I
PAGE INGENIERIA EN GAS Y PETROLEOS
RED NACIONAL UNIVERSITARIA UNIDAD ACADMICA SANTA CRUZFacultad de
IngenieraIngeniera en Gas y Petrleos SEXTO SEMESTRESYLLABUS DE LA
ASIGNATURACEMENTACION DE POZOS PETROLEROSAutor: Ing. Sergio Ali
Terrazas AguilarGestin Acadmica I/2015
UDABOLUNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIAAcreditada como PLENA
mediante R. M. 288/01VISIN DE LA UNIVERSIDADSer la Universidad lder
en calidad educativa.MISIN DE LA UNIVERSIDADDesarrollar la Educacin
Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de
la sociedad.Estimado (a) alumno (a);
La Universidad de Aquino Bolivia te brinda a travs del Syllabus,
la oportunidad de contar con una compilacin de materiales que te
sern de mucha utilidad en el desarrollo de la asignatura. Consrvalo
y aplcalo segn las instrucciones del docente.
SYLLABUS Asignatura:Cementacin de pozos
Cdigo:PET 201
Requisito:PET-216
Carga Horaria:100 horas Terico Prcticas
Crditos:5
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA.Clasificar los tipos de
cementos y lechadas de cemento utilizados en las cementaciones
primarias, a presin y otros, aditivos utilizados, clculos
hidrulicos con diferentes flujos de lechadas para cada tipo de
cementaciones y diferentes profundidades, descripcin de los equipos
y accesorios utilizados en las cementaciones mas comunes, evaluacin
de las cementaciones.II. PROGRAMA ANALTICO DE LA ASIGNATURA.UNIDAD
I: CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LECHADAS DE CEMENTO
TEMA 1.- MATERIALES DE CEMENTACION1.- Materiales cementadores
bsicos1.1.- Obtencin del cemento
1.2.- Propiedades fsico qumicas del cemento
1.3.- Composicin qumica1.4.- Clasificacin de los cementos ASTM y
API
1.5.- Aditivos y aplicaciones.
TEMA 2 .-REOLOGIA Y TECNICAS DE PREPARACION
2.1.- Tipos de flujo, modelos reologicos2.2.- Ley de potencia
aplicacin
2.3.- Calculo Hidrulico2.4.- Mezcla de lechadas
2.5.- Calculo de concentraciones y densidades
TEMA 3.-CEMENTACION PRIMARIA
3.1.- Factores que afectan la cementacion
3.2.- Caractersticas del pozo
3.3.- Temperatura
3.4.- Diseo de cementacion
3.5.- Volumen de lechada
3.6.- Calculo de caudales y presiones
3.7.- Tcnicas de desplazamiento
UNIDAD II : HIDRAULICA Y CEMENTACION DE LINERS
TEMA 4 CEMENTACION DE LINERS
4.1- Diseo de la cementacion
4.2.- Calculo de caudales y perdidas en el sistema
4.3.- descripcin operativa de la cementacion4.4.- Herramientas a
usar en la cementacion de Liner
TEMA 5.- ESPACIADORES Y COLCHONES LAVADORES
5.1.- Concepto
5.2.- Diseo
5.3.- Reologa5.4.- Tiempo de contacto
5.5.- Aplicaciones en cementaciones primarias y correctivas
TEMA 6. CEMENTACIONES FORZADAS
6.1.- Proceso de la cementacion forzada
6.2.- Tcnicas de la cementacion forzada
6.3.- Cementacion a baja y alta presin
6.4.- Diseo de la C.F.
6.5.-Planeamiento operacional
6.6.- Factores que influyen para espaciamiento de la lechada
6.7.- Tapones Balanceados de cementoUNIDAD III CEMENTACIONES DE
POZOS GASIFEROSY SU DISEOTEMA 7.- CEMENTACION DE POZOS
GASIFEROS
7.1.- Propiedades de la lechada
7.2.- Comportamiento de la lechada en funcin de la presin
7.3.- Migracin del gas
7.4.- MECANICA PARA EVITAR LA MIGRACION
7.5.- Aditivos
TEMA 8.-
EQUIPOSDE CEMENTACION8.1.- Equipos Superficiales
8.2.- Mescladores, Silos, Bombas,Manifold, Lneas de bombeo,
etc.
8.3.- Equipo Sub superficial
8.4.- Equipo de flotacin, centralizadores.
8.5.- Packers, RC,TC, etc
TEMA. 9 CONTROL DE CALIDAD Y EVALUACION DE CEMENTACIONES
9.1.- Concepto de adherencia y consistencia
9.2.- Registros elctricos CBHL-VDL
III. ACTIVIDADES PROPUESTAS PARA LAS BRIGADAS UDABOL
Las Brigadas UDABOL constituyen un pilar bsico de la formacin
profesional integral de nuestros estudiantes. Inmersos en el
trabajo de las brigadas, los estudiantes conocen a fondo la
realidad del pas, y completan su preparacin acadmica en contacto
con los problemas de la vida real y la bsqueda de soluciones desde
el campo profesional en el que cada uno desempeara en el futuro
prximo.
La actividad de las brigadas permite a nuestros estudiantes
llegar a ser verdaderos investigadores capaces de elaborar y
acometer proyectos de desarrollo comunitario y, a la vez adquirir
hbitos de trabajo en equipos multidisciplinarios como corresponde
al desarrollo alcanzada por la ciencia y la tcnica en los tiempos
actuales. De interaccin social y la elaboracin e implementacin de
proyectos de investigacin y desarrollo comunitario derivados de
dichos programas confiere a los estudiantes quienes son, sin dudas,
los mas beneficiados con esta iniciativa, la posibilidad de:
Desarrollar sus prcticas pre-profesionales en condiciones reales
y tutoradas por sus docentes, con procesos acadmicos de enseanza y
aprendizaje en verdadera aula abierta.
Trabajar en equipos, habitundose a ser parte integral de un todo
que funciona como un sistema, desarrollando un lenguaje comn,
criterios y opiniones comunes, y plantendose metas y objetivos
comunes para dar soluciones en comn a los problemas.
Realizar investigaciones multidisciplinaras en un momento
histrico en que la ciencia atraviesa una etapa de diferenciacin y
en que los avances tecnolgicos conducen a la aparicin de nuevas y
ms delimitadas especialidades.
Desarrollar su mentalidad, critica y solidaria, con plena
conciencia de nuestra realidad nacional.
IV. EVALUACIN DE LA ASIGNATURA
PROCESUAL O FORMATIVA
A lo largo del semestre se realizarn exposiciones, repasos
cortos y otras actividades de aulas; adems de los trabajos de
brigadas realizados con la universidad .Cada uno se tomar como
evaluacin procesual calificndola entre 0 y 50 puntos.
DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE O SUMATIVA (examen
parcial o final)
Durante el semestre se tomarn 2 exmenes parciales
terico-prcticos y un examen final con las mismas
caractersticas.
Cada examen, tanto parcial como final, se evaluar entre 0 y 50
puntos.
El proyecto a realizar se evaluar con una puntaje equivalente
entre el 80 al 100% de la nota del examen final, dependiendo del
resultado final del proyecto.
V. BIBLIOGRAFA BASICA
CURSO DE ACTUALIZACION EN TEORIA DE CEMENTACION Halliburton
Services .
INFORMACION TECNICA DE CEMENTACION Dowell Schulumberger MANUAL
DE CEMENTACION Halliburton Argentina TECNOLOGIA DE LA PERFORACION
DE POZOS PETROLEROS Arthur W Mgray APLICACIN DEL FLUJO TURBULENTO
EN LA CEMENTACION DE POZOS PROFUNDOS Tesis de Ing. Mario Portugal
Serrudo BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA
INGENIERIA DE PRODUCCION DEL PETROLEO Lester Charles Uren
HALLIBURTON CEMENTING TABLES Halliburton Services.VI. CONTROL DE
EVALUACIONES
1 evaluacin parcial
Fecha
Nota
2 evaluacin parcial
Fecha
Nota
Examen final
Fecha
Nota
APUNTES
VII. PLAN CALENDARIO.
SEMANAACTIVIDADES ACADMICAS OBSERVACIONES
1ra.Avance de materiaTema 1
2da.Avance de materiaTema 1
3ra.Avance de materiaTema 1
4ta.Avance de materiaTema 2
5ta.Avance de materiaTema 2Primera Evaluacin
6ta.Avance de materiaTema 2
7ma.Avance de materiaTema 3
8va.Avance de materiaTema 3
9na.Avance de materiaTema 3
10ma.Avance de materiaTema 4
11ra.Avance de materiaTema 4Segunda Evaluacin
12da.Avance de materiaTema 4
13ra.Avance de materiaTema 5
14ta.Avance de materiaTema 5
15ta.Avance de materia
Tema 6
16ma.Avance de materia
Tema 6
17va.Avance de materia
Tema 7
18ma.Avance de materia
Tema 8
19va.Avance de materia
Tema 9
20na.Evaluacin finalPresentacin de Notas
21raEvaluacin del segundo turnoPresentacin de Notas
Presentacin de Notas
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1
UNIDAD O TEMA: TEMA 1
TITULO: Materiales de cementacin
PERIODO DE EVALUACIN: Primer Parcial
1.- INTRODUCCION A LA CEMENTACION DE POZOS PETROLEROS
LECHADA DE CEMENTO.-Se denomina LECHADAS DE CEMENTO a las
suspensiones de cemento en agua a las que se adicionan diferentes
sustancias llamadas aditivos segn las propiedades que se pretenden
alcanzar, de acuerdo a las condiciones de pozo (presin,
temperatura, profundidad, etc.), tipo de caeras entubadas y/o
problemas que se pretendan solucionar.CEMENTOS
Los cementos pueden definirse como sutancias adhesivas y
cohesivas, es decir capaz de unir fragmentos de masas o de
compnicion involucra a un gran numero de amteriales solidos en un
todo compacto acto, tal defi solidos en un todo, teniendo poco de
comn una con otra salvo su adhesividad y siendo muy distinta la
importancia tcnica y cientfica de los diferentes miembros de la
clase, se ha tenido a incluir dentro de la designacin solamente a
un grupo de sustancias adhesivas, a saber: los materiales plsticos
empleados para producir la unin entre las piedras, ladrillos, etc.,
en la construccin de edificios y obras de ingeniera. Los cementos
de esta clase guardan entre si una relacin qumica, consistente en
que ellos se hacen de mezclas que contienen compuestos de cal, como
uno de sus principales constituyentes. La palabra cemento. En este
sentido restringido equivale entonces a CEMENTOS CALIZADOS
DEFINICIONEl cemento al cual nos referimos es un ligante hidrulico
artificial obtenido mediante un proceso industrial que consiste en
la coccin, hasta un punto determinado, de materiales calcreos y
arcillosos u otros que contengan slice ,alumina y oxido de hierro,
ntimamente mezclados entre si, y el molido mecnico ulterior del
clinker resultante para conseguir un polvo de grano fino que tiene
la propiedad de fraguar tanto en el aire como en el agua y firmar
una masa endurecida consistente esencialmente de silicato de calcio
hidrulicos a los cuales no se agregan otros productos que aquellos
agentes capaces de modificar el frage, es decir que no tienen
efecto perjudicial sobre la durabilidad del cemento fraguado y no
provoca la reprogresin de su resistencia.
MATERIALES DE CEMENTACION
A.- CEMENTO
A.1.-MATERIALES CEMENTADORES BASICOS.-
Se clasifican como tales a los materiales que mezclados
Con una cantidad adecuada de agua y sin usar aditivos especiales
que
Controlen la densidad o el tiempo de frage desarrollen
propiedades
Cementantes.
Los siguientes materiales corresponden a esta clase:
Cemento Portland
Cemento de alta resistencia inicial
Cemento retardado
Cemento Pozmix (Puzzolanico).
OBTENCION DEL CEMENTO
Los cementos estn hechos de calizas, arcilla o esquistos y
algunos xidos de hierro o aluminio
Si estos no estn presentes en cantidades suficientes en las
arcillas o esquistos.
Estos materiales molidos, se mezclan en proporciones adecuadas,
ya sea en seco (va seca) o con agua(va hmeda). Esta mezcla circula
dentro de un horno rotativo en el cual es calentado a temperaturas
que van desde 2600 a 2800 oF. Alli ocurren ciertas reacciones
qumicas que hacen que la mezcla cruda se transforme en un material
llamado Clinquer. El clinquer molido y mezclado con cierta cantidad
de yeso forma el producto conocido como cemento Prtland.
2.- ENSAYOS BASICOS REQUERIDOS POR EL API
PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DE CEMENTO
En la industria petrolera, a menudo se exigen otras
caractersticas y propiedades mas a los cementos, fuera de las que
recomienda la industria constructora, tales como gravedad
especifica, volmenes aparentes , y absolutos, finalmente
rendimiento de los cementos, en las lechadas, para lo cual se usan
cantidades optimas de agua.La cantidad de agua requerida para cada
tipo de cemento esta determinada por la superficie especifica o
fineza de grano del cemento. Los cementos de resistencia inicial
alta tienen su superficie especifica alta,los retardados superficie
especifica baja, el cemento comn Prtland, tiene superficie
especifica ligeramente mayor que los retardados. El cemento bsico
esta comprendido entre el Prtland comn y retardado. En la tabla 1-1
se indican estas propiedades de los diferentes tipos de
cemento.TABLA 1-1
CARACTERISTICAS DE LOS CEMENTO API
CARACTERISTICAS FISICAScomnres. Alta retardadobsico
API A-BAPI CAPI D,E,FAPI G
peso especfico promedio3,143,143,143,14
sup. Especfica min. cm2/g.150020001100.
sup. Especfica max.cm2/g.190024001100.
peso por saco lbrs.94949494
volumen aparente pie3/saco.1111
volumen absoluto. gal/saco.3,63,63,63,6
agua optima requerida %46563844
agua optima requerida gal/saco.5,26,34,294,97
peso de lechada lbrs/galn.15,614,816,4415,8
volumen de lechada pie3/saco.1,181,181,051,15
COMPOSICION QUIMICA
Los siguientes son los principales compuestos formados en el
proceso de calcinacin y sus principales funciones son:
Aluminato tricalcico (AL2 O3.3Ca.O) Es el compuesto proporciona
la rpida hidratacin y el que controla el frage inicial y el tiempo
de espesamiento del cemento, tambin es responsable de la
susceptibilidad del cemento al ataque de los sulfatos y este es
clasificado como altamente resistente a los sulfatos cuando el
aluminato tricalcico se encuentra presente en un porcentaje del 3%
o menos.
Aluminio ferrita tetracalcico ( Al2 O3.Fe2 O3.4Ca.O) Es un
compuesto de baja hidratacin, la adicin de un exceso de xido de
hierro incrementara la cantidad de alumino ferrita tetracalcica y
disminuira la cantidad de aluminio tricalcico.
Silicato tricalcico(Si O2.3Ca.O) Es el componente que prevalece
en todo los cementos es el principal productor de la resistencia
del mismo; es el responsable por la alta resistencia inicial ( de 1
a 28 das). Los cementos de alta resistencia inicial generalmente
tienen alto porcentaje de este compuesto.
Silicato dicalcico (Si.O2.2Ca.O) Es un componente de hidratacin
lenta y tiene influencia en el aumento gradual de resistencia sobre
un periodo largo de tiempo; todos los cementos son manufacturados
esencialmente de la misma manera lo nico que varia son las
proporciones de los compuestos; la cantidad de agua requerida para
cada cemento varia con la fineza del grano o rea de contacto (
grano fino); los cementos retardados tienen un rea de contacto
pequeo.
Yeso (Ca So4 2H2O) El yeso se usa para controlar la velocidad de
reaccin del aluminato triclcico. La magnesia es un elemento
indeseable y su porcentaje se mantiene lo ms bajo posible. Esta
reacciona con el agua, aunque muy despacio, para formar hidrxido de
magnesio { Mg (OH)2} y especialmente en los cementos para
construccin, causar grietas en el concreto si tiene mucho magnesio,
generalmente se encuentra presente cal viva en el cemento Prtland
hasta cierta proporcin. Como esta tambin reacciona despacio con el
agua para causar expansin del cemento, la cantidad tambin se
mantiene al mnimo.
CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS ASTM Y API.
Las principales diferencias entre los cementos para la
construccin y para pozos petroleros son que:
No se agregan mezclas al cemento para pozo.
En los cementos para pozo petrolero se usan grandes cantidades
de agua para hacer posible el bombeo de la lechada. Las relaciones
de agua -cemento pueden variar de 25 a ms de 65% en peso para los
cementos Prtland convencionales. Al aumentar la relacin de
agua-cemento se aumenta el tiempo de bombeabilidad, se reduce el
peso de la lechada, y se aumenta el tiempo de fraguado del
cemento.
CLASE A
Desarrollado para ser usado hasta 6,000 pies de profundidad (170
o F) cuando no se requieren condiciones especiales.
CLASE B
Desarrollado para ser usado hasta 6.000 pies de profundidad (170
o F) cuando se requiere una moderada resistencia a los
sulfatos.
CLASE C
Desarrollado para ser usado a 6,000 pies de profundidad (170 o
F) cuando se requiere una rpida resistencia del cemento.
CLASE D
Desarrollado para ser usado desde 6.000 pies hasta 10.000 pies
de profundidad (230 o F) cuando se encuentran relativamente altas
temperaturas y presiones.
CLASE E
Desarrollado para ser usado en profundidades desde 6.000 pies
hasta 14.000 pies de profundidad (290 o "F" Cuando se encuentran
altas presiones y temperaturas.
CLASE F
Desarrollado para ser usado en pronfudidades desde 10.000 hasta
16.000 pies de profundidad (320 o "F") cuando se encuentran
condiciones extremas de alta presin y temperatura.
CLASE G
Cemento bsico desarrollado para ser usado hasta 8.000 pies de
profundidad (200 o "F") y compatible con aceleradores y
retardadores de frage que lo transforman en caractersticas
similares desde la clase "A" a la Clase "F"
3.- ADITIVOS DE CEMENTACION, INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y
PRESION EN EL DISEO DE UNA LECHADA
CARACTERISTICAS.-
El agua deber ser clara y libre de materia orgnica. Alcalis,
sales, sedimentos, etc. El contenido de pequeos porcentajes de
cloruro de sodio (sal comn) o de calcio o de magnesio, reducir el
tiempo de frage de cualquier cemento para pozos de petrleo.
LECHADAS DE CEMENTO
LECHADA COMUN
Es la mezcla de cemento y agua. Su densidad para los cementos
API clase A O G oscila alrededor de 1,85 kgs/dm3.
Lechada alivianada.-
Se utiliza en casos de anillo de cemento de gran altura y cuando
hay peligro de fracturacion de alguna capa.Los aditivos ms comunes
son:
a).-BENTONITA.-
Es una arcilla de alto poder coloidal. Tiene la propiedad de
aumentar hasta 10 veces su volumen original en agua es de color
amarillo Plido y se usa en porcentajes que van del 10% al 12% del
peso del cemento. El agua requerido es de aproximadamente 1 galn
por cada 2% agregado al cemento.
CUESTIONARIO WORK PAPER N 1
1. A que se denominan lechadas de cemento?
1. Defina que son los cementos?
2. Cules son los materiales cementadores basicosQu tipos de
trpanos conoce?
4.- Como se obtiene el cemento
5.- Como se clasifican los cemento API.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 2
UNIDAD O TEMA: TEMA 2
TITULO: Reologia de las lechadas
PERIODO DE EVALUACIN: Primer Parcial
REOLOGIA DE LAS LECHADAS Y TECINICAS DE PREPARACION
La reologa es la ciencia que estudia el comportamiento de
fluidos. Las propiedades reologicas del cemento y lodo son
importantes por sus efectos en :
- Eficiencia con lo cual el cemento desplaza el lodo.
Perdidas de friccin en el anular que sumadas a la presion
hidrosttica representan la presin ejercida sobre la formacin.
Potencia hidrulica requerida para ubicar el cemento en un tiempo
dado.
2.1.-Tipos de flujo, modelos reolgicos
2.1.1 Caractersticas fundamentales de fluidos.-
El comportamiento de un fluido en movimiento se puede describir
por la relacin existente entre velocidad (shear rate) y
presin(shear stress)
Consideremos un fluido compuesto por laminas paralelas que se
mueven a diferentes velocidades (fig-1-).
Examinando dos de estas laminas de igual area y separadas una
distancia pequea, se han encontrado las siguientes relaciones:
U = T/ dv/dr
(1)
T = F/A
(2)
dv/dr = V1 V2 /r
(3)
donde :
A = Area de las laminas en cn2R = distancia de separacin entre
laminas en cn.
V1,V2 = velocidades de las laminas en cn/seg
F = fuerza en dinas
U = Viscosidad o resistencia interna que ofrece un fluido al
movimiento debido a la friccin entre capas internas, en
centipoises.
T = esfuerzo al corte (shear stress)
dv/dr = velocidad de corte (shear rate)
2.1.2.-TIPOS DE FLUJO
FLUJO TAPON.-
El flujo tapn es un caso particular del flujo laminar para
fluidos con comportamiento Bingham. En este rgimen el lquido se
mueve como un tapon. La mayor parte del fluido viaja a mas o menos
la misma velocidad.
Usualmente el modelo Bingham no se ajusta a la curva real del
fluido en este rgimen.
FLUJO LAMINAR
En este tipo de flujo, las partculas individuales se mueven en
lnea recta.
La velocidad en cualquier punto es directamente proporcional al
caudal de bombeo e inversamente proporcional a la viscosidad.
FLUJO TURBULENTO
La trayectoria de las partculas individuales del fluido no
continua siendo recta como en el flujo laminar.
En general todas las partculas se mueven a una velocidad
resultante igual.
El modelo matemtico no es representativo de esta regin de
flujo.
Como se puede ver los regmenes de flujo Tapn y Turbulento
ofrecen un perfil de velocidades achatado, es por esta razn que el
desplazamiento del cemento ofrece una mejor remocin del lodo. Esto
no sucede en el flujo laminar en el cual existe tendencia al
punzonamiento del fluido A en el fluido B lo que crea
canalizaciones. Tambin es importante anotar que no existe un punto
de transicin entre flujos sino mejor una zona de transicin. Por
ejemplo para fluidos newtonianos el cambio entre laminar y
turbulento. Sucede en la regin delimitada por nmeros de Reynolds
comprendida entre 2.100 y 3.000.
2.1.2 MODELOS REOLOGICOS (MATEMTICOS)
Estudios de las propiedades de fluidos, han desarrollado varios
modelos matemticos para describir la relacin existente entre
velocidad de corte y esfuerzo de corte.
Existen dos tipos de modelos generales
A = Newtonianos
B = No newtonianos
Exponencial
Bingham-plstico
Herschel-Bulkley
Roberton-Stiff
2.1.2. FLUIDOS NEWTONIANOS
Este Tipo de fluidos como (el agua ) presenta una relacin lineal
entre el shear rate y shear stress, en la zona de flujo laminar .
Un fluido Newtoniano comienza a fluir cuando se aplica presin. A
medida que la presin (shear stress) aumenta la velocidad (shear
rate) aumenta hasta convertirse en flujo turbulento. En este
momento el modelo matemtico se aparta de la curva real del
fluido.
T = U dv/dr
(4)
2.1.2.2 FLUIDOS NO NEWTONIANOS
La descripcin de este tipo de fluido es ms compleja.
Los lodos de perforacin y las lechadas se comportan generalmente
como fluidos no newtonianos. Se han desarrollado diferentes modelos
para predecir las relaciones entre esfuerzo de corte (shear stress)
y velocidad de corte (shear rate)
Los modelos mas comnmente utilizados son :
Modelo plstico Bingham
Modelo exponencial (power law)
2.2.1 Determinacion del modelo
En base al conocimiento de diferentes esfuerzos al corte y
velocidades de corte, se pueden tratar de determinar que modelo:
NEWTONIANO, EXPONENCIAL O BINHAM-PLASTICO es el que mejor se ajusta
a los datos experimentales.
Una vez que se haya establecido el modelo se puede estimar:
Velocidad critica para entrar en flujo turbulento
-Perdidas por friccion
-Potencia hidrulica
Los parmetros que se deben estimar para los diferentes modelos
son:
a) Newtoniano:
viscosidad
b) Bingham-plastico:
Punto de cedencia ( Bingham yield point )
Viscosidad plastica
c) Exponencial o potencial :
Indice de consistencia
ndice de comportamiento
2.2.2. FLUJO TURBULENTO.-
Los lodos de perforacion contienen substancias qumicas que
contaminan a la lechada de cemento , lo que se refleja en las
cementaciones defectuosas; por lo que en la actualidad con las
tcnicas modernas se llega a verificar el desplazamiento de la
lechada de cemento bajo regimen de flujo turbulento mejorando las
fallas que anteriormente se tenian. Para esto fue necesario hacer
estudios y pruebas de laboratorio con el objeto de medir la
velocidad de desplazamiento para obtener flujo turbulento en la
prctica.
2.2.3 PRINCIPIO DEL FLUJO TURBULENTO
El principio del flujo turbulento esta basado en las
experiencias de OSBORNE REYNOLDS; el cual por medio de sus
experimentos de la vena colorida introducida en un fluido durante
su escurrimiento en un tubo, observo que dicha vena colorida
permanecia sin mezclarse cuando la velocidad de escurrimiento
estaba dentro de ciertos limites despus de los cuales se mezclaba
por lo que fijo dos tipos de escurrimiento de los
fluidos.1.-ESCURRIMIENTO LAMINAR
2.- ESCURRIMIENTO TURBULENTO
2.3 CALCULO HIDRULICO
El flujo turbulento obtenido por ensima de la velocidad critica,
es el regimen mas efectivo para desplazar el lodo. Un
desplazamiento o remocin mayor del lodo, reduce la posibilidad de
canalizaciones, despus de que el cemento ha fraguado en el espacio
anular. La eficiencia de la remocin del lodo bajo este rgimen, se
muestra en la grafica
( 2-4 )
La forma para efectuar el clculo analtico de una cementacion
requiere la consideracin de tres conceptos bsicos a saber:1.- La
seleccin del tipo de cemento que debera ser usado, asi como los
tipos de adtivos, para mejorar las propiedades de la lechada.
2.- Tomar en cuenta los datos aportados por el registro
respectivo al perfil del pozo en cuestion.
3.- Determinar en el laboratorio las propiedades reologicas de
la lechada de cemento y el procedimiento del clculo en si, hasta
balancear la potencia del equipo y el logro del flujo
turbulento.
2.3.1 CALCULO HIDRULICO ANALTICO PARA FLUIDOS
PSEUDO-PLASTICOS
Si las lechadas de cemento se comportan como fluidos
pseudo-plasticos, se procede de la siguiente forma:
Se determina los indices n y K de comportamiento de flujo y de
consistencia en laboratorio; para lo cual se hace uso del
viscosmetro de Fann V-G modelo 35, tomando lectura a 600 R.P.M. y
300 R.P.M., las cuales se sustituiran en las ecuaciones
siguientes:
Lectura a 600 R.P.M.
n = 3,32 log10 .-------------------------------
( 2-3 )
Lectura a 300 R.P.M.
N ( Lectura a 300 R-P-M- )
K = -------------------------------------------
( 2-4 )
n
100 ( 479 )
En donde:
N = Factor de deformacin a la tensin del resorte del aparato (
Viscosmetro Fann ) = 1
n = Indice de comportamiento ( abstracto )
K = Indice de consistencia ( lbs-seg/pie 2 )
Para el calculo es necesario tomar dos puntos fundamentales.
1.- Determinar el gasto necesario , para lograr turbulencia en
el espacio anular, calculando la perdida total de presion por
friccion.
2.- Recalcular mediante ensaye y error la secuela al variar los
indices por agregar aditivos; hasta lograr turbulencia con una
mxima aplicacin del equipo.
WORK PAPER No 2
1. Qu es la reologia de las lechadas de cemento.
2. Indicar cuantos tipos de fluidos existen.
3. Cuantos tipos de modelos matematicos de fluidos existe.
4. Defina a que se denominan fluidos Newtonianos..
5. Que son los fluidos No Newtonianos.6. Que son los fluidos
plasticos cual su caracteristica.
7. Que son los fluidos pseudoplasticos cual su
caracteristica.8.- Problema 2.1. Calcular 1.- Caudal de bombeo para
turbulencia en la lechada aplicando formulas de fluidos
pseudoplasticos 2.- Calcular densidad de lechada y materiales de
cementacion para llenar un volumen de lechada en el espcio anular
de 202 pies cubicos. Condiciones del pozo: tamao del pozo 10 plgd,
tamao de la caeria 7 pulgd 35 lbr/pie, profundidad del pozo 5.000
pies , lechada de cemento . cemento puro, clase a API. Condiciones
para la pregunta 2 .- Volumen de lechada en el E.A = 202 pie
cubicos, datos de laboratorio de lechada : Sistema C ; Cemento
Viacha 100% + 0,25 HR-4 + 0,40 CFR-2 + 50 % de agua, densidad de
cemento = 3,14 gr/cc, densidad de HR = 1,22 gr/cc , densidad de
CFR-2 = 1,57 gr/cc , densidad de agua = 1 gr/cc.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 3
UNIDAD O TEMA: TEMA 3
TITULO: Cementacionm Primaria
PERIODO DE EVALUACIN: Segundo Parcial
CEMENTACION PRIMARIA
Se refiere a la cementacin de la caera de produccin una vez que
se termino de perforar el pozo en agujero abierto.
Las finalidades bsicas de una cementacin primaria son:
1.- Sostener la caera
2.- Confinar en sus rocas reservorio los hidrocarburos para
prevenir su migracin
3.-Lograr una buena adherencia entre la caera y el cemento y la
formacin
4.-Proteger las formaciones productoras de hidrocarburos
5.- Sellar zonas con perdidas de circulacin
6.-Proteger a la caera de la corrosin
.FACTORES QUE AFECTAN LA CEMENTACION
La velocidad de desplazamiento es el factor que mas se tiene en
cuenta al establecer el programa de una cementacin primaria. En
general se obtienen mejores resultados al desplazar el flujo
turbulento.
Adicionalmente a la forma como se desplaza se debe estudiar los
siguientes factores que tienen gran incidencia en el resultado de
la cementacin.
a.- Geometra del hueco.
b.- Centralizacin de tubera de revestimiento
c.-Movimiento de la tubera de revestimiento.
d.- Acondicionamiento del lodo antes de cementar.
e.- Evitar reacciones adversas entre lodo-cemento
GEOMETRIA DEL HUECO
La creacin de crteres en el proceso de perforacin del pozo se
debe evitar, ya que el desplazamiento del lodo en secciones grandes
es casi imposible..
El tipo de lodo se debe ajustar para que se obtenga un agujero
calibrado o por lo menos parejo. El peor problema se ocasiona al
encontrar discontinuidad en la geometra del pozo.
En algunos casos ser necesario reducir la velocidad de
circulacin y/o incrementar la viscosidad del lodo de perforacin
para evitar turbulencia.
Esto es particularmente importante en formaciones salinas y
blandas.
.-CENTRALIZACION FUERZAS DE ARRASTRE
Existen fuerzas de atraccin en los planos de contacto:
Lodo-formacin
Lodo-tuberia de revestimiento
Cuando la tubera de revestimiento no esta centralizado, los
efectos de resistencia de estas fuerzas de contacto no son
uniformes a travs del rea anular por donde circula el fluido.
Al incrementar la descentralizacin se aumenta la probabilidad de
dejar lodo de perforacin en la seccin estrecha del anular.un
indicativo del grado de centralizacin viene dado por:
A=% centralizacion = 100Wn/rw-rc
Donde:
rw= dimetro del hueco abierto
rc= radio del casing
wn = mnima distancia entre la pared del casing y el hueco
abierto
Fig. 12
Definicin de % centralizacin, A
Basados en esta relacin se puede encontrar el efecto de
distribucin de velocidades en areas excntricas.
Para un casing de 6 en un hueco abierto de 9 y con fluido de 10
lbs./galon y U= 10 cps las velocidades en la seccin estrecha wn se
muestran en la fig. 13
Como se puede ver de la grafica fig 13 cuando se tiene un 33 1/3
de centralizacin, es necesario bombear a 15 BPM para empezar a
tener movimiento en la porcion mas estrecha, adems no importa que
tan rpido se bombee la velocidad en la reduccin wn no sera jams
mayor del 40% de la velocidad promedio
FUERZA DE CONTACTO-CONSISTENCIA GEL
Las fuerzas de contacto son proporcionales a la consistencia
gel, esto es cuando la consistencia-gel aumenta se incrementa la
resistencia a fluir a travs de areas anulares no concntricas.
El efecto de la consistencia- gel en la velocidad necesaria para
iniciar el movimiento en anulares con centralizacin de 50% se
representa en la figura 14
-CENTRALIZACION DE LA TUBERA DE REVESTIMIENTO
La centralizacin del casing proporciona una rea de flujo
uniforme minimizando la variacin de las fuerzas de contacto. Adems
permite una mas fcil reciprocacin.
Los centralizadores mejoran considerablemente la centralizacin
de la tubera, ya que sin ellos el casing se apoyaria en el hueco
abierto especialmente en pozos desviados.
MOVIMIENTO DEL CASING
Las fuerzas de contacto y la distribucin de las mismas entre el
lodo y el casing se pueden alterar por medio de movimiento de la
tubera de revestimiento
-ROTACION
La rotacin de la tubera de revestimiento ayuda a la remocin del
lodo en un mecanismo de rotacin.
En este caso el cemento es empujado dentro la reduccin del
espacio anular.
-MOVIMIENTO RECIPROCANTE
El movimiento vertical de la tubera de revestimiento es
aconsejable en los casos de flujo laminar o turbulento, no se debe
utilizar cuando se bombea en flujo tapn.
La reciprocacin afecta la velocidad en el espacio anular y la
presin ejercida en la formacin
Durante el movimiento vertical hay cambios en la velocidad
anular, disminuyendo cuando se mueve la tubera de revestimiento
hacia arriba y aumentando al moverse la tubera hacia abajo.
La diferencia mxima en peso en el gancho en los movimientos
hacia arriba y hacia abajo se deben registrar.Si este valor aumenta
continuamente el casing tiene tendencia a pegarse y se debe colgar
en las cuas
ACONDICIONAAMIENTO DEL LODO
Se debe evitar el desarrollo de lodos gelificados y mud cakes
espesos.
La reduccin de la consistencia gel (gel strength ) y la
viscosidad plstica del lodo mejora notablemente la eficiencia de
remocin.
Se ha visto que adems del cambio en las propiedades reologicas
del lodo, la circulacin de dos volmenes de pozo es suficiente para
remover lodos viscosos presente.-REACCIONES ADVERSAS
LODO-CEMENTO
Cuando se esta desplazando el cemento, existe la posibilidad de
mezclar la lechada con el lodo y esto crea diferentes. Problemas
entre los cuales se tiene:
Aceleracin o retardacin del tiempo de espesamiento
Reduccin de la resistencia a la compresin.
Aumentar la perdida del fluido.
Con lodos de base petrleo, la mezcla no puede ser bombeada
Normalmente los qumicos inorgnicos tienden a acelerar el
fraguado del cemento, en cambio las substancias orgnicas retardan y
pueden en determinadas circunstancias inhibirlo por completo
Para prevenir este contacto y mezcla entre cemento y lodo se
utilizan:
Tapones de cementacin crean una barrera en el interior de la
tubera de revestimiento.
Colchones lavadores-espaciadores que tienen una doble funcin ya
que contribuyen a la remocin del lodo. Y a la vez separan la
lechada del lodo.
-PERDIDA DE FILTRADO
No hay razn para hacer el diseo reologico, apropiado de una
lechada sino se mantienen las caractersticas de la misma. Para que
esto sea posible se debe controlar la perdida de fluido en los
siguientes limites:
200 cc/30 min para cementaciones primarias
50cc/30 min en cementaciones criticas de zonas con gas.
- CARACTERSTICAS DEL POZO.-
La experiencia obtenida por evaluacin de los registros de
cementacion indican que la forma del pozo afecta el sello hidrulico
de cemento en el anular. Las cavernas irregulars son muy difciles
sino imposibles de cementar, independientemente de cmo haya sido
hecha la cementacion. El objetivo es implementar practicas de
perforacin que eliminen la formacin de estas cavernas. Esta es una
condicion que puede ser muy difcil de controlar, pero se estan
haciendo esfuerzos en esta direccin
Las condiciones varian de pozo a pozo y el procedimiento de
cementacion debera ser ajustado a medida que sea necesario de
acuerdo a la profundidad del pozo y temperatura estatica de fondo
para lo cual se han desarrollado formulas que calculan los datos de
temperatura de Cementacion primaria API y de cementacion forzada
que deberan ser considerados para el diseo de la lechada.
En general se deberan tomar en cuenta las consideraciones en el
planeamiento de una buena cementacion, el dimetro del pozo,
profundidad,temperatura, desviacin del pozo y propiedades de la
formacin.
TEMPERATURA.
Es muy conocido que la temperatura afecta directamente en las
propiedades reologicas de las lechadas, de cemento para esto se han
introducido los conceptos bsicos de :
Temperatura estatica de fondo ( BHT) , temperatura API de
cementacion primaria (BHCT) , Temperatura de cementacion forzada (
BHST ).
temperatura de circulacin de pozo.- Se lo registra directamente
mediante registradores que se baja al fondo del pozo y registra
resultados ploteados en una carta metalica.
Temperatura estatica de fondo ( BHT) es la temperatura del fondo
de acuerdo a la gradiente geotermica, que se la calcula con la
formula :
Gradiente termica = 80 oF + 0,15 o F / 100pes
La Temperatura de circulacin en fondo pozo para cementacion
primaria se la calcula con la formula emprica de Halliburton:
1,04027 1.27452
BHCT = 80 + 0,000 X grad x D
La Temperatura de cementacion forzada se la calcula con la
formula emprica de Halliburton :
1,04632 1, 13479
SQT = 80 + 0.002274 X grad x D
Donde:
Grad = gradiente de temperatura ( oF/100 pies)
D = Profundidad en pies
BHCT = Temperatura de circulacin en fondo pozo ( o F )
BHST = temperatura estatica de fondo ( oF )
Estos datos conjuntamente con la presion de fondo sirven para
calcular la dosificacin y propiedades de las lechadas a las
condiciones de yacimiento en laboratorio.
DISEO DE CEMENTACION
el objetivo basico de una cementacion de T.R. es la colocacin de
una lechada de cemento no contaminada en la posicin debida en el
espacio anular entre la tubera y el agujero del pozo de tal manera
que se logre un sello efectivo e impermeable entre la formacin y la
tubera. La serie de ilustraciones en la figura ( 3-1 ) muestra el
procedimiento que se sigue en una operacin rutinaria de
cementacion.
El cemento se mezcla con agua para formar una lechada del peso
especifico deseado. La mezcla se efectua en la superficie con uso
de vasijas especialmente diseadas, o tolvas y luego se bombea al
interior de la tubera de revestimiento. Se puede usar cemento en
sacos o a granel. Una vez que se ha mezclado la cantidad convenient
de cemento se debe usar algun fluido para colocarlo en la posicin
deseada. La mayoria de los agujeros estan llenos de lodo cuando
empiezan la operacin de cementacion y por esta razon l lodo de
perforacin se sa normalmente como el fluido de desplazamiento. En
la Fig ( 3-1 ) (izquierda) el cemento se esta colocando en la
tubera de revestimiento y se esta usando lodo para colocar el
cemento. Debe notarse que a medida que se bombea el cemento dentro
de la T.R., deplaza lodo de perforacin del espacio anular fuera de
la tubera.. Este lodo de regreso fluye a las presas de lodo. El
lodo de regreso debe vigilarse estrechamente, ya que indica que el
cemento lo esta desplazando. Si no regresa el lodo a la superficie
mientras se esta bombeando cemento al pozo, entonces un fluido, sea
cemento o lodo, se esta perdiendo en las formaciones. Cuando esto
pasa queda siempre duda de la colocacin correcta del cemento. La
figura (3-1) ( derecha) muestra el cemento cuando queda bien
colocado.
Despus de determinar la capacidad de la tubera de revestimiento,
el volumen del fluido desplazado , debe medirse cuidadosamente para
verificar la colocacin correcta del cemento. Es especialmente
importante que sea cemento de buena calidad el que da en el fondo,
o zapata de la tubera de revestimiento, y si se usa demasiado
fluido desplazante no habr cemento en el fondo.
Con objeto de lograr el propsito deseado al cementar, se ha
diseado equipo especial para reducir a un mnimo a la contaminacin
del cemento. Con este propsito se utilizan tapones para limpiar la
T.R. y para separar la lechada de cemento del fluido de
desplazamiento. La fig ( 3-2) ilustra el equipo especial que se
puede usar para la cementacin de la T.R.. Cada una de las piezas de
ese equipo ser estudiado brevemente.
Centradores de TR.-Debe haber un espesor minimo, determinado con
anticipacin, de cemento, en la totalidad del ntervalo cementado.
Sin embargo, el agujero no estara perfectamente derecho, porque
habra pequeas desviaciones donde la barrena fue desviada al
penetrar los diferentes tipos de formaciones. Por lo tanto, cuando
se corre T.R. en un agujero, estara en contacto con las paredes en
algunos lugares. Si no se tomen medidas para evitar estos puntos de
contacto entre la T.R. y la formacin., las probabilidades de un
trabajo de cementacion defectuosa son grandes. Los centradores de
T.R. son resortes flexibles adheridos a la tubera para asegurar que
quede centrada en el agujero y se tenga una columna de T.R.
cementada en forma mas uniforme.Limpiadores de pared o
escariadoresEn la pared del agujero se forma un enjarre de lodo a
medida que progresa la perforacin. Conviene eliminar este enjarre
de lodo filtrado antes de colocar el cemento, pues el enjarre
reduce la efectividad de la cementacion. Para aislar las
formaciones el cemento debe adherirse a ellas asi como a la tubera
de revestimiento. Si el cemento no puede unirse correctamente a la
formacin, puede ser necesario en el futuro ejecutar operaciones de
reparacin. Los limpiadores de pared o raspa tubos se inventaron
para quitar el enjarre de la pared del agujero perforado.
Estn constituidos por muchos alambres cortos y flexibles
arreglados en plantillas verticales, espirales o circulares. Al
bajar la tubera de revestimiento al agujero, estos alambres se
ponen en contacto con la pared del agujero, araando o raspando esta
y quitando el enjarre. Se puede hacer girar la tubera para aumentar
la eficiencia de los raspadores.
Zapatas guia de la T.R.Para guiar el extremo inferior de la T,R,
a traves de bordes y lugares irregulares que pueda haber en el
agujero puede ser peligroso y por ello deben usarce metodos
especiales. Una zapata guia es basicamente una seccion corta de
tubo de acero con el extremo inferior redondeado para facilitar el
paso de la tubera de revestimiento a traves de lugares irregulares
que pueda haber en el agujero. La porcion inferior de la zapata
guia, generalmente contiene cemento para aumentar sus
caractersticas de amortiguacion de golpes. Tambien contiene pr lo
general, una vlvula de alivio de presion arreglada para permitir la
circulacin del interior al exterior de la T.R., e impedir la
circulacin en sentido inverso, pues la vlvula asienta evitando la
entrada de fluidos del exterior al interior de la tubera. El
principal objetivo de esta vlvula es evitar que la lechada de
cemento regrese al interior de la tubera de revestimiento una vez
que ha sido colocado y tambien para permitir que la tubera flote al
ser bajada al agujero. Esto quiere decir que el interior de la T.R.
se deja vacio o parcialmente lleno al bajar la T.R. y asi la fuerza
de empuje hacia arriba disminuye la carga en la torre. Tramo y
collar flotadores.-
Es muy importante que se tenga una buena union entre el cemento
y el extremo inferior de la T.R. En muchos casos donde la tubera de
revestimiento se coloca a traves de la formacin productora. La
parte inferior de la T.R. estara en una formacin que contiene agua.
Si no se logra una buena union del cemento, esta agua puede entrar
a la T.R. lo que motivara la necesidad de operaciones de reparacin.
Si se deja lleno con cemento el ultimo ( mas bajo) tramo de la
T.R., se reducen los peligros de una buena cementacion defectuosa.
Si el cemento se ha contaminado ligeramente con el fluido de
desplazamiento, la porcion contaminada probablemente se quedara en
el ultimo tramo de T.R.. Un collar flotador se coloca
inmediatamente arriba del primer tramo flotador de la tubera de
revestimiento. Este collar ademas de unir dos tramos de tubera de
revestimiento, tiene una vlvula de cierre, similar a la descrita en
la zapata-guia, que evita la circulacin hacia adentro de la T.R. El
dimetro interior del collar flotador esta reducido con cemento,
plastico , u otro material que se pueda perforar para que sirva de
asiento a los tapones de cementacion.
En muchos casos el extremo inferior de la T.R. se coloca tan
cerca del intervalo productor que una parte del cemento que se deja
en la T.R. se tiene que reperforar. Un perforador experimentado
puede determinar si el cemento ha fraguado correctamnente por la
forma enque se le perfora.Tambien en muchos casos, el pozo puede
profundizarse, por lo que cualquier equipo especial usado para la
cementacion, debe ser fcilmente reprforable.Por esta razon la
construccin interna de todos los collares de flotacin y zapatas
guia, debera contener material que se pueda perforar con facilidad
usando los trepanos de perforacin convencionales. Un tramo flotador
es un tramo normal de la tubera de revestimiento usada que se deja
vacio.8.-CEMENTACION POR ETAPAS Y PREFLUJOS
En algunos pozos se tienen que colocar grandes columnas de
cemento en el espacio anular detrs de la T.R.. Las presiones
excesivas que se requieren para colocar estas grandes columnas de
lechada pueden originar la perdida de fluidos en las formaciones no
consolidadas, o la lechada de cemento en su recorrido de larga
distancia puede contaminarse. Para eliminar estas posibilidades se
ha fabricado equipo para la cementacion por etapas .
En esta tcnica la cantidad desada de lechada se coloca en la
forma usual en el fondo de la T.R. Entonces con el uso de un tapon
separador y un collar de cementacion por etapas como se muestra en
la figura (3-4) la lechada de cemento se desvia a traves de
agujeros del collar de cementacion por etapas y hacia fuera en el
espacio anular, con lo que no tiene que pasar por la parte inferior
de la tubera de cementacion, en la cual ya se ha colocado la
lechada. Tambien se pueden cementar varias zonas aisladas en una
sola operacion, colocando los tapones de separacin y los collares
de cementacion por etapas en los lugares deseados.
CALCULO DE VOLUMEN DE LECHADA
Debido a las irregularidades en el dimetro del agujero as como
que las formaciones atravesadas , pueden tener cavernas o estar
fracturadas, es necesario antes de hacer dicho calculo tomar el
registro de calibracin, por medio del cual se puede obtener datos
de las variaciones de dimetro, dentro del agujero.
Con la ayuda del registro de calibracin, as como el de
resistividades, se puede conocer el dimetro efectivo y la altura a
cubrir con cemento, para aislar las formaciones de importancia.
Es necesario para l calculo, conocer la relacin agua cemento, as
como el peso especifico del cemento y por consiguente de la lechada
que se desea obtener.
Obtenidos los datos que nos proporcionan los registros se
procede al calculo en la forma siguiente:
dc = Peso especifico del cemento = 3,15 Klg/lt.
Pc = peso de un saco de cemento = 50 kgs.
Vc = volumen absoluto del cemento = Pc/dc
= 50/3,15 = 15,87 lts.
Suponiendo que al cemento se le agrega el 40 % de agua en peso
se tiene:
Pa = peso del agua = 50 x = 0,40 = 20 Klgs.
Por lo que:
Va = volumen de agua que se aadira = Pa/da = 20/1 = 20lts.
V1 = volumen de lechada por saco de cemento = 15,87 + 20 = 35,87
lts.d1 = peso especifico de la lechada = Pc + Pa/ V1 = 50 + 20
/35,87 = 1,95 Klgs./lt.
Vea = Volumen total en el espcio anular = (V1-V2)H en donde
V1 = Capacidad del agujero el lts./m.
V2 = Volumen que desplaza la T.R. lts./m.
H = altura a la que se desea suba el cemento en el espacio
anular ( en m.)
|No de sacos = Vea / V1 = ( V1 V2 ) H /V1
A el numero de sacos necesarios para la cementacion se agrega el
25%, debido a las irregularidades en el dimetro del agujero, por lo
que el numero de sacos necesarios sern:
No de sacos = (V1 V2)H /V1 + 0,25 (V1 V2 )H / V1.
Cuando se usan aditivos en el cemento se procede al calculo en
la forma siguiente:
dc = peso especifico del cemento
Pc = peso de un saco de cemento = 50 Klgs.
Vc = Volumen absoluto de cemento = Pc/dc = 50 / 3,15 = 15,87
lts.
Suponiendo que al cemento se le agrega el 78% de agua en peso
25% de ceniza volcnica en peso y 4% de bentonita en peso, se
tiene:
Pa = peso del agua = 50 x 0,78 = 39 klgs.
Por lo que :
Va = Volumen de agua que se aadira = Pa/da
= 39/1 = 39 lts. ( volumen absoluto)
Pcz = peso de la ceniza volcnica = 50 x = 0,25 = 12,5 Klgs. Por
lo que:
Vcz = Volumen absoluto de la ceniza= Pcz / dcz = 12,5/2,26 =
5,53 lts.
Pb = peso de la bentonita = 50 x 0,04 = 2 klgs.
Por lo que :
Vb = volumen absoluto de la bentonita = Pb/db
= 2/2,30 = 0,87 lts.
Luego el volumen total de lechada por saco de cemento sera:
V1 = 15,87 + 39,0 + 5,53 + 0,87 += 61,27 lts.
D1 = peso especifico de la lechada = Pc + Pa +Pcz + Pb/ Vc + Va
+ Vb =
50,00+39,00+12,50+2,00/61,27 = 103,50 / 61,27 = 1,69 klg. /
lt.
Vea = volumen total en el espacio anular = (V1 V2 ) H
En donde:
V1 = capacidad del agujero en lts./m
V2 = Volunen que desplaza la T.R. lts./m.
H = altura a la que se desea suba el cemento en el espacio
anular ( en m)
No de sacos = Vea/ V1 = (V1-V2 ) H / 61,27
A el numero de sacos necesarios para la cementacion se le agrega
el 25% debido a las irregularidades en el dimetro del agujero, por
lo que el numero de sacos necesarios seran :
No de sacos = (V1-V2)H/61,27 + 0,25 (V1 V2 )H / 61,27
o de sacos = 1,25 x (V1-V2 )H /61,27
WORK PAPER No 31.- Cuales son las finalidades basicas de una
cementacion Primaria 2.- Cuales son los factores que afectan una
cementacion primaria3.- A que se denomina movimiento reciprocante,
cuando se realiza una cementacion primaria.4.- Explique en forma
resumioda un diseo de cementacion porimaria.5.- Calcular caudal de
bombeo para turbulencia en la lechada aplicando formulas de fluidos
pseudoplasticos, perdida de carga por friccion en el anillo y
caeria, potencia hidraulica para compensar las perdidas por
friccion en caeriaCondiciones del pozo.- Tamaop del pozo 10 plgds.,
tamao de la caeria 7 plgds, 35 lbrs/pie , profundidad del pozo
5.000 pies, lechada de cemento cemento puro, clase A API.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4
UNIDAD O TEMA: TEMA 4
TITULO: Cermentacion de Liners
PERIODO DE EVALUACIN: Segundo Parcial
PLAN DE ASIGNATURA CEMENTACION PETROLERA
CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA
CAPITULO IV CEMENTACION DE LINERS
4.1- DISEO DE LA CEMENTACION
En la actualidad debido a la alta profundidad de los pozos, es
considerablemente ms econmico, y algunas veces necesario, el uso
del Liner en lugar de revestimientos que vayan hasta la superficie.
Esto representa un ahorro en el rango de 8.000 a 10.000 pies de
tubera de 7 pulgs. Y permite adems el diseo de sartas de tubera de
produccin duales o de 3.5 pulgs.
Los problemas de diseo de un material cementante para la
aplicacin de un pozo especifico son:
Escoger una mezcla de cemento econmica que pueda ser colocado
bajo las condiciones del pozo y tener que mantener las propiedades
necesarias para aislar zonas y servir de soporte y proteccin del
liner a cementarse.
Cada pozo tiene caractersticas bsicas que deben ser
cuidadosamente revisadas para determinar las propiedades de la
lechada de cemento.
Muchos aditivos pueden ser usados para alcanzar diferentes
propiedades requeridas por las lechadas de cemento, los mismos que
se encuentran disponibles hasta temperaturas sobre los 400 oF y
presiones mayores de 30.000 psi.
Los factores a tomarse en cuenta para mantener el balance
apropiado de las propiedades de la lechada son:
TIEMPO DE BOMBEABILIDAD
El tiempo de bombeabilidad recomendado es el estimado del tiempo
de duracin del trabaajo mas una hora de seguridad. Los retardadores
son necesarios y disponibles para temperaturas altas, por lo que es
importante escoger un aditivo retardador adecuado para el rango de
temperatura.
DENSIDAD DE LAS LECHADAS
La densidad de la lechada debe ser lo suficientemente como para
controlar las presiones de las formaciones permeables , pero no
debe exceder las presiones a las cuales se podra fracturar zonas
debiles. Normalmente se usan densidades entre 15,4 16 LPG, debiendo
ejercer un cuidadoso control de los slidos y de la viscosidad.
RESISTENCIA AL FRAGUADO
La resistencia al fraguado esta monitoreado por el esfuerzo a la
compresin. La ultima resistencia al frage del cemento es una funcin
de la relacin de agua.
Cuando se quiere tener un cemento como llenador, una resistencia
satisfactoria es de 200 a 500 psi.
Otro problema comn en cementacion de liners es la temperatura
alta mayor a 200 oF
Donde el cemento manifiesta retrogresion en la resistencia a la
compresin, y tambin incrementa a la permeabilidad, para prevenirlo
se esta usando la silica fluor a temperaturas de fondo de 230 oF o
por ensima de esta.
CONTROL DE FILTRADO
El control del filtrado es importante para prevenir dao a la
formacin, reducir los taponamientos por formacin de costras de
cemento formadas por perdidas de agua. Y .tambin para mantener la
relacin de agua-cemento para el frage.
Para controlar se usan aditivos que son seleccionados de acuerdo
a la temperatura. Los valores aceptables para cementar el liner es
de 150-200 cc, bajo presin de 1.000 psi y una temperatura de 190
oF.
CONTROL DE VISCOSIDAD
El control de la viscosidad es necesario para el control de la
gelacion del cemento. La eficiencia en el barrido. Presin de
bombeo. Estado estatico y densidad de la mezcla de cemento son
propiedades que podran variar por el control de viscosidad. Los
reductores de friccin de cemento son usados para reducir la
gelacion del cemento de baja relacin de agua.
PROPIEDADES ESPECIALES
Otras propiedades que podran tenerse en cuenta son el control de
perdida de circulacin. Se usa aditivos granulares y lquidos, que en
contacto con la sal muera, gelifican taponando las zonas de
perdida. Debido a que las formaciones contienen generalmente gran
variedad de arcillas, las cuales son muy sensibles al agua, es de
relevante importancia usar estabilizadores de arcillas en las
lechadas.
MEZCLA DE LECHADAS.-Es recomendable usar los recirculadores
mezcladores de cemento con la finalidad de obtener mezclas
homogneas.
La cantidad de aditivos que van en la lechada deben estar
uniformenete mezclados cuando estan a temperaturas de fondo del
pozo, dado que en ese lugar es donde daran las propiedades al
cemento.
Normalmente las mezclas usadas en toda cementacion son:
PREFLUJOS
Se usa un lavador (flujo poco viscoso ), usualmente a base de
agua que contiene tensoactivos y diluyentes de lodo. Su funcion es
diluir y dispersar el lodo para que este sea lo suficientemente
removido del pozo.Debe ser usado en condiciones de flujo
turbulento.
Seguidamente se usan los espaciadores que son fluidos con
viscosidad, densidad, y resistencia de gel controlados, para que
formen un espaciador entre la lechada de cemento y el lodo de
perforacin. Ayudan a la remocin de lodo de perforacin durante las
operaciones de cementacion
MEZCLAS DE CEMENTO.
-
La primera mezcla de cemento puede ser de alta viscosidad y
ademas de tener funcion llenadora, sirve tambien de lavado y
desplazamiento del lodo, principalmente en las cavernas.
La segunda mezcla (principal ) es calculada para cubrir de 200 a
250 pes ensima de la formacin productiva superior, y normalmente es
mas pesada que la primera mezcla.
CALCULO DE VOLUMEN DE CEMENTO
Correr en lo posible el registro caliper , si las condiciones
del pozo lo permiten para determinar el dimetro del hueco.
Si la cementacion del liner se va efectuar por el mtodo de una
etapa, se debe adicionar al volumen calculado a partir del caliper
un 30 % de exceso. Si el volumen fuera calculado con la medida del
trepano utilizado para la perforacin del pozo, un exceso del 40 %
debe ser considerado. Cabe recalcar que un exceso de cemento en el
tope del LINER ayuda a conseguir un buen cemento en ese lugar,
debido a que la parte perforada sacada fuera del pozo es lo
contaminado-3 DESCRIPCION OPERATIVA DE LA CEMENTACIONPROCEDIMIENTO
PARA CORRER EL LINER
1.- El colgador de liner (ver fig-4 ) debe armarse con
anticipacin incluyendo un pup jointde tubera de 4,5 Pulg. En el
tope de la herramienta para centar el LINER (setting Tool ), y
facilitar el manipuleo en el equipo.
2.-Antes de bajar el liner es necesario armar y ajustar el
colgador y todo el equipo asociado.
3.- Luego de armar el colgador se procedera a bajar el Liner,
teniendo en cuenta lo siguiente
:
- Instalar el zapato flotador en el primer tubo.
Instalar el collar flotador un tubo arriba, instalar el catcher
sub sobre el collar flotador.
instalartalar el collar de asiento ( landing collar) tres tubos
ensima del zapato.
4.- Instalar centralizadores estndar y rigidos, de acuerdo a lo
especificado en el programa.
5.- Despus de pasar el zapato de 9 5/8 Pulg.bajar el liner a 1,5
pies/seg. ( 30 segundos por tubo ) para reducir el efecto piston
sobre la formacin.
6.-Circular a travez del Liner despus de instalar el collar de
asiento, llenando con lodo cada tubo llenando con lodo cada tubo
hasta que baje libremente, entoncer llenar cada 10 tubos.
7.- Instalar el colgador de liner en el ultimo tubo. Llenar el
Liner completamente con lodo antes de instalar el colgador , llenar
el liner completamente con lodo antes de instalar el colgador.
Tener cuidado de no rotar el colgador para no desenroscar la tuerca
de rosca izquierda.
8.-Verificar y registrar el peso del liner(hacia arriba y hacia
abajo) cuando se enrrosque la primera barra de tubos.
9.-Continuar bajando la tubera deperforacion y romper la
circulacin a la altura de la caera de 9 5/8 plg. No exceder de 800
psi.
10.- Antes de ajustar el ultimo tubo, instalar en este la cabeza
de cementacion y por lo menos 20 pies de tubera flexible de 2 pulg.
( chiksan) Es muy importante reducir al minimo el tiempo empleado
para instalar la cabeza de cementar y establecer circulacin.
11.- Luego de establecer circulacin, circular a una rata baja
hasta que el Bottoms up) inicial se encuentre dentro de los
revestimientos 9 5/8 pulg , a fn de prevenir taponamientos con los
cortes o detritos cuando pasen del hueco ( +- 11 a 18 pulg. ) del
revestimiento de 9 5/8 pilg. Luego incrementar la rata hasta 120
pies /minuto de velocidad anular alrededor del liner con crculacion
para dejar la cabeza de cemento a +- 10 pies sobre la mesa
rotaria.Esto facilitara el manipuleo de las vlvulas de la cabeza al
colocar y soltar el tapon de 4 pulg. (dark plug ).
12.- Cuando el fondo del hueco este limpio , parar la
circulacin, deserroscar la cabeza, soltar la bola, lanzar pin de
seguridad, cerrar la vlvula superior y colocar el tapon de 4 pulg.
(Dark plug ).
13.- Circular a una rata baja hasta que la bola asiente ( +-
20-25 minutos ). Presurizar hasta 1.000 psi y mantener por +- 3
minutos para verificar alguna fuga en el liner. Si por alguna razon
la bola no asienta , y no es posible presurizar, circular con todas
las bombas de lodo e incrementar la presion hasta 2.000 2.5000 psi,
para sentar el liner.
14.-Luego de sentar el colgador, sentar un poco de peso para
asegurar que el liner este colgado. Levantar la sarta hasta el
punto de peso neutral al tope del liner y rotar suavemente a la
derecha, observando el torque, luego de rotar mas o menos 20
vueltas, si la mesa no regresa mas de tres o cuatro vueltas, la
herramienta de sentado esta libre.. Si el colgador de liner no
sentara hidrulicamente, sentar el liner en el fondo, descargar la
herramienta de sentado y cementar( si no hay circulacin, es
necesari perforar 1 o 2 pies con 4 tiros/ pie).
15.- Sentar 20.000-30.000 lbs. de peso de la sarta, dependiendo
del drag (arrastre) para contrarrestar el efecto de la
contrapresion durante la cementacion.
16.- Calcular cada bajada de sarta basada en la longitud actual
del liner 7 pulg. Y de tubera de perforar de 4 pulg. Considerando
las siguientes cargas mximas:
MIN. REND. LBS.
MAX.REND. CARGA
4 pulg. 16,6 lbs/pie grado E 330.000
260.000
4 pulg. 16,6 lbs/pie grado X-95 418.000
330.000
4 pulg. 16,6 lbs/pie grado s-135 595.000
468.000
Ejemplo: PESO EN.
MAX.TENS. CARGA SOBRETEN.
LODO 11 LPG RECOM- GANCHO overpull
Est.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
3025 pies liner 7 pulg 73000
39000073000
317000
5431 pies 4 pulg. E 75000
260000148000112000 *
2100 pies 41/2 Pulg. X-95 29000
330000177000153000
1448 pies 41/2 pulg. S-135 20000
468000197000271000
* Esto Significa que se puede templar hasta 112000 lbs. sobre el
peso de la sarta, cuando se trabaja sobre lodo y el liner esta en
el fondo.
4.1.1 PROCEDIMIENTO DE CEMENTACION.-
1.-Chequear el agua de mezcla para estar seguro de que es la
misma usada en las pruebas de laboratorio-
2.-Montar tanques separados para los preflujos , teniendo en
cuenta que estos fluidos no estan aereados, esto distorsionaria la
medida del volumen del desplazamiento.
3.- Verificar el estado de las vlvulas, bombas e indicadores de
presion antes de cementar.
4.-Usar la unidad de cementacion para desplazar, pero si por
alguna razon se usan las bombas del equipo, instalar tapones ciegos
en lugar de las valvulas de seguridad durante el desplazamiento
5.- Bombear el lavador y espaciador a la cabeza de la primera
mezcla del cemento.
6.- Mezclar y bombear el cemento. Un programa para el rata de
bombeo durante la cementacion debe ser seguido de acuerdo a lo
siguiente:
6.1.- Establecer circulacin y bombear los preflujos a la misma
rata equivalente con que se circulo el lodo de perforacin.
6.2.-Mezclar y bombear el cemento a una rata suficiente para
mantener una presion positiva minima previamente.
6.3.-Cuando el cemento esta en el anular, reduzca la rata de
bombeo para no exceder la presion de fracturamiento en el fondo del
pozo como previamente debe haber sido calculado de los datos
hidraulicos.
6.4.- Ajustar la rata de bombeo para compensar la presion
mecanica disponible.
La velocidad anular controla la eficiencia de barrido y la
friccion anular.
7.- Soltar y desplazar el tapon de 4 pulg. De la tubera de
perforar.
7.1.- Bombear a una rata suficientemente alta para dar flujo
turbulento, esto sin exceder el 80% de la presion de rotura de la
formacin.
7.3.-Reducir la rata de bombeo cuando el tapon de 4 pulg. Se
acerca al fondo de la tubera de perforar y otra ves cuando el tapon
de 7 pulg se acerca al collar de asiento.
7.4.- Un incremento de prsion de varios cientos de psi se
observaran cuando el tapon de 4 pulg. Llegue al de 7 pulg.
Y se rompan los tornillos de rotura ( shear pin )
7.5.-Dejar algo de cemento en las linea para bombearlo despus de
soltar el tapon de 4 pulg. Esto evitara su rotacion y facilitara su
perforacin.
7.6.- Reducir la presion en los ultimos 18 barriles, de
desplazamiento para permitir al tapon sentar suavemente. Presurizae
1000 psi sobre la prsion de desplazamiento y mantener por 5
minutos. Entonces descargar y verificar el equipo flotador.
7.7.- Si el equipo flotador no funciona, levantar un tubo y
dejar que el cemento se iqualice.
7.8.- Si el equipo flotador funciona, descargar la presion y
levantar hasta el tope del liner y reversar la capacidad de la
tubera de perforacin mas 25% para asegurar que
no quede cemento en su interior. Mantener la presion de reversa
en 500 psi.. o menos sacar el exceso de tubera de perforacin.
7.9.- No sobredesplazar por ninguna razon , si el tapon de 7
pulg. No sentara . Es mas facil perforar cemento en el interior del
liner que reparar una cementacion por sobredesplazamiento.
7.10.- Si por alguna razon creemos que se ha dejado excesivo
cemento en el interior del liner, perforarlo a las 14 horas despus
de la cementacion.
7.11.-Si la cementacion fue normal, proceder a probar el tope
del Liner y dependiendo del metodo usado, proceder a hacer el s
queeze planeado, o se daria por terminada la operacin de
cementacion de liner.
4.4 HERRAMIENTAS A USAR EN LA CEMENTACION DEL LINER4.4.1.
Accesorios para el liner Los colgadores de liner consisten de
cuatro piezas:
1.- Colgador ( liner hanger), que soporta el liner despus de
sentarlo y puede ser hidrulico o mecanico.
El hidraukico se sienta presurizando el interior del Liner a +-
1250 psi, y es el mas recomendable en pozos dirigidos.
El mecnico se sienta con rotacin y es usado para pozos
verticales.
2.-Tubo pulido ( polished bore receptacle ) se instala
inmediatamente ensima del colgador, y su finalidad es ejercer el
sello con la herramienta del sentado.
3.- Camisa ( Tie back setting sleeve ) se instala inmediatamente
ensima del colgador y tiene dos finalidades:
sostiene el peso del liner ya que en su interior va enroscado la
herramienta de sentado.
Tiene un dimetro interior mayor que permite bajar revestimiento
de 7 pulg. Y recuperar el liner hasta una profundidad superior o
hasta superficie, cuando se presenta un problema en los
revestimientos intermedios de 9 5/8 pulg.
4.-Herramienta de sentado (liner setting tool)
Es una pieza recuperable en la que va enroscado el liner.
Comunica el liner a la tubera de perforar, sostiene el tapon de 7
pulg. Y en el caso de usar empaques o colgador mecanico, sirve para
aplicar la rotacin respectiva.-
4.1.1 COLGADOR DE CAERIA
Existen dos tipos de colgadores de LINER: 1.- Colgador de liner
hidrulico 2.- Colgador de liner mecanico ambos son similares
solamente difieren por su forma operativa el uno es hidrulico y el
otro mecanico.
COLGADOR DE CAERIA MECANICO
APLICACIN
Los colgadores de liners sirven para suspender la caera hasta el
fondo del pozo en tensin y anclarlo en la parte ms baja del casing
superior existente.
BENEFICIOS.-
1.-Ayuda la centralizacin para un mejor trabajo de
cementacion
2.- evita el pandeo en la caera colgada
3.-Facilita la instalacin de las herramientas de produccin.
El factor econmico es de suma importancia, porque permite
ahorrar cantidades importantes de caera.
VENTAJAS.-Simplicidad en el sistema de fijacin.
Cono con multiples ranuras, que asegura una mayor area de
pasaje.
Todas las mordazas actuan a la vez, provocando una distribucin
de fuerzas uniforme sobre el cono y el casing.
La camisa de extensin permite la posibilidad en el futuro de
extender o completar la entubacion, desde el colgador hasta la
superficie.
El empaquetador tiene en su interior una zona pulida que cumple
la funcin de camisa de extensin.
Colocando elementos diferenciales o flotadores se tienen 4
sistemas de cierre y un quinto con los sellos del tapn de
desplazamiento y dardo.
CARACTERSTICAS
Construidos de aceros aleados de alta resistencia (grados N-80
P-110)
Empaquetador con anillos separadores de cobre y aro de plomo
.
Mordazas con inserto de carburo de tungsteno.
Todos los elementos que se deban reperforar son construidos de
aleaciones ligeras, de fcil rotacin con trepano o fresa.
WORK PAPER N 41. Por qu motivo fundamental se baja liner
2. Cul es el procedimiento para bajar y cementar liner?
3. Calcular caudales y perdidads de friccion en la cementacion
de un pozo en campo la pea.
4.Cuantas clases de colgador de caeria conoce?
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 5
UNIDAD O TEMA: TEMA 5
TITULO: Espaciadores y colchones lavadores
PERIODO DE EVALUACIN: segundo parcial
PLAN DE ASIGNATURA: CEMENTACION PETROLERA
CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA
CAPITULO 5 ESPACIADORES-COLCHONES LAVADORES
Se colocan delante de la lechada de cemento generalmente en las
cementaciones primarias, intermedias y de aislamiento con la
finalidad de eliminar el revoque dejado por la inyeccin sobre las
paredes del pozo. Tambin se puede usar en las cementaciones a
presin para limpiar el punzado.
Consisten en su generalidad en un cido, un dispersante
(surfactante) y agua
El cido deshidrata la arcilla bentonitica facilitando la
desintegracin del revoque de bentonita. El dispersante mantiene las
partculas en suspensin en el seno acuoso, facilitando su
remocin.
5.1.- Concepto y definicion.-
definicin .-Los colchones lavadores son fluidos diseados para
lavar y diluir el lodo de perforacin en un pozo para acondicionarlo
de manera de incrementar la eficiencia de la cementacion.
Los LAVADORES son fluidos poco viscosos, usualmente base de
agua, conteniendo tenso activos y diluyentes de barro. Estn
diseados para diluir y dispersar el barro para que este sea
eficientemente removido del pozo. Hay lavadores que pueden ser
utilizados en barros base agua y barros base aceite. Dado que estos
lavadores tienden a diluir y dispersar las partculas de barro,
debern ser usados en condiciones de flujo turbulento.
LOS ESPACIADORES
Definicin.- Es un fluido diseado para separar el lodo de
perforacin de la lechada de cemento.
Son fluidos con viscosidad, densidad y resistencia de gel
controladas, para que formen un espaciador entre la lechada de
cemento y el barro de perforacin. Los espaciadores ayudan a la
remocin del barro de perforacin durante las operaciones de
cementacion.
Hay dos tipos de sistemas de espaciadores:
Uno para flujo turbulento y otro para flujo lento sloflo. Ambos
producen un efecto de pistn en el desplazamiento del fluido de
perforacin al frente de cemento
Una buena cementacion depende de la eliminacin de todo el barro
de perforacin antes del desplazamiento de la lechada de cemento,
para permitir que la masa slida de cemento contacte la tubera y las
paredes de la formacin. Hay muchas combinaciones de barro de
perforacin y de lechadas de cemento que son incompatibles. Esto
podra resultar en un aumento o disminucin de tiempo de frage,
reduccin de la resistencia a la compresin del cemento o la formacin
de una masa extremadamente viscosa en la interfase
Barro-cemento.
Las lechadas de cemento tienen tendencia a canalizar a traves de
esa masa viscosa, dejando porciones de barro gelificado y lechada
de cemento adheridos a la tubera y a las paredes del pozo. Este
material no desarrolla propiedades de resistencia y en consecuencia
se produce comunicacin entre zonas.
La gelificacion de la interfase barro-cemento tambin es causa de
la alta presin por friccin, desarrollada durante el desplazamiento
del barro de perforacin, por la lechada de cemento. Esta friccin
puede producir perdida de circulacin de retorno por fractura de
formacin de baja resistencia.
Un mejor propsito de cementacion es aislar las zonas productoras
de otras formaciones. Si la buena remocin de los fluidos de
perforacin no es obtenida, las zonas no quedaran aisladas y los
tratamientos de estimulacin pueden ir solo parcialmente hacia donde
se deseaba, los mejores resultados de estimulacin, pueden ser
obtenidos usando espaciadores o lavadores para remover los barros
eficientemente.
5.2.- Diseo.-
5.2.1.- Lavadores qumicos
Su funcin primaria es diluir el barro para que no se produzca la
floculacion o gelificacion del cemento con el.
Los lavadores sirven como amortiguadores entre barro y el
cemento para evitar la gelificacion del barro.
Los lavadores tambin auxilian en la remocin de la costra del
barro del revestidor y de su formacin, para permitir una mejor
adherencia del cemento.
Los lavadores qumicos, debern ser compatibles con el barro de
perforacin, para permitir una mejor adherencia del cemento.
Los lavadores qumicos, debern ser compatibles con el barro de
perforacin y con la lechada de cemento.
5.2.2.- Espaciadores.-
Son frecuentemente usados en la sustitucin de los lavadores
qumicos, ejemplo cuando se programan bajos regmenes de
desplazamiento, cuando fueron usados barros de alta densidad y
viscosidad, o cuando los lavadores pueden causar una reduccin de
presin hidrosttica en la formacin.
Problemas potenciales de perdida de circulacin o perdida por
filtrado, indican la necesidad de uso de espaciadores en sustitucin
de lavadores qumicos convencionales.
5.3 Reologa
El espaciador debe ser compatible con el barro de perforacin y
con la lechada de cemento.
La densidad y las propiedades reologicas de un espaciador son
calculadas de modo que este actue como un pistn forzando a su paso
el desplazamiento de todo el barro de circulacin y permitiendo que
la lechada de cemento se desplace por atrs, llenando totalmente el
espacio anular.
Cuando sea posible los espaciadores debern ser diseados para ser
bombeados en flujo turbulento. La turbulencia induce velocidad que
resultan en mejor remocin del barro. El flujo turbulento tiene un
perfil de velocidad aplastado a traves del area de flujo,
resultando en una fuerza de desplazamiento mas uniforme contra el
barro en el revestidor y en el espacio anular. Cuando no es posible
obtener flujo turbulento de una lechada de cemento deber ser usado
flujo lento sloflo que es un servicio de dowell combinando flujo
tapn, diferencia de densidades y diferencia de resistencia de
gel.
El espaciador 3000 y espaciador 3001 son diseados para ser
bombeados en flujo turbulento.
El espaciador 1000 y 1001 estn diseados para bombearse en
sloflo, flujo lento.
5.4 Tiempo de contacto.-
El tiempo de contacto en los colchones lavadores y espaciadores
es el tiempo de contacto que permanece una partcula de lavador o
colchn en contacto con las zonas de limpieza formados por la costra
del fluido de perforacin, considerando un tiempo mnimo de contacto
de 10 minutos recomendado para espaciadores 3000 y 3001 de
desplazamiento del colchn o lavador a flujo turbulento o tapn.
El volumen de colchon lavador mas lechada removedora se puede
calcular con la formula :
VCL = T X Qc donde:
Vcl = volumnen de colchon lavador mas espaciador en
Barriles.
T = tiempo de contacto del colchon en minutos
Qc = Caudal critico en BPM.
WORK PAPER # 51.- Defina que son los colchones lavadores y
espaciadores 2.- Como se calcula el volumen de colchones en una
cementacion escriba la formula
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 6
UNIDAD O TEMA: TEMA 6
TITULO: Cementaciones forzadas
PERIODO DE EVALUACIN: segundo parcial
PLAN DE ASIGNATURA CENTACION PETROLERA
CARRERA DE INGENIERIA PETROLERA
CAPITULO 6 CEMENTACIONES FORZADAS.-
Introduccin.-
Cementacion forzada es el termino que se utiliza comnmente para
describir cualquier forma de reparacin con cemento, o en cualquier
trabajo en el cual el cemento no puede ser circulado hacia la
posicin deseada, sino que tenga que ser bombeado hacia el sitio sin
obtener retorno.
Frecuentemente se presentan problemas para precisar en donde se
debe colocar la lechada de cemento, y como se debe hacer. Hay
confusin para determinar los objetivos que conlleven al logro de un
trabajo efectivo. El xito del mismo se mide muchas veces por la
presin alcanzada y por el volumen de la lechada que fue bombeada,
sin tomar en cuenta otros parmetros ms importantes. Esto implica
que un trabajo de cementacion forzada aparentemente efectivo,
fracasa cuando se perfora para retirar el exceso de cemento y se
prueba el trabajo.Estos conceptos herrados perduran ya que la
cementacion forzada se desarrollo como un arte impredecible en
tiempos enque haba muy poco conocimiento de la mecnica de fractura
y superposicin de la torta de una lechada de cemento presurzala
contra un medio permeable.
Actualmente conocemos los procesos involucrados en un trabajo de
cementacion forzada y podemos por tanto disear y efectuar trabajos
con un alto ndice de xito
6.1 PROCESO DE LA CEMENTACION FORZADA
Limpieza de punzados-
El primer paso para lograr una colocacin correcta de una buena
adherencia del cemento a la formacin,el cemento existente y, la
caera, es asegurarse que los punzados estn destapados y
limpios.
Si un pozo fue punzado en lodo o si los punzados estuvieron en
algn momento en contacto con el lodo, podra quedar restos de la
torta o de lodo mismo con contaminacin o taparan los punzados.En
pozos viejos el taponado de los punzado pudieran ser causados por
superposicin de escamas, la deposicin de productos corrosivos
causados por agua de la formacin o por depsitos de parafina
Hay varias maneras de limpiar, punzados, por ejemplo mediante
una remocin repentina de la presin de la presin hidrosttica en el
pozo o por un chorro a presin abrasivo. Pero el mejor mtodo es
mediante la acidificacin matricial. Una formula cido-surfactante
disolver o dispersara la mayora de slidos y lodos presente.
Prueba de inyeccin fluidos de inyeccin.-
Antes de que pueda hacerse cualquier intento de cementacion
forzada , una prueba de inyeccin debe hacerse a fin de comprobar
que la inyeccin dentro los punzados puedan
Efectuarse sin fracturar la formacin.
Es importante que cualquier fluido, inyectado hacia dentro de
una formacin productora no cause dao. El fluido que se filtra fuera
de la lechada de cemento puede causar dao a la formacin.
Desafortunadamente, no es posible agregarle nada a la lechada de
cemento para prevenir el dao, pero la adicin de sal podra ayudar a
prevenir este.Las lechadas de cemento son sistemas de slidos
suspendidos. Los estabilizadores de arcillas trabajan mediante la
floculacin o causando que las partculas de arcillas se peguen entre
si, por lo tanto la aadidura de estabilizadores de arcilla a las
lechadas de cemento, flocuraran. Se gelificaran o de cualquier
forma daaran la lechada.Los filtrados de los cementos saturados de
sal directamente no causaran dao, sin embargo si el agua fresca o
una sal muera de baja salinidad se da, entonces podra resultar el
dao.
Pruebas de inyeccin.
Deseamos probar que el agua si puede ser inyectada dentro de la
formacin a una presin menor a la presin de fracturamiento. Los
resultados de la prueba de inyectivdad, nos proporcionaran una
orientacin sobre la permeabilidad de la formacin, y taponado del
punzado, la calidad del cemento primario y las fracturas naturales
de la roca de la formacin.
En muy importante en la practica la s pruebas de inyectividad
antes de efectuer la cementacion forzada, una formula aproximada y
emprica para calcular el numero de sacos de cemento, utilizada por
las empresas de servivios es como sigue:
No se sacos = 112000xDi / Pi
Qi = B.P.M. caudad de inyeccion inicial
Pi = Presion de inyeccin
EJEMPLO
Se tiene BPM, con una presion de inyeccin de 700 PSI para el
campo la pea poszo LP-52
No de sacos = 112.000 x Qi / Pi = 112.000 x 0,25 / 700 = 40 scs.
En general se basa en los datos que da la experiencia para cada
campo, una cantidad abultada no es recomendable, porque puede
queadar el cemento con la tubera llena de cemento fraguado.
6.2 TECNICAS DE CEMENTACION FORZADA
Generalidades
La cementacion a presion es el tipo mas comun de cementacion
correctiva. El proceso involucra la aplicacin de fuerzas hidrulicas
para forzar la lechada de cemento dentro de la formacin, ya sea a
pozo abierto o a traves de punzados en la caera. Los casos mas
comunes de aplicacin son:
Alta relacion gas petroleo Cuando una zona petrolfera puede ser
aislada de otra zona adyacente gasifera, se puede mejorar la
relacion gas-petroleo ayudando asi al incremento de produccin de
petroleo.
Excesiva agua: Las arenas acuferas vecinas ala zona petrolfera
pueden ser eliminadas mediante una cementacion a presion . Tambien
la relacion agua petroleo puede modificarse dentro una misma
formacin arenosa mediante la aolicacion de este metodo
correctivo.
Reparacin de perdidas en caeras de entubacion: Estas perdidas
pueden ser reparadas a traves de las mismas lechadas de
cemento.
Zonas de perdidas Zonas de baja presion que admten petroleo,
gas, o fluido de nyeccion pueden ser cerrados forzando lechada de
cemento.Canalizaciones.-Canalizaciones o anillos deficientes detrs
de la caera de revestimiento tambien pueden ser separadas mediante
las cementaciones a presion.
Anillo aislador o cementacion a presion para produccin : Se
puede dar una proteccin a la migracin de fluidos dentro de una zona
productiva, punzando debajo de las zonas y cementando a
presion.
Abandono de zonas productivas o depletadas: Se emplea esta
tcnica para sellar punzados de zonas improductivas o
depletadas.
WORK PAPER N 61.Defina que es una cemmentacion forzada y cuando
se realiza 2.-Cuantas tecnicas de cementacion forzada existen 3.-
Describa un diseo de cementacion forzada
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 7
UNIDAD O TEMA:
TITULO: Cementacion de pozos gasiferos
PERIODO DE EVALUACIN: Examen Final
INTRODUCCION
El problema de la canalizacin de gas a travs de la columna de
cemento despus del desplazamiento de la lechada, es un problema
comn en los pozos petroleros. lo expresado significa que es una
cuestin peligrosa siendo su manifestacin mas dramtica, un
descontrol en el pozo que puede significar importantes prdidas
econmicas y lo que es peor, puede afectar la seguridad de las
personas. Puede producir solamente en su manifestacin mas leve,
costos adicionales al pozo por causa de necesitar cementaciones
correctivas para su buena y segura completacion y en algunos casos
se har imposible la ejecucin de tratamientos de estimulacin que
pueden ser el nico medio para que el pozo en cuestin sea productivo
y por lo tanto econmicamente rentable
Lo anteriormente expresado hace pensar en la urgente necesidad
de contar con mtodo o tcnica capaz de solucionar el flujo de gas.
Lo ms lamentable es, que la experiencia y la historia de este
problema, indican que realmente es muy difcil lograrlo.
Todos los investigadores estn de acuerdo enque durante e
inmediatamente despus de que el cemento ha sido colocado en el
anular, es decir en los momentos enque este fluido , as se comporta
como tal. Es decir que tiene la habilidad de transmitir presin
hidrosttica. Como el diseo de la lechada contempla la necesidad de
controlar una capa de alta presin, esta junto con los dems fluidos
presentes en el pozo, tendrn la presin hidrosttica necesaria para
no permitir el flujo de gas en el anular.
A medida que transcurre el tiempo, se ha comprobado que la
presin hidrosttica del cemento va disminuyendo y cuando este valor
es menor que de la formacin gasifera, el gas comienza a fluir en el
anular, es decir, que el cemento en su proceso de frague va
perdiendo la habilidad de transmitir presin hidrosttica. Por lo
tanto es necesario estudiar al cemento en sus etapas posteriores,
despus de haber sido desplazado. A las modificaciones qumicas y
fsicas que se llevan a cabo durante el proceso de frage, se deber
analizar el fenmeno que nos ocupa en este momento. Dirigida en este
sentido, es la nueva tcnica propuesta y por este motivo, es que se
tratara de dar una idea de los cambios que ocurre en la masa de
cemento
7.1 PROPIEDADES DE LA LECHADA Y COMPORTAMIENTO DE LA LECHADA EN
FUNCION A LA PRESION
Mecanismo de la canalizacin del gas.- A los efectos de tener una
mejor comprensin
de las etapas por las que pasa el cemento , una vez colocado en
el espacio anular hasta completar su fraguado, es que hemos
dividido todo este proceso en tres partes:
El sistema que se establece esta lejos de ser esttico. Si bien
el desplazamiento ha concluido, existe durante todo este periodo un
intenso movimiento de fluidos. Primero ser a la deficiencia de
presin hidrosttica, el filtrado de cemento que se mueve hacia la
formacin y luego, si hay, flujo de gas, los fluidos de formacin (
gas ) hacia la masa de cemento
Obviamente todo esto ocurre en forma continua y sin pausa hasta
que se establece un equilibrio, si hay control de gas.
El cemento inmediatamente despus de bombeado al pozo se comporta
como un verdadero fluido, por lo tanto tiene la propiedad de
trasmitir presin hidrosttica. Si esta es mayor que la presin de la
formacin gasifera, por el momento no existir ningn problema de gas
en el anular. Tambin es necesario considerar el movimiento de
fluidos. En esta etapa ser el agua de mezcla que se filtra en la
formacin.
Consideramos un punto en el cual el cemento comienza la reaccin
qumica entre el cemento y el agua. No es un verdadero fluido pues
se va convirtiendo en una masa pastosa que va perdiendo su
habilidad de trasmitir presin hidrosttica. Se va formando una
estructura porosa entre las partculas de cemento.
En este punto la presin hidrosttica inicial queda entranpada
dentro de los espacios porales de la matrix del cemento. Todava no
puede ingresar el gas pues esta presin de los poros es mayor que la
de la formacin gasifera.
La perdida de fluido de la lechada, se hace mas lenta debido a
que el agua de mezcla esta encerrada en la estructura porosa
descrita. En este punto es absolutamente Aclarar o diferenciar los
tipos de lechada en cuanto a sus propiedades de resistencia de
gel.
Una lechada que sea dispersada, podr cumplir mejor lo que se
dijo en, los anteriores prrafos.
Un sistema de cemento que desarrolle una alta resistencia de
gel, siendo el caso mas extremo las llamadas lechadas tixotropicas,
ser mas difcil que cumpla lo dicho anteriormente, pues por su
propiedad autosoportante registra una drastica reduccin en su
presin hidrosttica, permitiendo mas rpidamente el paso del gas. Por
lo tanto estos sistemas deben ser evitados en los pozos con
potenciales problemas.
El momento ms crtico se presenta cuando la presin en el anular
vara en dos formas:
Cuando el cemento tiene su estructura, se auto soporta y sus
partculas slidas
no contribuyen a transmitir presin hidrosttica
Se produce una contraccin interna, debido a la hidratacin dentro
de la matrix del cemento, induciendo a una disminucin de la presin
de los poros del cemento que no es balanceado por el agua de la
mezcla, pues en este punto el agua intersticial del cemento, no es
mvil, en esta etapa el cemento es un solido, pero sumamente dbil y
poroso, su estructura es parecida a la piedra pmez, pero que es
capaz de romperse al mas leve esfuerzo. La presin en los poros del
cemento es baja y permite el ingreso de gas. Es altamente permeable
y mes suficiente que se inicie el flujo para que se produzcan
nuevos canales y penetre cada vez mas gas.. Este proceso de entrada
ser mas grave cuanto mayor presin y caudal tenga la capa gasifera,
pudiendo llegar en el caso mas extremo, a producir una irrupcin
violenta de gas en la superficie a traves del espacio anular.
Otro problema que se produce es la hidratacin , la reduccin del
volumen