05 pruebas de laboratorio para los cementos05 pruebas de laboratorio para los cementos

1. CONTROL DE LA MIGRACION DE GAS

2. 2Control de la Migraci’on de Gas
MIGRACION DE GAS
l Razones
l Paso del gas
l Consecuencias
l Soluciones (Lechadas)
l Soluciones mecanicas (ECP, packers)
l Tecnologia DOWELL

3. 3Control de la Migraci’on de Gas
Rutas y Causas de la Migracion
l Canales
– Falla de remocion efectiva del lodo
– Agua libre
l Perdida de la Hidrostatica o Hidrostatica insuficiente
– Gelificacion
– Encogimiento
– Perdida de Filtrado
l Perdida del sello entre cemento y formacion
– Deshidratacion de la torta de filtrado
– Encogimiento
– Esfuerzos de fondo de pozo

4. 4Control de la Migraci’on de Gas
Remocion insuficiente del lodo
Canal de Lodo
Torta de
filtrado del
lodo

5. 5Control de la Migraci’on de Gas
Agua Libre
Canal de agua libre
Zona de Gas
Cemento

6. 6Control de la Migraci’on de Gas
Presion Hidrostatica Insuficiente

7. 7Control de la Migraci’on de Gas
Integridad del Cemento

8. 8Control de la Migraci’on de Gas
Hidrostatica
Tiempo
Presion de Formacion
Despues de este
punto gas puede migrar
Presion Hidrostatica vs. Hidratacion
Fluido Cemento
Pastoso No-
bombeable
Cemento
fraguado
Baja R.C.
Cemento duro
Alta C.S.
Alta porosidad
Periodo durmiente

9. 9Control de la Migraci’on de Gas
Encogimiento
42% cemento
42% cemento
58% Agua
58% Agua
100% Lechada
100% Lechada
75% sólidos
20% microporosidad
4 a 6% encogimiento
75% sólidos
20% microporosidad
4 a 6% encogimiento
Contraccion Quimica: 4-6% (volumen)

10. 10Control de la Migraci’on de Gas
Perdida de Fluido/Filtrado
l Dinamico
– Aumento de la reologia
– Cambio de otras propiedades
l Estatico
– Perdida de sobre-balance
– Puenteo
– Aceleracion de la hidratacion
l Recomendacion: < 50 mL/30 min
Perdida de fluido significa una reduccion de la
presion de poro del cemento

11. 11Control de la Migraci’on de Gas
Perdida de Filtrado

12. 12Control de la Migraci’on de Gas
Falla en las interfases
l Alteraciones durante el fraguado del cemento
– Movimientos
– Presion en el tapon
l Encogimiento del Casing durante completacion
– Reduccion de la densidad del fluido
– Cambios de temperatura
l Presurizacion del casing
– Forzamientos de alta presion
– Estimulacion
l Actividades de reparacion/’workover’
– Fluidos a menor temperatura y mas livianos

13. 13Control de la Migraci’on de Gas
Microanillo
l GAS FLUYE A TRAVES DE MICROANILLOS
l 90% de los pozos sufren de microanillos
l Se manifesta como presion en el anular
l La presion se puede aliviar y se acumula de nuevo
l Puede manifestarse dias o meses despues de la
cementacion
l Gas migra por cualquier canal entre 5 and 25 m
l Cambios de diametro de 0.001” son suficientes para el
flujo de GAS.

14. 14Control de la Migraci’on de Gas
Expansion de la tuberia
0.1
Expansión(pulgadas)
0.01
0.001
0.0001
10 3/4” - 45.5 lb
8 5/8”. - 32 lb
7” - 23 lb
5 1/2” - 17 lb
4 1/2” - 11.6 lb
5 1/2” - 23 lb
2 7/8” - 6.4 lb
Gas puede pasarGas puede pasar
100 1000 10,000
Presión (psi)

15. 15Control de la Migraci’on de Gas
Rutas de migracion a traves de la Lechada
l Proceso del flujo de Gas
– Burbujas discretas
– Porciones elongadas (Union de burbujas)
– Hongo en elevacion
– Percolacion

16. 16Control de la Migraci’on de Gas
Proceso del Flujo de Gas
Flujo de BurbujasFlujo de Burbujas Flujo de InterfaseFlujo de Interfase Flujo de porcion
elongada
Flujo de porcion
elongada
Hongo en elevacionHongo en elevacion

17. 17Control de la Migraci’on de Gas
Consecuencias de la Migracion de Gas
l Falla de aislacion
– Perdida de Produccion
– Estimulacion fuera de la zona
– Contaminacion de formaciones vecinas
– Sobre-presurizacion de formaciones debiles
l Dano ambiental
– Acuiferos
– Superficie
l Reventon
– Perdida de Produccion
– Peligro a personal
– Equipo perdido o danado

18. 18Control de la Migraci’on de Gas
“PREVENIR ES MEJOR QUE CURAR”
Consecuencias (Cont.)
l Reparaciones requeridas (Seguridad y regulaciones)
– Equipo de pozo danado
– Forzamientos
– Corrosion de tuberia
– Eficiencia no garantizada

19. 19Control de la Migraci’on de Gas
Formaciones debiles sobre-
presurizadas
Zona de Gas
Zona de baja presion

20. 20Control de la Migraci’on de Gas
Migracion de Gas

21. 21Control de la Migraci’on de Gas
Migracion de Gas

22. 22Control de la Migraci’on de Gas
Percolacion
l Burbujas de gas invaden la lechada a traves de su
microporosidad y fluyen a traves de la porosidad de la
estructura de gel sin modificarla

23. 23Control de la Migraci’on de Gas
Cement Hydration Analyzer (Analizador
de la Hidratacion del Cemento)
PT
Q - agua
P - gas/agua

24. 24Control de la Migraci’on de Gas

25. 25Control de la Migraci’on de Gas

26. 26Control de la Migraci’on de Gas
Metodos de Prevencion
l Mejora de la colocacion del cemento - Wellclean
l Metodos fisicos
l Optimizacion de la Lechada
l RAS
l RFC
l Lechadas con bajo esfuerzo de gel
l Tecnicas especiales
l GASBLOK

27. 27Control de la Migraci’on de Gas
Metodos Fisicos
l Presion anular
l Etapas Multiples
l Columna de cemento reducida
l ECP / CFP
l Sellos de casing
l Incremento de la densidad del lodo

28. 28Control de la Migraci’on de Gas
ECP & CFP
Inflation of ECP Inflation of CFP

29. 29Control de la Migraci’on de Gas
Prevencion de la migracion (1)
l AISLACION DE ZONA COMPLETA Y PERMANENTE
l Remover el lodo
– Centralizacion
– Acondicionamiento
– Movimiento de la tuberia
– Regimenes de desplazamiento / caudal
– Lavadores/Espaciadores

30. 30Control de la Migraci’on de Gas
Prevencion de la Migracion (2)
l Retardar la entrada de gas
– Presion anular
– Incremento de la densidad
– Reducir la columna de cemento
– Cementacion en etapas
– Sandwich squeeze
l Impedir su propagacion
– Optimizacion de la lechada
– Packers
– Anillos de casing

31. 31Control de la Migraci’on de Gas
Diseno de la Lechada
l Cementos compresibles
l Cementos tixotropicos
l RAS
l Cementos surfactantes
l Cementos expansivos
l Cementos impermeables
l Cementos con microsilica

32. 32Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Compresibles
l Concepto
– Mantener el sobre-balance
l Metodos
– Generacion de Gas
l Seguridad segun el tipo de gas
l Control de la generacion
l Desequilibrio
– Cemento Espumado (Foamed Cement)
l Logistica y recursos adicionales
l Complejidad

33. 33Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Tixotropicas
l Concepto
– El esfuerzo de gel mantiene unidas fuertement las
particulas antes de que el cemento frague, el gas
no tiene posibilidad de migrar formando canales
macroscopicos
– Debe formar esfuerzos de gel de 500 lb/100 ft2 para
impedir que el gas percole
l Metodos
– Formacion de Ettringita secundaria
l Sulfato calcico hemihidratado D53
l Aluminum sulfate D111
l Viscosificantes

34. 34Control de la Migraci’on de Gas
RAS
l Concepto
– La lechada fragua rapidamente, no hay tiempo
para que el gas invada, se reduce el periodo de
transicion
l Metodos
– Aceleracion de la kinetica de hidratacion
– Dificil de alcanzar < 250oF (120oC)
– No se observan gelificaciones prematuras
– Combinacion de cementos/yeso a bajas
temperaturas

35. 35Control de la Migraci’on de Gas
RASBcUnits
50
100
Tiempo
RAS
Lechada Gelificada
0

36. 36Control de la Migraci’on de Gas
Cementos Surfactantes
l Concepto
– Formacion de una espuma estable en la lechada si el
gas entra en el anular
– Se impide la migracion/flujo de gas adicional
l Metodos
– Generacion de espuma
l Agente espumante (F78, F52.1) anadido al cemento

37. 37Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Expansivas
l Concepto
– Expansion volumetrica del cemento cierra los canales
de gas y mejora el sello entre las interfaces
l Metodos
– Crecimiento de Cristales
l Incrementando el sulfato calcico
l La expansion ocurre luego de que la migracion de gas
empieza, se requiere control de la expansion

38. 38Control de la Migraci’on de Gas
Lechadas Impermeables
l Concepto
– Otorgar propiedades de impermeabilidad al gas a la
lechada durante la transicion de liquido a solido.
l Metodos
– Reducir la porosidad de la lechada
l Latex
l Micromax
– Reducir la caida de la presion de poro
l Menor reduccion de volumen

39. 39Control de la Migraci’on de Gas
Cementos con Microsilica
l Concepto
– Las particulas extremadamente pequenas de
microsilica aparentemente empacan los espacios entre
las particulas de cemento mas grandes, creando un
bloqueo, el cual puede evitar la mobilizacion del agua
por el gas
l Metodos
– Reducen la permeabilidad al gas
l Microsilica D154/D155

40. 40Control de la Migraci’on de Gas
Sistema GASBLOK
l Concepto
– Peliculas de Latex coalescen formando una pelicula
mientras el espacio entre poros se deshidrata
– La pelicula de latex es impermeable al gas
l Metodos
– La pelicula de particulas de Latex coalescen y
cohesionan los granos de cemento parcialmente
hidratados, volviendo impermeable de esta manera a la
matriz

41. 41Control de la Migraci’on de Gas
GASBLOK - Propiedades
l Lechada
– Reologia
– Control de filtrado
– Estabilidad
l Propiedades de transicion
– Permeabilidad
– Esfuerzo de gel
l Propiedades una vez fraguada
– Esfuerzo de compresion
– Adherencia
– Permeabilidad
– Elasticidad

42. 42Control de la Migraci’on de Gas
Optimizacion de la Lechada
l Agua libre
l Control de Filtrado
l Control de Gelificacion
l TT
l Reacciones de hidratacion
l Densidad (sobre-balance)
l Propiedades Especiales

43. 43Control de la Migraci’on de Gas
Tecnica Especial
Fast setting
Slurry or R.A.S
Gas Zone
Low Filtrate Slurry

44. 44Control de la Migraci’on de Gas
Mecanismo de Migracion de Gas
l La presion de la formacion que contiene el gas
– Tan pronto como la presion aplicada sobre la formacion
cae por debajo de la presion de gas, ocurre la invasion
l Invasion primero - Migracion despues - Esto
depende del esfuerzo critico en la pasta de cemento
(CWSS)
l SE DEBE UTILIZAR EL MODULO DE ‘POST-
PLACEMENT’ DEL CemCADE

45. 45Control de la Migraci’on de Gas
Prediccion de la Migracion de Gas
l MODULO DE MIGRACION DE GAS del CemCADE
l Factores influenciando el flujo de gas
– Factor de Formacion
l (KH)
– Factor de comportamiento de la lechada
l (Perdida de filtrado * tiempo de transicion)
– Factor de Remocion de Lodo
l (Eficiencia de remocion de lodo)
– Factor de Post-Colocacion
l (Presion mantenida en la formacion)

46. 46Control de la Migraci’on de Gas
Factor Formacion
l Es un termino adimensional que representa la rata de
capacidad productiva de la formacion, kh, con un volumen
critico, Vc.
– Matematicamente:
– FF = kh/Vc = 467.7khd / OBP(Dh2-Dp2)
– Donde:
l k = Permeabilidad de la zona (md)
l h = altura de la zona (ft)
l d = densidad de la lechada de cemento (ppg)
l OBP = presion de sobrebalance (psi)
l Dh = diametro del hoyo (in)
l Dp = diametro de la tuberia (in)

47. 47Control de la Migraci’on de Gas
Factor de Comportamiento de la
Lechada
l Clasificar los sistemas de cemento de acuerdo a su
cinetica de hidratacion y perdida de fluido, factores
que son fundamentales para el proceso de migracion
de gas.
– Matematicamente:
l SPN = VAPI ((t100Bc)1/2 - (t30Bc)1/2) / 5.477
– Donde:
l VAPI = Perdida de fluido API (mL/30 min)
l t100Bc = tiempo para 100 Bc de consistencia (min)
l t30Bc = tiempo para 30 Bc de consistencia (min)

48. 48Control de la Migraci’on de Gas
Mud Removal Factor
l Is assessed according to a set of standard industry guidelines.
– Mathematically:
– MRF = MCF + WCF + PMF + BPF + FCF
– where:
– MCF = mud circulation factor 0 - 0.4
– WCF = WELLCLEAN factor 0 - 3
– PMF = pipe movement factor 0 - 0.2
– BPF = bottom plug factor 0 - 0.2
– FCF = fluid compatibility factor 0 - 0.2

49. 49Control de la Migraci’on de Gas
Post Placement Factor
l Is represented by the ratio of the gas-zone pore pressure to the
total hydrostatic pressure transmitted by the fluid above the
cement at the commencement of true transition
– Mathematically:
– PPF = f(PHF) = Pg / PTOC + 0.052 dw Hc
– where:
l Pg = Gas pressure (psi)
l PTOC = Hydrostatic pressure at TOC (psi)
l dw = Water density (ppg)
l Hc = Cement slurry fill length (ft)

50. 50Control de la Migraci’on de Gas
Hydrostatic factor
l Objective : maintain an overpressure on the formation
after the cement has reverted to water gradient (0.433
psi/ft)
l Use short cement column - 600 ft for GASBLOK
l Post placement pressure on the annulus - a few
hundreds of PSI - Be careful not to frac
l Based on statistical studies : 15 to 18 % is considered
a safe overbalance

51. 51Control de la Migraci’on de Gas
The hydrostatic factor
l Compare the formation gas pressure Pg to the
pressure on TOC plus the pressure exerted by the
column of cement (Hc) when the cement slurry
hydrostatic reverts to that of a water column.
l Pg / Ptoc + Hc * 0.433 psi/ft
l If this ratio > 0.85 ==> high risks of gas migration
l This is based on experimental field data

52. 52Control de la Migraci’on de Gas
Gas Migration Factor
l Is a linear combination of the four parameter
previously described.
– Mathematically:
l GMF = 1/10 (FF + 2PPF + 4MRF + 3SPF)
where:
– FF = Formation Factor
– PPF = Post-placement Factor
– MRF = Mud Removal Factor
– SPF = Slurry Performance Factor

53. 53Control de la Migraci’on de Gas
New concept The CHP of a Cement Slurry
l CHP = Critical Hydration Period
l = the period of time that begins when the slurry is no
longer capable of transmitting hydrostatic pressure
that overbalances the pore pressure of the formations
and ends when the slurry has developed enough
cohesive strength to prevent the entry and flow of
reservoir fluids

54. 54Control de la Migraci’on de Gas
Critical Hydration Period
CWSS = 0.25 [Σ(ρgLcosΘ) - Pf] [Dh - Dc] / L where:
ρ = fluid density
g = gravity
L = length of column
Θ = angle of inclination
Pf = pore pressure
Dh = hole diameter
Dc = casing diameter
1
10
100
1000
10000
Time
GelStrength(lbf/100sqft)
CWSS
TfTc
CHP
Impermeable
Matrix

55. 55Control de la Migraci’on de Gas
The Critical Wall Shear Stress
l CWSS = gel strength at which the cohesive forces between the
cement slurry, the wellbore walls and the casing become
strong enough to cause the hydrostatic pressure to decline to a
pressure equivalent to the formation pore pressure
l All cement slurry will reach this value of gel strength during
their hydration
l Measure of the degree of hydrostatic decay which allows gas
entry.
l Is not a slurry property.
l Is dependent on the geometry and pressures in the well.

56. 56Control de la Migraci’on de Gas
The Critical Wall Shear Stress
l The CWSS will be the same for all cement slurry of the same
density in a given wellbore
l CWSS is affected by the any fluid loss from the cement slurry
column to the formation after placement due to the resultant
density increase
l CWSS does not depend on the slurry but on:
– Formation gas pressure
– Deviation
– Hole size
– Density and position of fluids
– Additional annular pressure

57. 57Control de la Migraci’on de Gas
Values of CWSS
l Experimental studies with the CHA indicate that gel
strength values as high as 10000 lbf/100 ft2 may be
required to prevent fluid influx and flow through a
cement slurry.
l This means that formation fluids cannot migrate by the
mechanism of bubble flow alone. Other mechanisms
such as the micropercolatioin and fracture flow must
be also considered.

58. 58Control de la Migraci’on de Gas
CWSS
l Low value of CWSS = very critical for gas migration -
CWSS < 50 lbf/100 ft2
l 150 < CWSS < 300 lbf/100 ft2 - Critical
l 300 < CWSS < 500 lbf/100 ft2 - Low risk of gas
migration
l CWSS > 500 lbf/100 ft2 - very low risk of gas migartion.

59. 59Control de la Migraci’on de Gas

60. 60Control de la Migraci’on de Gas

61. 61Control de la Migraci’on de Gas

62. 62Control de la Migraci’on de Gas
DOWELL Systems
l Gasblok D600 + D135
l Gasblok LW (D124/D020/D138/D135/D600)
l Gasblok HT up to 400 F
l CemSEAL (D500) LT applications (<150 F)
l RAS GASBLOK

63. 63Control de la Migraci’on de Gas
D600 Criteria
l D600 conc function of BHCT and Slurry Porosity
l D600 is a stabilized suspension of latex particles
(Styrene - Butadiene co-polymer) in water (surfactant
added)

64. 64Control de la Migraci’on de Gas
GASBLOK LT D500 CemSEAL
l Passed all the industry tests (CHA, VERITEST, VEBA,
TOTAL)
l A liquid - based on microgel technology
l Microgel = sub micron particles