Antecedents de La Cementacion

8/18/2019 Antecedents de La Cementacion

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ING. MARIA SELVA ALCOBA ALARCON CEMENTOS

PETROLEROS

1. CEMENTO PORTLAND1.1. DEFINICION

Es una mezcla compleja de caliza (u otros materiales con alto contenido de carbonato de calcio), sílice,hierro y arcilla, molidos y calcinados, que fragua y se endurece al reaccionar con el agua.Los componentes que forman el cemento son óidos superiores de oidación lenta. Esto significa queterminan su grado de oidación al estar en contacto con el aire al enfriarse.El cemento !ortland es, adem"s, el ejemplo típico de un cemento hidr"ulico#fragua y desarrolla

resistencias a la compresión como resultado de la hidratación, la cual in$olucra reacciones químicasentre el agua y los componentes presentes en el cemento.%e todos los cementos, el !ortland es el m"s importante en cuanto a t&rminos de calidad, desarrollode resistencia a la compresión, tensión y a los sulfatos# por lo cual es el material idóneo para lasoperaciones de cementación de pozos petroleros.'abe mencionar que algunos cementos !ortland se fabrican de manera especial debido a que lascondiciones de los pozos difieren significati$amente entre sí al $ariar su profundidad, temperatura,ubicación geogr"fica# etc. El fraguado y endurecimiento se presenta si el cemento se coloca en agua.El cemento fraguado tiene baja permeabilidad y es insoluble en agua, de tal forma que epuesto a &stano se destruyen sus propiedades. ales atributos son esenciales para que un cemento obtenga ymantenga el aislamiento entre las zonas del subsuelo.

1.2. FABRICACION1.3. PRINCIPALES COMPUESTOS DEL CEMENTO Y SUS FUNCIONES

Las materias primas fundamentales son las rocas calc"reas y arcillas. Estas se etraen de yacimientosa cielo abierto. tra materia prima que se utiliza es el yeso, que se incorpora en el proceso de lamolienda, para regular el tiempo de fraguado.Los materiales crudos se muelen y mezclan $igorosamente, así se obtiene una mezcla *omog&nea enlas proporciones requeridas, para lograrlo eisten dos procesos, seco y h+medo.

1.3.1. PROCESO SECOe preparan las materias primas y se pasan a un molino para homogeneizar el tama-o de laspartículas y su cantidad. continuación se pasan por un separador de aire y la lle$a a silosmezcladores para su almacenamiento antes de pasarse al horno rotatorio.

ANTECEDENTES DE LA CEMENTACION | 7MO B

ANTE

CEDE


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%iagrama del proceso seco!ortland 'ement ssociation, /010

1.3.2. PROCESO HUMEDO diferencia del proceso en seco, este efect+a una mezcla de las materias primas con agua para

mantener en forma m"s homog&nea la mezcla. e pasa por un molino para uniformar el tama-o departícula y, posteriormente, se pasa a contenedores que mantienen en mo$imiento la mezcla antes depasarla al horno rotatorio.

%iagrama del proceso humedo!ortland 'ement ssociation, /010



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1.4. TIPOS DE CEMENTO1.4.1. CEMENTO ESPUMADO

2ezcla de lechada de cemento, surfactante y estabilizador, al cual se le inyecta gas (nitrogeno)como material aligerante de la densidad.

• lta resistencia a la compresion ( 344 lpc ).

• 5aja densidad , baja permeabilidad y alta porosidad

• 5aja perdida de filtrado

6 5aja conducti$idad t&rmica

1.4.2. CEMENTOS DE BAJA DENSIDAD

2enor costo

6 e usa como cemento de llenado o barrido solamente

6 %ebe tener resistencia mínima de 344 Lpc 7 pulg 8 a /44 9: 7 8; hrs

1.4.3. CEMENTOS CON BENTONITA:ormado por 'emento, 5entonita post< hidratada, retaradador, agua. e recomienda que la5entonita no eceda el /4=. >o deben eponerse a temperaturas que ecedan 8?4 9:, debidoaque pierden resistencia con el tiempo ( @etrogresión )

1.4.4. CEMENTOS DE ALTA DENSIDAD

La densidad mas alta mediante la reducción de agua es de /A.4 Lpg y se consigue adicionandoun agente dispersante en concentraciones de 4.A3= al /= del peso del cemento seco.La resistencia de los cementos densificados aumenta logarítmicamente con el crecimientolineal del contenido de agua

1.5. CLASIFICACION API Y ASTM DE LOS CEMENTOS

El merican !etroleum Bnstitute (!B) ha identificado nue$e tipos de cementos de acuerdo a sucomposición química y propiedades físicas, y estos sonC

!B 'lase y 5 !B 'lase ' !B 'lase %, E y : !B 'lase D y *



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!B 'lase 1.5.1. CEMENTO DE CLASE A

%ise-ado para utilizarlo hasta una profundidad de 1444 ft, con temperaturas de hasta /A49:, donde no

se requieran propiedades especiale s y las condiciones del pozo lo permiten. >o brinda ningunaresistencia a los sulfatos.1.5.2. CEMENTO DE CLASE B

%ise-ado para emplearse hasta una profundidad de 1444 ft, con temperaturas de hasta /A49:, dondeno se requieran propiedades espe ciales y las condiciones del pozo lo permite, 5rinda una moderadaresistencia a los sulfatos.

1.5.3. CEMENTO DE CLASE C

e emplea hasta una profundidad de 1444ft, con temperaturas de hasta /A49:, puede emplearsedonde se requiere alta resistencia a la compresión temprana# genera una moderada y alta resistencia alos sulfatos.

1.5.4. CEMENTO DE CLASE D

Es empleado hasta una profundidad de /8444 ft, con temperaturas entre /A49: y 8?49:, y puedesoportar una presión moderada. iene una moderada y alta resistencia a los sulfatos.

1.5.5. CEMENTO DE CLASE E Y F

Este cemento se emplea en profundidades entre /;444 ft y /1444 ft, con temperaturas entre /A49: F8?49:, puede soportar al t as presiones. Denera una moderada y alta resistencia a los sulfatos.

1.5.6. CEMENTO DE CLASE G Y H

'om+nmente conocidos como cementos petroleros, pueden emplearse desde la superficie hastaprofundidades de /4444 ft, tal como se fabrican# y pueden modificarse con aceleradores yretardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión y temperatura.En cuanto a su composición química son similares al cemento !B 'lase 5.Est"n fabricados con especificaciones m"s rigurosas tanto físicas como químicas, por ello sonproductos m"s uniformes.

1.5.7. CEMENTO DE CLASE J

e quedó en fase de eperimentación y fue dise-ado para usarse a temperatura est"tica de ?3/9: de/1.444 ft de profund idad, sin necesidad del empleo de arena sílica, que e$ite la regresión de laresistencia a la compresión. En la tabla /.? se detalla propiedades importantes de los cementos !B deacuerdo a su clasificación.



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componentes

primarios

despues de lamezcla de

todos losmateriales

componentessecundarios


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1.6. COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTOe distinguen dos grupos de componentes. Los primarios son llamados así debido a suparticipación cuantitati$a y a su función y unos componentes secundarios o menores.

/.1./. '2!>E>E !@B2@B ilicato ric"lcicoC es un componente de mayor concentración y es el responsable de una

resistencia temprana (/ a 8G días). ilicato %ic"lcicoC Es el componente de baja hidratación del ambiente, y esto hace que

desarrolle su resistencia a largo plazo. luminato ric"lcicoC Es el responsable de proporcionar una hidratación r"pida al cemento y es

el componente que controla el fraguado y el tiempo de fraguamiento. !rotege al cemento delataque de los sulfatos.

:errito luminato etrac"lcicoC es el compacto que le da color al cemento, proporciona bajocalor de hidratación.

1.6.2. COMPONENTES SECUNDARIOS

Los 'omponentes !rincipales o ecundarios no se encuentran en el cemento en estado libresino combinados de tal forma que los de car"cter "cido neutralizan a los de car"cter b"sico.

El silice, la al+mina y el óido f&rrico combinados con la cal silicatos, aluminatos y ferritosc"lcico. on estos los constituyentes acti$os que confieren al cemento sus propiedadescaracterísticas. Los constituyentes sonC

2agnesioC En el 'linHer cumple un papel importante como aportador de la fase líquida. Eneceso puede dar lugar a una epansión al cemento ya fraguado.

nhídrido ulf+ricoC El ? del cemento pro$iene del yeso, y es agregado para que el cementotenga un fraguado adecuado. La dosificación se establece en $alores adecuados.

'al LibreC Es noci$a pues da origen a epansiones, hinchamientos y agrietamientos en elcemento.

IlcalisC >o deben eceder ciertas dosis, ya que pueden dar lugar a epansiones en el cemento.



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1.7. CARACTERISTICAS QUIMICA DE LAS MATERIAS PRIMASLas materias primas para la fabricación del cemento sonC caliza, arcilla, arena, material dehierro y yeso. LA CALIZA

Es una roca formada en su mayor parte por carbonato de calcio ('a'?) y una cantidad deimpurezas arcillosas. Este material aporta el óido de calcio ('a). A!"##$

Este material aporta el óido de aluminio l8?.

A%&$ ' M"&%$# (% H"%)

on los componentes correctores y se a-aden en los casos donde la materia prima disponibleno contengan los componentes químicos en cantidad suficiente. La arena aporta sílice (i8)y el mineral de hierro, óido f&rrico (:e8 ?). Y%*)

!or yeso entendemos el sulfato de calcio dihidratado, ('a; J 8*8) impurificado por otrosmateriales y otras $ariantes de sulfato c"lcico como el 'a; anhidro.


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 e Calcio ( CaSO4)

3% Otro! ("#O$ Cal lire$ Alcali!$ An&irio Sulfurico)


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El yeso se a-ade al 'linHer en proporciones $ariables entre límites de ; a G= para tener comoresultado que el cemento fragKe en un tiempo y en unas condiciones óptimas.

1.+. PROPIEDADES FISICAS DE LOS CEMENTOS

Las propiedades de los cementos usados en diferentes campos de petróleos $arían de acuerdo a lossiguientes factoresC Mbicación geogr"fica 'ondiciones del fondo del pozo ipo de trabajo de cementación ipo de lechadaLas propiedades del cemento pueden ser modificadas mediante la utilización de aditi$os y así cumplir los requerimientos para realizar un trabajo en particular.Los cementos de clasificación !B tienen propiedades físicas específicas para cada clase de cemento,mismas que b"sicamente definen sus características. lgunas de sus propiedades físicas sonC

1.+.1. G$,%($( %*-%!/"!$ 0G%%enota el peso por unidad de $olumen, sin tomar en consideración otros materiales, tales como el aireo el agua , es decir el peso en gramos del cemento específicamente# sus unidades g7cm?, Hg7L,ton7m?.

1.+.2. P%*) ,)#"!) 0P%enota el $olumen por unidad de masa. e toma en consideración el aire contenido entre los gramosde cemento# sus unidades g7cm?, Hg7L, ton7m?.

1.+.3. F"&%$* (% #)* 8$&)* (%# !%%&)Bndica el tama-o de los granos del cemento. u mayor influencia se da sobre el requerimiento de aguapara la preparación de la lechada. Esta característica es un factor determinante, pero no +nico, para laclasificación de los cementos.us unidades son cm87g, m87Hg. @epresenta el "rea epuesta al contacto con el agua y se determinacomo una función de permeabilidad al aire.

1.+.4. R%9%""%&) (% $8$ &)$#Es el agua necesaria para la lechada con cemento solo. %ebe dar // unidades de consistencia5earden (5c) a los 84 minutos de agitarse en el consistómetro de presión atmosf&rica a temperaturaambiente# se epresa en por ciento por peso de cemento.

1.+.5. R%9%""%&) (% $8$ &"$



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%enota el agua necesaria para la lechada de cemento. %ebe dar ?4 5c a los 84 minutos de agitarse enel consistómetro de presión atmosf&rica a temperatura ambiente# se epresa en por ciento por peso decemento.

1.+.6. D%&*"($( (% #$ #%!:$($

Es la relación entre la masa de la lechada de cemento y su $olumen, y est" en función de la cantidadde agua requerida# sus unidades g7cm?, lbs7gal, ton7m?.

1.;. CATEGORIA DE LOS ADITIOS Y SUS FUNCIONES

La temperatura y presión a la cual est" sometido un pozo, son algunos de los par"metros que influyenen el dise-o de una lechada que sea capaz de adecuarse a las condiciones de un pozo específico.!ara adecuarlas eisten compuestos que se agregan a la mezcla y que modifican las propiedades delamisma. estos compuestos se les llama aditi$os, que permiten que la lechada llegue a la zona deinter&s, y que el cemento cumpla con la función para la cual fue dise-ado.

continuación se mencionaran algunos de los aditi$os m"s utilizados en la industria petrolera.Este tipo de aditi$os son utilizados para obtener lechadas de cemento que nos permitan cubrir losrequerimientos de un pozo. Las características m"s comunes a ser afectadas por estos aditi$os sonC

%ensidad @esistencia a la compresión !ropiedades de fluido (reología) gua libre !&rdida de fluido

1.;.1. A!%#%$()%*Los aditi$os aceleradores de cemento cumplen con la función de acortar el tiempo de fraguado yreducir el tiempo de espera para el fraguado del cemento (N').Los aceleradores son ampliamente usados en tuberías superficiales, pozos poco profundos y taponesde cemento. Los m"s comunes sonC

1.;.2. C#)) (% !$#!") 0C$C#2 El m"s com+nmente usado %e un 8 a ;= por peso de cemento @esiste temperatura circulante de 34 a /44 9: En bajas concentraciones disminuye la $iscosidad Bncrementa la $iscosidad y la p&rdida por filtrado a altas concentraciones

1.;.3. C#)) (% *)(") 0N$C# @esiste temperaturas circulante de 34 a /84 9: / a 3= por peso de cemento Bncrementa p&rdida por filtrado @educe la $iscosidad

1.;.4. D%&*"/"!$&%*

El propósito de los densificantes es el contrarrestar altas presiones de formación. Estos aditi$os sonutilizados para obtener lechadas con densidades mayores a /G lb7gal las cuales tienen un bajorequerimiento de agua y tienentama-o de partícula uniforme. Los densificantes son aditi$os químicamente inertes y compatibles conotros aditi$os.

1.;.5. B$"$ @equiere agua adicional de mezcla (4.481; gal7lb)



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@esiste temperaturas de G4 a 344 9: !uede causar asentamiento e incremento de la $iscosidad @educe la resistencia a la compresión.

1.;.6. R%$($()%*

En algunos pozos profundos y de altas temperaturas, el fraguado puede ocurrir antes de llegar a lazona de inter&s# para e$itar esto, se agregan retardadores que hacen que la lechada fragKe en tiemposm"s largos# aunque reducen la resistencia a la compresión.

lgunas de las características que pueden tener este tipo de aditi$os sonC mbientalmente amigable 5uen desarrollo de resistencia temprana 2ejora el control de filtrado a altas temperaturas @esiste un rango de temperatura de G4 a 884 9: 'oncentraciones de entre 4./ a 8= 5N'

1.;.7. C)&)#$()%* (% P("($ (% F#"()Este tipo de aditi$os tiene como propósito e$itar la deshidratación de la lechada de cemento durante elbombeo cuando pasa frente a zonas permeables, donde se presenta el proceso de filtración.Estos aditi$os funcionan e$itando el flujo de agua desde la lechada hacia la formación.

lgunas características de estos aditi$os sonC Efecti$o a altas temperaturas 5iodegradable @esiste temperaturas de entre /44 y ;44 9: Oiscosifica ligeramente

1.;.+. D"*-%*$&%* ) R%$($()%* (% F"!!"


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