Metodología integral de cementación de pozos petroleros Yeison Almarza I.U.P Santiago Mariño

1. Metodología integral de
Cementación
Realizado por:
Yeison Almarza

2. Programa de Cementación
Una vez que el pozo ha concluido la perforación y ha sido
perfilado el ingeniero responsable deberá adquirir toda la
información posible del mismo. Para ello completará la planilla
de “Datos para Cementaciones” con información dada por el
representante del cliente la cual deberá contener los datos
extraídos de las mediciones hechas al pozo (perfiles), ubicación
de herramientas especiales, requerimientos de cementación,
desviaciones, revestimientos anteriores, recomendaciones del
cliente de último momento y todo lo que pueda resultar de
interés para tener en cuenta al momento de realizar el programa
definitivo.

3. Proceso de Cementación
El primer paso la logística en la cementación en físico es enviar el equipo de
flotación al taladro, el cual comprende de los siguientes elementos:
• Zapata: Es una válvula de flujo unidireccional ubicada en el primer tubo de
revestimiento y protege el extremo inferior de la sarta revestidora. Existen dos
tipos, zapata guía y zapata flotadora la cual posee una válvula checker.
• Cuello flotador: Este va instalado a una distancia de uno a tres tubos del fondo.
Al igual que la zapata esta provisto de válvulas de contra presión o dispositivo
diferencial para lograr el efecto de flotación de la sarta revestidora e impedir el
flujo de la lechada en sentido contrario evitando arremetidas a través del
revestidor. Aunado a esto el cuello flotador también sirve como tope a los tapones
de desplazamiento, garantizando que la longitud del revestidor por debajo del
cuello quede lleno de cemento dando una seguridad razonable de que habrá
cemento de calidad alrededor de la zapata.
• Tapones: Tienen como función limpiar las paredes del revestidor durante su paso
y de servir como un medio de separación entre el lodo y el cemento en el caso del
tapón inferior (tapón blando) y entre el cemento y el fluido desplazante en el caso
del tapón superior (tapón duro). El tapón superior también sirve como indicador
cuando se ha desplazado completamente la lechada, ya que cuando este hace
contacto con el tapón inferior o se asienta en el cuello flotador, la presión de
bombeo aumenta instantáneamente

4. Proceso de Cementación
• Centralizadores: Estos se colocan a lo largo del revestidor en zonas específicas con
el propósito de facilitar la bajada de la tubería hasta la profundidad deseada y
suministrar a esta una separación uniforme de las paredes del hoyo (relación de
standoff), para permitir que la lechada fluya de manera óptima por el espacio
anular y se ubique a lo largo de este equitativamente. Entre los tipos de
centralizadores tenemos: Centralizadores flexible, rígidos y sólidos.
• Stop collar: Este dispositivo se utiliza para restringir el movimiento de los
centralizadores y puede presentarse como parte integral del centralizador o como
una pieza independiente del equipo.Junto con estos equipos de flotación se envía
al taladro dos cajas de soldadura fría, utilizado para fijar con mayor seguridad la
zapata y el cuello flotador a la tubería revestidora.
• Cabezal de cementación: Proporciona una conexión para las líneas de
cementación y un receptáculo para los tapones de cementación, los cuales son
cargados antes de la operación y luego selectivamente descargados al interior del
revestidor según el caso. Este equipo esta provisto con válvulas y accesorios
apropiados para conectarlas línea de circulación y cementación y se conecta a la
tubería ravestidora por medio de una junta o unión denominada cross over.

5. Equipos utilizados durante la
ejecución de una cementación
Cementador: Es la unidad utilizada para bombear la lechada de cemento hasta su ubicación final
en el pozo. Este equipo cuenta con dos bombas triple que proporcionan la presión necesaria para
impulsar el cemento hacia el hoyo a el caudal requerido, además posee tres bombas centrifugas
usadas en la alimentación de las triples, en la succión de agua al equipo y en la recirculación
respectivamente.
Bath mixer: Equipo utilizado para la premezcla de la lechada y la densificación de los
espaciadores antes de ser bombeada al hoyo por el cementador en los casos que se requiera;
para ello esta unidad cuenta con dos tanques de 50 barriles cada uno y una tina de mezcla de 8
barriles. Tanto esta como los tanques utilizan dos sistemas de mezcla como lo son la agitación
con aspa o hélice giratoria y la recirculación.
Tolva de para cemento: Es un equipo utilizado para el transportar el cemento silica y/o
carbonato hasta el lugar de destino, posee un sistema de dos o tres recipientes o bolas con sus
respectivas líneas de aire, carga , descarga y venteo con un compresor integrado que genera la
presión de aire.
Vacuum: Esta unidad se utiliza en ciertos trabajos cuando se requiere la succión de cualquier
cantidad de lechada que retorne a superficie. Consta básicamente de un tanque cilíndrico con
un compresor, el cual produce vacío en el interior del tanque induciendo la succión por
diferencia de presiones.

6. Herramientas utilizadas
Empaquetador o empacadura de peso modelo M-3.
Diseñada con el fin de ser utilizada en operaciones de prueba de hermeticidad, cementación a
presión, fracturas, acidificaciones y ensayos tolerando presiones diferenciales por encima de los
8000 PSI. Esta herramienta posee pasaje pleno y es de tipo empaquetador denominado de peso
con sistema de pistones doble agarre, para asegurar la hermeticidad tiene tres elementos
empaquetadores que garantizan una elevada secuencia de fijaciones, las mordazas y pistones
permiten su uso en un variado rango de diámetros de revestidores o casing.
Tapón recuperable TPR
Diseñado para ser bajado solo o en combinación con la M-3 o similar ya que usa anillos
calibradores y elementos empaquetadores del mismo diámetro asegurando una mayor eficiencia
en su operación. El TPR cuenta con un doble juego de cuñas opuestas; el sistema de fijación opera
mediante un doble juego de segmentos, izquierdos y derechos respectivamente. Posee también
una válvula ecualizadora de presiones ubicada en la parte superior de la herramienta, esta se
cierra en la operación de fijado garantizando un total hermetismo durante la misma, y se abre
cuando comienza el librado de la herramienta permitiendo una rápida ecualización de las
presiones para salvar la ruptura de los elementos empaquetadores.
Retenedores
Son herramientas utilizadas para aislar parte del pozo. Los retenedores pueden ser bajados a su
posición con guaya o con tubing transportándolo en un Setting Tools.
Los retenedores pueden ser de dos tipos, retenedores Mercury K y los retenedores Mercury N.
Los retenedores K permiten el paso de fluido a través de ellos, lo que facilitan sean utilizados en
las cementaciones forzadas donde no pueden ser utilizadas empacaduras, sea por el peligro de
cementar el equipo o por carecer de espacio para colocar la misma.

7. CEMENTOS
En las cementaciones primarias las lechadas deben poseer una viscosidad que ofrezcan un
desplazamiento eficiente del lodo, y permitan una buena adherencia del cemento con la formación y
del revestimiento. Para lograr esto, las lechadas son mezcladas con una cantidad especifica de agua que
impida una separación de agua libre. El tamaño de la partícula, el área superficial y los aditivos. Todo
influye en la cantidad de agua requerida en el mezclado para lograr una viscosidad particular de lechada
Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que mezclado con agregados petreos (grava,
arena, etc.) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plastica que fragua y se endurece al
reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, formando el llamado hormigón o concreto.
tipos de cemento
existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades de resistencia y
durabilidad, y por lo tanto sus distintos usos. pero se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:
De origen arcilloso: obtenidos a partir de la arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente.
De origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origenico o volcánico
Clase A:
Usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000. cuando no se requieren propiedades
especiales. la relacion agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs

8. CEMENTOS
• Clase B: Para pozos desde superficies hasta 6000, cuando hay
condiciones moderadas a alta resistencia al sulfato. La relación
agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs
• Clase C: Para pozos desde superficies hasta 6000, cuando se
requieren condiciones de alto esfuerzo. La relación agua/cemento
recomendada es 6.3 gal/sxs
• Clase D: Para pozos desde 6000' hasta 10,000' para condiciones
moderadas de presión y temperatura. Está disponible para
esfuerzos moderados a altos. La relación agua/cemento
recomendada es 4.3 gal/sxs.
• Clase E: Para pozos desde 10,000' hasta 14,000', para conducciones
altas de presión y temperatura. la relación agua/cemento
recomendada es 4.3 gal/sxs.
• Clase F: Para pozos desde10,000' hasta 16,000', para condiciones
extremas de presión y temperatura.

9. Diseño de una cementación
El programa de cementación debe diseñarse para obtener una buena cementación
primaria. El trabajo debe aislar y prevenir la comunicación entre las formaciones
cementadas y entre el hoyo abierto y las formaciones someras detrás del revestidor.
Debe considerarse el no fracturar alrededor de la zapata del conductor o de la sarta de
superficie durante las subsiguientes operaciones de perforación o cuando se corren las
otras sartas de revestimientos.
Al planificar una cementación, independientemente del tipo de revestidor debe
considerarse información sobre:
– Referencia de pozos vecinos.
– Geometría del hoyo (diámetro/forma).
– Tipo de fluido de perforación existente en el sistema.
– Problemas presentados durante la perforación.
– Tipo de cemento, lechada y aditivos a utilizar por la compañía.
– Efectuar pruebas API para cada una de las lechadas de cemento.
– Equipos y herramientas a utilizar por la compañía de cementación.
– Centralización del revestidor.

10. Procedimientos de Cementación
Se dividen en Fases Primaria y Secundaria.
La cementación primaria se desarrolla inmediatamente después que el Revestidor ha sido
corrido en el hoyo. su función es realizar una separación zonal efectiva y ayudar a que la
tubería se proteja a sí misma.
Entre los objetivos principales de esta cementación se pueden mencionar los siguientes:
– Adherir y fijar la sarta de revestimiento.
– Restringir el movimiento de fluidos entre las formaciones productoras y el confinamiento de
los estratos acuíferos.
– Proteger la sarta contra la corrosión.
– Reforzar la sarta contra el aplastamiento debido a fuerzas externas y reforzar la resistencia
de la sarta a presiones de estallido.
– Proteger la sarta durante los trabajos de cañoneo (completación).
– Sellar la pérdida de circulación en zonas “ladronas”.

11. Procedimientos de Cementación
La Cementación Secundaria, o squeeze (cementación forzada), es el proceso de forzar una
lechada de cemento dentro hoyos en el revestidor y cavidades detrás de este. Estas
operaciones comúnmente se llevan a cabo para reparaciones o cambios en un pozo
completado después de cierto tiempo como también puede usarse durante la fase de
perforación inicial. La cementación Forzada es necesaria por varias razones, pero
probablemente la más importante es la de segregar zonas productoras de
hidrocarburosde aquellas formaciones que producen otros fluidos. El objetivo del trabajo
de un squeeze es la de ubicar cemento en el punto o los puntos necesarios para cumplir el
propósito.
La Cementación Squezze se emplea también para:
•Reemplazar o reparar una cementación primaria que haya salido mal.
•Reducir los radios de gas- petróleo, agua - petróleo, agua- gas
•Reparar revestidores defectuosos o perforaciones ubicadas inapropiadamente.
•Minimizar el peligro de pérdida de circulación en un hoyo abierto mientras se perfora más
profundo.
•Abandonar permanentemente una zona no productiva o depletada.

12. Aditivos
Los aditivos tienen como función adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones
específicas de trabajo. Pueden ser sólidos y/o líquidos (solución acuosa). Entre ellos tenemos:
Aceleradores: se usan en pozos donde la profundidad y la temperatura son bajas. Para obtener
tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la compresión en corto tiempo. Pueden
usarse: cloruro de calcio (CaCl2, más
usado), silicato de sodio (Na2SiO3), cloruro de sodio (NaCl), ácido oxálico (H2C2O4), etc.
Retardadores: hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia la compresión del
cemento sea más lento. Los más usados son: lignitos, lignosulfonato de calcio, ácidos
hidroxicarboxílicos, azúcares, derivados celulósicos, etc.
Extendedores: se añaden para reducir la densidad del cemento o para reducirla cantidad de
cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de reducir la presión
hidrostática y aumentar el rendimiento (pie3/saco) de las lechadas. Entre los más usados se
tienen: bentonita, silicato de sodio (Na2SiO3), materiales pozzolánicos, etc.

13. Aditivos
Densificantes: aditivos que aumentan la densidad del cemento o que aumentan la
cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de
aumentar la presión hidrostática. Los más usados: barita, hematita, ilmenita, etc.
Controladores de Filtrado: aditivos que controlan la pérdida de la fase acuosa del
sistema cementante frente a una formación permeable. Previenen la deshidratación
prematura de la lechada. Los más usados son: polímeros orgánicos, reductores de
fricción, etc.
Antiespumantes: ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la preparación de
la lechada. Los más usados son: éteres de poliglicoles y siliconas.
Dispersantes: se agregan al cemento para mejorar las propiedades de flujo, es decir,
reducen la viscosidad de la lechada de cemento. Entre ellos tenemos: polinaftaleno
sulfonado, polimelamina sulfonado, lignosulfonatos, ácidos hidrocarboxilicos, polimeros
celulósicos.

14. Condiciones óptimas de una
cementación
Para que exista una buena cementación se debe cumplir lo siguiente:
– Tener la densidad apropiada.
– Ser fácilmente mezclable en superficie.
– Tener propiedades reológicas óptimas para remover el lodo.
– Mantener sus propiedades físicas y químicas mientras se está colocando.
– Ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente.
– Desarrollar esfuerzo lo más rápido posible una vez que ha sido bombeado.
– Desarrollar una buena adherencia entre revestidor y formación.
– Tener una permeabilidad lo más baja posible.
– Mantener todas sus propiedades bajo condiciones severas de presión y
temperatura.