El documento describe los componentes típicos del cemento Portland y sus porcentajes. Explica cómo calcular los principales componentes (silicato tricalcico, silicato dicalcico, aluminato tricalcico, ferroaluminato tetracalcico) de diferentes muestras de cemento basado en su composición química. También cubre cómo calcular la densidad, relación agua-cemento y rendimiento de mezclas de cemento con diferentes aditivos como bentonita, gilsonita, barita y hematita.

1. ACTIVIDADES REALIZADAS EN CLASES.
1. ¿Cuáles son los porcentajes típicos de los componentes del cemento Portland?
Análisis Típico de los Óxidos del Cemento Portland
Óxidos Formula Porsentaje (% )
Dióxido de sílice SiO2 22.43
Oxido de Calcio CaO 64.77
Oxido de Hierro Fe2O3 4.10
Oxido de Aluminio Al2O3 4.76
Oxido de magnesio MgO 1.14
Tritóxido de Azufre SO3 1.67
Oxido de potasio K2O 0.08
Perdidas por ignición 0.54
Ecuaciones utilizadas
 Silicato Tricalcico
C3S = 4.07 x %CaO – 7.60 x %SiO2 – 6.72 x %Al2O3 – 1.42 x %Fe2O3 – 2.85 x %SO3
 Silicato Dicalcico
C2S = 2.876 x %SiO2 – 0.744 x %C3S
 Aluminato Tricalcico
C3A = 2.65 x %Al2O3 – 1.69 x %Fe2O3
 Ferro-Aluminato Tetracalcico
C4AF = 3.04 x %Fe2O3
Procedimiento.
% C3S = 4.07 x 64.77 – 7.60 x 22.43 – 6.72 x 4.76 – 1.42 x 4.10 – 2.85 x 1.67
% C2S = 2.876 x 22.43 – 0.744 x 50.5772
% C3A = 2.65 x 4.76 – 1.69 x 4.10
% C4AF = 3.04 x 4.10
Resultados
Designación Porcentaje (% )
C3S 50.5772
C2S 26.8792
C3A 5.6850
C4AF 12.4640
2. Dada la siguiente composición química de dos muestras de cemento?
Óxidos Muestra 1 Muestra  2
Dióxido de Sílice (SiO2) 22.43% 23.2%
Oxido de Calcio (CaO) 64.77% 64%
Oxido de Hierro (Fe2O3) 4.10% 5%
Oxido de Aluminio (Al2O3) 4.76% 4.2%
Oxido de Magnesio (MgO) 1.14% 1.2%
Tri-oxido de Azufre (SO3) 1.69% 2.0%
Oxido de Potasio (K2O3) 0.08% 0.07%

2. ¿Para que profundidad recomendaría Ud. cada muestra?
Muestra 1
Silicato Tricalcico
C3S = 4.07 x 64.77% – 7.60 x 22.43% – 6.72 x 4.76% – 1.42 x 4.10% – 2.85 x 1.69% =50.52%
Silicato Dicalcico
C2S = 2.876 x 22.43% – 0.744 x 50.52% = 26.92%
Aluminato Tricalcico
C3A = 2.65 x 4.76%– 1.69 x 4.10% = 5.69%
Ferro-Aluminato Tetracalcico
C4AF = 3.04 x 4.10% = 12.46%
La muestra 1 esta entre la clasificación (A), la cual es recomendable desde la superficie hasta
6.000 ft de profundidad.
Muestra 2
Silicato Tricalcico
C3S = 4.07 x %CaO – 7.60 x %SiO2 – 6.72 x %Al2O3 – 1.42 x %Fe2O3 – 2.85 x %SO3
C3S = 43.14%
Silicato Dicalcico
C2S = 2.876 x %SiO2 – 0.744 x %C3S = 34.63%
Aluminato Tricalcico
C3A = 2.65 x %Al2O3 – 1.69 x %Fe2O3 = 2.68%
Ferro-Aluminato Tetracalcico
C4AF = 3.04 x %Fe2O3 = 15.2%
La muestra 2 esta entre la clasificación (H) de tipo (HSR), la cual es recomendable desde la
superficie hasta 8.000 ft de profundidad.
3. Determine la relación agua-cemento de una mezcla cuyo rendimiento es de 1.083 Pie3/Sc.
Cemento y Aditivos
% RAC= 39,97161693
Materiales Propósito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 4,510602631
Agua 37,5733 V1= 3,5908 4,510602631
W= 131,573 VT= 8,101402631
m (lb/gal)= 16,24080741
Rm ft^3= 1,083
4. ¿Qué porcentaje de bentonita se debe agregar al cemento si se requiere una densidad de
14.2 lbs/gal?
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Bentonita Red. de densid. 3,603 3,38713 0,0453 0,153437182 2,342167308
Agua 62,7503 V1= 3,744237182 7,533043659
W= 160,137 VT= 11,27728084
m (lb/gal)= 14,2
Rm ft^3= 1,507553162

3. 5. ¿Cuál es el rendimiento de una mezcla agua-cemento-bentonita, si la densidad es de 14.5
lbs/gal?
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Bentonita Red. de densid. 2,686 2,52481 0,0453 0,114373968 1,745880394
Agua 57,7832 V1= 3,705173968 6,936756745
W= 154,308 VT= 10,64193071
m (lb/gal)= 14,5
Rm ft^3= 1,422619204
6. Determine la densidad de una mezcla agua-cemento-gilsonita, si se usan 65 libras de
gilsonita por saco de cemento.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Gilsonita Red. de densid. 69,149 65 0,1122 7,293 2,6
Agua 64,898 V1= 10,8838 7,790876351
W= 223,898 VT= 18,67467635
m (lb/gal)= 11,98939118
Rm ft^3= 2,496441099
7. ¿Cuál es el rendimiento de una mezcla agua-cemento-gilsonita si la densidad de la mezcla
es 13.8 lbs/gal?
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Gilsonita Red. de densid. 22,261 20,9251 0,1122 2,347791345 0,837002262
Agua 50,2122 V1= 5,938591345 6,027878613
W= 165,137 VT= 11,96646996
m (lb/gal)= 13,8
Rm ft^3= 1,599684345
8. Determine las libras de barita por saco de cemento que se requieren para conseguir una
densidad de 18 lbs/gal.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Barita Aum. de densid. 86,319 81,1397 0,0284 2,304366432 1,947351914
Agua 59,4614 V1= 5,895166432 7,138228265
W= 234,601 VT= 13,0333947
m (lb/gal)= 18
Rm ft^3= 1,742311437

4. 9. ¿Cuál es el requerimiento de agua para preparar una mezcla agua-cemento-barita, si la
densidad de la mezcla es 17.6 bls/gal?
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso(Lb) Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Barita Aum. de densid. 66,346 62,365 0,0284 1,771165035 1,496759185
Agua 55,708 V1= 5,361965035 6,687635535
W= 212,073 VT= 12,04960057
m (lb/gal)= 17,6
Rm ft^3= 1,610797292
10. Determine las libras de hematites que se requieren para preparar una mezcla agua-
cemento-hematites cuya densidad es de 18.6 lbs/gal.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
hematita Aum. de densid. 53,55 50,3371 0,0239 1,203056589 0,181213545
Agua 44,7495 V1= 4,793856589 5,372089895
W= 189,087 VT= 10,16594648
m (lb/gal)= 18,6
Rm ft^3= 1,358989368
11. ¿Cuál es el rendimiento de una mezcla agua-cemento-hematites cuya densidad es 17.5
lbs/gal?
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
hematita Aum. de densid. 31,871 29,9584 0,0239 0,716006789 0,107850395
Agua 44,1384 V1= 4,306806789 5,298726746
W= 168,097 VT= 9,605533535
m (lb/gal)= 17,5
Rm ft^3= 1,284073054
12. Determinar el requerimiento de agua y la relación agua-cemento de una mezcla que
contiene 20lb de barita (densifícante), 35% de harina de sílice (controlar permeabilidad),
6% de lignosulfato de calcio (retardador), 0.15% de dispersante orgánico (inductor de
turbulencia), 0.2% CMHEC-LWL (reductor de fricción), para obtener una densidad de 16
lb/gal.
Cemento y Aditivos
%RAC= 45,49400165
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,133776897
Cloruro de Calcio Acelerador 0 0 0,0612 0 No req. agua
Cloruro de Sodio Acelerador 0 0 0,0553 0 No req. agua
Lignosulfato Calcio Retardador 6 5,64 0,076 0,42864 No req. agua
Lignosulf Ca y Na Retardador 0 0 0,0932 0 No req. agua
Lignosulf Ca Modif. Retardador 0 0 0,0984 0 No req. Agua

5. CMHEC-LWL Ret. y Red. Fricc 0,2 0,188 0,0882 0,0165816 No req. agua
Dispers. Organico Ind. Turbulencia 0,15 0,141 0,0136 0,0019176 No req. agua
Bentonita Red. de densid. 0 0 0,0453 0 0
Gilsonita Red. de densid. 0 0 0,1122 0 0
Diatomacea Red. de densid. 0 0 0,0572 0 0
Barita Aum. de densid. 21,28 20 0,0284 0,568 0,48
hematita Aum. de densid. 0 0 0,0239 0 0
ILMENITA Aum. de densid. 0 0 0,0257 0 No req. agua
Arena de Otawoa Aum. de densid. 0 0 0,0456 0 No req. agua
Harina de silice Retrogresion 35 32,9 0,0456 1,50024 1,5792
Agua 59,92 V1= 6,1061792 7,192976897
W= 212,8 VT= 13,2991561
16
Rm ft^3= 1,777838568
13. Determine los sacos de cemento y volumen de agua para cementar revestimiento de 10 ¾”
(DI=10.05) . El hoyo de 14 ¾” a una profundidad de 780 fts. Distancia zapata flotador 40 fts.
Exceso de mezcla 30% .
a) Para cemento puro.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Agua 43,24 V1= 3,5908 5,190876351
W= 137,24 VT= 8,781676351
ρm (lb/gal)= 15,62799567
Rm ft^3= 1,173939368
ftBls
dtdh
Cva /
615.5*33.183
22


 ftBls
di
Cvt /
615.5*33.183
2

Capac. Volum. ( Bls / ft )
Anular Revestidor F. execeso
0,09908542 0,09811643 1,3
Vm = (0.09908542*780*1.3 + 0.09811643*40) = 104.40 Bls = 586.19 ft^3
Scs= Vm/Rm = 586.19ft^3 / (1.1739 Ft^3/Sc)= 500 Scs.
Vw= Scs x Req de agua= 500*5.19gal=2595gal= 61.8Bls.
b) Cemento al 4% de bentonita.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Bentonita Red. de densid. 4 3,76 0,0453 0,170328 2,6
Agua 64,898 V1= 3,761128 7,790876351
W= 162,658 VT= 11,55200435
ρm (lb/gal)= 14,08050024
Rm ft^3= 1,544278353

6. Scs = 586.19 ft^3 / 1.5443 Ft^3/Sc = 380 Scs
Vw = 380 * 7.79gal= 2960gal = 70.5 Bls.
c) Cemento con 50 lbs. de gilsonita por saco de cemento.
Cemento y Aditivos
%RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Gilsonita Red. de densid. 53,191 50 0,1122 5,61 2
Agua 59,9 V1= 9,2008 7,190876351
W= 203,9 VT= 16,39167635
ρm (lb/gal)= 12,43924024
Rm ft^3= 2,191248392
Scs = 586.19 ft^3 / 2.1915 Ft^3/Sc = 268 Scs
Vw = 268 * 7.19gal= 1926.92gal = 45.88Bls.
14. Determina el volumen de agua para desplazar el cemento del problema anterior.
Capac. Volum. ( Bls / ft )
Anular Revestidor F. execeso
0,09908542 0,09811643 1,3
Vd= 0.09812 Bls/ft *740 ft = 72.6 Bls = 3049.5gal
15. Determine la presión de circulación en el fondo originada durante la cementación de un
revestimiento superficial de 9 ⅝”(J-55, 36 lbs/pie, DI=8.921) en un hoyo de 12 ¼” a una
profundidad de 1000 fts, si la tasa de bombeo es de 6 BPM. Para n = 0.206 y K = 0.005.
densidad = 14.1 lbs/gal.
Grado Diametro de la tub. (pulg)
longitud (ft) API Peso (Lb/ft) Externo Interno
1000 J-55 36 9,625 8,921
2
*1029
di
Q
V  22
*1029
dtdh
Q
V


Velocidad (ft/min) Caudal (Bls/min)
anular revestidor anular revestidor
107,52 77,57817279 6 6
  nnn
m
kdi
Qmt








2
1
*34
*2735.0
**164

   
 
n
n
nn
dtdhm
kdtdh
Qmt












2
1
222
**2735.0
**164

kd
mQ
NR nn
n
**1647
**547
34
2



  
  kdtdh
dtdhmQ
NR nn
nn
**1647
***547
222
2






Revestidor Anular

7. Modelo Exponencial
Caudal Critico (Bls/Min) Numero de Reynolds
Qc. anular Qc. revestidor anular revestidor
2,957642724 3,561964106 7114,702307 5096,855326
7.0
654.0
00454.0
NR
f 
5
2
****5.11
di
fQmL
CP


   22
2
*
****5.11
dtdhdtdh
fQmL
CP



Pha= (0.052*14.1*1000) = 733.3 lppc
16. Determine la presión en la superficie y el tiempo de operación del problema 123.
(Desplazando con agua).
Pht = 0.052*(8.33*960 + 14.1*40) = 445.16 lppc
Ps = (737.15 + 0.64 – 445.16) = 293 lppc
17. Calcule la presión máxima para pegar el tapón de arriba del problema 123. para unión corta,
rosca redonda, factor de seguridad 1.8.
Capac. Volum. ( Bls / ft )
Anular Revestidor F. execeso
0,05578109 0,07731018 1,3
18. ¿Qué tiempo se emplea para desplazar el cemento?
19. ¿Qué alternativa toma Ud. si al desplazar el volumen de cemento calculado,
este no retorna a la superficie?
Si no hay retorno de cemento, se bombea lechada por el anular (hoyo-revestidor) hasta que esté
completamente lleno.
20. Ejercicio  131. Cementación de revestimiento Superficial.
Prepare un programa para cementar tubería de revestimiento superficial de 9 ⅝ pulg., j-55, 36
lb./ft , diámetro interno 8.921 pulg. El hoyo de 12 ¼ pulg. A una profundidad de 1460 ft. Usar cemento
clase A al 4% de bentonita y 2.5% de cloruro de calcio. El cemento debe retornar a la superficie. El
gradiente de fractura del area es de 0.76 Lpc/ft. Desplazar con agua. Características de cemento ρm=14.1
lbs/ft, Rm= 1.55 ft^3/Sc n = 0.206 k=0.005 lbs/ft. Capacidad volumétrica revestidor =0.0113
Bls/ft. Capacidad volumétrica anular= 0.0558 Bls/ft.
NR>2000 Turbulento
CP. anular CP. revestidor
3,949064858 0,640677304
Pcf = Pha + Pfa Presió de circulación en el fondo.
NR>2000 Turbulento
Revestidor Anular
Pcf = (733.3 + 3.95)lppc = 737.15 Lppc
Ps = Pha + Pfa + Pft - Pht Presión en la superficie
Ppt = ( Rt / Fst –(Wt + Wl )/At Presión Máxima para pegar tapón
Ppt = (394000/1.8- (34560 + 25965)/62.5 = 2533 lppc
Wt= 36 lb/ft * 960 ft =34560 lb Wl =3117gal * 8.33 lb7gal =25965 lb
Vd = Cvt*L= 0.07731*960 = 74.2176 Bls =3117gal Volumen para desplazar
Vm = 0.05578*1000* 1.3 + 0.07731*40 = 75.6Bls volumen de la mezcla
T desplazando = (Vm+Vd)/Q = (75.6Bls + 74.22Bls)/ 6 Bls/min = 25 min.

8. Cemento y Aditivos
% RAC= 46
Materiales Proposito % Peso Volumen esp Volumen (gal) Req de agua (gal)
Cemento 94 0,0382 3,5908 5,190876351
Cloruro de Calcio Acelerador 2,5 2,35 0,0612 0,14382 No req. agua
Bentonita Red. de densid. 4 3,76 0,0453 0,170328 2,6
Agua 64,898 V1= 3,904948 7,790876351
W= 165,008 VT= 11,69582435
rm (lb/gal)= 14,10828301
Rm ft^3= 1,56350429
2
*1029
di
Q
V  22
*1029
dtdh
Q
V


  nnn
m
kdi
Qmt








2
1
*34
*2735.0
**164

   
 
n
n
nn
dtdhm
kdtdh
Qmt












2
1
222
**2735.0
**164

kd
mQ
NR nn
n
**1647
**547
34
2



  
  kdtdh
dtdhmQ
NR nn
nn
**1647
***547
222
2






NR
f
16
 7.0
654.0
00454.0
NR
f 
5
2
****5.11
di
fQmL
CP


   22
2
*
****5.11
dtdhdtdh
fQmL
CP



Velocidad (ft/min) Caudal (Bls/min)
anular revestidor anular revestidor
90 64,93708661 5,022321429 5,022321429
Modelo Exponencial
Caudal Critico (Bls/Min) Numero de Reynolds
Qc. anular Qc. revestidor anular revestidor
2,956674683 3,56079827 5174,055949 3706,6083
NR>2000 Turbulento
CP. anular CP. revestidor
4,268917351 0,699652841
NR>2000 Turbulento
f. anular f. revestidor
0,006183978 0,006616319
Revestidor Anular
NR<2000 Laminar NR>2000 Turbulento
Revestidor Anular
Ph = 0.052*(h1*G1+h2*G2.....) Presión hidrostática.
Pcf = Pha + Pfa Presió de circulación en el fondo.
Ps = Pha + Pfa + Pft - Pht Presión en la superficie
Pht = 0.052*(1420*14.1 + 40*8.33) = 644 Lppc.
Pha = 0.052*(1460* 14.1) = 1070 Lpcc.
Pcf = 1070 Lppc. + 4.26 Lpcc = 1074.3 lppc
Psc = h*Gsc = 1460*0.76 = 1109 Lppc Presión de sobre carga
Ps = 1070 + 4.3 + 0.7 – 644.4 = 430 Lppc.
Psc < Pcf Condición para realizar la cementación.

9. Capac. Volum. ( Bls / ft )
Anular Revestidor F. execeso
0,05578109 0,07731018 1,4
ftBls
dtdh
Cva /
615.5*33.183
22


 ftBls
di
Cvt /
615.5*33.183
2

Vm = (0.055781*1460*1.4+0.07731*40) = 117Bls*5.615 =658 Ft^3
Tiempo de operación = (Vm + Vd)/Q= (117 +110)bls / (5Bls/min) = 45.4min
Tiempo de espesamiento = 2*Top = 45.4min*2 = 91min.
Sacos de Cemento Sacos de Bentonita
Scs
ft
Rm
Vm
Scs 421
5635.1
658 3

SB
SBlb
BLbScs
SB 16
100
04.*94*421
/100
%100/%*94*

Cloruro de calcio
LbCaCl=Scs*94Lb*(%CaCl/100%)=421*94*0.025=900Lbs.
Programa tentativo de cementación
1. Meter revestimiento de 9 ⅝”, J-55, 36 Lbs/pie, en un hoyo de 12 ¼” hasta 1460´.
2. Circular por lo menos un ciclo completo.
3. Soltar el tapón de abajo.
4. mezclar y bombear 421 sacosde cemento clase A al 4% de bentonita y 2,5% de cloruro de calcio
a una tasa de 5 Bls/min y una presión de 430 lpc. Densidad de la mezcla de ser de 14.1 Lbs/gal.
5. Soltar tapón de arriba.
6. Desplazar con 110 barriles de agua.
7. Pegar el tapón con una presión máxima de 1000 lpc.
8. Probar el sistema de flotación.
Observaciones:
a) Verificar la densidad de la mezcla.
b) Revisar la circulación.
c) Si no hay retorno de cemento, bombear mezcla por el anular conductor-revestidor hasta que esté
completamente lleno.
d) Si el sistema de flotación falla, pegue nuevamente el tapón y cierre el pozo con presión hasta que
el cemento frague.
Hp = 0.02455*Q*Ps Potencia en la superficie
Hp = 0.02455*5*430 = 53hp
Vd = 0.07731*1420 = 110 Bls Volumen para desplazar
Ppt = ( Rt / Fst –(Wt + Wl )/At Presión Máxima para pegar tapón
Ppt = (394000/2- (38485+51120))/62.5 = 1719 lppc
Wt= 36 lb/ft * 1420 ft = 51120 lb Wl =110*42*8.33 =38485 lb