Este documento presenta un programa de entrenamiento para supervisores de pozos sobre el diseño y colocación de tapones de cemento. Explica los objetivos de colocar tapones, las tres técnicas principales y sus ventajas y desventajas. También cubre las consideraciones de diseño, las propiedades de la lechada de cemento, los cálculos requeridos y los procedimientos para colocar un tapón balanceado. El documento proporciona información fundamental sobre cómo diseñar, calcular y ejecutar operaciones de tapones de cemento de manera

1. Diseño y Colocación de
Tapones Balanceados
Programa de Entrenamiento Acelerado
para Supervisores de Pozo

2. Feb - 2003
Objetivos
Al finalizar este modulo, Ud. sera capaz de:
• Identificar el proposito de colocar un tapon de cemento
• Identificar las tres diferentes tecnicas de emplazamiento
• Identificar las ventajas y desventajas de cada tecnica
• Reconocer las consideraciones para ejecutar una operacion
• Seleccionar las propiedades de las lechadas dependiendo
de las condiciones para cada tipo de Tapon
• Explicar paso a paso el procedimiento de ejecucion de un
Tapon de cemento
• Resolver los calculos para ejecutar un Tapon Balanceado

3. Feb - 2003
Tapón de Cemento. Introducción.
• El tapón de cemento es una operación común de campo.
• Requiere un volumen relativamente bajo de lechada.
• Se coloca en el pozo con distintos propósitos:
– Para desviar el pozo sobre un “Pescado” o para iniciar una
perforación direccional
– Para abandonar una zona o abandonar un pozo
– Para curar un problema de pérdida de circulación durante la
fase de perforación
– Para proveer un anclaje en caso de pruebas a hoyo abierto

4. Feb - 2003
“Pescados”

5. Feb - 2003
Perf. Lateral y Perf. Direccional
PuntoPunto dede DesvioDesvio
POZO
NUEVO
TAPON DETAPON DE
CEMENTOCEMENTO

6. Feb - 2003
Obturación de Zona Agotada
Zona
Depletada
Tapón
de
Cemento

7. Feb - 2003
Cementando durante la Vida Productiva
de un Pozo
Petroleo
Acuifero
Luego de algunos anos de produccion……..

8. Feb - 2003
Pérdida de Circulación
Drill PipeDrill Pipe
Pozo AbiertoPozo Abierto
Drill PipeDrill Pipe
ZonaZona dede PérdidaPérdida
CEMENT
PLUG
TAPON DETAPON DE
CEMENTOCEMENTO

9. Feb - 2003
Abandono
tapon de cemento
tapon de cemento
tapon de cemento

10. Feb - 2003
Ejemplos de Paises con Regulaciones
sobre Perforación y Cementación
Pais Agencia
Abu Dhabi Ministerio del Petroleo
Australia Departamento de Minas
Austria Oberste Bergbehorde
Canada Departamento de Reservas Minerales
Colombia Ministerio de Minas y Petroleo
Francia Direccion General de Minas
Alemania Departamento de Minas
Irlanda Comite de Operaciones Costa Afuera
Italia Departamento de Minas
Japon Regulaciones de Seguridad de Minas y Petroleo
Libia Ministerio del Petroleo
Malasia Departamento de Geologia y Minas
Mozambique Ministerio de Minas
Noruega Directorio del Petroleo
Turquia Administracion Petrolera
Reino Unido Departamento de Energia
Venezuela Ministerio de Energia y Minas

11. Feb - 2003
SartaSarta de Testde Test
ZonaZona a sera ser examinadaexaminada
FormaciónFormación
DébilDébil
TapónTapón dede
CementoCemento
Anclaje para Test

12. Feb - 2003
Técnicas para colocar Tapones
Existen comunmente tres técnicas para colocar tapones de
cemento:
• Tapones Balanceados
• Dump bailer
• Método de los dos tapones (Plug Catcher)

13. Feb - 2003
Tapón Balanceado
FluidoFluido dede
DesplazDesplaz..
EspaciadorEspaciador
LechadaLechada dede
CementoCemento
BalanceoBalanceo

14. Feb - 2003
Tapón Balanceado
FluidoFluido dede
DesplazDesplaz..
EspaciadorEspaciador
LechadaLechada dede
CementoCemento
Altura deAltura de
TapónTapón
BalanceoBalanceo Circ.Circ. InversaInversa

15. Feb - 2003
Método Dump Bailer
WIRELINEWIRELINE
DUMP BAILERDUMP BAILER
LECHADA DE CEMENTOLECHADA DE CEMENTO
LIBERACION ELECTRICA/LIBERACION ELECTRICA/
MECANICA DELMECANICA DEL
DUMPDUMP
TAPON PUENTETAPON PUENTE
CASINGCASING

16. Feb - 2003
Método Dump Bailer
Ventajas:
• Fácil control de la Profundidad del tapón de cemento.
• Costo relativamente bajo.
Desventajas:
• No es adecuado en caso de tapones profundos.
• Cantidad de cemento limitada al volumen del dump bailer.

17. Feb - 2003
Método de los dos Tapones
1.1. Corriendo TuberiaCorriendo Tuberia 4.4. AsentamientoAsentamiento deldel TapónTapón SupSup
2.2. TapónTapón Inferior en el TailpipeInferior en el Tailpipe 5.5. Circulación InversaCirculación Inversa yy SacadaSacada
3.3. LimpiezaLimpieza del Tail Pipe dedel Tail Pipe de AluminioAluminio dede TuberiaTuberia dede PerforacionPerforacion

18. Feb - 2003
Método de los dos tapones: Plug Catcher
Ventajas de este método:
• Aislamiento por delante y por detras del cemento.
• La tuberia es limpiada hasta el fondo del la tuberia de cola.
• Tuberia de cola (Tail pipe) frangible (puede abandonarse si se
atora).

19. Feb - 2003
Tecnica de Cementacion con Coiled Tubing
Cemento
Sistema de Lodo
para suspender la
lechada
Coiled Tubing

20. Feb - 2003
Consideraciones de diseño
• Por qué se está colocando un tapón de cemento?
• A qué profundidad se está colocando el tapón?
• A través de que tipo de formaciones será colocado el tapón?
• A qué densidad debería ser mezclada la lechada?
• Cuál es la temperatura de fondo de pozo BHT?
• Qué volumen debería ser bombeado?
• Cuál es el tiempo de espesamiento requerido (TT) ?
• Cómo asegurar que el cemento no se contaminara con lodo?
• Son necesarias la centralización y rotación de la cañería?
• Tiempo de espera de cemento?

21. Feb - 2003
Propiedades de la lechada
• Densidad – Liviana para perdidas de circulacion
• Densidad – Alta para Desviar
• Densidad – Homogénea - Mezcla por tandas
• Reologia – Alta para Pérdidas de Circulación
• Reologia – Baja cuando usamos Coiled Tubing
• Resistencia a la Compresion – Mas Alta para Desviacion
• Resistencia a la Compresion – Menos Importante para Perdidas
de Circulacion
• Resistencia a la Compresion – Minimo 500 psi
• Tiempo de Espesamiento – Entre 1.5 y 2 horas para colocacion

22. Feb - 2003
Tiempo de Frague y Resistencia a la Compresión
Conc D81R
gal/sk
None
0.04
0.08
Conc D81R
gal/sk
None
0.04
0.08
Prof.
(ft)
10,000
10,000
10,000
Prof.
(ft)
10,000
10,000
10,000
BHCT
(oF)
144
144
144
BHST
(oF)
228
228
228
BHST
(oF)
228
228
228
THICKENING TIME
(hrs:min)
1:20
2:25
3:40
8hrs
3050
2500
1200
Resist. a la Compresión (psi)
16hrs
3500
3000
2200
24hrs
4100
3700
3800
CementoCemento APIAPI ClaseClase GG mezcladomezclado a 15.8a 15.8 ppgppg

23. Feb - 2003
Contaminac. por Lodo vs Rest. a Compresión
** ResistenciaResistencia a laa la Compresión esCompresión es 18hr a 230F18hr a 230F
**** Contiene dispersanteContiene dispersante
Cemento Clase H
16.5 lb/gal
Efecto de la Contaminacion
con lodo
Contaminacion
(% by Volume)
Compressive Strength
(psi at 170°F)
Contaminacion
(%)
Lechada
Estandar
15.6 lb/gal
Lechada
Agua
Reducida
17.5 lb/gal
0
5
10
20
50
4,647
3,512
2,619
2,378
245
5,862
5,300
4,538
2,331
471
0
10
40
60
4,082 psi
2,950 psi
2,426 psi
593 psi
8,600 psi
8,237 psi
3,850 psi
2,967 psi
8 hr 16 hr

24. Feb - 2003
Razones de fallas en Tapones de Cemento
• Fraguado insuficiente (Desviaciones).
• Aislamiento pobre (Obturación, abandono).
• Profundidad incorrecta (todos los tapones).
• Fuera de emplazamiento por hundimiento hacia el fondo (todos
los tapones).
• Fuera de emplazamiento por zona de pérdida (pérdida de
circulación).

25. Feb - 2003
Causas Comunes de fallas en los Tapones
• Lechada no diseñada para suficiente resist. a la compresión.
• Insuficiente tiempo de espera del cemento (WOC).
• Temperatura Estática de Fondo de Pozo imprecisa (BHST).
• Contaminación del Cemento durante el emplazamiento del
cemento o el retiro de tubería.

26. Feb - 2003
• Lechada no diseñada específicamente para el problema
(pérdida de circulación).
• Volumen de cemento insuficiente.
• Diferencia de densidad entre lechada y fluido del pozo,
demasiado alta, provocando el hundimiento del tapón.
Causas Comunes de fallas en los Tapones

27. Feb - 2003
Tapón de Cemento - Conclusiones
• Emplazar el tapón en una formación apta (formación dura).
• Utilizar suficiente cemento.
• Utilizar un tail pipe para intervalos de obturaciones.
• Usar centralizadores en tail pipe donde el pozo no sufre
excesivos desmoronamientos.
• Utilizar drill pipe plug y un plug catcher.

28. Feb - 2003
Tapón de Cemento - Conclusiones
• Acondicionar pozo antes de comenzar trabajo, usando lodos de
baja PV y bajo YP, pero suficiente peso para controlar el pozo.
• Antes del cemento enviar un colchón viscoso compatible con
el lodo (así se previene que el cemento decante en el fondo del
pozo)
• Usar espaciador/lavador para combatir efecto de
contaminación por lodo. Son útiles las lechadas densificadas
con dispersante.
• Permitir suficiente tiempo de frague a la lechada.

29. Feb - 2003
Diverter Tool (Desviación)
8 holes phased at 458 holes phased at 4500
Bull PlugBull Plug

30. Feb - 2003
Centralización de Drill Pipe & Diverter Tool
DRILLPIPEDRILLPIPE
CENTRALZADOCENTRALZADO
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
ESPACIADORESPACIADOR
LODO 9.0PPGLODO 9.0PPG
CEMENTO 16.0 PPGCEMENTO 16.0 PPG
DIVERTER TOOLDIVERTER TOOL
9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL

31. Feb - 2003
Colocacion Incorrecta de Lechada
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
ESPACIADORESPACIADOR
13.8lb/gal13.8lb/gal
15.8 lb/gal15.8 lb/gal
17.5 lb/gal17.5 lb/gal
CEMENTOCEMENTO
BENTONITE PILLBENTONITE PILL

32. Feb - 2003
Exceso de Cemento en Inversa
HH
LL

33. Feb - 2003
Procedimiento - Tapón Balanceado
• Prueba de líneas de tratamiento.
• Bombear espaciador/lavador químico delante de lechada.
• Mezclar y bombear la lechada de cemento.
• Bombear espaciador/lavador químico detrás de la lechada.
• Desplazar la cantidad calculada de fluido de
desplazamiento.

34. Feb - 2003
Procedimiento - Tapón Balanceado
• Desplazar 1/2-1 bbl menos de lo especificado, por seguridad.
• Abrir retornos hacia tanques de desplazamiento de la unidad,
y permitir que tapón se equilibre por sí mismo (ya sea por
flujo de retorno o por vacio).
• Levantar drill pipe o tubing por sobre el tapón.
• Circular por inversa si las condiciones lo permiten.
• Levantar la sarta del pozo y esperar el frague de cemento.

35. Feb - 2003
Cálculo de Volumen de Lechada
70007000
75007500
TapónTapón finalfinal TapónTapón al final deal final de desplazamientodesplazamiento
LodoLodo
EspaciadorEspaciador
CementoCemento
DrillpipeDrillpipe / tubing/ tubing
Lsp2
Lcmt
L

36. Feb - 2003
Ejercicio
– 12 1/4” O.H. + 20% exceso
– 5” 19.5 lb/ft Tuberia de perforacion
– Tapon desde 7500’ a 7000’
– 30 bbl de agua por delante, como espaciador

37. Feb - 2003
Cálculo de Volumen de Lechada
• Volumen de Lechada, Vcmt
Vcmt = L x Ch x factor de exceso
donde,
L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).
Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).

38. Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen de Lechada, Vcmt
Vcmt = L x Ch x factor de exceso
donde,
L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).
Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).
• Altura del Tapón Balanceado (con sarta de trabajo en el pozo)
donde,
Can = Capacidad anular entre el tubing o drill pipe y el pozo
abierto(ft3ft).
Ctbg = Capacidad del tubing o drill pipe (ft3/ft).
Lcmt =
Vcmt
Can + Ctbg

39. Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen de Espaciador detrás de la lechada
Vsp1 = Volumen del espaciador delante de la
lechada
Vsp2 =
Vsp1
Can
xCtbg

40. Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen de Espaciador detrás de la Lechada
Vsp1 = Volumen de espaciador delante de la
Lechada
• Altura del Espaciador
Ctbg
Vsp
Lsp
2
2 =
xCtbg
Can
Vsp
Vsp
1
2 =

41. Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen del Espaciador detrás de la Lechada
– Vsp1 = Volumen de espaciador delante de la Lechada
• Altura del Espaciador
• Volumen de Desplazamiento
Vd = Ctbg x [D - (Lcmt + Lsp2)]
Lsp2= length of spacer behind (ft) = Vsp2/ Ctbg
xCtbg
Can
Vsp
Vsp
1
2 =
– D = prof. de sarta de trabajo (fondo del tapón de cemento) (ft)