16 - Evaluación de Cementaciones

Schlumberger Private

Evaluación de Cementaciones

con

Registros Sónicos


Principios de Operación del CBL

Registros Sónicos

Evaluación de la Cementación


Fundamentos Sónicos

• El transmisor emite un pulso omnidireccional

• Las ondas sonicas viajan a través del casing y son las primeras en llegar al receptor de 3-ft

• Parte de la onda sónica frontal, que se dispersa a lo largo del casing se usa para determinar la amplitud y el el tiempo de tránsito

T

3’R

5’R



Fundamentos Sónicos: Medidas en el receptor de 3 ft

Casing

Nivel de Detección

MinimaE1

T0

TT

E3

E2 TiempoTiempo

Am

plitu

dA

mpl

itud

Tiempo de Respuesta del

CBL

CBLGNMSG



Fundamentos Sónicos - CBL• Cuando existe buena adherencia entre el casing y el

cemento, la senal acustica resulta atenuada, proporcionalmente a la superficie del casing adherida al cemento

Tx

CasingAgua o Lodo

Rx

CasingCemento

Tx

Rx

SinSinCementoCemento

Buena Buena AdherenciaAdherencia



Fundamentos Sónicos - VDL• El registro de densidad variable es

la presentación completa de la onda registrada en el receptor de 5-ft

• Es graficado con rayas claras y oscuras.

• El contraste depende de si la amplitud es positiva o negativa

• Permite una fácil diferenciación entre las señales del casing y formación y fluidos en el pozo

Señal del Transmisor

Am

plitu

d (m

v)

time usec

Casing Formacion Mud



• A menos que el revestidor esté totalmente excentríco, la señal recibida de la presencia de la formación será: Un indicador qualitativo de la presencia de un material

sólido detrás del casing No indicará la cantidad de este material sólido

Fundamentos Sónicos - VDL



Ejemplo de un Buen CBL• Controle la calidad

Verifique la curva del TT • Verifique la curva del

CBL Relativamente muestra

una baja amplitud• Verify el VDL

No hay arrivos de casing

Las señales formación se observan claramente

Ejemplo de una lechada SALTBOND en un liner de 7”



Ejemplo de un revestidor de 9 5/8”

Ejemplo de un Mal CBL• Controle la calidad

Verifique la curva del TT • Verifique la curva del

CBL Alta amplitud

• Verify el VDL Hay señales del casing No hay señales de

formacion-Hay Lineas paralelas

• Aislamiento Malo



Interpretación de la Amplitud en el CBL

• Amplitud del CBL para un buen trabajo de cementación

• Cuál es el efecto de los canales de lodo?• Cuál es el efecto de la contaminación del cemento?• Que pasa si el cemento no esta bien adherido al

revestidor?• Conclusiones



Amplitude del CBL para un buen trabajo de cementación (1)

• Interpretación Básica: Amplitud medida Baja: Buen Cemento Amplitud medida Alta: No hay Cemento (o cmt regular)

• Desventaja: Muy Simplista (ejemplo de amplitudes con 100% de adherencia)

Casing/Cemento 3 MRayl 6 MRayl 5 ½ in. 17 lb/ft 6.1 mV 1.0 mV 9 5/8 in. 47 lb/ft 12.2 mV 3.3 mV

Fluido de Registro: 9.0 lb/gal WBM



Amplitud del CBL para un buen trabajo de cementación (2)

CB

L / V

DL

5.5 MRayl2 mV

100% adherencia

3.5 MRayl12 mV

100% adherencia



• La Amplitud del CBL depende de: El Diámetro y peso del Casing Las Propiedades del fluido de registro La Impedancia Acústica del Cemento (No de la

resistencia a la compresión) Impedancia Acústica del Cemento puede ser medida o

calculada

Amplitud del CBL para un buen trabajo de cementación (3)



Impedancia Acústica

• Las herramientas Sonicas responden a la Impedancia Acústica (Dureza Acústica) Z

• Z es expresada en MRayl (106 kg.m-2.s-1)

Z MRayl

0

2

4

6

8

Lodo Pesado

Agua

Gas

Pesados

Ligeros

Cemento Neto

Lechada Fraguando

Liquido

Materiales

Petróleo

AcústicaVelDensidadZ _



Ejemplo de un CBL Adviser 0.

040

0.0

800.

012

00.0

ft

Well

LC @ 920 ft

OD 7. in@ 1000ft

OD 9 5/8 in@ 500ft

Fill

3.0 4.5 6.0 7.5

Impedance

Mrayl

Impedance

0.0 4.0 8.0 12.0

CBL Amplitude

mV

CBL (80%)CBL (100%)

Con

cent

ric c

asin

g









Efecto de los canales debidos al lodo

• La amplitud medida es una combinación de la respuesta de: a) La tubería libre y b) Buena adherencia casing-cemento Amplitud de la tubería libre:

Es mucho mas alta que la del casing cementado Depende del diámetro del casing y las propiedades acústicas

del fluido de registro

La presencia de un canal de lodo dará una amplitud más alta que la esperada para un anular perfectamente cementado



Indice de Adherencia (1)• Determinar el indice de adherencia (bond index) con:

EL valor de la amplitud relativa (no la absoluta) es la clave

• Interpretación: El indice de adherencia es linealmente relacionado al

porcentage de la superficie del casing adherido al cemento Esta soportado por experimentos, en los que canales

artificiales fueron creados en el anular

] log[ ] [ log] log[ ] [ log

reTuberiaLib %

EEEEBI reTuberiaLibMedida

100



• Regla de Campo: BI > 80% a lo largo de una sección significa aislamiento

hidraúlico Pero un indice de adherencia del 80% significa que el

80% de la superficie del casing está adherida al cemento Si esto indice es debido a un canal, sería bastante

grande (20% o 72 grados!) Pero en ausencia de respuesta de la herramienta

ultrasónica, esta respuesta es considerada satisfactoria!

Ahora bien Que pasa si el BI < 80%?

Indice de Adherencia (2)









Contaminación del Cemento• Las consecuencias de la contaminación del cemento

por el espaciador o el lodo durante la colocación son: Desarrollo más lento de la impedancia acústica. Tiempo de

Fraguado Impedancia acústica final más baja de la esperada A un tiempo de registro dado, la amplitud del CBL es mayor

que la esperada, sin importar cual es el tiempo de registro

• Sobreestimar la temperatura del pozo tendrá los mismos efectos: Desarrollo más lento de la impedancia acústica A un tiempo de registro dado, la amplitud del CBL es mayor

que la esperada



• Una amplitud mayor que la esperada pudiese significar: Canal en el anular

Existe comunicación en el anular

El Cemento tiene una impedancia acústica menor que la esperada

El anular pudiese estar aislado hidraulicamente Una de combinación de todos estos

Existe comunicación en el anular










El Cemento no está bien adherido al revestidor

• Microanillo “Húmedo”, debido a la presencia de un fluido entre el cemento y el revestidor, causado por: Remoción de lodo ineficiente (película de lodo/espaciador) Cambio en los esfuerzos actuantes en el pozo, luego de

realizado trabajo de cementación (cambio de fluido de completacion o prueba con presion al casing)



El Cemento no está bien adherido al revestidor

• Microanillo “Seco”, debido a la presencia de un espacio entre el cemento y el revestidor, causado por: Cambio en las fuerzas actuantes en el pozo, luego de realizado

el trabajo de cementación (cambio de fluido en el pozo) El cemento puede estar parcialmente adherido o totalmente

desadherido del revestidor



• Cuando se pierde totalmente la adherencia entre el revestidor y el cemento: Hay menos energía dispersa en el medio circundante y

la amplitud, por consiguiente es más alta. El trabajo aparenta ser peor de lo que realmente es

• La mayoría del tiempo La amplitud varia de forma notable con la profundidad,

pero las señales de la formación pueden observarse en el VDL, de ser así, el microanillo no es continúo (el cemento está parcialmente adherido)

Efectos del Microanillo en el CBL (1)



• En algunos casos Cuando las señales del CBL son cercanas a las de la

tubería libre y las señales del VDL son escasas o inexistentes, es muy probable que el microanillo sea continúo (lodo, espaciador o espacio vacío)

Efectos del Microanillo en el CBL (2)



Efectos del Microanillo en el CBL (3)• El efecto del Microanillo deja sin efecto cualquier

resultado del BI

• Diágnostico Correr el CBL sin y con presión Análizar la información del trabajo de cementación

(Simulador WELLCLEAN II) Análizar las operaciones realizadas lugo del trabajo de

cementación (SAM) Correr USIT en combinación con el CBL



Efectos del Microanillo en el CBL (4)• Consecuencias

Si un Microanillo es continúo puede transmitir presión.



LiteCRETE™ en 9 5/8-in. 47# casing

CBLF FP: 55 mVCBL Adviser 100%BI: 5-6mVCBLFP min.: 55 mV



Sección a mayor profundidad

CBL = 35 mVBI=19% (40%)



Limitaciones del CBL• La amplitud tiende a ser alta cuando:

El cemento tiene una impedancia acústica menor de lo esperado

Hay Canales de Fluidos Existen Microanillos



Limitaciones del CBL• En muchos casos la amplitud del CBL es mucho

más alta que la esperada, aún cuando se sabe que el cemento está presente El Diseño y la ejecución de la cementación fueron

según diseño El VDL mustra respuestas de la formación Intento para realizar un forzamiento falló



Otros Factores que afectan la amplitud del CBL

• Posición del tiempo de transito: Indicador de la calidad del registro

• Centralizacion de la herramienta• Respuesta del Transductor vs profundidad • Cambio en las propiedades del fluido de

registro con la profundidad• Anular estrecho• Formación rápida• Revestidores concentricos









Interpretacion de la respuesta del CBL Conclusiones

• El indice de adherencia debe ser interpretado cuidadosamente

• La evaluación de la cementación con un registro de CBL es mas complicada sin: Usar la información del VDL y analizar todos las

operaciones, durante y posteriores a la cementación

• La información del USIT cuando está disponible, lleva a una mejor evaluación debido a que supera las limitaciones del CBL


USIT – Ultrasonic Imager Tool

Herramienta de Imagen Ultrasonica

Refresher en EspañolKellyville Training Center



Métodos de Evaluación de la Cementación

• Pruebas Hidraúlicas

• Registros de Temperatura -Tope del cemento

• Acústicos Sónicos (CBL/VDL, CBT): omnidireccionales Ultrasónicos (USI): Imagen de alta resolución

• Analisis de la información de la cementación



Evaluación de la Cementación con el USIT

• Introducción• Fundamentos de los métodos acústicos

Impedancia Acústica CBL / VDL USI

• Fundamentos básicos del USIT• Control de Calidad del USIT• Interpretación del USIT y CBL / VDL • Integración de registros e información de

cementación



Impedancia Acústica

• Las herramientas Sonicas responden a la Impedancia Acústica (Dureza Acústica) Z

• Z es expresada en MRayl (106 kg.m-2.s-1)

Z MRayl

0

2

4

6

8

Lodo Pesado

Agua

Gas

Pesados

Ligeros

Cemento Neto

Lechada Fraguando

Liquido

Materiales

Petróleo

AcústicaVelDensidadZ _



Cementos Ligeros• Generalmente son más díficiles de evaluar

Baja impedancia acústica Fraguado Lento (Tiempo de espera más largo)

• Para una densidad determinada, no todos los cementos ligeros son iguales El sistema LiteCRETE de Schlumberger exhibe:

Baja porosidad (bajo contenido de agua), por tanto, la impedancia acústica final será alta

Rápido desarrollo de resistencia compresiva, es decir, un rápido desarrollo de la impedancia acústica (puede ser perfilado antes)

Para una densidad dada, son más fáciles de registrar que otros cementos ligeros



Principios Sónicos (CBL / VDL)

Transmisor 20 kHz

3 ft Receptor

5 ft Receptor

Casing Formacion

t

t

Cemento Adherido

Lodo

Cemento

VDL

Amplitud del CBL

0 100 amp CBL



• Que es necesario? Impedancia del Cemento esperada --> amplitud para

100% de adherencia: E100%

Amplitud de tubería libre: ETuberíaLibre

Amplitud medida: EMedida

• Indice de Adherencia: • Usualmente:

80% < BI < 100%: Buen Cemento 80% > BI: ? ? ? ? ? ? ? ?

Interpretación de la amplitud del CBL

] log[ ] [ log] log[ ] [ log

reTuberiaLib %

EEEEBI reTuberiaLibMedida

100



Sónico (CBL / CBT)Ventajas• Puede ser usado con la mayoría de los fluidos en el

pozo. Tolera la corrosión del revestidor

• Responde a la buena adherencia (revestidor-cemento-formación)

• Adherencia cualitativa formación-cemento obtenida del VDL



Sónico (CBL / CBT)Desventajas• Una amplitud alta del CBL es ambiguo

Microanillo Húmedo (Perdida de adherencia) Canal Cemento Contaminado Lechada ligera mezclada con lechada de cola Señales de respuestas de las formaciones rápidas Señal reflejada por doble revestidor o formaciones duras

• Una baja amplitud no asegura una adherencia del 100%



Principios del USITEl USIT evalúa el cemento con base en:• Un transmisor

ultrasonico • La técnica de resonancia

Tubería Libre

Buen cemento

(0.2-0.7 MHz)



Ventajas del USIT sobre el CBL

• Es inmune a los microanillos líquidos • Cobertura total, resolution de imagen de 30 mm

Mapa detallado de la distribución de los materiales: solidos, liquido, gas y cemento no-adherido

Es capaz de detectar canales en el anular

• Interpretación más fácil y menos incierta que los registros sónicos (CBL / CBT)

• Inspecciona la condicion del revestidor, al mismo tiempo



Mapas del USIT

Canal de Lodo

Zona lavada RevestidorNo-Centrado

Microanillo Gas

Revestidor Bien Centrado

Perforaciones

Soldadura en el Revestidor



Evaluación Acústica Resumen

• Los registros acústicos son sensibles a las propiedades acústicas, especialmente a la impedancia, del material que esté en contacto con el revestidor

• El USIT es la herramienta de evaluación primaria: La imagen es fácil de interpretar y mucho menos ambigua que la del CBL

• El USIT y el CBL son sensibles a la adherencia cemento-revestidor pero en diferentes formas, lo que conduce a una evaluación complementaria



Evaluación Acústica Resumen

• Los métodos de evaluación acústica están limitados en cementos muy ligeros (bajo contraste acústico con el lodo)

• Para una óptima evaluación, la información del trabajo de cementación DEBE ser incluida en la evaluación, debido a que el cemento no desaparece…



Evaluación del Cemento usando el USIT

• Introducción• Fundamentos de los métodos acústicos• Fundamentos Básicos del USIT

Medidas y procesamiento Herramienta y Especificaciones Tecnicas Procedimiento de Perfilaje o Registro Imagenes

• Control de Calidad del USIT• Interpretación del USIT y CBL / VDL • Integración de registros e información de

cementación



USIT • Herramienta Ultrasonica que opera entre

200 y 700 kHz.

• Cobertura total del Revestidor a 1.2” (30 mm) de resolución usando un transductor rotatorio

• Parámetros Medidos

• Evaluación del Cemento

• Corrosión y desgaste del revestidor



Parámetros del USIT

Amplitud del Eco

Condición interna del rev.

Tiempo de Transito

Radio Interno

EspesorImpedancia del Cemento

Transductor



Procesamiento de la señal

lodo

Medidas de las propiedades de los Fluidos (FPM)

Z lodoV

T3 procesamiento:

Amplitud del Eco

Tiempo de tránsito

Frecuencia de

Resonancia:

Rugosidad Interna

Espesor Casing

Radio InternoOnda

Impedancia del Cemento

Modelo de ondas plano ajustado

Corrección para geometría cilindrica de revestidores

o

oAncho de Banda Fraccionado:

Espesor Casing

Impedancia del Cemento



Herramienta USI

Partes Electronicas

Sonda

Elemento Rotante



Elementos Portador de Sensores Ultrasonicas

Montaje Sub O.D.USRS-A

USRS-B

USRS-C

USRS-D

3.58”

4.64”

6.69”

8.70”

4 1/2” - 5 1/2”

5 5/8” - 7 5/8”

8 5/8” - 9 5/8”

10 3/4” - 13 3/8”

Ǿ Revestidor



Procedimiento de Registro 1. Verificar las propiedades del fluido usando una placa de referencia mientras se registra bajando en el pozo:- velocidad FVEL- Impedancia acústica ZMUD2. Introducir los parámetros ZMUD y FVEL. Hacer girar el transductor hacia el revestidor y registrar



Especificaciones Generales USIT

Longitud (sonda y cartucho electronico) 248 in. [6.3 m] Diámetro 3.6 to 11.2 in.Peso

-Sonda 188 to 210 lb-Partes Electronicas 153 lb

Maximo rango de temperatura 350oF [175oC]Maxima presión operativa 20,000 psiVelocidad de registro recomendada 400 a 3200 ft/hrSe puede combinar con CBL-VDL, CBT,GPIT,

Rayos Gamma



Especificaciones de Mediciones del USIT

Diámetro de Revestidor 4.5 - 13.375 in.Espesor de Revestidor 0.17 - 0.59 in. (4.5-15

mm)Impedancia Acústica 0-10 MRaylMax. desviación Sin LímitesVelocidad de Registro 400 a 3200 ft/hrMuestreo:- Azimutal 5-10 deg.- Vertical 0.6-6 in.Maxima densidad del lodo

- Lodo Base-agua ~16 lbm/gal- Lodo Base-aceite ~11.6 lbm/gal*

* Depende de la composición, temperatura y presión. Buenos registros son obtenidos hasta 13 lb/gal (aunque se hayan obtenido incluso a 16 lb/gal)



Impedancia Acústica Rango 0-10 MRayl Resolución 0.2 MRayl Exactitud

0-3.3 MRayl +/-0.5 MRayl > 3.3 MRayl +/- 15%

Tamaño de canal minimo cuantificable (Ancho): 1.2 in. (30 mm)

Especificaciones de Mediciones del USIT



Ajuste de la imagen en el USITEl USIT distingue entre sólidos, líquidos y gas/seco. Usando límites de impedancia acústica

Gas o microanillo seco

Limite Solido/Liquido

ZTCM

Impedancia Maxima

Limite Gas/Liquido

Imagen Inicial (prima)

Imagen Intepretada

Cemento

Esta

ndar

Lige

ra

0

2

4

6

8

Z MRayl

+/- 0.5 Liquido



Revestidor-Cemento Combinados USIT

Revestidor CementoQC

Excentralizacion, CCL, Rayos Gamma

Mensages de Procesamiento




Amplitud

Corte Transversal del Revestidor

Radio Interno

Espesor





Espesor

Imagen Cemento Inic

Cemento Interpretacion

Indice de Adherencia

Canal




USI + CBL / VDL

Impedancia Acustica

VDL

Indice de AdherenciaCBL, gamma ray

Mensajes de procesamiento, excentralizacion

USI VDLQC CBL

CBL

Interpretacion del Cemento



Evaluación con el USIT • Introducción• Fundamentos de los métodos acústicos• Fundamentos Básicos del USIT• Control de Calidad del USIT• Interpretación del USIT y CBL / VDL

Respuesta del USI USI y CBL/VDL Imagenes y registros típicos Interpretacion Limitaciones de las herramientas ultrasonicas



Respuesta del USITBuen Cemento + / - 15% Impedancia

(+ 25% si hay adherencia)Liquido/Gas + / - 0.5 MraylMicroanillo Gas / No adherencia secaLee GasPeliculas líquidas .- Microanillo < 0.2 mm Tolera entre0.1 a 0.2 mm

(50% de lectura con un espesor de casing entre 6

a 12 mm)

.- Pelicula de lodo > 0.5 mm Lee LodoCapa fina de Cemento Los reflejos del segundo

casing o formacion dura crean patrones de interferencia



Interpretación USI

ZMRayl

0

2

4

6

8

Lodo Pesado

Agua

PetroleoGas

Neto

Ligero

Cemento

MicroanilloO Liquido Lechada

Fraguando

Liquido

Material USI Imagenes

Original Interpretado

Cemento

Liquido

Gas oMicroanilloseco

Procesamiento Con desviacion Estandar

Esta

ndar

Lige

ro

Microanilloseco

Pelicula Liquida

oCemento Contaminado



Pozo de Prueba BP (1) Canal y cemento contaminado

Cemento Contaminado

Buen cemento

Channel

Cemento Muy Contaminado



Revoque o Enjarre de Lodo

Buen cemento

Revoque de Lodo

Reflejos del casing externo

Pozo de Prueba BP (2)



Buen Cemento y Centralizadores

• EL USI regularmente registra los centralizadores

• Ayudan a verificar si el casing está apropiadamente centrado

Collar

Centralizadores



USI y CBL/VDL • En casos sencillos (cemento bien adherido,

tubería libre, canalización) las herramientas concuerdan

• En casos reales (complicados) las herramientas muestran diferentes respuestas, que pueden ayudar a la interpretación: Cemento Contaminado Microanillos húmedos o Líquidos Microanillos secos



Guia USI y CBL/VDL Parametro USI CBL / VDL

Resolución 1.2 in 360 deg x 3 ftCemento Bien Adher Cemento CementoCemento Muy Ligero Bajo contraste (procesamiento Bajo contraste del lodo

especial si no está adherido)Microanillo Seco Ce- Microanillo Seco / Gas Adherencia de regular mento No Adherido a buenaMicroanillo Liq Afectado ligeramente AmbiguoPelicula de Lodo Canal AmbiguoCemento Contaminado Cemento con bajo Z AmbiguoMezcla de Cemento Mezcla de Cemento Barr/Cola AmbiguoBarrido/ColaCanal de Lodo Canal AmbiguoCanal de Gas Canal de gas Cemento/ambiguoAdherencia a la Formacion No se aprecia Qualitativo del VDLFormacion Dura / Casing Externo Afectado ligeramente Fuertemente AfectadoCondición del Casing Muy sensible Ligeramente sensibleLodo < 12 dB / cm / MHz No tiene límite



Buen cementoQC CBL USI VDL

CBL constante y bajo

Z Promedio 8 Mrayl

Fuerte retorno de la formación



Canal de Lodo y Cemento Contaminado

CBL alto y variable

Respuesta Fuerte del casing

Canal

Cemento con Bajo Z

VDLQC CBL USI

Debil respuesta de la formacion



Tope del Cemento

CBL alto y constante

VDLQC CBL USI

Trazas de Cemento Contaminado

Respuesta debil de la formacion

Fuerte retorno de la formacion



Canal y Forzamiento

USI BI VDL USI VDL

Canal Despues del Squeeze

USI

CBL

BI

Perforaciones



Tope de Cemento Ligero•El cemento liviano tiene una impedancia baja

•La escala de 0-4 MRayl muestra el contraste entre cemento ligero y liquido

•El limite Liquido/solido esta ajustado bajo para cemento ligero (2.1)

•CBL concuerda con el USIT

Threshold 2.1 MRayl

0 100 sdgfdssdsdffs

0 4 MRayl



Cemento Contaminado Cemento Contaminado (bajo Z): Imagen

clara en el USI, Imagen en el CBL ambigua

Canales de Lodo: CBL y USI concuerdan

Casing BI CBL VDL

BI CBL

SoldaduraBI CBL

BI USI

Cement



Conclusion • El USIT provee la imagen más detallada de la

distribución del cemento en el anular

• Combinarlo con el CBL/VDL es recomendable para una mayor seguridad de interpretacion, especialmente cuando hay microanillos presentes



Conclusion (Cont.)• Los registros acústicos tienen limitaciones

• La evaluación de la cementación debe combinar el análisis de los parámetros del trabajo de cementación y los registros acústicos

• La cementación integrada Schlumberger es la solución óptima

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