Produccion 1(clase 3)

Cementación

Operación en la cual una mezcla de agua y cemento se coloca a
una profundidad determinada para que cumpla entre otros con los
siguientes objetivos:

* Excluir las aguas de las formaciones productivas
* Proteger al revestidor de presiones externas ( formación )
* Sellar zonas no productivas
* Proteger la tubería de revestimiento de la corrosión
* Evitar migración de fluidos entre diferentes zonas
* Controlar pérdidas de circulación
* Sellar zonas de fluidos no deseables
* Soportar el revestidor y todo el peso del equipo

Cementación

SECCIONES
SIN
PROTECCIÓN

YAC-1
COMUNICACIÓN
ENTRE
FORMACIONES

DAÑO A LA YAC-2
FORMACIÓN

“GARANTIZAR EL AISLAMIENTO ZONAL, NO SOLO POSTERIOR A LA CEMENTACIÓN, SINO
TAMBIÉN EN EL TRANSCURSO DE LA VIDA PRODUCTIVA DE LOS POZOS”

Cementación

Cemento:
Mezcla de piedra Caliza y otros materiales ricos en Carbonato de Calcio con Arcilla y algo
de Oxido de Hierro y Aluminio

Materiales
Calor Clinker + Yeso
Iniciales
+ ( 2600-3000 ºF ) (4-8%)

SiO2 ( Sílice )
Al2O3 ( Arcilla )
Fe2O3 ( Oxido Férrico )
CaO
(Caliza)
Cemento Portland
50% Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2)
25% Silicato Dicálcico ( 2CaO.SiO2)
4% Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3)
13% Ferro Aluminato Tricálcico o Tetracálcico ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3)
3% Sulfato de Calcio ( CaSO4)
3% Otros (MgO, Cal libre, Alcalis, Anhidrido Sulfurico)

Cementación

El API presenta nueve tipos de cementos A,B,C,D,E,F,G,H,J . El más utilizado es el
cemento tipo “H” al cual se le pueden adicionar retardadores y/o aceleradores.

Cementación

Propiedades del Cemento:
Las propiedades de los cementos utilizados en las operaciones de cementación,
varían de acuerdo a lo siguiente:

* Ubicación Geográfica
* Condiciones de fondo de pozo (Temp., Prof., Presión, etc.)
* Tipo de Cementación
* Tipo de agua a utilizar para la mezcla

Estas propiedades dependen de:

* La relación de agua de las lechadas ( Gal /sac)
* Densidad de la lechada ( Lbs / Gal )
* Rendimiento de la lechada ( ft 3 / saco )

Cementación

Densidad de la lechada:
Debe ser lo suficientemente alta como para mantener el control del pozo.

En el campo se chequea mediante el uso de una Balanza de Lodos o con un
Densistómetro

Si la densidad es incorrecta durante la cementación, se pueden
afectar propiedades de la lechada como:
* Tiempo de bombeabilidad
* Características del flujo
* Capacidad de desplazamiento del lodo
* Agua libre
* Resistencia a la compresión
* Pérdida de fluido

Cementación

Densidad normal de los cementos

Peso de la Rendimiento
Clase de cemento Agua Mezclada
Lechada de la lechada
API
Gal/Saco % Lbs/Gal Pie3/Saco

A 5.2 46 15.6 1.18

B 5.2 46 15.6 1.18

C 6.3 56 14.8 1.32

G 5.0 44 15.8 1.15

H 4.3 38 16.4 1.06

D,E,F 4.3 38 16.4 1.06

Cementación

Relación de agua de las lechadas:
Es importante para determinar el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la
compresión del cemento
Regla de campo:

* Demasiado agua en la copa de muestra, aparecerá agua en la parte
superior de la lechada.

* Poca agua: lechada espesa y difícil de bombear

Rendimiento de la lechada:

Es el número de pies cúbicos por saco de cemento, mezclados con
determinada cantidad de agua. Es preferible que sobre cemento y no que
falte, especialmente cuando puede haber contaminación con lodo, dilución
o canalización.

Cementación

Tiempo de Bombeabilidad :
Tiempo requerido para que un cemento comience a endurecerse o a formar
resistencia de gel, o sea que sea bombeable bajo condiciones de fondo del pozo

Se obtiene a través de pruebas de laboratorio y con condiciones reales del pozo

Tiempo para lograr espesamiento
Laboratorio
Muestras de cemento
+
Ensayo
Aditivos Condiciones de pozo:
+ * Temperatura Estática de Fondo ( BHST )
Agua de mezcla
* Profundidad del pozo
* Presión en el pozo

Cementación
Tiempo de Espesamiento:
Es el tiempo transcurrido desde que se aplica una presión y una
temperatura inicial al Consistómetro Presurizado hasta el tiempo en que
se alcanza una consistencia de 100 BC ( CONSISTENCIA BEARDEN )
Los resultados de estas pruebas son utilizados para determinar la
concentración de aditivos tales como aceleradores y retardadores

CONSISTOMETRO PRESURIZADO

Cementación
Viscosidad y Contenido de Agua:
En las cementaciones primarias, las lechadas de cemento deben
poseer una viscosidad o consistencia que ofrezcan un
desplazamiento eficiente del lodo y permitan una buena adherencia
del cemento con la formación y el revestidor o liner.

El tamaño de la partícula, el área superficial, y los aditivos, influyen
en la cantidad de agua de mezclado requerida para lograr una
viscosidad particular de la lechada.

Se entiende por Agua Máxima de una lechada el volumen de agua de mezclado que
separe como agua libre un máximo de 1.5 % del volumen total.
El Agua Normal es el volumen de agua de mezclado que da una lechada de 11
unidades de consistencia, medidas en un consistómetro de presión atmosférica
después de 20 min. de agitación

El Agua Mínima es el volumen de agua de mezclado que dan 30unidades de
consistencia en el consistómetro de presión atmosférica, después de 20 min. de
agitación

Cementación

Viscosidad y Contenido de agua:

VISCOSIMETRO ROTACIONAL

CONSISTOMETRO ATMOSFERICO

Cementación

Calidad del agua de mezcla:
Siempre es recomendable el uso de agua potable si está disponible. Sin
embargo, en un taladro el agua se obtiene de una fosa abierta, un pozo
perforado o una laguna. Esta agua puede contener contaminantes que
pueden producir fallas en la cementación.

Entre estos contaminantes están:
.- Fertilizantes disueltos en el agua de lluvia
.- Desperdicios en los causes
.- Productos de agricultura solubles (caña de azucar, remolachas, etc )
.- Vegetación descompuesta que produce Ácido Húmico, los cuales
reducen el tiempo de espesamiento del cemento

Todas las pruebas de laboratorio al cemento a usar, deben hacerse con el
agua de campo que será utilizada al momento de la cementación

Cementación

Resistencia a la Compresión:
Es la fuerza de compresión requerida para triturar el cemento, dividida entre
el área seccional recta de la muestra. La resistencia compresiva del
cemento es generalmente alrededor de 12 veces mayor que la resistencia a
la tensión. Es por esto que siempre se reporta solamente la resistencia a la
compresión
Camara de Curado Analizador Ultrasónico
de Cemento ( U.C.A )

Cementación

Permeabilidad:
La permeabilidad de un núcleo de cemento fraguado, se determina
midiendo la tasa de flujo a través del núcleo, a un diferencial de
presión dado a través de la longitud del núcleo

Equipo utilizado para medir la permeabilidad del cemento fraguado

PERMEAMETRO

Cementación

Calor de Hidratación:
Al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una reacción exotérmica
con una considerable liberación de calor.
Mientras mayor sea la cantidad de cemento, mayor es la liberación de
calor.

Se ve influenciado por la fineza y por la composición química del
cemento, por los aditivos y por las condiciones del pozo

Mayor temperatura de fondo Mayor velocidad de reacción

Mayor cantidad de calor liberado

Cementación

Control de Filtrado:
Es un factor muy importante en la cementación de pozos
profundos, Liners de producción, tapones de cemento y cementaciones
forzadas.
Alta perdida de filtrado a través de un medio permeable puede causar un
incremento en la viscosidad de la lechada y rápida disposición del
revoque, lo que puede producir fraguado prematuro de la lechada

Equipo especificado por la API para
medir la filtración de los fluidos de
perforación ( lodos y cemento ), en 30
minutos a un diferencial de 1000 lppc de
presión.

El volumen medido representa la tasa a
la cual se pierde agua de la
mezcla, cuando es expuesta a una
diferencia de presión a través de un
medio permeable

Cementación

Firmeza:
Porcentaje de expansión o contracción lineal observada después del curado
en una Autoclave bajo vapor saturado a una presión de 295 Lbs / pulg2 por
tres horas.

Un cemento que cambia de dimensiones durante la cura, tiende a tener una
mala adherencia al revestidor o a formar rajaduras o microfracturas

Fineza:
Medida del tamaño de las partículas de cemento obtenida durante la
molienda. Se expresa en términos de área superficial total calculada de las
partículas de cemento por gramo de cemento

Se calcula de la tasa de asentamiento de las partículas de cemento
suspendidas en Kerosene, medidas en un Turbidímetro Wagner

Cementación

Tipos de Cementación:

Primaria: es la realizada cuando es corrido por primera vez el revestidor o camisa (liner).

Funciones:
•· Aislamiento de la Zapata de Revestimiento.
•· Aislamiento de las Zonas de Producción – previene flujo cruzado entre los intervalos a
diferentes presiones.
•· Protección de zonas acuíferas – previene la contaminación de fluido de perforación de los
acuíferos.
•· Aislamiento de Intervalo Problema – perdidas extremas, control de pozos, entrada por
ventana.
•· Protección de Tubería de Revestimiento – de fluidos corrosivos de formación, es decir
H2S, CO2.
•· Soporte de la Tubería de Revestimiento – es decir soporte para el conductor.

Cementación

Secundaria: es también conocida como
forzamiento (Squeeze) y su objetivo es
bombear una lechada de cemento en el
pozo, bajo presión, forzándola contra una
formación porosa, tanto en las
perforaciones del revestidor o
directamente al hoyo abierto.

Se utiliza en el sellado de perforaciones,
cementación de anillos en conductor,
reparación de fugas en la tubería de
revestimiento, forzar
zapata de revestimiento, colocar
tapones, etc.

Cementación

TAPONES DE CEMENTO EN HOYO ABIERTO

En algunas ocasiones, el hoyo debe ser obstruido con un tapón de cemento. Algunas causas son
 Para abandonarlo.
 Para desviarlo.
 Evitar perdidas de circulación.
 Evitar invasión de aguas de zonas profundas.

Los tapones de cemento, generalmente se colocan en hoyos desnudos y se usa tubería de perforación o
tubería de educción para colocar el cemento en el sitio requerido. En vista de que el hoyo, siempre esta
lleno de fluido de perforación o de fluido de completacion, se requiere que encima de la mezcla agua-
cemento se coloque cierta porción de agua para mejorar la eficiencia del fraguado del cemento.
Para diseñar la colocación de un tapón de cemento se requiere balancear las columnas de cemento, agua
y fluido en el hoyo, en vista de que los fluidos tienen diferentes gravedades especificas.
El volumen de agua en el anular debe colocarse antes de la mezcla agua-cemento y el volumen de agua
dentro de la tubería debe bombearse después del cemento.

Cementación

PROBLEMAS COMUNES DE CEMENTACION

- Condición pobre del agujero (patas de perro, estabilidad del
agujero descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama de
recortes, etc.)
- Condición pobre del lodo (altas fuerzas de gel y punto de
resistencia, alta perdida de fluido o filtración, enjarre grueso, alto
contenido de sólidos, perdida de material de
circulación, incompatibilidad de lodo/cemento).
- Centralización pobre (el cemento no se coloca uniformemente
alrededor de la tubería de
revestimiento, dejando lodo en el sitio).
- Perdida de Circulación
- Presión Anormal
- Presión Subnormal
- Presión Alta

Cementación

EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN ELPROCESO DE CEMENTACION

ZAPATA GUÍA: Es simplemente un niple que se
coloca en la parte inferior del primer tubo para permitir
una libre introducción de la tubería en el hoyo. Su
forma esférica en la parte inferior hace que el contacto
con la pared del hoyo sea la mas suave posible,
evitando así cualquier derrumbe de las paredes del
hoyo

Cementación


ZAPATA DIFERENCIAL: Tiene doble
función, sirve de zapata guía y de
flotador, tiene un dispositivo interno que
no permite, que la tubería se llene
completamente de fluido de esta forma
ejerce una flotación y ayuda con el peso
de la tubería. El dispositivo interno puede
convertirse en una válvula de retención

Cementación


CUELLO FLOTADOR: Esta herramienta se
coloca en el extremo superior del primer tubo y el
extremo inferior del segundo tubo. Sirve de
elemento de flotación. Se transforma por medios
mecánicos, en válvulas de retención, lo que permite
que el fluido circule de la tubería a espacio
anular, pero no del espacio anular hacia la tubería.
Esto permite que la mezcla agua-cemento se quede
en el anular y no regrese a la tubería . El cuello
flotador sirve de soporte de los tapones de
cemento.

Cementación


TAPONES DE CEMENTO: Los tapones de cemento
son dispositivos que se introducen en la tubería de
revestimiento, durante la operación del bombeo de
cemento. Se usan dos tapones, los cuales separan la
mezcla agua-cemento del fluido en el pozo y de liquido
desplazante, al mismo tiempo el tapón inferior limpia la
pared de la tubería del fluido en el pozo y del liquido
desplazante, al miso tiempo el tapón inferior limpia la
pared de la tubería del fluido en el pozo y el tapón
superior limpia la tubería de la mezcla agua-cemento.

Cementación

Los tapones son retenidos en el cuello flotador, y el tapón esta diseñado de tal
manera que a presiones de 300 a 400 lpc se rompa un diafragma y permita la
continuación del flujo de cemento. El tapón superior es casi una pieza solida y al
llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la mezcla agua-cemento
ha sido colocada en el sitio determinado.

Cementación


CENTRALIZADORES: Son herramientas que se
colocan en la tubería de revestimiento para mantenerla
centralizada en el hoyo, la centralización de la tubería
permite que el espesor del cemento sea uniforme
alrededor de toda la tubería, evitando así crear un
desbalance en las presiones externas que podrían originar
problemas posteriores. Los centralizadores se colocan, el
primero entre la zapata y el cuello flotador, el segundo en
la unión del segundo con el tercer tubo, de allí en adelante
se coloca un centralizador cada dos tubos hasta 40 pies
por debajo del tope del cemento.

Cementación

RASPADORES: Son herramientas que se
colocan en el revestidor con el objeto de
limpiar el revoque que se ha formado en la
pared del pozo. Los raspadores se colocan
desde 20 pies por debajo del tope del
horizonte productor hasta 20 pies por encima
de la den horizonte productor, con un
espaciamiento de 20 pies cada uno.

Cementación

CABEZAL DE CEMENTACION: Esta pieza
se coloca en la parte superior del tubo que se
asoma a la superficie, se une por medio de
mangueras de acero a los sistemas de
mezclado y bombeo de cemento. Posee dos
cámaras de alojamiento para los tapones de
cementación, y un juego de válvulas que
permitan la operación completación .

Cementación

INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA CEMENTACION

Diseño de la cementación
• Accesorios para la cementación
• Cálculos en el pozo
• Secuencia operativa
• Estado mecánico del pozo
• Información de las geopresiones.
• Información de los fluidos de perforación
utilizados

Cementación

Aditivos para Cementos:
Funciones:
* Modificar densidad
* Aumentar o disminuir resistencia a la compresión
* Acelerar o retardar el tiempo de fraguado
* Controlar perdida de fluidos
* Reducir viscosidad de la lechada
* Aumentar resistencia frente a fluidos corrosivos
* Formación de puentes para el control de perdida de circulación

Cementación

Densificantes:
Incrementan la densidad, limitan y mantienen presión para el control del pozo y
para mejorar el desplazamiento o remoción del lodo.
Entre ellos se tiene: Arena, Barita, Hematíta

Controladores de Filtrado :
Previenen la deshidratación del cemento y evitan la disminución de la
columna de cemento debido a la perdida de agua, lo cual origina reducción de
la presión ejercida por la columna hidrostática.

Entre estos se tienen: Polímeros Orgánicos, Látex, Cemento con Bentonita y
dispersante

Cementación

Aceleradores:
Aumentan la velocidad de la tasa normal de reacción entre el cemento y el agua.
Aumento de la resistencia a la compresión y disminución del tiempo de fraguado
o espesamiento ( acelerador total ).

Son generalmente agregados al cemento en temperaturas entre 32 F y 110 F.
Son fabricados a partir de cementos A, G y H.

Entre los mas usados están:
Cloruro de Calcio ( hasta 2% ) 60 F
Cloruro de Sodio ( 1-5% ) >10 % ------ Retardador
Bórax (Na2B4O4.10H2O) Tetraborato de Sodio Decahidratado
Silicato de Sodio ( Diesel A ). Sistema Diesel

Cementación

Retardadores:
Material Orgánico de alto peso molecular. Prolongan el tiempo de
bombeabilidad y retardan el fraguado de la lechada de cemento

Entre ellos se pueden encontrar:

Lignosulfonato de Sodio y Calcio ( 0.1-1%)
Agua Saturada con Sal (15-17 Lbs / sc )
Lignosulfonato de Calcio ( 0.1-1.05 )
CMHEC (Carboximetil- Hidroxietil Celulosa)
Sal (Cloruro de Sodio) >10%

Cementación

Extendedores:
Existen varios métodos para reducir la densidad: controlando agua, agregando materiales
de bajo peso especifico o ambos métodos en común La Bentonita es el material mas
utilizado en diferentes formulaciones, tanto en polvo como en forma prehidratada.

Su función es variada y entre ellas se tienen: reducen la densidad de la lechada, aumentan
el rendimiento, disminuyen la perdida de filtrado y reducen los costos

Bentonita (2-16%)
Atapulguita (0.5- 4%)
Hidrocarburos Naturales :Gilsonita, Carbón (1-50 Lbs/scs)
Silicato de Sodio (1- 7.5 Lbs/scs)
Pozolanas, tierra Diatomacea, Cenizas en polvo, Perlitas Expandidas.

Cementación

Dispersantes :

Se agregan al cemento para proveer propiedades de flujo y permitir el
bombeo de la lechada de cemento en flujo turbulento a menor
caudal, minimizando así los requerimientos de potencia hidráulica.
Disminuyen la viscosidad, bajan el punto cedente y la resistencia de gel

Entre ellos se tienen: Polímeros de cadena larga, Lignosulfonato de Calcio
y Cloruro de Sodio, Hidoxalatos Polisacáridos

Cementación

Reología en Cementos:
Newtonianos: Proporcionalidad directa y constante entre la
velocidad de corte y el esfuerzo de corte. Viscosidad independiente
de la velocidad de corte, comienza a fluir inmediatamente de
aplicado un esfuerzo

Fluidos

No-Newtonianos: No presentan proporcionalidad directa entre
fuerza y flujo a presión y temperatura constante, necesitan de un
esfuerzo adicional para comenzar a fluir

Cementación

Ejemplo de Cálculos en
Cementación.

Ejemplo de Cálculos

Calcular las toneladas de cemento y agua que se requieren para crear una lechada que nos
sirva para cementar una TR (según figura), así como el tiempo necesario para su bombeo y
su desplazamiento.

DATOS:
 Diámetro de la barrena = 22 pg
 Diámetro Ext. de TR = 16 pg
656 pies
 Diámetro Int. de TR = 15 pg
 Saco de cemento = 50 Kg.
 Rendimiento: 38.8 lt de lechada /saco
 Densidad de Lechada = 1.93 gr./cm3
 Profundidad: 656 pies 10 m
 10 m en cople de tubería.

Capacidad de las bombas:
 Cap. Embolada = 40 litro por
embolada,
 Cap. Bomba = 50 emboladas por
minuto
 Eficiencia de la bomba = 80%


Volumen de lechada requerida
(volumen del espacio anular):
Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (d.(agujero)^2 - d.(TR)^2)

Capacidad de (TR) = 0.5067 * (d.(TR)^2)

Volumen (agujero y TR) = Cap. * h 1

Volumen (TR) = Cap. * h 2

Vol .de.Cemento _ total
Volumen total de Lechada = 1 + 2 Sc _ Cemento
Re n dim iento

Vol.Posiblea.Desplazar Cap.emb* Cap.Bomba Efic.
. * Vol.total.de.Lechada
Tiem pode.bom beo
.
vol. posiblea.desplazar
.


Primer paso:
Calcular la capacidad de la tuberías y los volúmenes

1 Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (de.(agujero)^2 - d.(TR)^2)
Capacidad entre (agujero y TR) = 0.5067 * (22^2 - 16^2)=115.5 lt/m

2 Capacidad de (TR) = 0.5067 * (di.(TR)^2)
Capacidad de (TR) = 0.5067 * (15^2)=114 lt/m

3 Volumen (agujero y TR) = Cap. * haltura
Volumen (agujero y TR) = 115.5 lt/m * 656 pie * 1m/3.28 pie = 23,106 lt

4 Volumen (TR) = Cap. * haltura
Volumen (TR) = 114 lt/m * 10 m = 1,140 lt

5 Volumen Total = 3 + 4 =24,246 lt


2do paso:
Calcular Volúmenes de Cemento, Desplazamiento y Tiempo Bombeable

Vol. cemento = Vol. total de lechada / Rendimiento =
Vol. cemento = 24,246 lt / 28.8 lt/saco = 624.9 sacos * 50 kg/1 saco * 1 ton/1000kg =31.24 ton

Volumen posible a desplazar = (cap. Embolada + cap. Bomba) * Eficiencia =
Volumen posible a desplazar = (40 lt/emb *50 emb/min) * .80 = 1,600 lt/min

Tiempo de bombeo = Vol. Total de lechada/vol. Posible a desplazar
Tiempo de bombeo = 24,246 lt / 1,600 lt/min =15.15 min

Volumen de desplazamiento = cap. TR * h1=
Volumen de desplazamiento = 1,140 lt/m * 190 m = 216,600 lt

Cementación

COMENTARIOS FINALES

• Se necesitan 31.4 ton de cemento (con aditivos) y
24 246 litros de agua para crear la lechada.
• El tiempo de fraguado del cemento, deberá ser
mayor a 15.15 min (programar mínimo 30 min).
• El Volumen de desplazamiento será de 216,600 lt

Cementación

Ejercicios Propuestos


EJERCICIO 1:

Se requiere cementar una tubería superficial de 10 -3/4 de pulg de 45.5 lbs/ pie en un
hoyo de 15 3/8 d pulg a una profundidad de 1080 pies.

Determine el volumen de mezcla requerido para que el cemento regrese a la
superficie.

EJERCICIO 2:
Determine el volumen de agua-cemento que se requiere para cementar un pozo y el volumen de
fluido para desplazar el cemento de acuerdo a la siguiente información :

profundidad del hoyo:8000 pies.

tope del cemento: 6700 pies.

diámetro del hoyo: 9 7/8 pulg.

tubería de revestimiento de 7 pulg N-80, 26 lbs/pie (di=6.276 pulg).


EJERCICIO 3:
Dada la siguiente información:
Profundidad: 6000 pies.
Diámetro del hoyo: 12 ¼ pulg
Diámetro de las tuberías: 9 5/8 pulg de 53.5 lbs/pie N-80.
Cemento a mezclar=1000 sacos.
Capacidad de la mezcla y bombeo =20 sacos/min.
Bomba duplex 18 pies * 6 ½ pulg* 2.5 pulg.
Eficiencia= 90%.
EPM=60

Determine el tiempo de cementación.

EJERCICIO 4:
Determine el volumen de agua para mezclar 1000 sacos de cemento. Determine también el
volumen de mezcla y la densidad de la misma.


EJERCICIO 5:

Se requiere colocar un tapón de cemento puro desde 6000 pies-6500 pies en un hoyo
de 9 5/8 pulg con una tubería de perforación de 5 pulg de 19 lbs pies y 4.216 pulg de
diámetro interior.

Determine:
sacos de cemento usando un 30 % de exceso de la mezcla.
Barriles de agua de cemento si se bombea un barril de agua después del cemento.
Barriles de agua para desplazar cemento.

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