ADITIVOS PARA CEMENTACIONIntroduccinSISTEMAS DE CEMENTO PORTLAND: Temperaturas: Presiones: Formaciones Porosas Fluidos Corrosivos Formaciones Sobrepresurizadas Invasiones de Gas Bajo cero a 700F Ambiente a 30000 psiCOMO CONTROLAR COMPORTAMIENTO DE ESTOS SISTEMAS?ADITIVOSAditivosACELERADORES RETARDADORES EXTENDEDORES DENSIFICANTES DISPERSANTES REDUCTORES DE FILTRADO MATERIALES PARA PERDIDA POR CIRCULACION ADITIVOS ESPECIALESAditivos - AceleradoresAceleradores: Son agregados a las lechadas de cemento para acortar el tiempode bombeabilidad y acelerar el proceso de frage. Son sales inorgnicas, generalmente cloruros, silicatos, nitratos de diversos cationes. Actan rompiendo un compuesto gelatinoso que se forma alrededor de las partculas de cemento cuando comienza el proceso de hidratacin, permitiendo una rpida penetracin del agua. Eficiencia de aceleracin segn Edwards y Angstadt:Ca+2 > Mg+2 > Li+ > Na+ Cl- > Br- > NO3- > SO4-2Los mas usuales son: CLORURO DE CALCIO CLORURO DE SODIOAditivos - AceleradoresCloruro de CalcioEs el ms eficiente y econmico de todos los aceleradores, y puede utilizarse en todas las clases de cementos API. Normalmente usado en concentraciones que van de 1 a 4% BWOC. Concentraciones excesivas aumentan la viscosidad de la lechada y se pierde el control del tiempo de bombeabilidad.Efecto del Cloruro de Calcio sobre el Tiempo de Bombeabilidad250 Tiempo de Bombeabilidad (min) 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 Cloruro de Calcio (% BWOC) 91 F 103 F 113 FTiempo de Bombeabilidad acelerado con Cloruro de Calcio en escamasAditivos - AceleradoresCloruro de SodioEs menos efectivo que el Cloruro de Calcio Modifica el Tiempo de Bombeabilidad de diferente forma dependiendo de la concentracin:Hasta 10% BWOW Entre 10% y 15% BWOW Por encima de 15% BWOWacta como acelerador es esencialmente neutral causa retardoEfecto del Cloruro de Sodio sobre el Tiempo de Bombeabilidad500Tiempo de Bombeabilidad (min)400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Cloruro de Sodio (% BWOC)Tiempo de Bombeabilidad acelerado con Cloruro de Sodio en escamas140 F180 FAditivos - AceleradoresCloruro de Sodio (Cont.)Ventajas:Favorece la Adherencia del cemento a formaciones lutticas Minimiza el dao en zonas sensibles al agua dulce Produce ligera expansin. Acta como dispersante en las lechadas reduciendo su viscosidad.Desventajas:Puede causar algo de espuma durante su mezclado. No debe emplearse en lechadas que contengan FT-4. Tiene problemas de compatibilidad con la mayora de los reductores de filtrado pero puede utilizarse con FC-22, FC-52L y SGS-500L.Aditivos - RetardadoresRetardadores: Son agregados a las lechadas de cemento para prolongar el tiempode bombeabilidad en condiciones de media y alta temperatura. Como consecuencia retardan el desarrollo de Resistencia a la Compresin. Actan por mecanismos combinados de Adsorcin, Precipitacin y Complejado de productos de reaccin sobre los granos del cemento reduciendo la reaccin de hidratacin.Los mas usuales son: LIGNOSULFONATOS ACIDOS CARBOXILICOS DERIVADOS DE CELULOSA COMPUESTOS INORGANICOSAditivos - RetardadoresLignosulfonatosLos ms comnmente usados son lignosulfonatos de sodio y calcio no refinados. (SR-2 y SR-6) Son usados en concentraciones que van de 0.1% a 1.5% BWOC. Son efectivos en temperaturas hasta 300F (BHCT) Este rango puede ser extendido hasta temperaturas de hasta 400F con extendedores adecuados (SR-7) Tienen una accin dispersante.Efecto de los Lignosulfonatos sobre el Tiempo de Bombeabilidad400 Tiempo de Bombeabilidad (min) 300 200 100 0 150 200 BHCT (F) 0,3% SR-6 0,5% SR-6 0,75% SR-6 250 300Aditivos - Retardadorescidos CarboxlicosLos ms usuales son sales de Acido Ctrico, Glucnico y Glucoheptnico. Pueden aplicarse hasta 400F. Se utilizan de 0.1 a 0.5% BWOC. Tienen una leve accin dispersante. Actan complejando el Ca++ y adsorbindose sobre los sitios activos de hidratacin.cido Ctricocido Glucnicocido GlucoheptnicoAditivos - RetardadoresDerivados de CelulosaEl mas comnmente usado es CMHEC (Carboximetilhidroxietilcelulosa) (SR-11 Ex-Diacell LWL). Usado en temperaturas hasta 200 F, en concentraciones de 0.1 a 1% BWOC. Incrementa la viscosidad de la lechada y funciona tambin como Reductor de Filtrado.Efecto de los Derivados de Celulosa sobre el Tiempo de Bombeabilidad400 300 200 100 0 140 160 180 BHCT (F) 0,3% SR-11 0,5% SR-11 200 220Tiempo de Bombeabilidad (min)Aditivos - RetardadoresCompuestos InorgnicosSe utilizan tambin otros compuestos inorgnicos como: cidos y sus Sales: Brico, Fosfrico, Crmico, etc. Cloruro de Sodio: concentraciones > 20% xidos: De Zinc y Plomo Tetraborato de Sodio: usado como extendedor para lignosulfonatos. Base Fosfonatos: SR-6 LAditivos - ExtendedoresLos Extendedores son usados para : Reducir la densidad de la lechada: Para reducir la presin hidrosttica durante la cementacin y evitar prdidas de circulacin. Incrementar el Rendimiento de la lechada: Los extendedores reducen la cantidad de cemento a usar para llenar un volumen determinado de anular, logrando as economizar. Los extendedores ms usados son: Extendedores de agua: Arcillas o agentes viscosificantes o materiales con alta superficie especfica que permiten el agregado de agua sin generacin de excesiva agua libre. Agregados de Baja Densidad: Se adicionan materiales de densidad menor que la del cemento (3.15 gr/cm3) . Extendedores Gaseosos: El agregado de Nitrgeno o aire permite lograr extremadamente bajas densidades, aunque su preparacin y colocacin es compleja.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Extendedores de AguaMientras ms agua se incorpore a la lechada, sin deteriorar sustancialmente las propiedades, menor densidad final tendr.Reologa Filtrado Bombeabilidad Agua Libre Resistencia a la compresinAditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Bentonita (85% Smectita)La hidratacin de las arcillas aumenta su volumen original produciendo altas viscosidades, resistencia de gel y capacidad de soportar slidos en suspensin.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Bentonita (Cont.)En la medida que se incrementa el porcentaje de bentonita la densidad de la lechada baja e incrementa el rendimiento, pero cae la resistencia y se incrementa la permeabilidad.200 F100 FAditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Bentonita (Cont.)VentajasMezcla: En planta en seco o prehidratada Reologa: Mantiene buenas propiedades an a bajas densidades Agua salada: Puede usarse pero pierde eficiencia Eficiencia: Aumenta cuando se prehidrata previamente (4 a 1). Costo: reducidoDesventajasResistencia: Cae substancialmente con la densidad Permeabilidad: Aumenta con la disminucin de densidad, luego es menos resistente a sulfatos y otros corrosivos de formacin. Contaminantes: El K+ en el agua de mezcla inhibe la hidratacin Requerimiento de agua: Por cada 1% de bentonita agregada es necesario adicionar 5.3% de agua (a partir de la R a/c).Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Silicato de SodioEl silicato de sodio reacciona con el calcio del cemento para formar un gel de silicato de calcio que provee suficiente viscosidad para permitir que se usen grandes cantidades de agua de mezcla sin excesiva agua libre separada.VentajasMezcla: En planta - metasilicato (sol.) o en agua de mezcla - silicato (liq.) Reologa: Mantiene buenas propiedades an a bajas densidades Agua salada: Puede usarse sin inconvenientes Cantidades: Se requiere poca cantidad, esto simplifica el almacenamiento y manipuleo (uso off shore). Costo: ReducidoDesventajasAcelera: Acorta la bombeabilidad. Accin qumica: Quita eficiencia a otros aditivos como red. de filtrado, retardadores, etc.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)PuzolanasSon materiales silceos o siliceo-aluminosos con mnimas o nulas propiedades cementicias. Cuando son agregadas a la lechada en forma finamente dividida (mayor superficie especfica), se combina con el (OH)2Ca que libera el cemento en su proceso de hidratacin formando un componente cementicio. Las puzolanas pueden ser: Naturales: Tierra de Diatomeas y cenizas volcnicas Artificiales: como ciertas cenizas voladorasAditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)VentajasMezcla: En planta o las cementeras suelen entregar cemento puzolnico. Reologa: Similar a las lechadas con bentonita. Resistencia: Tiene mayor que un extendedor tradicional por la actividad de las puzolanas. Permeabilidad: muy baja, sin excesiva agua tiene menos de 0.001 mD, esto ayuda a resistir sulfatos y otros agentes corrosivosDesventajasCosto: Suele ser muy elevado.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)Tierras de DiatomeasCompuestas por esqueletos silceos de diatomeas depositadas en lechos de aguas. Para su uso como extendedor son pulverizadas hasta un tamao de partcula similar al cemento y por lo tanto el material tiene una gran rea superficial y alta demanda de agua.VentajasReologa: Imparte a la lechada propiedades similares a la bentonita; pero no incrementa la viscosidad de la lechada en tan alto grado. Resistencia: Mayor resistencia a la compresin que las lechadas con bentonitaDesventajasCosto: Elevado CostoAditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)Fly Ash (Ceniza Voladora)Residuo de plantas de generacin de energa elctrica que queman carbn. Las cenizas son transportadas por los gases en forma de partculas fundidas y luego se solidifican con formas redondeadas. Las cenizas tienen una superficie expuesta del orden del cemento, el principal componente de las cenizas es el slice y la almina con algo de oxido de hierro, calcio, lcalis y magnesio, cuarzo, hematita y magnetita. De acuerdo a la composicin, las propiedades de las cenizas varan (2.0 a 2.7 kg/Lt).Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)Fly Ash (Cont.)VentajasResistencia: Ms rpido desarrollo de resistencia.DesventajasAgua libre: Requiere adicin de bentonita para controlarla. Reologa: Debido al alto contenido de cal, la reologa debe ser monitoreada cuidadosamente. Composicin: variable, luego lo son sus propiedades.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)MicrosliceEs un subproducto de la produccin de aleaciones de silicio. Tamao de partcula: 0.1 a 0.2 micrones (cerca de 50 a 100 veces ms fina que la partcula de cemento o las cenizas puzolnicas). rea Superficial: 15.000 a 25.000 m2/kg). Concentracin normal de uso: 15%Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Puzolanas (Cont.)Microslice (Cont.)VentajasFiltrado: Ayuda en el control de filtrado de la lechada. Migracin de gas: Se ubica en la matriz de cemento colaborando en el control de migracin de gas. Superficie expuesta: extremadamente alta, lo que lleva a alto requerimiento de agua. Logrando sin agua libre una aceptable resistencia an para bajas densidades. Temperatura: Es recomendado para altos gradientes trmicos (pozos termales).DesventajasCosto: Elevado comparativamente con otros extendedoresAditivos Extendedores (Extendedores de Agua)MicrocementoSu composicin es similar al cemento normal pero su granulometra es 10 veces ms fina. Por lo tanto el rea superficial es extremadamente alta (6500 a 9000 m2/Kg) lo que incrementa el requerimiento de agua. Pueden obtenerse lechadas con densidades de 12.5 a 11 ppg con 100 a 180 % de agua. Se logra un rpido desarrollo de la resistencia a la compresin.Aditivos Extendedores (Extendedores de Agua)Microcemento (Cont.)VentajasCementacin a presin de microanillos: El tamao de partculas permite sellar microanillos. Superficie expuesta: extremadamente alta, lo que lleva a alto requerimiento de agua. Logrando sin agua libre una aceptable resistencia an para bajas densidades. Rpido desarrollo de resistenciaDesventajasCosto: Elevado comparativamente con otros extendedoresAditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Perlita ExpandidaEs un vidrio volcnico partido, que se expande al calentarse. La perlita expandida asi producida tiene una densidad bulk de 0.124 Kg/l lo cual permite formular lechadas con densidades tan bajas como 12.0 Lb/gal (1.44 gr/Cm3). Una pequea cantidad de bentonita (2 a 4% BWOC) debe ser adicionada para prevenir la segregacin de partculas de la lechada. La perlita expandida contiene: poros abiertos, cerrados y matriz. Bajo la presin hidrosttica los poros abiertos llenos de agua y algunos de los poros cerrados se rompen y como resultado la perlita incrementa su densidad y por ende la mezcla que la contiene. Por lo tanto, para preparar una lechada con una densidad determinada en fondo de pozo, es necesario mezclar la lechada a una densidad menor en superficie.Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Perlita Expandida (Cont.)VentajasMezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones. Temperatura: Es recomendado para cementar pozos termales o inyeccin de vapor, es un buen aislante trmico.DesventajasBaja resistencia: A 3000 psi la densidad de la perlita expandida es de 2.4 Kg/LtAditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Gilsonita (Rafaelita)Se obtiene en depsitos naturales de asfaltita mineral. Es un slido negro y angular, con un amplio rango de tamao de partculas (hasta 0.6 cm) y por esto es utilizado tambin como material para prdida de circulacin. Es inerte en las lechadas de cemento y se mezcla con el cemento produciendo un aumento de volumen de lechada y una disminucin del peso. Tiene una densidad de 1.07 Kg/lts y pueden obtenerse lechadas de hasta 12 ppg (1.44 Kg/lt) Posee un requerimiento de agua de 2 gal/ft3 Su punto de fusin es de 385 F (196 C) pero puede ocurrir ablandamiento a 240 F (116 C), por lo tanto no se recomienda su uso en pozos con BHST mayores a 300 F (149 C).Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Gilsonita (Cont.)VentajasMezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones. Costo: Razonablemente econmicoDesventajasBaja resistencia: No soporta elevadas presiones, luego la densidad final de la lechada es superior a la programada. Temperatura: Hasta 300F Otros aditivos: Requiere de la adicin de bentonita para mantenerla en mezcla.Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)MicroesferasSon pequeas burbujas llenas de gas, con gravedades especficas que varan entre 0.4 y 0.8. Esto permite preparar lechadas de alta resistencia, baja permeabilidad y densidades tan bajas como 8.05 lb/gal (1.02 Kg/l) Se utilizan en pozos con bajos gradientes de fractura, y en muchos casos su uso ha eliminado la necesidad de cementacin en etapas. Existen dos tipos: Microesferas cermicas (Esfelite) Microesferas de Vidrio (UL-4000)Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)Esfelite (Microesferas cermicas)Esferas huecas fabricadas de xidos de slice y aluminio. El gas interior es una mezcla de CO2 y N2. Tienen una gravedad especfica de 0.7 a 0.8 y una densidad bulk de 25 #/ft3. El tamao promedio de partcula es de 125 m. Son susceptibles a la ruptura y colapso cuando son expuestas a altas presiones hidrstticas y como resultado la densidad de la lechada se incrementa. No se recomienda su uso cuando la presin de fondo excede las 4500 psi.Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)Esfelite (Cont.)Resistencia del Esfelite7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 % de Microesferas Rotas Resistencia del Esfelite 30 40Presin (psi)Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)Esfelite (Cont.)14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 9,5Efecto de la presin sobre la densidad de lechadas con EsfeliteDensidad de lechada (lb/gal)0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Presion (psi) 9#/gal 10,5#/gal 12#/galAditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)Esfelite (Cont.)Efecto del Esfelite sobre la densidad de lechadas150,0 Microesferas (% BWOC) 100,0 50,0 0,0 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 Densidad de Lechada (lb/gal) Densidad de lechadaAditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)Esfelite (Cont.)VentajasMezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones. Temperatura: Soporta altas temperaturas, apta para pozos termales. Resistencia: Elevada an a bajas densidad de lechadas. Permeabilidad de lechada: Baja.DesventajasCosto: Elevado comparado en otros alivianantes naturales.Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)UL-4000 (Microesferas de vidrio)Son fabricadas con vidrio tipo pirex (borosilicato), tienen forma esfrica y color blanco transparente. Otorga fluidez y lubricidad a la lechada, disminuyendo la viscosidad de la misma. El tamao de partcula es similar al cemento. La distribucin del tamao puede variar de 20 a 200 micrones, con espesor de paredes de 0.5 a 2 micrones. Son ms livianas que las microesferas cermicas, tienen una gravedad especfica de 0,38 a 0,6.Gravedad especfica 0,38 Presin de colapso (psi) 4000 Distribucin 10 % (m)Espesor de pared de 0.5 a 2 m16 44 68Distribucin 50 % (m) Distribucin 90 % (m)Aditivos Extendedores (Materiales de baja densidad)Microesferas (Cont.)UL-4000 (Cont.)VentajasMezcla: Se realiza en seco. Resistencia: Elevada an a bajas densidad de lechadas. Permeabilidad de lechada: Baja Nota: Es la mejor opcin para rangos de densidad por debajo de 10 ppg.DesventajasMezcla: por la baja densidad requiere consideraciones especiales, transporte neumtico, etc. Costo: El ms elevado, se deben evaluar aspectos de resistencia y rendimiento.Aditivos Extendedores (Extendedores Gaseosos)Nitrgeno (Cemento Espumado)Sistema compuesto por cemento, agua, aditivos, estabilizador de espuma (surfactante) y nitrgeno. Se pueden lograr densidades que van desde 4 a 15 ppg, por lo que permite cubrir una amplia gama de posibilidades de cementacin. Desarrolla relativamente alta resistencia a la compresin, baja permeabilidad y puede ser usado para levantar anillos de cemento sin superar el gradiente de fractura. Provee proteccin a formacones sensibles al agua dulce, como arcillas, lutitas y sal. Si se utiliza el gas en una lechada de corto tiempo de bombeabilidad, puede se til para controlar grandes flujos de agua de formacin, complicada por formaciones de bajo gradiente de fractura. Controla la percolacin de gas de formacin, ya que es un cemento compresible. Provee proteccin trmica, ya que es un excelente aislante trmico. Puede ser usado a temperaturas desde 28 F a 600 F.Aditivos - ExtendedoresResumenTIPO DE EXTENDEDOR RANGO DE DENSIDADES OBTENIBLES (lb/gal) 11.5 a 15 COMENTARIOS RANGO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION (Para una densidad De 12.5 lb/gal) 300 a 1000 psiBentonitaColabora en el Control de Filtrado Requieren bajos porcentajes de uso. Compatible con agua de mar. Se obtienen muy bajas densidades. Resistencia a la Compresin medias Compresi Preparacin compleja Preparaci Muy buenos valores de Resistencia a la Compresin, resistencia Compresi trmica y propiedades aislantes.Silicatos de Sodio11 a 14600 a 800 psiCemento Espumado4 a 15600 a 1200 psiMicroesferas Cermicas Cer8.3 a 151000 a 2300 psiAditivos - DensificantesDensificantes: Son utilizados para controlar formaciones sobrepresurizadas, congas o formaciones plsticas deformables. Bajo estas condiciones pueden necesitarse densidades de hasta 18 lbs/gal (2.16 g/cm3). Para ello se agregan materiales con altas gravedades especficas. Dichos materiales deben cumplir con ciertos criterios: La distribucin de tamao de partcula del material debe ser compatible con el cemento. (Partculas grandes tienden a decantar y partculas muy pequeas incrementan la viscosidad). El requerimiento de agua debe ser bajo. El material debe ser inerte con respecto a la hidratacin del cemento y compatible con los aditivos de cemento. No deben reducir significativamente la resistencia del cemento No deben afectar el tiempo de bombeabilidadAditivos - DensificantesLos densificantes mas comnmente usados son:MATERIALGravedad EspecficaVolumen Absoluto (gal/lb) 0.027 0.024 0.028ColorRequerimiento de agua Adicional (gal/lb) 0.00 0.0023 0.024Ilmenita Hematita Barita4.45 5.02 4.33Negro Rojo BlancoAditivos - DensificantesIlmenita (FeTiO3)Es un material negro granular con una gravedad especfica de 4.45. Tiene poco efecto sobre el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresin. Generalmente viene en granulometras gruesas por lo tanto debe ajustarse la reologa de la lechada para evitar decantacin. Pueden obtenerse densidades de hasta 20 lb/gal (2.4 gr/cm3)Aditivos - DensificantesHematita (Fe2O3)Posee una gravedad especfica de 5.02. El material viene en grnulos cristalinos rojos, con una distribucin de tamao de partcula fina. Por lo tanto en altas concentraciones debe agregarse dispersante a la lechada para controlar la viscosidad. Pueden lograrse lechadas con densidades de hasta 22 lb/gal (2.64 gr/cm3)Aditivos - DensificantesBarita (BaSO4)Es un material blanco grisceo en polvo, que es fcilmente disponible en la mayora de las locaciones, aunque no es tan buen densificante como la ilmenita o hematita. Su gravedad especifica es de 4.33 , pero requiere agregado de agua adicional con lo cual pierde eficiencia como densificante. Este agregado de agua tambin disminuye la resistencia a la compresin del cemento fraguado. No obstante pueden lograrse lechadas de hasta 19 lb/gal (2.28 gr/cm3)Aditivos - DispersantesLas lechadas de cemento son suspensiones concentradas de partculas slidas en agua (hasta 70%). La reologa de estas suspensiones depende de: El fluido intesticial entre las partculas (agua de mezcla) De la fraccin de slidos De la interaccin entre partculas Por lo tanto la reologa es afectada por la carga inica del agua de mezcla y por distribucin de cargas superficiales de las partculas de cemento. Los dispersantes o reductores de friccin, ajustan las cargas de las partculas sobre la superficie para obtener las propiedades reolgicas deseadas. Son complejos qumicos aninicos( grupo hidroflico cargado negativamente), que se adsorben sobre la partcula de cemento y las separa suspendindolas uniformemente en el agua de mezcla. Como consecuencia hay menor resistencia al movimiento y mayor movilidad de las partculas, proporcionando una disminucin de la viscosidad. Se induce as el flujo turbulento.Aditivos - DispersantesEn las etapas tempranas de la hidratacin del cemento se forma una estructura gelatinosa de C-S-H que otorga cargas negativas a la superficie de las partculas. Los iones Ca+2 en solucin competirn por esos grupos cargados negativamente formando: Puentes entre dos granos (aumento de viscosidad) Uniendo dos grupos en el mismo grano (Inerte) Unindose a un sitio lo cual dejar una carga remanente positiva (dispersin) Segn el caso ser el comportamiento reolgico de la lechadaAUMENTO DE VISCOSIDADC2SH- +Ca+ -HSC2 C2SH- + Ca C2SH- ++INERTECa+ -HSC2C2SH- +Ca+DISPERSIONAditivos - DispersantesCuando el cemento y agua se mezclan se forma una estructura que previene el flujo debido a la interaccin entre partculas. Cuando se le aplica un esfuerzo existe un valor mnimo para que comience a moverse (Punto de Fluencia). Hasta este valor la lechada se comporta como un slido y luego de este valor se comporta como un lquido con una determinada viscosidad (Viscosidad Plstica). Esta viscosidad ir variando en la medida que el sistema es agitado y se va rompiendo la interaccin electrosttica entre partculas.Efecto de los dispersantes sobre la reologia de lechadas60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 100 200 300 Velocidad de corte (RPM) Esfuerzo de corte (Lectura de Fann)Pendiente de la curva= Vp Ordenada al origen= PF V aparente= Esfuerzo de corte/velocidad de corte (decrece al aumentar el esfuerzo de corte)Lechada NetaLechada DispersaAditivos - DispersantesUna vez que se excede el punto de fluencia, la lechada no se comporta como una unidad singular, sino que se rompe en piezas de agregados de partculas que se mueven unas entre otras. La ruptura del agregado puede del agregado puede conseguirse por accin de corte o por adicin de un dispersante. Ambas acciones dejan una porcin de agua intersticial entrampada en los agregados y por esto, el volumen efectivo de la fase dispersa es mayor que el de los granos de cemento y la viscosidad de la lechada decrece.AGITACION ADICION DE DISPERSANTESFLOCULACION DISPERSIONAditivos - DispersantesCuando el cemento se mezcla con agua, existen sitios con cargas positivas y negativas sobre la superficie de los granos de cemento. Estos sitios interactan unos con otros para crear una red estructural continua, que debe romperse si la lechada va a ser bombeable. Los dispersantes mas usados son polianiones que se agregan a la solucin y se adsorben sobre los sitios positivamente cargados de las partculas de cemento evitando la interaccin entre partculas y haciendo que se repelan entre s por cargarse negativamente.C2SH- +Ca+ - O3SSO3 -C2SH- +Ca+ - O3SSO3 -Aditivos - DispersantesEl dispersante ms utilizado es un PolinaftalenSulfonato (FT-4)Se utiliza en concentraciones que van desde 0.2 a 1.5% BWOC, y es compatible con la mayora de los aditivos usados en cementacin. No se recomienda su uso en lechadas con sal (NaCl) ya que causa un incremento en la viscosidad. Una excesiva concentracin de dispersante puede ocasionar la sedimentacin de slidos. Debido a su composicin qumica proveer cierto retardo en el tiempo de bombeabilidad cuando se aplique en BHCT de hasta 200F.Aditivos Reductores de FiltradoCuando la lechada de cemento es alojada a travs de una formacin permeable bajo presin, ocurre un proceso de prdida de fluido llamado Filtrado. Filtrado La fase acuosa de la lechada escapa hacia la formacin, dejando las partculas de cemento detrs. Si este proceso no es controlado se producen serias consecuencias sobre el trabajo de cementacin. A medida que el volumen de agua decrece, la densidad de la lechada se incrementa y su comportamiento reolgico, bombeabilidad y resistencias diferirn del diseo original. Si la prdida es suficientemente grande, la lechada se torna imbombeable y puede producirse un frage espontneo (flash set). El Ensayo de Filtrado API se realiza a travs de una malla 325 registrando la prdida de fluido en 30 minutos con un diferencial de presin de 1000 psi. Una lechada de cemento solo tiene una prdida que excede los 1500 cc/30 min. En las lechadas se busca controlar el filtrado a valores del orden de 50 a 200 cc, e incluso menores para el caso de cementaciones en formaciones gasferas.Aditivos Reductores de FiltradoPara controlar el Filtrado son utilizados aditivos llamados Reductores de Filtrado. Un buen Reductor de Filtrado debe cumplir con las siguientes condiciones: Buen control de Prdida de Fluidos. Estabilidad con la Temperatura. Tolerancia al pH. Compatibilidad con el resto de aditivos de cementacin (Sales, dispersantes, retardadores, etc). No afectar notablemente las condiciones de frage de la lechada (Bombeabilidad, Resistencia a la Compresin, etc). Control de Agua Libre y de Sedimentacin de Slidos. Otorgar viscosidad controlada a la lechada durante su mezcla en superficie y durante la colocacin de la lechada en el pozo.Aditivos Reductores de FiltradoEl mecanismo de control es complejo pero bsicamente es a travs de la formacin de una torta de filtrado de cemento y otros slidos a travs de la superficie permeable la cual impide el libre paso de fluidos hacia la formacin. Existen dos mecanismos de control, uno a travs de la reduccin de permeabilidad de la torta y el otro incrementando la viscosidad de la fase acuosa.e k Velocidad de Filtrado: V = Q = k P__ A e MALLA 325MALLA 325Aditivos Reductores de FiltradoComposicin de la LechadaCemento marca: Reductor de filtrado: Reductor de friccin: Antiespumante: Extendedor: Inhibidor de arcillas: Acel. de frage: Cloruro de Sodio: Otros aditivos: HERCULES FC-52 L AE-11L Tipo "G" 3 Lts/Bsa 0.0% BWOC 0.2% BWOC 0.0% BVOW 0.0% BWOC 0.0% BWOC 0.0% BWOW 0.1% BWOC 0.0% BWOC 0.0% BWOC 60.0%DIACEL LWLAgua de PozoAgua de LaboratorioPerdida por Filtrado API Temperatura de ensayo 57 C 134.6 F Tiempo (min) 0.5 1.0 2.0 5.0 7.5 10.0 15.0 25.0 30.0 Filtrado ml 0.80 1.40 2.60 6.00 8.00 9.70 12.30 14.50 15.00 gr Presin de ensayo 1000 psiPerdida de Filtrado16 14 12 108 6 4 2 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0FiltradoDensidad del fluido pesado (gr/lt): Blowout : ml en minutos 30.00 ml/30min ml/30mintPerdida por Filtrado API:Perdida por Filtrado API Calculada:Aditivos Reductores de FiltradoComposicin de la LechadaCemento marca: Reductor de filtrado: Reductor de friccin: Antiespumante: Extendedor: Inhibidor de arcillas: Acel. de frage: Cloruro de Sodio: Otros aditivos: COMODORO FC - 50 AE-11L Tipo "G" 1.2% 0.0% BWOC 0.2% BWOC 0.0% BVOW 0.0% BWOC 0.0% BWOC 0.0% BWOW 0.3% BWOC 15.0% BWOC 0.0% BWOC 65.0%MET.SILde SODIO RAFAELITA Agua de LaboratorioAgua de PozoPerdida por Filtrado API Temperatura de ensayo C F Tiempo (min) 0.5 1.0 2.0 5.0 7.5 10.0 15.0 25.0 30.0 Filtrado ml 3.80 7.20 8.30 9.60 10.50 11.20 12.40 14.10 15.00 gr Presin de ensayo psiPerdida de Filtrado16 14 12 10 8 6 4 2 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0ktDensidad del fluido pesado (gr/lt): Blowout : ml en minutos 30.00 ml/30min ml/30minPerdida por Filtrado API:Perdida por Filtrado API Calculada:FiltradoAditivos Reductores de FiltradoLos Reductores de Filtrado ms utilizados son bsicamente de tres tipos: Materiales slidos que disminuyen la permeabilidad de la torta (ingresan en la torta de filtrado y se alojan entre las partculas de cemento): Bentonita, Carbonatos, slicas, ltex (LTX-L) Polmeros solubles que trabajan sobre la viscosidad del agua de mezcla: Hidroxietilcelulosa (HEC), CarboxiMetilHEC (FC-2, SR-11 (ex-Diacell LWL), Polmeros aninicos sintticos (FC-22, FC52-L) Combinaciones de ambos (FC-50)HECCMHECAditivos Materiales para Prdida por CirculacinPrdida por circulacin se define como la infiltracin parcial o completa de un fluido de circulacin (lodo, espaciador, cemento, etc.) en su totalidad hacia la formacin, a diferencia del filtrado donde solo se pierde una fraccin lquida de dicho fluido. Las prdidas de circulacin ms frecuentes ocurren en : LECHOS DE GRAVA: Depsitos o intervalos de arenas de alta permeabilidad y granulometra elevada que aceptan fluidos viscosos a altos caudales. El uso de materiales obturantes gradados (10 a 100 mesh) normalmente solucionan las prdidas. Se utilizan slicas, carbonatos, celofn, cscara de nuez, etc. BOLSAS O CAVERNAS: El principal problema en estos casos es conocer el tamao de las cavernas. El uso de lechadas convencionales no da resultado. Deben usarse cementos tixotrpicos, diesel/cemento, diesel/bentonita, u otros materiales ultraviscosos que provean soporte artificial a la columna hidrosttica de lodo. FRACTURAS: Es ms complicado controlar la prdida, pues una vez iniciada la fractura esta crece rpidamente aceptando cada vez ms fluido. La nica forma de controlarlo es a travs de tapones ultraviscosos como Temposeal. Tambin puede bombearse cemento detrs de dicho tapn para estabilizar la zona cercana al pozo. En caso de tratarse de una zona de inters puede utilizarse MC Cemento Magnsico el cual puede ser removido posteriormente.Aditivos Aditivos EspecialesADITIVO PARA MEJORAR LA TENACIDAD DEL CEMENTO: MFB-12 (Microfibras) Los cementos aditivados con MFB 12 combinan la alta resistencia a la compresin con una muy buena resistencia a la traccin, elasticidad aceptable y valores de tenacidad significativamente superiores a los del cemento estndar o con cualquier otro aditivo (incluso ltex). La incorporacin de MFB 12 no altera ninguna propiedad fsico qumica de la lechada y su mezcla en campo no reviste complicaciones operativas. El MFB 12 se utiliza en cantidades que varan de 0.3 a 0.5 % BWOC. Estas cantidades hacen que el incremento en el costo de la lechada no sea significativo.Aditivos Aditivos EspecialesPozo Cementado sin MFB 12Previo al punzado Post-punzadoAditivos Aditivos EspecialesPozo Cementado con MFB 12Previo al punzado Post-punzadoAditivos Aditivos EspecialesADITIVO INHIBIDOR DE CORROSIN EN CEMENTO : ICC-1La incorporacin de un inhibidor de corrosin a las lechadas disminuye la velocidad de corrosin del acero en todos los casos y condiciones ensayados. La incorporacin del inhibidor de corrosin a las lechadas no altera sus propiedades fsicas e inhibe el proceso de corrosin localizada (picado). La cementacin completa del pozo empleando lechadas alivianadas y aditivadas con inhibidor de corrosin permite evitar las fallas por corrosin externa de casings, y prolongar la vida til del pozo sin la necesidad de recurrir a sistemas de control de corrosin auxiliares.Aditivos Aditivos EspecialesEFECTO DE LOS ADITIVOS COMUNES DE CEMENTACION SOBRE LAS PROPIEDADES DE LAS LECHADAS Adit. Prdida CirculacinReduct.de FiltradoRetardadoresAceleradoresDispersantesAumenta Disminuye Densidad Aumenta Disminuye Viscosidad Aumenta Disminuye Tiempo Bombeabilidad Acelera Retarda Filtrado Aumenta Disminuye Resistencia Temprana Aumenta Disminuye Resistencia Final Aumenta Disminuye Durabilidad Aumenta Disminuye Casing Conducc. Guia Tipos de Trabajo Intermedia donde son mayormente Casing Producc. usados Liner Squeeze TaponesRequerimiento de AguaX XXX X XX X X X X X XX X X X X XXX X X X XXXX X XXXX XX X XX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX XX X XX X XX Efecto Menor Efecto MayorAgua de MarSal (10-20%)Silica FlourPuzolanasBentonitaHematitaArenas