.22)(4.5) = 572.51 lt Altura del tapón * capacidad del tubo revestidor con una máxima longitud de = (259) (41.043) = 10630.13 lt 1,220 m (4,000 pies). La per-Espaciador fuera de la tubería foración de pozos altamen-Altura del fluido * volumen anular = (127.22)(34.8)= 2.- Cálculo del cemento te desviados puede ser o no4427.46 lt de alcance extendido. És- Volumen de lechada / rendimiento del cemento = tos son mostrados en la fi-Lavador dentro de la tubería 943.4 lt/ 36.06 lt/saco = 26.16 sacos = 1.308 ton gura 16. Generalmente estos Figura 16 Perfil de un pozo de alcance extendido.76 57
  • 58. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesma en los primeros 5 m ( 16 pies), cuando son particularmente cuando se aproxima el agotamien- Capacidades de las tuberías Espaciador dentro de la tuberíaatravesadas formaciones problemáticas y en pro- to. Muy raramente los pozos horizontales pueden Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. =fundidades verticales mayores a los 3,048 m ser terminados en agujero abierto, sin algún méto- (263.15 )(4.5) = 1184.17 lt(10,000 pies). do de revestimiento. Tub rev. 5” 18 lb/ft 9.3 lt/m Tub. de prodn. 3.5” 9.2 lb/ft 4.5 lt/m Espaciador fuera de la tuberíaRadio medio Las tuberías de revestimiento intermedias se en- Cap. esp. anular Entre. 5” y 3.5” 3.1 lt/m Altura del fluido * volumen anular = (263.15) (3.1) cuentran, por lo general, en la sección altamente =815.76 ltPara la perforación de un pozo de radio medio se desviada, por lo que deben tener un buen trabajoemplea el equipo convencional de perforación de cementación. Esto es necesario para evitar la fil- 1.- Cálculo del volumen de la lechada Lavador dentro de la tuberíamodificado y se va desviando a un ritmo de 8° a tración de fluidos y para proveer un aislamiento entre Altura del tapón* capacidad del Tub. de revest.= Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. =20° por cada 30 m (100 pies), aunque ritmos de el revestimiento de la parte superior y los intervalos 150 m * 9.3 lt/m = 1395 lt (263.15)(4.5) = 1184.17 ltincremento del orden de 50° por cada 100 pies productores de la parte inferior. 2.- Cálculo de la cantidad de cemento Lavador fuera de la tuberíason teóricamente posibles. El largo de la sección Altura del fluido * volumen anular = (263.15)(3.1)horizontal puede ser de 915 m (3,000 pies) o más. Sin embargo, frecuentemente existen ciertos aspec- Volumen de lechada / rendimiento del cemento = =815.76 ltEl diámetro es de 5 ½ a 9 ½ igual que en los tos de producción y terminación de pozos horizon- 1395 lt/ 47.80 lt/saco = 29.18 sacos= 1.46 tonpozos de radio largo. tales que determinan en donde se deberá meter una Arroyo Prieto 17 tubería de revestimiento y en algunos casos en for- 3.- Balanceo del tapónRadio corto ma aislada. Algunas de estas situaciones se men- Cálculo de alturas de los fluidos durante la coloca- Tapón por circ. de desvío.- Colocar un tapón por cionan a continuación: ción circulación de 259 m de altura a 3759 m para des-El método de perforación lateral de radio corto tiene viar el pozo (en agujero descubierto)un ritmo de incremento del ángulo de entre 1.5° a 3 ° Cuando en un yacimiento se planea un tratamiento Vol. Total del fluido =(Cap del tub. de prodn.* alturapor pie. Permite desviar el pozo desde la vertical hasta de estimulación en intervalos múltiples. del fluido x) + (Cap del anular * altura del fluido x)la horizontal en menos de 30 m (100 pies). Las pene- Lodo Emulsión Inversa 1.60 gr/cm3traciones laterales arriba de 274 m (900 pies) son co- Cuando hay problemas para controlar la conificación Lechada Lechada Convencional 2.10 gr/cm3munes. Se utiliza un equipo muy especializado com- de gas y agua, las cuales deben ser prevenidas du- Redimiento 31.19 lt/sacobinándolo con herramientas rotatorias con coples y rante la perforación del agujero. Esto da como re- 3.1x+4.5x = 1395 lt Lavador 5 m3 Dens =1.0 gr/cm3juntas especiales para lograr articular la tubería. Fre- sultado la pérdida del control direccional pues esto Espaciador 5 m3 Dens = 1.80 gr/cm3cuentemente son perforados múltiples drenes desde causaría que el agujero se perfore sin rumbo, o sim- despejando x=183.55mla misma vertical del pozo con esta técnica. plemente, perforar el casquete de gas antes de en- trar en la zona de aceite. EspaciadorRadio ultracorto Cuando un intervalo de producción requiera de una 3.1x+4.5x= 2000 lt 3500 mEl método de radio ultracorto utiliza la acción de cementación de reparación para impedir la produc-inyección a chorro a través de una tobera de alta ción de agua indeseada o el avance del gas. despejando x=263.15 mpresión montada al final de la tubería flexible 3759 morientada. El ritmo de incremento del ángulo es Un ejemplo de un pozo horizontal, cementado y ter- Lavadorde 90°/ pie; sin embargo, la longitud y el diáme- minado se muestra en la figura 17.tro de cada uno de los agujeros está limitada de 3.1x+4.5x= 2000 lt30 a 60 m y 5 cm de diámetro. Se pueden perfo- En el caso de pozos horizontales, las propiedadesrar más de 10 agujeros de drenes pequeños en el más importantes de la lechada de cemento son la despejando x=263.15 mmismo plano en ángulos rectos con respecto a la estabilidad y la pérdida de filtrado.vertical, que se conocen como star jet holes. Cálculo de volúmenes de fluidos para el balanceo Capacidades de las tuberías La estabilidad de la lechada de cemento es siempre del tapónProcedimientos de terminación importante pero, aún más, en un pozo desviado. Hay dos propiedades que la determinan: el agua libre y Lechada dentro de la tuberíaEn la actualidad, varios agujeros horizontales son la sedimentación. El agua libre es importante debi- Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = Aguj. desc 9” 41.043 lt/mterminados sin ser cementados. La sección horizon- do a que puede migrar a la parte superior del aguje- 183.55 m (4.5) = 825.9 lt Tub. de prodn. 3.5” 9.2 lb/ft 4.5 lt/mtal generalmente se termina con tubería corta ro y crear un canal abierto a través del cual los flui- Cap. esp. anular Entre 9” y 34.8 lt/m 3.5”ranurada, o bien preperforada o, en algunos casos, dos del pozo pueden viajar; la sedimentación pue- Lechada fuera de la tuberíacon cedazos para el control de la arena. En tales de causar un cemento poroso de baja resistencia Altura del fluido * volumen anular =pozos, la roca de la formación debe ser lo suficien- en la parte superior del pozo. Por consiguiente, de- (183.55 m) (3.1)= 569 lttemente compacta como para impedir el colapso, ben llevarse a cabo pruebas de laboratorio para ase-58 75
  • 59. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesCapacidades de las tuberías Lechada fuera de la tubería Altura del fluido * volumen anular = 165.22 m * 24.2 lt/m= 3998.32 lt Tub revest 9 5/8” 53.5 lb/ft 36.9 lt/m Tub. de prodn. 5” 18 lb/ft 9.3 lt/m Espaciador dentro de la tubería Cap. esp. anular Entre 9 5/8” y 5” 24.2 lt/m Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = 119.4 m * 9.3 lt/m = 1110.42 lt1.- Cálculo del volumen de la lechada (VLC) Espaciador fuera de la tubería Altura del fluido * volumen anular = 119.4 m * 24.2Altura del tapón* capacidad del Tub. de revest.= lt/m= 2889.48 lt150 m * 36.9 lt/m = 5535 lt Lavador dentro de la tubería2.- Cálculo de la cantidad de cemento Altura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = 59.70 m * 9.3 lt/m = 555.21 ltNo. sacos =Volumen de lechada / rendimiento delcemento = 5535 lt/ 36.2 lt/saco = 152.9 sacos = Lavador fuera de la tubería7.645 ton Altura del fluido * volumen anular = 59.70 m * 24.2 lt/m= 1444.74 lt3.- Balanceo del tapón Gabanudo 1 Figura 17 Perfil de un pozo de alcance extendido.Cálculo de alturas de los fluidos durante la coloca- gurarse que lo anterior no ocurrirá a medida que el car que no se excedan las presiones de poro y deción Colocar un tapón por circulación de 150 mabandonar un intervalo, el tapón se colocará de ángulo aumenta. El agua libre debe mantenerse en fractura de la formación. 5850 - 6000 m dentro de la tubería de revestimiento cero y puede prevenirse junto con la sedimentaciónVol. Total del fluido = (Cap. del tub. de prodn.* altura por medios químicos tales como la adición de agen- - Puntos que se deben considerar en la cementacióndel fluido x)+(cap. Del anular * altura del fluido x). de 5 pg de 18 lb/ft tes viscosificantes y/o sales metálicas que forman de pozos horizontales Datos hidróxidos complejos.Lechada Basados en investigaciones y en experiencia de cam- El control de la pérdida de fluido es particularmente po, las principales claves para el éxito de una9.3x+24.2x=5535 lt Lodo Polimérico 1.45 gr/cm3 importante en pozos horizontales, debido a que la cementación de un pozo horizontal puede resumirsedespejando x=165.22m Lechada Convencional 1.95 gr/cm3 lechada de cemento está expuesta a secciones como sigue: Redimiento 47.80 lt/saco permeables más largas que en pozos verticales. LosEspaciador Lavador 2 m3 Dens = 1.0 gr/cm3 ritmos bajos de pérdida de fluido son necesarios Prevenir el asentamiento de los sólidos del fluido Espaciador 2 m3 Dens = 1.70 gr/cm3 para preservar las propiedades reológicas cuidado- de perforación9.3x+24.2x=4000 lt samente diseñadas de la lechada de cemento. El rit-despejando x=119.40 m mo de pérdida de fluido siempre debe ser menor a Optimar las propiedades de la lechada 50 ml/30 min. Maximizar la limpieza del espacio anularLavador Centrar la tubería de revestimiento Otras propiedades en la lechada de cemento es el Circular el lodo9.3x+24.2x=2000 lt control de la densidad y las concentraciones unifor- Reciprocar y rotar la tubería de revestimientodespejando x=59.70 m 5840 m mes de aditivos, las cuales son particularmente im- Bombear baches compatibles portantes para asegurar que las propiedades del ce- Diseñar gastos de desplazamiento para flujo turbu-Cálculo de volúmenes de fluidos para el balanceo mento sean consistentes en todas las partes del in- lento (sin llegar al límite de la presión de poro y pre-del tapón 6000 m tervalo cementado. La lechada de cemento deberá sión de fractura) ser mezclada en su totalidad, antes de ser bombea-Lechada dentro Tub. de revest. o de la tubería de da, siempre que esto sea posible. La experiencia dentro de la industria confirma queproducción con buenas prácticas de cementación y una aten- Una vez que la lechada de cemento ha sido diseña- ción rígida a los detalles especiales de planificaciónAltura del fluido * capacidad del tub. de prodn. = da, los gastos de flujo deberán ser verificados en y ejecución de los pozos horizontales, se podrán165.22 m * 9.3 lt/m = 1536.56 lt un simulador. Esto es importante para poder verifi- cementar con óptimos resultados.74 59
  • 60. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesPozos de alcance extendido dencia de los recortes que se asientan en la parte Ejemplos VLC =L (CTP) (lt) baja del agujero y a la dificultad para removerlos. VLC = (155.9 m)(4.5 lt/m)=701.55 ltEste tipo de pozos son producto de las más recien- En pruebas de laboratorio (Keller et al. 1987) se de- Balanceo de tapóntes innovaciones tecnológicas en la industria petro- terminó el comportamiento del asentamiento de los 5.-Se ha decidido bombear 1500 lt de espaciador.lera. Son pozos del tipo horizontal pero con una sec- sólidos y cómo afectaba al desplazamiento del lodo Recuerde que al final del balanceo se deben tener ¿Cuánto espaciador se debe bombear por delante yción horizontal mayor, llamados convencionalmen- durante la cementación. Ellos construyeron un apa- columnas de la misma altura de cemento, espaciador cuánto por detrás?te de alcance extendido (extended reach wells). rato para simular a escala una sección de la desvia- y lavador dentro de la tubería de trabajo y en el es-Estos pozos tienen un punto de origen y logran ción de un pozo de gas o aceite. El modelo simula- pacio anular entre la tubería de trabajo y el agujero Utilizamos la misma fórmula para cálculo de la altu-desarrollar desviaciones del orden de 40 a 50°, se- ba una tubería de 5 en un agujero de 6 ½, y podía abierto o tubería de revestimiento. ra del cemento.guidos por una sección de ángulo constante y por ser colocado en una formación permeable o no L=VLC /(CTP+CEA) (m)último una sección horizontal dentro del yacimien- permeable, hecha de arenisca o de acero, respecti- 1.- Determine el cemento requerido para un tapónto. Esta última no necesariamente deberá ser vamente. El modelo fue operado a tres inclinacio- de 150 m en un agujero de 9.5 pg. L=1500 lt/(39.5 lt/m +4.5 lt/m)horizontal. nes 0, 60 y 85°. VCR= L (CAD) (lt) L=34 m Donde VCR= Volumen de cemento requerido (lt)Con la presente tecnología se han desarrollado po- Dos formulaciones de lodo base agua y una com- L= longitud del tapón (m) Espaciador por adelante = altura del espaciador *zos con un alcance de hasta 10,000 metros con una posición de cemento fueron usadas. No se em- CAD = Capacidad promedio del agujero descu- capacidad del anular de TP y agujero abiertoprofundidad vertical de hasta 3,000 metros. plearon fluidos espaciadores. El procedimiento de bierto (lt/m) Espaciador por adelante = 34m*39.5lt/m=1343 lt prueba fue diseñado para simular un trabajo ac- VCR= (150 m) (45.73 lt/m)=6859.5 lt Espaciador por detrás =altura del espaciador * ca-Para la cementación de estos pozos se emplea el tual de cementación. La circulación del lodo y su pacidad de la TPmismo principio de los pozos horizontales, pero con acondicionamiento fueron desarrollados, y se 2.- Determine el número de sacos de cemento para Espaciador por detrás = 34m*4.5lt/m=153 ltla característica de que en este caso se tendrán ma- bombeó suficiente lechada de cemento a través una lechada de rendimiento 31.19 lt/saco. 6.- Calcular el volumen de desplazamiento (Vd) parayores distancias con respecto a la vertical para ser del modelo para simular el tiempo de contacto balancear el tapón.cementadas. entre la tubería y la formación que experimenta No. sacos = VCR/rendimiento L cemento = 155.9 m un trabajo de cementación. El cemento fraguó, el No. sacos = (6859.5 lt)/(31.19 lt/saco)=219.93 sacos L espaciador 34 mTanto el diseño del programa de revestimiento como aparato fue desensamblado, y se cortó en seg- Base del tapón 3500 mel de cementación deberán tener en cuenta los pe- mentos. Las eficiencias de desplazamiento fueron 3.- Determine la altura de la columna de cemento Cima de fluidos 3500 m -(155.9 m + 34 m)=3310 msos y grados de las tuberías para no tener un mayor determinadas con base en la revisión de todos los que levanta un tapón colocado en un agujero abier- Vol. de desp. = 3310 m cima de fluidos * 4.5 lt/mimpacto en los costos del pozo. Las tuberías debe- segmentos con canales del lodo. Del análisis de to de 9.5 colocado con una tubería de producción capacidad de TP=14895 ltrán ser diseñadas, fundamentalmente, para permi- los resultados se observó que para un gasto dado, de 3.5, 9.2 lb/ft. (con la tubería dentro del tapón) Cálculos de tapones por circulación (casos reales)tir un margen de seguridad para el colapso, debido la capacidad de un lodo para prevenir el asenta-al peso de las formaciones suprayacentes, revento- miento de sólidos está relacionado a su punto de L=VLC/(CTP+CEA) (m) JUJO 532nes y el esfuerzo de tensión. Por estas razones, el cedencia y al esfuerzo de Gel. Adicionalmente,cemento colocado alrededor de la tubería de reves- Keller et al.(1987) encontró que la severidad del Donde: Colocar un tapón por circulación de 150 m a unatimiento deberá desarrollar una alta resistencia a la asentamiento de sólidos fue significativamente profundidad de 500 m para abandonar el pozo.compresión. mayor a 85° con respecto a 60°. VLC= Volumen de lechada de cemento (lt) Datos L=longitud de la columna de cemento balancea-Remoción de lodo Crook et al.(1987) investigó sobre la influencia del da (m) Lodo Versadrill 1.10 gr/cm3 punto de cedencia, empleando el mismo modelo CEA = Capacidad del espacio anular entre la tu- Lechada Convencional 1.95 gr/cm3Como en la cementación convencional, el despla- del pozo descrito anteriormente. Las pruebas de des- bería de trabajo y la de revestimiento o el agujero Redimiento 36.2 lt/sacozamiento del lodo es absolutamente esencial para plazamiento del lodo fueron similares a las desarro- abierto (lt/m) Lavador 2 m3 1.0 gr/cm3obtener una buena cementación primaria. Los lladas por Keller, a 60 y 85° de desviación. Las pro- CTP = Capacidad de la tubería de trabajo Espaciador 4 m3 Dens = 1.52 gr/cm3principios para una remoción normal del lodo son piedades del lodo y de la lechada de cemento fue- L=(6859.5 lt) / (4.5 lt/m + 39.5 lt/m)aplicables en agujeros horizontales; sin embargo, ron monitoreadas, y la eficiencia del desplazamien- L=155.9 mhay algunos factores adicionales que se deberán to fue determinada después de desmantelar el mo- Niveles de fluidos dentro y fuera de la sarta de trabajo.considerar. delo, una vez que el cemento se colocó. Las conclu- Tendremos 155.9 m de lechada adentro y afuera siones principales fueron: de la tubería de trabajo cuando el tapón quede ba-Propiedades del lodo lanceado. 350 m 1. Habrá un valor crítico en el umbral, debajo delLa limpieza del agujero durante la perforación ha cual aparecerá un canal continuo de sólidos. 4.- Calcular el volumen de cemento dentro de la 500 msido, siempre, una de las mayores consideraciones tubería después de balancear el tapón.de la perforación direccional. Esto se debe a la ten- 2. El valor del punto de cedencia requerído para pre-60 73
  • 61. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones / ,Ë1( $ ( $ ( 5 2 Método de dos tapones con tubería de aluminio venir la formación de un canal aumenta con un in- de perforación durante la circulación, con el fin cremento en el ángulo de desviación. de mejorar la limpieza del agujero durante su 8 0 3 % $,/ ( 5 Este método utiliza una herramienta especial para acondicionamiento antes de sacarla. 2 colocar un tapón de cemento a una profundidad Un punto de cedencia mínimo de 20 lbf/100 ft para 2 /( + $ $ definida con un máximo de exactitud y un mínimo una desviación de 60°, y 28 lbf/100 ft para 85°, se · La capacidad, al hacer conexiones, para repasar de contaminación de la lechada. La herramienta recomendó para prevenir el asentamiento a partir en cada parada de tubería con el top-drive, al me- 0 ( $1 , 6 0 2 ( consiste, esencialmente, en un ensamble de fondo del lodo. nos una vez en agujero calibrado y tres veces en /,% (5 $ ,Ï 1 instalado en la parte inferior de la tubería de perfo- Las pruebas de laboratorio y la experiencia en la zonas deslavadas 0 ( È1 , 2 2 ración, una tubería de aluminio, un tapón de barri- industria indican también que el flujo turbulento es (/ e 75 ,2 do y otro de desplazamiento. esencial para la remoción de recortes en un agujero · La capacidad para hacer frecuentes viajes de lim- horizontal. Para inducir flujo turbulento, varios ope- pieza a partir de la zapata de la tubería de revesti- El tapón de barrido es bombeado por delante de la radores perforan con un lodo de viscosidad aparente miento con circulación por lo menos durante las 7$ 3 2 1 Ï lechada para limpiar la tubería y aislar el cemento baja, mientras se mantiene un gasto de circulación 10 primeras paradas de tubería. 38 (1 7( del lodo. El perno de seguridad, que conecta el ta- por arriba de 500 gal/min, y una relación del punto pón limpiador al tapón, se rompe con un incremen- de cedencia/viscosidad plástica, arriba de 1. Movimiento de la tubería to de la presión de circulación y éste es bombeado Aparte de mantener el agujero limpio, el lodo tam- 78 %( 5Ë,$ a través de la tubería de aluminio bién debe evitar dañar el yacimiento, evitar la in- El movimiento de las tuberías corridas a la super- ( 5( 9 ( 67,0 ,(1 72 compatibilidad con los fluidos del yacimiento, ase- ficie o tubería corta es importante para ayudar a El tapón de desplazamiento se bombea detrás de la gurar la estabilidad de la perforación en formacio- romper el esfuerzo de gel del lodo, y para permi- lechada para aislarla del fluido de desplazamiento. nes no consolidadas, y reducir el torque y arrastre tir un buen desplazamiento de fluidos. Es reco- de la sarta de perforación y tubería de revestimien- mendable aplicar tanto el movimiento rotacional Figura 27 Dump Bailer. to. Para satisfacer estas condiciones, con frecuen- como reciprocante. En realidad se prefiere la com- cia se prefieren los lodos a base de aceite. binación de ambos. Sin embargo, es recomenda-cable. El MPBT y la botella se corren a través de la ble la rotación en agujeros calibrados ya que lastubería de producción y el tapón se coloca en la tu- Circulación del lodo fuerzas rotacionales provocarán un barrido com-bería de revestimiento. pleto alrededor del espacio anular. El movimiento La circulación del lodo antes de la cementación es reciprocante es una alternativa aceptable, y de-Existen diferentes formulaciones de cemento clase tan importante en pozos horizontales como en po- berá ser empleada en agujeros deslavados. La ro-H y varios aditivos para diferentes gradientes de tem- zos convencionales. La circulación apropiada con tación debe ser de 10 a 20 rpm, y el reciprocanteperatura. Se utilizan botellas de dos tamaños 1 11/ el gasto más alto permisible de la bomba es nece- de 10 a 20 ft, con uno a dos movimientos cada16 y 2 1/8. Para calcular la altura del tapón que saria para romper la fuerza de gel del lodo y facilitar uno o dos minutos. El movimiento debe comen-soportará la presión diferencial requerida para dife- su remoción por el desplazamiento de fluidos. Así zar al momento de iniciar la circulación del lodo yrentes tamaños de tubería de revestimiento se como en pozos convencionales, la circulación de- terminar hasta que el último tapón es desplaza-utilizan tablas y un factor de seguridad. Estas tablas bería ser al menos de dos veces el volumen del agu- do. La combinación de ambos movimientos se hason limitadas puesto que no toman en considera- jero, y deberá ser continua hasta que un 95% del utilizado para pozos horizontales, y puede ser em-ción la temperatura, presión o los efectos del flui- lodo circulable esté en movimiento. Un operador pleado para sartas hasta la superficie y tuberíasdo. Además, las condiciones del tapón (contamina- marca el lodo frecuentemente para determinar cortas. Se ha observado que el movimiento de tu-ción), y estado de las paredes se desconocen. Por Figura 28 Método de dos tapones. cuándo está fluyendo el volumen máximo de lodo. bería es mucho más fácil con lodo a base de acei-lo anterior, es difícil determinar la altura óptima del Se deberá mantener flujo turbulento sin rebasar la te que con el de base de agua, debido a que latapón para proveer un sello contra una presión di- Cuando el tapón llega a su asiento se observa un presión de fractura. Esto puede verificarse median- fricción en las paredes es de cerca de la mitad.ferencial determinada. incremento de presión en superficie. Se levanta te el uso de simuladores como el CementaW (IMP). la tubería de trabajo hasta que la punta de la tu- CentralizaciónLas ventajas de este sistema es que la profundidad bería de aluminio alcanza la cima programada del El empleo del sistema de perforación top-drive (TDS,del tapón es fácilmente controlable y es, además, tapón. Se continúa bombeando para romper el por sus siglas en inglés) es prácticamente obligatorio La centralización es esencial para proporcionar unun método relativamente económico. La principal perno de seguridad que se encuentra entre el niple para proporcionar una adecuada limpieza del agujero área uniforme que será la ruta abierta de flujo haciadesventaja es que la cantidad de cemento disponi- de asiento y la camisa. Esto permite que la cami- en pozos altamente desviados y horizontales. el espacio anular. Si la tubería no está centrada, im-ble está limitada al volumen de la botella y se de- sa se deslice y descubra el agujero para circula- pedirá el movimiento del lodo en la parte baja delben hacer múltiples viajes. Además no es recomen- ción inversa. Si durante la operación la tubería de El TDS proporciona varias ventajas con respecto a agujero. Debido a las diferencias en el patrón dedable para desviar en agujeros amplios, entubados aluminio se atrapa en el cemento, ésta se puede la perforación rotatoria convencional: flujo, no hay un régimen de flujo o ritmo de flujoo descubiertos si se duda que alcance las condicio- liberar con un incremento en la tensión aplicada práctico que pueda remover el lodo entrampado.nes óptimas de perforabilidad. a la tubería. · La capacidad para intercambiar y rotar la tubería La experiencia de campo indica que un 67% de cen-72 61
  • 62. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionestrado es necesario para lograr la mejor oportunidad terminados con precisión mediante simuladores de más recomendado. Se recomienda una altura anu- para las aplicaciones en las cuales será utilizado.de remover el lodo de la parte estrecha del anular. cómputo. lar de 150-250 m para lavadores y espaciadores.Esto fue confirmado por Wilson y Sabins (1988) quie- • Información errónea de la litología y geometríanes en un estudio de laboratorio observaron que, a Efecto de cuña • La centralización de la tubería mejora la remo- del pozo (especialmente la temperatura de fondopesar de un control estricto sobre el lodo, existía ción del lodo. (Este aspecto es normalmente ol- estática) ocasiona la utilización de parámetros decontaminación del lodo y una pobre eficiencia de Cuando hay bajos gastos de flujo (flujo laminar), vidado aun cuando la tubería sea levantada des- diseño incorrectos: cálculo erróneo en la canti-desplazamiento cuando el centrado API de una tu- existe la posibilidad de que el cemento más pesado pués de la colocación del tapón). Si la tubería no dad de cemento, propiedades erróneas de labería era menor del 60%, el espaciador y las carac- pueda actuar como cuña y como canal debajo del está centralizada correctamente, puede ocurrir ca- lechada, contaminación o colocación del tapónterísticas de la lechada de cemento. lodo. Sin embargo, este efecto se puede compen- nalización del cemento y así el balanceo del ta- en un lugar incorrecto. sar por la diferencia de pón será más difícil; ambos efectos contribuyen velocidades entre la par- a la contaminación de la lechada, aunque esto es • Un volumen de cemento insuficiente debido a da- te superior e inferior del teórico pues no se debe olvidar que al levantar tos del registro de calibración incorrectos o des- espacio anular durante el un tubo con centradores podría provocarse la conocidos, proporciona un tapón de altura me- desplazamiento, debido contaminación. De esta manera, es preferible nor que la requerida. Se recomienda una altura a la excentricidad de la utilizar tubería lo más lisa posible y con rotación. de 100-150 m y hasta el doble de exceso de ce- tubería o a la aparente ex- mento en secciones de agujero descubierto de centricidad por el asenta- Se recomienda la rotación de la tubería en lugar de diámetro desconocido, especialmente cuando lar- miento de sólidos del la reciprocación. Esto puede ser útil puesto que la gas operaciones de pesca han sido llevadas a lodo de perforación. Más tubería se levantará fuera del cemento antes de cir- cabo y es necesario colocar un tapón de desvío aún, no han aparecido cular en inverso cuando el tapón haya sido balan- en el sitio de pesca. publicados estudios teó- ceado. La rotación reduce la gelificación del cemento ricos o experimentales y le permite caer más fácilmente de la tubería con- • Los tapones pueden descolgarse o moverse cuan- concernientes a los efec- forme se levanta. do se utilizan lechadas de cemento de alta densi- tos de la diferencial de dad en pozos con fluidos de control de baja den- densidades y el aisla- Diseño IV: Fallas más comunes sidad. Como resultado de la interface inestable miento de la TR; por lo formada, el cemento se canalizará y se diluirá con que las recomendacio- Una vez que el tiempo de fraguado ha pasado, se el lodo. Esto puede ser evitado con la colocación nes en estos aspectos es- toca la cima del tapón y se aplica peso de aproxi- de un volumen viscoso u otra técnica de puenteo Figura 18 Variación relativa del promedio crítico del Número de Reynolds como una función de la excentricidad. tán basadas en la expe- madamente 5 toneladas sobre él. Éste es el princi- y con el uso de un difusor. riencia de campo. pal criterio para medir el éxito de un tapón. Cuando el tapón servirá de apoyo para una herramienta IX. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA COLO-La dificultad para mantener el flujo turbulento hacía Fluidos espaciadores y lavadores desviadora entonces la prueba es muy importante, CACIÓN DEL TAPÓNuna tubería excéntrica está mostrado gráficamente pues si el tapón está colocado frente a caliza aun-en la figura 18. El promedio del número de Reynolds Los fluidos espaciadores y lavadores químicos de- que la perforabilidad no alcance a la de la caliza, se Dump Bailercrítico se incrementa 2.5 veces cuando el centrado berán preceder siempre a la lechada de cemento. busca una perforabilidad promedio de 4 min/m. ense reduce del 67 al 40%. Idealmente, todos los fluidos deberán desplazarse el punto en donde se iniciará el desvío. Los Dump Bailers son utilizados para la colocaciónEl centrado de la tubería de revestimiento es com- en flujo turbulento, incluyendo el lodo. Sin embar- de pequeñas cantidades de cemento encima de ta-plicado cuando el ángulo de desviación es alto, de- go, si el cemento no puede ser desplazado en flujo Las causas más comunes de falla son: pones puente o retenedores de cemento para pro-bido al incremento de la carga sobre los centradores. turbulento entonces, al menos, se debe preceder porcionar sellos a las presiones más fuertes yPara mantener el óptimo centrado, una regla de por el flujo turbulento de un fluido espaciador o • Contaminación con lodo. Se debe a una deficien- durables.dedo es mantener el espaciamiento entre centra- lavador. La lechada de cemento puede, entonces, te remoción de lodo, a espaciadores/lavadoresdores por abajo de 20 ft (6.1 m). Los centradores de desplazar fácilmente un fluido más delgado, que tie- no efectivos, a falta de centralización, tiempos de El cemento es colocado en una botella metálica debarra sólidos son los recomendados cuando se ce- ne una baja resistencia al flujo. Para determinadas espesamiento y fraguado muy largos, y a técni- 2 1/8 pg de diámetro (Dump Bailer) que transportamenta en agujeros calibrados. condiciones de cementación, la figura 19 indica el cas de colocación incorrectas. una cantidad medida de 18 litros de lechada de ce- gasto para alcanzar el flujo turbulento del lodo en el mento por medio de un cable de 5/16 o 7/32 pg deLos centradores soldados tipo fleje pueden ser em- espacio anular, para diferentes tamaños de tubería • Lechadas sobre-retardadas o tiempo de espera acero. La botella se abre eléctricamente al tocar elpleados en secciones deslavadas. Los centradores de revestimiento en un agujero de 8 ½, y su co- de fraguado insuficiente. Suceden cuando el de- tapón puente permanente ubicado por debajo de ladeberán incluir un cojinete que permita el movimien- rrespondiente margen de seguridad. Esta figura sarrollo de esfuerzo compresivo es inadecuado y profundidad de colocación del tapón; el cementoto rotacional y reciprocante de la tubería sin que se muestra claramente que, incluso con el gasto más el tapón será perforado sin alcanzar el tiempo de se deposita sobre el tapón al levantar la botella. (Fi-muevan los centradores. El número requerido y el alto, se necesita alcanzar flujo turbulento en la TR perforabilidad requerida. Es necesario conocer el gura 27). El tapón puente es colocado usando unaposicionamiento de los centradores pueden ser de- de 5 ½, un margen de seguridad de 300 psi, per- dato exacto de temperatura de fondo estática y herramienta de colocación de tapones mecánicos cuidar que el tapón sea diseñado precisamente (MPBT, Mechanical Plug Back Tool) colocada con62 71
  • 63. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionescorrecta; la planeación y obtención de datos correc- m. Ésta debe ser suficiente, tomando en cuenta que la presencia de la otra; portos del pozo son esenciales. la parte superior del tapón podría contaminarse. Un lo tanto, las pruebas que registro de calibración del agujero es útil para el se hagan deberán consi-El diseño del trabajo depende del objetivo. La colo- cálculo de la cantidad de cemento requerida y para derar que sean indepen-cación de un tapón para pérdida de circulación será ubicar una sección del agujero en calibre para que dientes.muy diferente que la colocación del tapón para una éste sea colocado. Si el tapón se va a colocar en unzona depresionada o para la desviación de un pozo, agujero fuera de calibre o una sección deslavada, El agua libre debe mante-así como el diseño para el abandono de una zona entonces se debe utilizar un porcentaje de exceso nerse en cero. En el labo-en donde tenga aportación de cualquier hidrocar- que podría ser del doble o mayor que el del volu- ratorio, el agua libre y laburo o la litología en donde se esté colocando. men normal considerado. Esto más bien se basa en sedimentación deben me-Diseño II: Profundidad y longitud del tapón la experiencia en tapones similares usados con éxi- dirse contemplando el to, de acuerdo con estadísticas. máximo ángulo de desvia-• La posición de un tapón de cemento es de pri- ción. Aunque un método mordial importancia. Los registros de calibración Diseño III: Desplazamiento y colocación de prueba estándar de la del agujero sirven para determinar en donde co- API no existe actualmente locar el tapón y cuánto cemento utilizar. Los re- • El desplazamiento se puede mejorar con lodos para pozos horizontales, la gistros de perforación y registros de velocidad fluidos de bajo valor de filtrado. El agujero debe Figura 19 Gasto para alcanzar el flujo turbulento. mayoría de las compañías de perforación deben ser consultados para de- ser circulado, por lo menos, con el equivalente a operadoras y de servicio terminar en dónde colocar el tapón en el agujero un volumen del pozo y antes de colocar el tapón manece al final del desplazamiento, mientras que han desarrollado procedimientos internos para descubierto. para alcanzar las condiciones reológicas necesa- para una TR de 7, la presión de fractura de la for- pruebas de evaluación del agua libre. El agua li- rias para el cemento que se va a manejar. Prefe- mación ha sido sobrepasada por 200 psi. bre y la sedimentación pueden ser prevenidos por• La aplicación del tapón dependerá del tipo de for- rentemente, el cemento debe tener mayor densi- medios químicos, tales como la adición de agen- mación frente a la cual se colocará, a menos que dad y propiedades reológicas que los baches tes viscosificantes y/o sales metálicas, las cuales se desee desviar el pozo, lo mejor es colocar los separadores, y más que el lodo. Queda excluido Propiedades de la lechada de cemento forman hidróxidos complejos. tapones en formaciones consolidadas. Las lutitas de este orden el frente lavador, pues la mayoría deben evitarse pues usualmente están deslavadas de éstos, por ser newtonianos, tienen una densi- Varias propiedades de la lechada de cemento se con- Pérdida de fluido 3 y fuera de calibre. Para tapones de desvío, el ce- dad que fluctúa entre 1.00 gr/cm o menor. El pozo sideran necesarias para una cementación exitosa. mento no debe ser colocado en formaciones ex- debe estar estáble para evitar la contaminación Algunas de estas propiedades son más críticas en El control de pérdida de fluido es particularmente cesivamente duras. Las formaciones altamente del cemento. Algunas características recomenda- la cementación de pozos horizontales que en po- importante en pozos horizontales, debido a la ex- permeables o donde existan pérdidas deben ser bles para el lodo son: Viscosidad Funnel = 45-80 zos menos desviados. Dos de las más importan- posición de la lechada a grandes secciones 2 evitadas, pues puede suceder que las propieda- seg, PV= 12-20 cp, Ty = 1-5 lb/100ft y la pérdida tes propiedades son la estabilidad de la lechada y permeables que son más críticas que en pozos des de la lechada cambien por el filtrado, o que de filtrado tan baja como se pueda. Estos valores el filtrado. verticales. Se requieren bajos ritmos de pérdida el volumen de lechada no sea suficiente, debido pueden ser difíciles de conseguir en la práctica. de fluidos para preservar las propiedades a la pérdida. Estabilidad de la lechada reológicas diseñadas para la lechada. Los ritmos • La contaminación de las lechadas de cemento es de pérdida deben ser siempre menores a 50 ml/• Si es posible, se deben seleccionar agujeros con la principal causa de falla de los tapones. Puede La estabilidad del cemento es siempre importan- 30 min. Un método para lograrlo, sin afectar mínima alteración en su calibre. Si los volúme- aumentar el tiempo de fraguado y reducir el es- te, pero aún más cuando se trata de pozos des- adversamente el control del agua libre y la visco- nes de cemento son calculados con mayor exac- fuerzo compresivo; el 10% de la contaminación viados. Existen dos propiedades que determinan sidad, es mediante el uso de un sistema propia- titud, el desplazamiento será mejorado y el ba- por lodo puede reducir el esfuerzo compresivo la estabilidad de la lechada: el agua libre y la se- mente diseñado de cemento látex-modificado. lanceo más fácil. hasta en un 50%. dimentación. El agua libre es importante debido a que puede migrar hacia la parte alta del agujero y Otras propiedades de la lechada• El volumen de cemento depende del objetivo del • Se requiere el uso de lavadores y espaciadores crear un canal abierto a través del cual los fluidos tapón. Las longitudes y profundidades de los ta- para evitar problemas de compatibilidad. Los del pozo pueden fluir. La sedimentación puede El control de la densidad de la lechada y una con- pones de abandono son usualmente dictadas por espaciadores deben ser utilizados cuando el con- provocar una baja resistencia, una porosidad alta centración uniforme de los aditivos son particular- regulaciones gubernamentales y varían depen- trol del pozo sea un problema, la densidad del del cemento en la parte superior del pozo. La pér- mente importantes para asegurar que las propieda- 3 diendo de las zonas, y de las presiones, entre otros espaciador debe ser 0.12 - 0.24 g/cm mayor que dida de aislamiento entre zonas puede ocurrir y des del cemento sean consistentes a través del in- factores, durante la perforación del pozo. Los ta- la del lodo para ganar el efecto de flotación para causar una migración de fluido y una reducción tervalo que se va a cementar. Se deberá tener un pones para desvío deben ser lo suficientemente mejor desplazamiento del lodo. Los lavadores en el control eficiente del yacimiento. Aunque la control estricto de la mezcla de la lechada. Si se re- largos para permitir la desviación gradual de la químicos deben utilizarse en lugar de agua espe- propiedad del agua libre y la sedimentación pue- quiere el control de sistemas de cemento de baja barrena en el agujero. cialmente cuando se utiliza lodo a base de aceite. den ocurrir juntos no están necesariamente rela- densidad, por problemas de pérdida de circulación, Los lavadores usualmente fluyen en flujo turbu- cionadas. Una propiedad puede presentarse sin los cementos a base de microesferas podrían serLa longitud mínima recomendada es entre 100-150 lento, el desplazamiento en flujo turbulento es el70 63
  • 64. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesmejores que los sistemas convencionales de cemen- el flujo vertical de los fluidos o proporcionar unatos ligeros, sobre todo para obtener una mayor re- plataforma o soporte para el desvío de la trayecto- Lodo El primero considera tubería franca colocando unsistencia a la compresión. ria del pozo. 1.08 gr/cc frente viscoso con la misma densidad del lodo para crear un soporte debajo de la lechada. De cualquierUna vez que la lechada de cemento ha sido diseña- Objetivos manera, para que los sistemas sean estables, es ne-da, los gastos y presiones de flujo deben ser revisa- Espaciador cesario bombearlos (frente viscoso y cemento) lodos en un simulador (tipo tubo en U), como Ce- Los tapones colocados dentro de agujeros entubados más lentamente posible mientras que la tubería debementa W (IMP). Esto es importante para verificar que se utilizan para: ser rotada para ser levantada, también despacio, allas presiones de poro y de fractura de las formacio- final del desplazamiento.nes no sean rebasadas durante la operación. • Abandonar intervalos depresionadosResumen • Proteger temporalmente el pozo El segundo método utiliza un difusor de flujo que se • Establecer un sello y abandonar el pozo Lechada coloca en la punta de la tubería que hace un cambioGuía para la cementación de pozos horizontales. • Proveer un punto de desvío en ventanas. 2.10 gr/cc de flujo vertical a lateral y hacia arriba, (Figura 26). Los agujeros a los lados de la herramienta debenBasados en la experiencia de campo e investigacio- Los tapones en agujero descubierto se colocan para: tener, por lo menos, la misma área de flujo que elnes de laboratorio, las principales consideraciones área interna de la tubería. Se han visto mejoras alpara una adecuada cementación de pozos horizon- • Abandonar la parte inferior del pozo Bache incrementar la distancia entre los agujeros lateralestales puede resumirse en los siguientes puntos: • Aislar una zona para prueba de formaciones viscoso con la salida inferior de la tubería tapada. Estos dos • Abandonar capas de formación indeseables métodos, utilizados en conjunto con las prácticas· Prevenir el asentamiento de sólidos del lodo • Sellar zonas de pérdida de circulación definidas para cada aplicación del tapón, incremen-· Optimar las propiedades de la lechada de ce- • Iniciar perforación direccional (ej. desviación por tan su probabilidad de éxito. Como sea, al igual que mento pescado). Lodo con todos los trabajos de cementación, una buena· Optimar el claro entre la tubería y las paredes del 1.08 gr/cc colocación es básica para obtener una cementación pozo • Cómo obtener información del pozo que se va a exitosa.· Centrar la tubería intervenir.· Circular el lodo, al menos, en un volumen del Consideraciones de diseño agujero Los datos necesarios para el diseño de un tapón por Figura 25. Inestabilidad de interface.· Mover la tubería tanto en rotación como circulación son los siguientes: Diseño I: Factores de éxito del tapón reciprocante· Mezclar con recirculador y control automático de • Geometría del agujero abierto se agrava cuando la tubería no está bien centra- Los factores básicos para el éxito de un tapón son densidad • Diámetro de la barrena da, porque el efecto U no puede ser controlado y los mismos que para lograr una cementación pri-· Diseñar los gastos de desplazamiento para flujo • Registro de calibración del agujero usualmente el sistema se perturba durante la ope- maria óptima. Las posibilidades de éxito del tapón turbulento o velocidad anular mínima de 80 m/ • Porcentaje de exceso considerado ración (por ejemplo: al levantar la tubería o bom- mejoran con el uso de buenas técnicas de despla- minuto (dentro de los límites de la presión de poro • Profundidad bear muy rápido, la presencia de gas, etc). Por zamiento, así como de la selección de la lechada y fractura) • Datos del agujero eso, aun antes de que el cemento esté colocado, • Presión de poro puede estar canalizado (Figura 25).La experiencia dentro de la industria confirma que • Presión de fracturacon buenas prácticas de cementación y un control • Litología Esta inestabilidad puede ser mejorada reduciendoestricto de los detalles especiales de diseño y eje- • Zonas de flujo o pérdidas la diferencia de densidad entre el lodo y el cemen-cución, los pozos horizontales pueden ser • Temperatura de fondo estática to, perturbando el sistema lo menos posible y/o uti-cementados con buenos resultados. • Temperatura de fondo circulante lizando un frente viscoso de lodo debajo del tapón, • Zonas problema que servirá de apoyo y evitará la interdigitación en-VIII. TAPONES DE CEMENTO • Pérdida de circulación tre lodo y cemento de la parte inferior del tapón; • Deslavadas también se debe instalar un difusor de flujo axial enDescripción • Flujo de agua el extremo inferior de la tubería de trabajo. • Alta presión de gas AJXMHURV D ƒEs la técnica balanceada de colocación de un volu- • Datos de la tubería de revestimiento Mejoras en la colocaciónmen relativamente pequeño de cemento a través • Diámetro 7DSde una tubería de perforación, de producción, o con • Peso Se pueden utilizar dos métodos para ayudar a crearauxilio de herramientas especiales, en una zona de- • Profundidad una interface cemento/lodo más estable durante laterminada, en agujero descubierto o tubería de re- • Tubería anterior colocación del tapón. Figura 26 Difusor.vestimiento. Su finalidad es proveer un sello contra • Datos de desviación64 69
  • 65. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesagregando harina sílica o arena sílica aumente el es- Por delante y detrás de la lechada se debe bom- • Profundidad vertical real zan en periodos cortos por lo que se puede reducir elfuerzo compresivo del cemento, lo cual no debe con- bear un volumen apropiado de espaciador (agua, • Profundidad medida tiempo de espera de fraguado de cemento. La pérdi-fundirnos . diesel, lavador químico y espaciador densificado), • Puntos de desvío da de filtrado es reducida y tienen mejor resistencia a con el propósito de evitar la contaminación de la • Orientación la contaminación con los fluidos del pozo.Técnicas de colocación lechada de cemento con el lodo y balancear el • Fluidos tapón (Figura 24). • Tipo de lodo Hay criterios técnicos que aseguran tener mejor es-Tapón balanceado Los volúmenes de lavador y espaciador son tales • Densidad fuerzo compresivo a través del uso de la arena sílica. que sus alturas en el anular y dentro de la tubería • Reología Está comprobado que la arena no ayuda a mejorar elEl método más común de colocación de un tapón son las mismas. Se completa el desplazamiento con esfuerzo compresivo. Si por costumbre se insiste enes la Técnica de Tapón Balanceado. Este método lodo de control hasta la profundidad de la cima cal- agregar arena, ésta debe ser limitada a 4.5 kg/saco.consiste en colocar un tapón sin escurrimientos de culada del tapón. Es práctica común parar el bom- Tipos de tapón Cuando se colocan varios tapones antes de obtenerfluidos por dentro y por detrás de la tubería de beo de 1 o 2 barriles antes de completar el volumen alguno lo suficientemente fuerte para desviar, la fallaperforación. El proceso se desarrolla de la siguiente total de desplazamiento. Esto se hace con el propó- Tapón de desvío se debe, entonces, a la inestabilidad de una lechadamanera: sito de dejar el nivel del cemento dentro de la tube- de alta densidad colocada sobre un lodo de baja den- ría un poco arriba del nivel del cemento en el anu- sidad. La incidencia de fallas de tapones se puede re-Se introduce tubería de perforación y/o producción lar, debido a que aumenta la posibilidad de que el 3XQWR GH ducir utilizando los métodos correctos de colocación.con difusor de flujo en el agujero a la profundidad cemento que cae de la tubería lo haga a la misma GHVY tR En tapones de desvío, después de varios intentos dedeseada. En algunos casos se utilizan tuberías de velocidad en ambos lados y propicie así que se ba- pesca, es común que el agujero se haya lavado y hayaaluminio o fibra de vidrio y se dejan dentro del ce- lancee el tapón. Además esto ayuda a evitar que el creado una caverna en donde los registros geofísicosmento formando parte del tapón. Cuando se termi- cemento permanezca dentro de la tubería al mo- 7 DSyQ GH no puedan tocar las paredes de esa caverna; por lona el desplazamiento del cemento, se desconecta mento de la extracción de ésta y se contamine con FHPH QWR tanto, será difícil estimar correctamente el volumen el fluido de control. de cemento requerido para balancear el tapón. El éxi- to del tapón, en estos casos, se debe más a la expe- Una vez que el tapón ha sido balanceado, se levanta riencia que a la técnica. La profundidad de colocación Balanceo la tubería a una velocidad lenta, entre 3 y 5 min por también es importante. La cima del tapón o de inicio Fluido de lingada (tres tubos acoplados ) a cierta altura por enci- de desviación debe colocarse frente a una formación desplazamiento ma de la cima del tapón y se circula en inverso des- fácilmente perforable, en donde la barrena pueda ser alojando el sobrante de la lechada, si esto fue progra- orientada en una nueva dirección sin caer en el aguje- Espaciador mado de esta manera. Si no fuera así, entonces se ro orginal. Una consideración muy importante en la levanta lentamente a la velocidad antes indicada, has- colocación de tapones de desvío, por cambio de rum- ta alejarse lo necesario de la cima del frente lavador y bo o pescado, es que el tapón debe tener la longitud se cierra el pozo el tiempo estimado para desarrollar $JXMHUR necesaria para asegurar que la barrena este lejos del su esfuerzo compresivo; al término de éste, se proce- QXHY R agujero original en el momento que sobrepase la lon- de a sacar toda la tubería utilizada y se introduce la gitud del tapón. Lechada de Figura 20 Tapón de desvío. barrena seleccionada para afinar el tapón. De esta ma- cemento nera se evita el movimiento de fluidos que pudieran ´ TAPON DE producir la contaminación del cemento con el fluido Durante las operaciones de perforación direccional CEMENTO de control del pozo. puede ser difícil alcanzar el ángulo y dirección correc- tos cuando se perfora a través de una formación sua- ´ TAPON DE Estabilidad en la interface ve. Es común colocar un tapón de desvío en la zona CEMENTO para alcanzar el objetivo y curso deseado. (Figura 20). Las causas principales relacionadas con las fallas Además, cuando una operación de pesca no se pue- de los tapones, durante la colocación de la lechada, de llevar a cabo por motivos económicos, la única ´ TAPON DE son el comportamiento inestable del flujo debido a solución disponible para alcanzar el objetivo del pozo CEMENTO la diferencia de densidad de los fluidos que com- es el desvío por arriba del pez. Figura 24 Balanceo de tapón. parten la interface de cemento y lodo, y la práctica El éxito de un buen tapón de desvío es su alto esfuer- ´ TAPON DE de utilizar tubería franca para colocar el cemento. zo compresivo. Las lechadas de agua reducida con CEMENTO dispersantes alcanzan densidades de hasta 2.16 g/cm3la tubería de aluminio dejándola como parte inte- Debido a las fuerzas gravitatorias adversas, los y proveen los mejores resultados. Son cementos muygral del tapón de cemento, y se levanta la tubería fluidos se moverán en la interface ya sea conta- duros, densos, de baja permeabilidad. Esta lechadade trabajo. minando la lechada o provocando que caiga. Esto desarrolla altos esfuerzos compresivos que se alcan- Figura 21 Tapón de abandono.68 65
  • 66. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesAbandono Pérdida de circulación modifica sus condiciones de diseño originales. Esto trae como consecuencia el fracaso del trabajo al no alcanzarCuando se requiere abandonar un pozo y preve- La pérdida de fluido de perforación puede ser dete- el objetivo planeado. Se puede requerir, entonces. el con-nir la comunicación entre zonas y la migración de nida si se coloca correctamente un tapón de cemen- trol de filtrado para mantener una buena calidad de lafluidos que pueden contaminar los mantos to frente a la zona de pérdida. Aunque la lechada se lechada cuando se hacen movimientos con la tubería. Siacuíferos, se colocan varios tapones de cemento puede perder, también puede endurecer y consoli- una lechada se somete a periodos de condición estáticaa diferentes profundidades. Los pozos producto- dar la formación, (figura 22). Un tapón de cemento TUBERÍA mientras está siendo colocada, se desarrollan esfuerzosres depresionados también se abandonan con ta- también se puede colocar encima de una zona para PARA de gelificación que pueden conducir al atrapamiento depones de cemento, (figura 21). En muchos paí- prevenir su fractura debido a presiones hidrostáticas PRUEBA la tubería. Es muy importante, por lo tanto, mantener elses, como México entre otros, el gobierno regula que pueden desarrollarse durante la cementación valor de filtrado de diseño durante el trabajo.el abandono de los pozos petroleros con procedi- de una tubería de revestimiento. Tiempo de espesamientomientos específicos. Las lechadas de cemento puro son efectivas para ZONA A solucionar pérdidas menores y brindan esfuerzos PROBAR Los tiempos de espesamiento deben diseñarse deLos tapones de abandono de pozos se colocan ge- compresivos muy altos. Para cementos más ligeros acuerdo con las condiciones del pozo, los procedi-neralmente frente a zonas potenciales de alta pre- con mejores propiedades mecánicas se utilizan ce- mientos de colocación y un factor de seguridad razo-sión. Se pone un tapón en la zapata de la tubería de mentos espumados o microesferas. Éstos tienen la nable. Para pozos profundos de alta temperatura, elrevestimiento anterior (algunas veces con algún ta- ventaja natural de la tixotropía por lo que es menos tiempo de espesamiento debe ser considerablemen-pón puente mecánico) y se colocan todos los nece- probable que se pierdan. te mayor. Como una medida más de seguridad, ensarios hasta la superficie. México los tiempos de espesamiento para pozos, con Las lechadas tixotrópicas son ampliamente utiliza- ZONA temperaturas menores de 140° C, se calculan consi-Si se planea abandonar intervalos grandes de agu- das. Su habilidad para desarrollar geles, conforme TAPÓN DE DÉBIL derando el tiempo de la colocación más una hora adi-jero descubierto, entonces se requiere la colocación el movimiento disminuye, es ventajosa pues ayuda CEMENTO cional y la prueba se realiza en el laboratorio con tem-de varios tapones de cemento dentro del agujero. a prevenir pérdidas a la formación y libera de pre- peratura circulante. Para pozos arriba de esta tempe-Se debe utilizar harina sílica cuando la temperatura siones hidrostáticas a las zonas débiles. ratura, hasta 175 °C, se toma el mismo criterio respec-estática de fondo exceda de los 100°C para prevenir to al tiempo; solamente que las pruebas de laborato-la regresión de la resistencia del cemento (incremen- La adición de materiales para pérdida por circula- Figura 23 Tapones para probar intervalos. rio se consideran a una temperatura intermedia entreto en la permeabilidad y pérdida de esfuerzo com- ción también ayuda en el éxito de los trabajos. Los la circulante y la estática con excelentes resultados.presivo). Los aditivos de cemento deben ser míni- materiales granulares son más efectivos para frac- En todos los casos, es muy importante la selección demos, las lechadas extendidas tienen relativamente turas más grandes; los fibrosos o en escamas son Diseño de la lechada de cemento los retardadores adecuados. En la minimización debaja viscosidad y bajo esfuerzo compresivo son usa- mejores para pérdidas en formaciones porosas o gelificación de la lechada, y con la finalidad de evitardas pocas veces como tapón de abandono. de alta permeabilidad. El diseño de la lechada de cemento para los tapones por costos innecesarios, se consideran tiempos de espe- circulación, y sus propiedades, dependen de la aplica- ra de fraguado de acuerdo con el objetivo del tapón, Para ayudar a la colocación del cemento en el agu- ción del tapón así como de la densidad requerida. Gene- que no serán mayores a 24:00 horas. jero también se utilizan los sistemas duales, con ralmente se utilizan volúmenes pequeños de lechada y cemento y sistemas para pérdida de circulación. se deben mezclar en volumen siempre que sea posible. Resistencia a la compresión Es muy importante considerar que el diseño de la lechada Es muy importante utilizar una temperatura de fon- reviste más del 50% del éxito del tapón. La resistencia a la compresión para tapones de desvío do circulante real. Las pérdidas enfriarán el agujero es primordial. Se requiere el desarrollo de alto esfuer- por lo que la temperatura de fondo circulante pue- Reología zo compresivo en cortos periodos de tiempo. Las de ser mucho menor que la utilizada por los mejores lechadas para esta aplicación son las de agua gradientes térmicos. Para tapones de control de pérdida de circulación se re- 3 reducida y alta densidad (por arriba de 2.16 g/cm ); se quieren lechadas viscosas con fuerte gelificación para res- pueden obtener esfuerzos compresivos de hasta 8,500 Tapones para prueba de formación tringir el flujo a fracturas o poros. Las lechadas tixotrópicas psi, en contraste con las 5,000 psi de una lechada de o de baja densidad y los materiales para pérdida de circu- 3 1.95 g/cm . La adición de arena o agentes densificantes Cuando se programa una prueba de formación, y bajo lación son muy utilizados para tapones de desvío. Se re- no mejora el esfuerzo compresivo de una lechada con el intervalo por probar existe una formación suave o quiere que la lechada sea de alta densidad, pero con la bajo contenido de agua; además de dispersantes y débil, o que pueda aportar a la prueba fluidos inde- fluidez necesaria para que el cemento salga de la sarta de retardadores se requieren muy pocos aditivos. Para seables, se colocan tapones de cemento para aislar la perforación al extraer la tubería. tapones de abandono colocados a profundidades con Figura 22 Tapón para pérdida de circulación. formación por probar, siempre y cuando sea impráctico temperaturas mayores de 100°C es necesario agregar o imposible colocar un ancla de pared (figura 23). Esto Filtrado harina o arena sílica, dependiendo de la densidad re- permite evitar el fracturamiento de la zona débil. querida, para evitar la regresión de la resistencia La pérdida de agua de la lechada durante su colocación compresiva del cemento. Sin que esto implique que66 67
  • 67. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesAbandono Pérdida de circulación modifica sus condiciones de diseño originales. Esto trae como consecuencia el fracaso del trabajo al no alcanzarCuando se requiere abandonar un pozo y preve- La pérdida de fluido de perforación puede ser dete- el objetivo planeado. Se puede requerir, entonces. el con-nir la comunicación entre zonas y la migración de nida si se coloca correctamente un tapón de cemen- trol de filtrado para mantener una buena calidad de lafluidos que pueden contaminar los mantos to frente a la zona de pérdida. Aunque la lechada se lechada cuando se hacen movimientos con la tubería. Siacuíferos, se colocan varios tapones de cemento puede perder, también puede endurecer y consoli- una lechada se somete a periodos de condición estáticaa diferentes profundidades. Los pozos producto- dar la formación, (figura 22). Un tapón de cemento TUBERÍA mientras está siendo colocada, se desarrollan esfuerzosres depresionados también se abandonan con ta- también se puede colocar encima de una zona para PARA de gelificación que pueden conducir al atrapamiento depones de cemento, (figura 21). En muchos paí- prevenir su fractura debido a presiones hidrostáticas PRUEBA la tubería. Es muy importante, por lo tanto, mantener elses, como México entre otros, el gobierno regula que pueden desarrollarse durante la cementación valor de filtrado de diseño durante el trabajo.el abandono de los pozos petroleros con procedi- de una tubería de revestimiento. Tiempo de espesamientomientos específicos. Las lechadas de cemento puro son efectivas para ZONA A solucionar pérdidas menores y brindan esfuerzos PROBAR Los tiempos de espesamiento deben diseñarse deLos tapones de abandono de pozos se colocan ge- compresivos muy altos. Para cementos más ligeros acuerdo con las condiciones del pozo, los procedi-neralmente frente a zonas potenciales de alta pre- con mejores propiedades mecánicas se utilizan ce- mientos de colocación y un factor de seguridad razo-sión. Se pone un tapón en la zapata de la tubería de mentos espumados o microesferas. Éstos tienen la nable. Para pozos profundos de alta temperatura, elrevestimiento anterior (algunas veces con algún ta- ventaja natural de la tixotropía por lo que es menos tiempo de espesamiento debe ser considerablemen-pón puente mecánico) y se colocan todos los nece- probable que se pierdan. te mayor. Como una medida más de seguridad, ensarios hasta la superficie. México los tiempos de espesamiento para pozos, con Las lechadas tixotrópicas son ampliamente utiliza- ZONA temperaturas menores de 140° C, se calculan consi-Si se planea abandonar intervalos grandes de agu- das. Su habilidad para desarrollar geles, conforme TAPÓN DE DÉBIL derando el tiempo de la colocación más una hora adi-jero descubierto, entonces se requiere la colocación el movimiento disminuye, es ventajosa pues ayuda CEMENTO cional y la prueba se realiza en el laboratorio con tem-de varios tapones de cemento dentro del agujero. a prevenir pérdidas a la formación y libera de pre- peratura circulante. Para pozos arriba de esta tempe-Se debe utilizar harina sílica cuando la temperatura siones hidrostáticas a las zonas débiles. ratura, hasta 175 °C, se toma el mismo criterio respec-estática de fondo exceda de los 100°C para prevenir to al tiempo; solamente que las pruebas de laborato-la regresión de la resistencia del cemento (incremen- La adición de materiales para pérdida por circula- Figura 23 Tapones para probar intervalos. rio se consideran a una temperatura intermedia entreto en la permeabilidad y pérdida de esfuerzo com- ción también ayuda en el éxito de los trabajos. Los la circulante y la estática con excelentes resultados.presivo). Los aditivos de cemento deben ser míni- materiales granulares son más efectivos para frac- En todos los casos, es muy importante la selección demos, las lechadas extendidas tienen relativamente turas más grandes; los fibrosos o en escamas son Diseño de la lechada de cemento los retardadores adecuados. En la minimización debaja viscosidad y bajo esfuerzo compresivo son usa- mejores para pérdidas en formaciones porosas o gelificación de la lechada, y con la finalidad de evitardas pocas veces como tapón de abandono. de alta permeabilidad. El diseño de la lechada de cemento para los tapones por costos innecesarios, se consideran tiempos de espe- circulación, y sus propiedades, dependen de la aplica- ra de fraguado de acuerdo con el objetivo del tapón, Para ayudar a la colocación del cemento en el agu- ción del tapón así como de la densidad requerida. Gene- que no serán mayores a 24:00 horas. jero también se utilizan los sistemas duales, con ralmente se utilizan volúmenes pequeños de lechada y cemento y sistemas para pérdida de circulación. se deben mezclar en volumen siempre que sea posible. Resistencia a la compresión Es muy importante considerar que el diseño de la lechada Es muy importante utilizar una temperatura de fon- reviste más del 50% del éxito del tapón. La resistencia a la compresión para tapones de desvío do circulante real. Las pérdidas enfriarán el agujero es primordial. Se requiere el desarrollo de alto esfuer- por lo que la temperatura de fondo circulante pue- Reología zo compresivo en cortos periodos de tiempo. Las de ser mucho menor que la utilizada por los mejores lechadas para esta aplicación son las de agua gradientes térmicos. Para tapones de control de pérdida de circulación se re- 3 reducida y alta densidad (por arriba de 2.16 g/cm ); se quieren lechadas viscosas con fuerte gelificación para res- pueden obtener esfuerzos compresivos de hasta 8,500 Tapones para prueba de formación tringir el flujo a fracturas o poros. Las lechadas tixotrópicas psi, en contraste con las 5,000 psi de una lechada de o de baja densidad y los materiales para pérdida de circu- 3 1.95 g/cm . La adición de arena o agentes densificantes Cuando se programa una prueba de formación, y bajo lación son muy utilizados para tapones de desvío. Se re- no mejora el esfuerzo compresivo de una lechada con el intervalo por probar existe una formación suave o quiere que la lechada sea de alta densidad, pero con la bajo contenido de agua; además de dispersantes y débil, o que pueda aportar a la prueba fluidos inde- fluidez necesaria para que el cemento salga de la sarta de retardadores se requieren muy pocos aditivos. Para seables, se colocan tapones de cemento para aislar la perforación al extraer la tubería. tapones de abandono colocados a profundidades con Figura 22 Tapón para pérdida de circulación. formación por probar, siempre y cuando sea impráctico temperaturas mayores de 100°C es necesario agregar o imposible colocar un ancla de pared (figura 23). Esto Filtrado harina o arena sílica, dependiendo de la densidad re- permite evitar el fracturamiento de la zona débil. querida, para evitar la regresión de la resistencia La pérdida de agua de la lechada durante su colocación compresiva del cemento. Sin que esto implique que66 67
  • 68. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesagregando harina sílica o arena sílica aumente el es- Por delante y detrás de la lechada se debe bom- • Profundidad vertical real zan en periodos cortos por lo que se puede reducir elfuerzo compresivo del cemento, lo cual no debe con- bear un volumen apropiado de espaciador (agua, • Profundidad medida tiempo de espera de fraguado de cemento. La pérdi-fundirnos . diesel, lavador químico y espaciador densificado), • Puntos de desvío da de filtrado es reducida y tienen mejor resistencia a con el propósito de evitar la contaminación de la • Orientación la contaminación con los fluidos del pozo.Técnicas de colocación lechada de cemento con el lodo y balancear el • Fluidos tapón (Figura 24). • Tipo de lodo Hay criterios técnicos que aseguran tener mejor es-Tapón balanceado Los volúmenes de lavador y espaciador son tales • Densidad fuerzo compresivo a través del uso de la arena sílica. que sus alturas en el anular y dentro de la tubería • Reología Está comprobado que la arena no ayuda a mejorar elEl método más común de colocación de un tapón son las mismas. Se completa el desplazamiento con esfuerzo compresivo. Si por costumbre se insiste enes la Técnica de Tapón Balanceado. Este método lodo de control hasta la profundidad de la cima cal- agregar arena, ésta debe ser limitada a 4.5 kg/saco.consiste en colocar un tapón sin escurrimientos de culada del tapón. Es práctica común parar el bom- Tipos de tapón Cuando se colocan varios tapones antes de obtenerfluidos por dentro y por detrás de la tubería de beo de 1 o 2 barriles antes de completar el volumen alguno lo suficientemente fuerte para desviar, la fallaperforación. El proceso se desarrolla de la siguiente total de desplazamiento. Esto se hace con el propó- Tapón de desvío se debe, entonces, a la inestabilidad de una lechadamanera: sito de dejar el nivel del cemento dentro de la tube- de alta densidad colocada sobre un lodo de baja den- ría un poco arriba del nivel del cemento en el anu- sidad. La incidencia de fallas de tapones se puede re-Se introduce tubería de perforación y/o producción lar, debido a que aumenta la posibilidad de que el 3XQWR GH ducir utilizando los métodos correctos de colocación.con difusor de flujo en el agujero a la profundidad cemento que cae de la tubería lo haga a la misma GHVY tR En tapones de desvío, después de varios intentos dedeseada. En algunos casos se utilizan tuberías de velocidad en ambos lados y propicie así que se ba- pesca, es común que el agujero se haya lavado y hayaaluminio o fibra de vidrio y se dejan dentro del ce- lancee el tapón. Además esto ayuda a evitar que el creado una caverna en donde los registros geofísicosmento formando parte del tapón. Cuando se termi- cemento permanezca dentro de la tubería al mo- 7 DSyQ GH no puedan tocar las paredes de esa caverna; por lona el desplazamiento del cemento, se desconecta mento de la extracción de ésta y se contamine con FHPH QWR tanto, será difícil estimar correctamente el volumen el fluido de control. de cemento requerido para balancear el tapón. El éxi- to del tapón, en estos casos, se debe más a la expe- Una vez que el tapón ha sido balanceado, se levanta riencia que a la técnica. La profundidad de colocación Balanceo la tubería a una velocidad lenta, entre 3 y 5 min por también es importante. La cima del tapón o de inicio Fluido de lingada (tres tubos acoplados ) a cierta altura por enci- de desviación debe colocarse frente a una formación desplazamiento ma de la cima del tapón y se circula en inverso des- fácilmente perforable, en donde la barrena pueda ser alojando el sobrante de la lechada, si esto fue progra- orientada en una nueva dirección sin caer en el aguje- Espaciador mado de esta manera. Si no fuera así, entonces se ro orginal. Una consideración muy importante en la levanta lentamente a la velocidad antes indicada, has- colocación de tapones de desvío, por cambio de rum- ta alejarse lo necesario de la cima del frente lavador y bo o pescado, es que el tapón debe tener la longitud se cierra el pozo el tiempo estimado para desarrollar $JXMHUR necesaria para asegurar que la barrena este lejos del su esfuerzo compresivo; al término de éste, se proce- QXHY R agujero original en el momento que sobrepase la lon- de a sacar toda la tubería utilizada y se introduce la gitud del tapón. Lechada de Figura 20 Tapón de desvío. barrena seleccionada para afinar el tapón. De esta ma- cemento nera se evita el movimiento de fluidos que pudieran ´ TAPON DE producir la contaminación del cemento con el fluido Durante las operaciones de perforación direccional CEMENTO de control del pozo. puede ser difícil alcanzar el ángulo y dirección correc- tos cuando se perfora a través de una formación sua- ´ TAPON DE Estabilidad en la interface ve. Es común colocar un tapón de desvío en la zona CEMENTO para alcanzar el objetivo y curso deseado. (Figura 20). Las causas principales relacionadas con las fallas Además, cuando una operación de pesca no se pue- de los tapones, durante la colocación de la lechada, de llevar a cabo por motivos económicos, la única ´ TAPON DE son el comportamiento inestable del flujo debido a solución disponible para alcanzar el objetivo del pozo CEMENTO la diferencia de densidad de los fluidos que com- es el desvío por arriba del pez. Figura 24 Balanceo de tapón. parten la interface de cemento y lodo, y la práctica El éxito de un buen tapón de desvío es su alto esfuer- ´ TAPON DE de utilizar tubería franca para colocar el cemento. zo compresivo. Las lechadas de agua reducida con CEMENTO dispersantes alcanzan densidades de hasta 2.16 g/cm3la tubería de aluminio dejándola como parte inte- Debido a las fuerzas gravitatorias adversas, los y proveen los mejores resultados. Son cementos muygral del tapón de cemento, y se levanta la tubería fluidos se moverán en la interface ya sea conta- duros, densos, de baja permeabilidad. Esta lechadade trabajo. minando la lechada o provocando que caiga. Esto desarrolla altos esfuerzos compresivos que se alcan- Figura 21 Tapón de abandono.68 65
  • 69. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionesmejores que los sistemas convencionales de cemen- el flujo vertical de los fluidos o proporcionar unatos ligeros, sobre todo para obtener una mayor re- plataforma o soporte para el desvío de la trayecto- Lodo El primero considera tubería franca colocando unsistencia a la compresión. ria del pozo. 1.08 gr/cc frente viscoso con la misma densidad del lodo para crear un soporte debajo de la lechada. De cualquierUna vez que la lechada de cemento ha sido diseña- Objetivos manera, para que los sistemas sean estables, es ne-da, los gastos y presiones de flujo deben ser revisa- Espaciador cesario bombearlos (frente viscoso y cemento) lodos en un simulador (tipo tubo en U), como Ce- Los tapones colocados dentro de agujeros entubados más lentamente posible mientras que la tubería debementa W (IMP). Esto es importante para verificar que se utilizan para: ser rotada para ser levantada, también despacio, allas presiones de poro y de fractura de las formacio- final del desplazamiento.nes no sean rebasadas durante la operación. • Abandonar intervalos depresionadosResumen • Proteger temporalmente el pozo El segundo método utiliza un difusor de flujo que se • Establecer un sello y abandonar el pozo Lechada coloca en la punta de la tubería que hace un cambioGuía para la cementación de pozos horizontales. • Proveer un punto de desvío en ventanas. 2.10 gr/cc de flujo vertical a lateral y hacia arriba, (Figura 26). Los agujeros a los lados de la herramienta debenBasados en la experiencia de campo e investigacio- Los tapones en agujero descubierto se colocan para: tener, por lo menos, la misma área de flujo que elnes de laboratorio, las principales consideraciones área interna de la tubería. Se han visto mejoras alpara una adecuada cementación de pozos horizon- • Abandonar la parte inferior del pozo Bache incrementar la distancia entre los agujeros lateralestales puede resumirse en los siguientes puntos: • Aislar una zona para prueba de formaciones viscoso con la salida inferior de la tubería tapada. Estos dos • Abandonar capas de formación indeseables métodos, utilizados en conjunto con las prácticas· Prevenir el asentamiento de sólidos del lodo • Sellar zonas de pérdida de circulación definidas para cada aplicación del tapón, incremen-· Optimar las propiedades de la lechada de ce- • Iniciar perforación direccional (ej. desviación por tan su probabilidad de éxito. Como sea, al igual que mento pescado). Lodo con todos los trabajos de cementación, una buena· Optimar el claro entre la tubería y las paredes del 1.08 gr/cc colocación es básica para obtener una cementación pozo • Cómo obtener información del pozo que se va a exitosa.· Centrar la tubería intervenir.· Circular el lodo, al menos, en un volumen del Consideraciones de diseño agujero Los datos necesarios para el diseño de un tapón por Figura 25. Inestabilidad de interface.· Mover la tubería tanto en rotación como circulación son los siguientes: Diseño I: Factores de éxito del tapón reciprocante· Mezclar con recirculador y control automático de • Geometría del agujero abierto se agrava cuando la tubería no está bien centra- Los factores básicos para el éxito de un tapón son densidad • Diámetro de la barrena da, porque el efecto U no puede ser controlado y los mismos que para lograr una cementación pri-· Diseñar los gastos de desplazamiento para flujo • Registro de calibración del agujero usualmente el sistema se perturba durante la ope- maria óptima. Las posibilidades de éxito del tapón turbulento o velocidad anular mínima de 80 m/ • Porcentaje de exceso considerado ración (por ejemplo: al levantar la tubería o bom- mejoran con el uso de buenas técnicas de despla- minuto (dentro de los límites de la presión de poro • Profundidad bear muy rápido, la presencia de gas, etc). Por zamiento, así como de la selección de la lechada y fractura) • Datos del agujero eso, aun antes de que el cemento esté colocado, • Presión de poro puede estar canalizado (Figura 25).La experiencia dentro de la industria confirma que • Presión de fracturacon buenas prácticas de cementación y un control • Litología Esta inestabilidad puede ser mejorada reduciendoestricto de los detalles especiales de diseño y eje- • Zonas de flujo o pérdidas la diferencia de densidad entre el lodo y el cemen-cución, los pozos horizontales pueden ser • Temperatura de fondo estática to, perturbando el sistema lo menos posible y/o uti-cementados con buenos resultados. • Temperatura de fondo circulante lizando un frente viscoso de lodo debajo del tapón, • Zonas problema que servirá de apoyo y evitará la interdigitación en-VIII. TAPONES DE CEMENTO • Pérdida de circulación tre lodo y cemento de la parte inferior del tapón; • Deslavadas también se debe instalar un difusor de flujo axial enDescripción • Flujo de agua el extremo inferior de la tubería de trabajo. • Alta presión de gas AJXMHURV D ƒEs la técnica balanceada de colocación de un volu- • Datos de la tubería de revestimiento Mejoras en la colocaciónmen relativamente pequeño de cemento a través • Diámetro 7DSde una tubería de perforación, de producción, o con • Peso Se pueden utilizar dos métodos para ayudar a crearauxilio de herramientas especiales, en una zona de- • Profundidad una interface cemento/lodo más estable durante laterminada, en agujero descubierto o tubería de re- • Tubería anterior colocación del tapón. Figura 26 Difusor.vestimiento. Su finalidad es proveer un sello contra • Datos de desviación64 69
  • 70. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionescorrecta; la planeación y obtención de datos correc- m. Ésta debe ser suficiente, tomando en cuenta que la presencia de la otra; portos del pozo son esenciales. la parte superior del tapón podría contaminarse. Un lo tanto, las pruebas que registro de calibración del agujero es útil para el se hagan deberán consi-El diseño del trabajo depende del objetivo. La colo- cálculo de la cantidad de cemento requerida y para derar que sean indepen-cación de un tapón para pérdida de circulación será ubicar una sección del agujero en calibre para que dientes.muy diferente que la colocación del tapón para una éste sea colocado. Si el tapón se va a colocar en unzona depresionada o para la desviación de un pozo, agujero fuera de calibre o una sección deslavada, El agua libre debe mante-así como el diseño para el abandono de una zona entonces se debe utilizar un porcentaje de exceso nerse en cero. En el labo-en donde tenga aportación de cualquier hidrocar- que podría ser del doble o mayor que el del volu- ratorio, el agua libre y laburo o la litología en donde se esté colocando. men normal considerado. Esto más bien se basa en sedimentación deben me-Diseño II: Profundidad y longitud del tapón la experiencia en tapones similares usados con éxi- dirse contemplando el to, de acuerdo con estadísticas. máximo ángulo de desvia-• La posición de un tapón de cemento es de pri- ción. Aunque un método mordial importancia. Los registros de calibración Diseño III: Desplazamiento y colocación de prueba estándar de la del agujero sirven para determinar en donde co- API no existe actualmente locar el tapón y cuánto cemento utilizar. Los re- • El desplazamiento se puede mejorar con lodos para pozos horizontales, la gistros de perforación y registros de velocidad fluidos de bajo valor de filtrado. El agujero debe Figura 19 Gasto para alcanzar el flujo turbulento. mayoría de las compañías de perforación deben ser consultados para de- ser circulado, por lo menos, con el equivalente a operadoras y de servicio terminar en dónde colocar el tapón en el agujero un volumen del pozo y antes de colocar el tapón manece al final del desplazamiento, mientras que han desarrollado procedimientos internos para descubierto. para alcanzar las condiciones reológicas necesa- para una TR de 7, la presión de fractura de la for- pruebas de evaluación del agua libre. El agua li- rias para el cemento que se va a manejar. Prefe- mación ha sido sobrepasada por 200 psi. bre y la sedimentación pueden ser prevenidos por• La aplicación del tapón dependerá del tipo de for- rentemente, el cemento debe tener mayor densi- medios químicos, tales como la adición de agen- mación frente a la cual se colocará, a menos que dad y propiedades reológicas que los baches tes viscosificantes y/o sales metálicas, las cuales se desee desviar el pozo, lo mejor es colocar los separadores, y más que el lodo. Queda excluido Propiedades de la lechada de cemento forman hidróxidos complejos. tapones en formaciones consolidadas. Las lutitas de este orden el frente lavador, pues la mayoría deben evitarse pues usualmente están deslavadas de éstos, por ser newtonianos, tienen una densi- Varias propiedades de la lechada de cemento se con- Pérdida de fluido 3 y fuera de calibre. Para tapones de desvío, el ce- dad que fluctúa entre 1.00 gr/cm o menor. El pozo sideran necesarias para una cementación exitosa. mento no debe ser colocado en formaciones ex- debe estar estáble para evitar la contaminación Algunas de estas propiedades son más críticas en El control de pérdida de fluido es particularmente cesivamente duras. Las formaciones altamente del cemento. Algunas características recomenda- la cementación de pozos horizontales que en po- importante en pozos horizontales, debido a la ex- permeables o donde existan pérdidas deben ser bles para el lodo son: Viscosidad Funnel = 45-80 zos menos desviados. Dos de las más importan- posición de la lechada a grandes secciones 2 evitadas, pues puede suceder que las propieda- seg, PV= 12-20 cp, Ty = 1-5 lb/100ft y la pérdida tes propiedades son la estabilidad de la lechada y permeables que son más críticas que en pozos des de la lechada cambien por el filtrado, o que de filtrado tan baja como se pueda. Estos valores el filtrado. verticales. Se requieren bajos ritmos de pérdida el volumen de lechada no sea suficiente, debido pueden ser difíciles de conseguir en la práctica. de fluidos para preservar las propiedades a la pérdida. Estabilidad de la lechada reológicas diseñadas para la lechada. Los ritmos • La contaminación de las lechadas de cemento es de pérdida deben ser siempre menores a 50 ml/• Si es posible, se deben seleccionar agujeros con la principal causa de falla de los tapones. Puede La estabilidad del cemento es siempre importan- 30 min. Un método para lograrlo, sin afectar mínima alteración en su calibre. Si los volúme- aumentar el tiempo de fraguado y reducir el es- te, pero aún más cuando se trata de pozos des- adversamente el control del agua libre y la visco- nes de cemento son calculados con mayor exac- fuerzo compresivo; el 10% de la contaminación viados. Existen dos propiedades que determinan sidad, es mediante el uso de un sistema propia- titud, el desplazamiento será mejorado y el ba- por lodo puede reducir el esfuerzo compresivo la estabilidad de la lechada: el agua libre y la se- mente diseñado de cemento látex-modificado. lanceo más fácil. hasta en un 50%. dimentación. El agua libre es importante debido a que puede migrar hacia la parte alta del agujero y Otras propiedades de la lechada• El volumen de cemento depende del objetivo del • Se requiere el uso de lavadores y espaciadores crear un canal abierto a través del cual los fluidos tapón. Las longitudes y profundidades de los ta- para evitar problemas de compatibilidad. Los del pozo pueden fluir. La sedimentación puede El control de la densidad de la lechada y una con- pones de abandono son usualmente dictadas por espaciadores deben ser utilizados cuando el con- provocar una baja resistencia, una porosidad alta centración uniforme de los aditivos son particular- regulaciones gubernamentales y varían depen- trol del pozo sea un problema, la densidad del del cemento en la parte superior del pozo. La pér- mente importantes para asegurar que las propieda- 3 diendo de las zonas, y de las presiones, entre otros espaciador debe ser 0.12 - 0.24 g/cm mayor que dida de aislamiento entre zonas puede ocurrir y des del cemento sean consistentes a través del in- factores, durante la perforación del pozo. Los ta- la del lodo para ganar el efecto de flotación para causar una migración de fluido y una reducción tervalo que se va a cementar. Se deberá tener un pones para desvío deben ser lo suficientemente mejor desplazamiento del lodo. Los lavadores en el control eficiente del yacimiento. Aunque la control estricto de la mezcla de la lechada. Si se re- largos para permitir la desviación gradual de la químicos deben utilizarse en lugar de agua espe- propiedad del agua libre y la sedimentación pue- quiere el control de sistemas de cemento de baja barrena en el agujero. cialmente cuando se utiliza lodo a base de aceite. den ocurrir juntos no están necesariamente rela- densidad, por problemas de pérdida de circulación, Los lavadores usualmente fluyen en flujo turbu- cionadas. Una propiedad puede presentarse sin los cementos a base de microesferas podrían serLa longitud mínima recomendada es entre 100-150 lento, el desplazamiento en flujo turbulento es el70 63
  • 71. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementacionestrado es necesario para lograr la mejor oportunidad terminados con precisión mediante simuladores de más recomendado. Se recomienda una altura anu- para las aplicaciones en las cuales será utilizado.de remover el lodo de la parte estrecha del anular. cómputo. lar de 150-250 m para lavadores y espaciadores.Esto fue confirmado por Wilson y Sabins (1988) quie- • Información errónea de la litología y geometríanes en un estudio de laboratorio observaron que, a Efecto de cuña • La centralización de la tubería mejora la remo- del pozo (especialmente la temperatura de fondopesar de un control estricto sobre el lodo, existía ción del lodo. (Este aspecto es normalmente ol- estática) ocasiona la utilización de parámetros decontaminación del lodo y una pobre eficiencia de Cuando hay bajos gastos de flujo (flujo laminar), vidado aun cuando la tubería sea levantada des- diseño incorrectos: cálculo erróneo en la canti-desplazamiento cuando el centrado API de una tu- existe la posibilidad de que el cemento más pesado pués de la colocación del tapón). Si la tubería no dad de cemento, propiedades erróneas de labería era menor del 60%, el espaciador y las carac- pueda actuar como cuña y como canal debajo del está centralizada correctamente, puede ocurrir ca- lechada, contaminación o colocación del tapónterísticas de la lechada de cemento. lodo. Sin embargo, este efecto se puede compen- nalización del cemento y así el balanceo del ta- en un lugar incorrecto. sar por la diferencia de pón será más difícil; ambos efectos contribuyen velocidades entre la par- a la contaminación de la lechada, aunque esto es • Un volumen de cemento insuficiente debido a da- te superior e inferior del teórico pues no se debe olvidar que al levantar tos del registro de calibración incorrectos o des- espacio anular durante el un tubo con centradores podría provocarse la conocidos, proporciona un tapón de altura me- desplazamiento, debido contaminación. De esta manera, es preferible nor que la requerida. Se recomienda una altura a la excentricidad de la utilizar tubería lo más lisa posible y con rotación. de 100-150 m y hasta el doble de exceso de ce- tubería o a la aparente ex- mento en secciones de agujero descubierto de centricidad por el asenta- Se recomienda la rotación de la tubería en lugar de diámetro desconocido, especialmente cuando lar- miento de sólidos del la reciprocación. Esto puede ser útil puesto que la gas operaciones de pesca han sido llevadas a lodo de perforación. Más tubería se levantará fuera del cemento antes de cir- cabo y es necesario colocar un tapón de desvío aún, no han aparecido cular en inverso cuando el tapón haya sido balan- en el sitio de pesca. publicados estudios teó- ceado. La rotación reduce la gelificación del cemento ricos o experimentales y le permite caer más fácilmente de la tubería con- • Los tapones pueden descolgarse o moverse cuan- concernientes a los efec- forme se levanta. do se utilizan lechadas de cemento de alta densi- tos de la diferencial de dad en pozos con fluidos de control de baja den- densidades y el aisla- Diseño IV: Fallas más comunes sidad. Como resultado de la interface inestable miento de la TR; por lo formada, el cemento se canalizará y se diluirá con que las recomendacio- Una vez que el tiempo de fraguado ha pasado, se el lodo. Esto puede ser evitado con la colocación nes en estos aspectos es- toca la cima del tapón y se aplica peso de aproxi- de un volumen viscoso u otra técnica de puenteo Figura 18 Variación relativa del promedio crítico del Número de Reynolds como una función de la excentricidad. tán basadas en la expe- madamente 5 toneladas sobre él. Éste es el princi- y con el uso de un difusor. riencia de campo. pal criterio para medir el éxito de un tapón. Cuando el tapón servirá de apoyo para una herramienta IX. HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA COLO-La dificultad para mantener el flujo turbulento hacía Fluidos espaciadores y lavadores desviadora entonces la prueba es muy importante, CACIÓN DEL TAPÓNuna tubería excéntrica está mostrado gráficamente pues si el tapón está colocado frente a caliza aun-en la figura 18. El promedio del número de Reynolds Los fluidos espaciadores y lavadores químicos de- que la perforabilidad no alcance a la de la caliza, se Dump Bailercrítico se incrementa 2.5 veces cuando el centrado berán preceder siempre a la lechada de cemento. busca una perforabilidad promedio de 4 min/m. ense reduce del 67 al 40%. Idealmente, todos los fluidos deberán desplazarse el punto en donde se iniciará el desvío. Los Dump Bailers son utilizados para la colocaciónEl centrado de la tubería de revestimiento es com- en flujo turbulento, incluyendo el lodo. Sin embar- de pequeñas cantidades de cemento encima de ta-plicado cuando el ángulo de desviación es alto, de- go, si el cemento no puede ser desplazado en flujo Las causas más comunes de falla son: pones puente o retenedores de cemento para pro-bido al incremento de la carga sobre los centradores. turbulento entonces, al menos, se debe preceder porcionar sellos a las presiones más fuertes yPara mantener el óptimo centrado, una regla de por el flujo turbulento de un fluido espaciador o • Contaminación con lodo. Se debe a una deficien- durables.dedo es mantener el espaciamiento entre centra- lavador. La lechada de cemento puede, entonces, te remoción de lodo, a espaciadores/lavadoresdores por abajo de 20 ft (6.1 m). Los centradores de desplazar fácilmente un fluido más delgado, que tie- no efectivos, a falta de centralización, tiempos de El cemento es colocado en una botella metálica debarra sólidos son los recomendados cuando se ce- ne una baja resistencia al flujo. Para determinadas espesamiento y fraguado muy largos, y a técni- 2 1/8 pg de diámetro (Dump Bailer) que transportamenta en agujeros calibrados. condiciones de cementación, la figura 19 indica el cas de colocación incorrectas. una cantidad medida de 18 litros de lechada de ce- gasto para alcanzar el flujo turbulento del lodo en el mento por medio de un cable de 5/16 o 7/32 pg deLos centradores soldados tipo fleje pueden ser em- espacio anular, para diferentes tamaños de tubería • Lechadas sobre-retardadas o tiempo de espera acero. La botella se abre eléctricamente al tocar elpleados en secciones deslavadas. Los centradores de revestimiento en un agujero de 8 ½, y su co- de fraguado insuficiente. Suceden cuando el de- tapón puente permanente ubicado por debajo de ladeberán incluir un cojinete que permita el movimien- rrespondiente margen de seguridad. Esta figura sarrollo de esfuerzo compresivo es inadecuado y profundidad de colocación del tapón; el cementoto rotacional y reciprocante de la tubería sin que se muestra claramente que, incluso con el gasto más el tapón será perforado sin alcanzar el tiempo de se deposita sobre el tapón al levantar la botella. (Fi-muevan los centradores. El número requerido y el alto, se necesita alcanzar flujo turbulento en la TR perforabilidad requerida. Es necesario conocer el gura 27). El tapón puente es colocado usando unaposicionamiento de los centradores pueden ser de- de 5 ½, un margen de seguridad de 300 psi, per- dato exacto de temperatura de fondo estática y herramienta de colocación de tapones mecánicos cuidar que el tapón sea diseñado precisamente (MPBT, Mechanical Plug Back Tool) colocada con62 71
  • 72. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de Cementaciones / ,Ë1( $ ( $ ( 5 2 Método de dos tapones con tubería de aluminio venir la formación de un canal aumenta con un in- de perforación durante la circulación, con el fin cremento en el ángulo de desviación. de mejorar la limpieza del agujero durante su 8 0 3 % $,/ ( 5 Este método utiliza una herramienta especial para acondicionamiento antes de sacarla. 2 colocar un tapón de cemento a una profundidad Un punto de cedencia mínimo de 20 lbf/100 ft para 2 /( + $ $ definida con un máximo de exactitud y un mínimo una desviación de 60°, y 28 lbf/100 ft para 85°, se · La capacidad, al hacer conexiones, para repasar de contaminación de la lechada. La herramienta recomendó para prevenir el asentamiento a partir en cada parada de tubería con el top-drive, al me- 0 ( $1 , 6 0 2 ( consiste, esencialmente, en un ensamble de fondo del lodo. nos una vez en agujero calibrado y tres veces en /,% (5 $ ,Ï 1 instalado en la parte inferior de la tubería de perfo- Las pruebas de laboratorio y la experiencia en la zonas deslavadas 0 ( È1 , 2 2 ración, una tubería de aluminio, un tapón de barri- industria indican también que el flujo turbulento es (/ e 75 ,2 do y otro de desplazamiento. esencial para la remoción de recortes en un agujero · La capacidad para hacer frecuentes viajes de lim- horizontal. Para inducir flujo turbulento, varios ope- pieza a partir de la zapata de la tubería de revesti- El tapón de barrido es bombeado por delante de la radores perforan con un lodo de viscosidad aparente miento con circulación por lo menos durante las 7$ 3 2 1 Ï lechada para limpiar la tubería y aislar el cemento baja, mientras se mantiene un gasto de circulación 10 primeras paradas de tubería. 38 (1 7( del lodo. El perno de seguridad, que conecta el ta- por arriba de 500 gal/min, y una relación del punto pón limpiador al tapón, se rompe con un incremen- de cedencia/viscosidad plástica, arriba de 1. Movimiento de la tubería to de la presión de circulación y éste es bombeado Aparte de mantener el agujero limpio, el lodo tam- 78 %( 5Ë,$ a través de la tubería de aluminio bién debe evitar dañar el yacimiento, evitar la in- El movimiento de las tuberías corridas a la super- ( 5( 9 ( 67,0 ,(1 72 compatibilidad con los fluidos del yacimiento, ase- ficie o tubería corta es importante para ayudar a El tapón de desplazamiento se bombea detrás de la gurar la estabilidad de la perforación en formacio- romper el esfuerzo de gel del lodo, y para permi- lechada para aislarla del fluido de desplazamiento. nes no consolidadas, y reducir el torque y arrastre tir un buen desplazamiento de fluidos. Es reco- de la sarta de perforación y tubería de revestimien- mendable aplicar tanto el movimiento rotacional Figura 27 Dump Bailer. to. Para satisfacer estas condiciones, con frecuen- como reciprocante. En realidad se prefiere la com- cia se prefieren los lodos a base de aceite. binación de ambos. Sin embargo, es recomenda-cable. El MPBT y la botella se corren a través de la ble la rotación en agujeros calibrados ya que lastubería de producción y el tapón se coloca en la tu- Circulación del lodo fuerzas rotacionales provocarán un barrido com-bería de revestimiento. pleto alrededor del espacio anular. El movimiento La circulación del lodo antes de la cementación es reciprocante es una alternativa aceptable, y de-Existen diferentes formulaciones de cemento clase tan importante en pozos horizontales como en po- berá ser empleada en agujeros deslavados. La ro-H y varios aditivos para diferentes gradientes de tem- zos convencionales. La circulación apropiada con tación debe ser de 10 a 20 rpm, y el reciprocanteperatura. Se utilizan botellas de dos tamaños 1 11/ el gasto más alto permisible de la bomba es nece- de 10 a 20 ft, con uno a dos movimientos cada16 y 2 1/8. Para calcular la altura del tapón que saria para romper la fuerza de gel del lodo y facilitar uno o dos minutos. El movimiento debe comen-soportará la presión diferencial requerida para dife- su remoción por el desplazamiento de fluidos. Así zar al momento de iniciar la circulación del lodo yrentes tamaños de tubería de revestimiento se como en pozos convencionales, la circulación de- terminar hasta que el último tapón es desplaza-utilizan tablas y un factor de seguridad. Estas tablas bería ser al menos de dos veces el volumen del agu- do. La combinación de ambos movimientos se hason limitadas puesto que no toman en considera- jero, y deberá ser continua hasta que un 95% del utilizado para pozos horizontales, y puede ser em-ción la temperatura, presión o los efectos del flui- lodo circulable esté en movimiento. Un operador pleado para sartas hasta la superficie y tuberíasdo. Además, las condiciones del tapón (contamina- marca el lodo frecuentemente para determinar cortas. Se ha observado que el movimiento de tu-ción), y estado de las paredes se desconocen. Por Figura 28 Método de dos tapones. cuándo está fluyendo el volumen máximo de lodo. bería es mucho más fácil con lodo a base de acei-lo anterior, es difícil determinar la altura óptima del Se deberá mantener flujo turbulento sin rebasar la te que con el de base de agua, debido a que latapón para proveer un sello contra una presión di- Cuando el tapón llega a su asiento se observa un presión de fractura. Esto puede verificarse median- fricción en las paredes es de cerca de la mitad.ferencial determinada. incremento de presión en superficie. Se levanta te el uso de simuladores como el CementaW (IMP). la tubería de trabajo hasta que la punta de la tu- CentralizaciónLas ventajas de este sistema es que la profundidad bería de aluminio alcanza la cima programada del El empleo del sistema de perforación top-drive (TDS,del tapón es fácilmente controlable y es, además, tapón. Se continúa bombeando para romper el por sus siglas en inglés) es prácticamente obligatorio La centralización es esencial para proporcionar unun método relativamente económico. La principal perno de seguridad que se encuentra entre el niple para proporcionar una adecuada limpieza del agujero área uniforme que será la ruta abierta de flujo haciadesventaja es que la cantidad de cemento disponi- de asiento y la camisa. Esto permite que la cami- en pozos altamente desviados y horizontales. el espacio anular. Si la tubería no está centrada, im-ble está limitada al volumen de la botella y se de- sa se deslice y descubra el agujero para circula- pedirá el movimiento del lodo en la parte baja delben hacer múltiples viajes. Además no es recomen- ción inversa. Si durante la operación la tubería de El TDS proporciona varias ventajas con respecto a agujero. Debido a las diferencias en el patrón dedable para desviar en agujeros amplios, entubados aluminio se atrapa en el cemento, ésta se puede la perforación rotatoria convencional: flujo, no hay un régimen de flujo o ritmo de flujoo descubiertos si se duda que alcance las condicio- liberar con un incremento en la tensión aplicada práctico que pueda remover el lodo entrampado.nes óptimas de perforabilidad. a la tubería. · La capacidad para intercambiar y rotar la tubería La experiencia de campo indica que un 67% de cen-72 61
  • 73. Ingeniería de Cementaciones Ingeniería de CementacionesPozos de alcance extendido dencia de los recortes que se asientan en la parte Ejemplos VLC =L (CTP) (lt) baja del agujero y a la dificultad para removerlos. VLC = (155.9 m)(4.5 lt/m)=701.55 ltEste tipo de pozos son producto de las más recien- En pruebas de laboratorio (Keller et al. 1987) se de- Balanceo de tapóntes innovaciones tecnológicas en la industria petro- terminó el comportamiento del asentamiento de los 5.-Se ha decidido bombear 1500 lt de espaciador.lera. Son pozos del tipo horizontal pero con una sec- sólidos y cómo afectaba al desplazamiento del lodo Recuerde que al final del balanceo se deben tener ¿Cuánto espaciador se debe bombear por delante yción horizontal mayor, llamados convencionalmen- durante la cementación. Ellos construyeron un apa- columnas de la misma altura de cemento, espaciador cuánto por detrás?te de alcance extendido (extended reach wells). rato para simular a escala una sección de la desvia- y lavador dentro de la tubería de trabajo y en el es-Estos pozos tienen un punto de origen y logran ción de un pozo de gas o aceite. El modelo simula- pacio anular entre la tubería de trabajo y el agujero Utilizamos la misma fórmula para cálculo de la altu-desarrollar desviaciones del orden de 40 a 50°, se- ba una tubería de 5 en un agujero de 6 ½, y podía abierto o tubería de revestimiento. ra del cemento.guidos por una sección de ángulo constante y por ser colocado en una formación permeable o no L=VLC /(CTP+CEA) (m)último una sección horizontal dentro del yacimien- permeable, hecha de arenisca o de acero, respecti- 1.- Determine el cemento requerido para un tapónto. Esta última no necesariamente deberá ser vamente. El modelo fue operado a tres inclinacio- de 150 m en un agujero de 9.5 pg. L=1500 lt/(39.5 lt/m +4.5 lt/m)horizontal. nes 0, 60 y 85°. VCR= L (CAD) (lt) L=34 m Donde VCR= Volumen de cemento requerido (lt)Con la presente tecnología se han desarrollado po- Dos formulaciones de lodo base agua y una com- L= longitud del tapón (m) Espaciador por adelante = altura del espaciador *zos con un alcance de hasta 10,000 metros con una posición de cemento fueron usadas. No se em- CAD = Capacidad promedio del agujero descu- capacidad del anular de TP y agujero abiertoprofundidad vertical de hasta 3,000 metros. plearon fluidos espaciadores. El procedimiento de bierto (lt/m) Espaciador por adelante = 34m*39.5lt/m=1343 lt prueba fue diseñado para simular un trabajo ac- VCR= (150 m) (45.73 lt/m)=6859.5 lt Espaciador por detrás =altura del espaciador * ca-Para la cementación de estos pozos se emplea el tual de cementación. La circulación del lodo y su pacidad de la TPmismo principio de los pozos horizontales, pero con acondicionamiento fueron desarrollados, y se 2.- Determine el número de sacos de cemento para Espaciador por detrás = 34m*4.5lt/m=153 ltla característica de que en este caso se tendrán ma- bombeó suficiente lechada de cemento a través una lechada de rendimiento 31.19 lt/saco. 6.- Calcular el volumen de desplazamiento (Vd) parayores distancias con respecto a la vertical para ser del modelo para simular el tiempo de contacto balancear el tapón.cementadas. entre la tubería y la formación que experimenta No. sacos = VCR/rendimiento L cemento = 155.9 m un trabajo de cementación. El cemento fraguó, el No. sacos = (6859.5 lt)/(31.19 lt/saco)=219.93 sacos L espaciador 34 mTanto el diseño del programa de revestimiento como aparato fue desensamblado, y se cortó en seg- Base del tapón 3500 mel de cementación deberán tener en cuenta los pe- mentos. Las eficiencias de desplazamiento fueron 3.- Determine la altura de la columna de cemento Cima de fluidos 3500 m -(155.9 m + 34 m)=3310 msos y grados de las tuberías para no tener un mayor determinadas con base en la revisión de todos los que levanta un tapón colocado en un agujero abier- Vol. de desp. = 3310 m cima de fluidos * 4.5 lt/mimpacto en los costos del pozo. Las tuberías debe- segmentos con canales del lodo. Del análisis de to de 9.5 colocado con una tubería de producción capacidad de TP=14895 ltrán ser diseñadas, fundamentalmente, para permi- los resultados se observó que para un gasto dado, de 3.5, 9.2 lb/ft. (con la tubería dentro del tapón) Cálculos de tapones por circulación (casos reales)tir un margen de seguridad para el colapso, debido la capacidad de un lodo para prevenir el asenta-al peso de las formaciones suprayacentes, revento- miento de sólidos está relacionado a su punto de L=VLC/(CTP+CEA) (m) JUJO 532nes y el esfuerzo de tensión. Por estas razones, el cedencia y al esfuerzo de Gel. Adicionalmente,cemento colocado alrededor de la tubería de reves- Keller et al.(1987) encontró que la severidad del Donde: Colocar un tapón por circulación de 150 m a unatimiento deberá desarrollar una alta resistencia a la asentamiento de sólidos fue significativamente profundidad de 500 m para abandonar el pozo.compresión. mayor a 85° con respecto a 60°. VLC= Volumen de lechada de cemento (lt) Datos L=longitud de la columna de cemento balancea-Remoción de lodo Crook et al.(1987) investigó sobre la influencia del da (m) Lodo Versadrill 1.10 gr/cm3 punto de cedencia, empleando el mismo modelo CEA = Capacidad del espacio anular entre la tu- Lechada Convencional 1.95 gr/cm3Como en la cementación convencional, el despla- del pozo descrito anteriormente. Las pruebas de des- bería de trabajo y la de revestimiento o el agujero Redimiento 36.2 lt/sacozamiento del lodo es absolutamente esencial para plazamiento del lodo fueron similares a las desarro- abierto (lt/m) Lavador 2 m3 1.0 gr/cm3obtener una buena cementación primaria. Los lladas por Keller, a 60 y 85° de desviación. Las pro- CTP = Capacidad de la tubería de trabajo Espaciador 4 m3 Dens = 1.52 gr/cm3principios para una remoción normal del lodo son piedades del lodo y de la lechada de cemento fue- L=(6859.5 lt) / (4.5 lt/m + 39.5 lt/m)aplicables en agujeros horizontales; sin embargo, ron monitoreadas, y la eficiencia del desplazamien- L=155.9 mhay algunos factores adicionales que se deberán to fue determinada después de desmantelar el mo- Niveles de fluidos dentro y fuera de la sarta de trabajo.considerar. delo, una vez que el cemento se colocó. Las conclu- Tendremos 155.9 m de lechada adentro y afuera siones principales fueron: de la tubería de trabajo cuando el tapón quede ba-Propiedades del lodo