CEMEN-FORZADA

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA INGENIERIA PETROLERA MCAL.”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

INTRODUCCION:

La cementación forzada es el proceso por el cual se usa presión hidráulica para forzar (inyectar) la lechada de cemento a través de los agujeros o ranuras (baleos) de la cañería y dentro del espacio anular y/o la formación”El proceso decementación primaria ha sido usado por más de 70 años para sellar y soportar las cañerías de revestimiento en un pozo. Desafortunadamente, los resultados no son siempre exitosos y durante la vida de muchos pozos se han requerido de ciertos trabajos de corrección. Entonces la Cementación forzada es el nombre que se la da a la operación efectuada por una unidad de alta presión, donde las presiones alcanzadas son relativamente altas para inyectar el cemento a la formación, a través de los orificios de los disparos efectuados en el interior de la tubería de revestimiento. El propósito de esta técnica es para corregir una mala cementación primaria detectada por el respectivo registro eléctrico para control de calidad de cementación.

OBJETIVOS

Conocer los principios básicos de una cementación forzada o remedial. Analizar los objetivos principales y los tipos de cementacion forzada.

MARCO TEORICO

CEMENTACION FORZADA

Operación que se realiza en un pozo en el cual se forza bajo presión hidráulica una lechada de cemento en una formación, en canales o rajaduras detrás del revestidor o a través de orificios hechos a propósito en el revestidor.

Causas que pueden originar una cementación forzada

Reparar un trabajo de cementación primaria que falló debido

a canalización de cementación

* Eliminación de intrusión de agua desde arriba, abajo o entre

la zona de producción de agua

* Reducir la relación Gas/Petróleo producida, aislando las zonas

de gas de los intervalos de petróleo adyacentes

* Reparar fugas en el revestidor debido a que este se encuentra corroído

FUNDAMENTOS BÁSICOS DE UNA CEMENTACIÓN FORZADA


Forzamiento de cemento en fracturas a alta presión o dentro de las perforaciones de un revestidor, usando forzamiento a baja presión, es básicamente un proceso de filtración

La tasa de aumento de la torta es una función de la permeabilidad de la formación, la presión diferencial aplicada, el tiempo y la capacidad de la lechada para perder fluido

El revoque del cemento formado en contra de las paredes de la formación permeable, inicialmente posee alta permeabilidad que permite una rápida deshidratación de una lechada cuya pérdida de fluido no es controlada.

La lechada ideal es aquella capaz de controlar la tasa de crecimiento del revoque de tal forma que crezca un revoque uniforme sobre todas las superficies permeables

CEMENTOCEMENTO DESHIDRATADO DESHIDRATADO

FORMACIONFORMACION

NODOS DE NODOS DE CEMENTOCEMENTO

REVESTIDORREVESTIDOR CEMENTACIONCEMENTACION PRIMARIA PRIMARIA


Técnica de la cementación forzada por Hesitación

La construcción de un revoque dentro de los túneles de las perforaciones o dentro de fracturas previamente inducidas, requiere el mismo procedimiento básico de aplicar una presión diferencial para inducir la deshidratación de la lechada

La cantidad relativamente pequeña de pérdida de filtrado de la lechada, hace impráctico, mas no imposible, el bombeo continuo suficientemente despacio para reemplazar el volumen perdido a la formación y el mantenimiento de una presión diferencial constante

La tasa de bombeo mínima realizable con el equipo superficial existente o de uso corriente es excesiva aun para los trabajos de forzamiento a alta presión, en los cuales se crean grandes fracturas.

El único procedimiento que hace posible la deshidratación de pequeñas cantidades de cemento en el interior de las perforaciones o en cavidades de formación, es la aplicación intermitente de presión separada por un periodo de caimiento de la presión causado por la perdida de filtrado hacia el interior de la formación

La caída de presión inicial rápida, porque no existe revoque, esto permitirá que al comienzo del trabajo los periodos entre las etapas de bombeo sean cortos.

A medida que el revoque crece, el periodo de filtración se vuelve más largo y las diferencias entre las presiones iníciales y finales menores, hasta que al final del trabajo, la caída de presión se vuelve despreciable. En esta etapa, una prueba de


300 a 500 Lpc sobre la presión final de inyección seguida por una pendiente constante e igual a cero, indicará el final del proceso de deshidratación

DISEÑO DE LA LECHADA

Las propiedades de la lechada deben ser programadas de acuerdo a las características de la formación en la cual se va hacer la cementación forzada y la técnica que se va a utilizar

Entre las condiciones o propiedades de la lechada que hay que tomar en cuenta están:

* Perdida de Fluido

* Volumen de la lechada

* Tiempo de Espesamiento

* Dispersión

* Técnicas de Cementación Forzada

Baja Presión

Alta Presión

PÉRDIDA DE FLUIDO

Es importante cuando se cementa en una formación de alta permeabilidad, usando técnicas de baja presión. Una lechada diseñada apropiadamente, permitirá el llenado completo de las cavidades de las perforaciones, dejando que crezca una protuberancia mínima en el revestidor.


La perdida de fluido varia de acuerdo con la permeabilidad de la zona a ser

tratada. En formaciones de baja permeabilidad se acepta, generalmente de 100 a

200 ml / 30 min, mientras que para formaciones de alta permeabilidad podría ser

necesario 50 a 100 ml / 30 min

En la cementación forzada a alta presión, cuando se sobrepasa la presión de

fractura de la formación, la lechada es bombeada dentro de las fracturas inducidas

y se deshidrata en contra de las paredes de la fractura. Si la permeabilidad de la

formación es suficientemente alta, una lechada de perdida de fluido de media a

alta (200-500 ml), permitirá la formación de revoque y la desviación subsecuente

de la lechada hacia las fracturas mas pequeñas

VOLUMEN DE LA LECHADA

Depende de la longitud del intervalo a ser cementado y de la técnica de colocación

a ser usada.

- A baja presión, el volumen total es usualmente lo suficientemente pequeño

como para llenar las cavidades de las perforaciones y el volumen del

revestidor en frente de las perforaciones con cemento deshidratado.

- A alta presión, el volumen de cemento a ser colocado en fracturas inducidas

es difícil de estimar porque es función de la anchura y altura de las fracturas

generadas.

Es bajo si se fractura a baja tasa de bombeo y mantenimiento de presión de

inyección por debajo de la presión de propagación de las fracturas

Si el forzamiento se lleva a cabo a alta presión y a alta tasa de bombeo, se

utilizarán grandes cantidades de cemento a ser bombeadas hacia la formación

TIEMPO DE ESPESAMIENTO

Cementaciones forzadas a profundidades someras, comúnmente se utilizan

aceleradores tal como el Cloruro de Calcio (CaCl2), el cual reduce el tiempo al

cual el cemento desarrolla resistencia compresiva inicial

Cementaciones forzadas a grandes profundidades en formaciones de baja

permeabilidad, es necesario extender el tiempo de bombeo de la lechada

retardadores comunes como Lignosulfonatos, Acidos Orgánicos, Sal, etc..


DISPERSIÓN

La capacidad de una lechada para penetrar fracturas pequeñas y angostas es

proporcional a su fluidez. Lechadas viscosas, aunque son muy útiles cuando se

cementan hoyos grandes, no fluyen dentro de los canales pequeños o angostos, a

menos que sean sometidas a altas presiones diferenciales que en todo caso están

limitadas por la presión de fractura de la formación.

Las lechadas adelgazadas con bajo punto cedente, son obtenidas utilizando

dispersantes reductores de fricción o inductores de turbulencia

TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN FORZADA

Cementación a Baja Presión

Forzamiento de la lechada a presión por debajo d la presión de fracturamiento de

las formaciones. El propósito de esta operaciones llenar las cavidades de las

perforaciones y huecos interconectados con cemento deshidratado.

Las forrmaciones que rodean los huecos o fracturas, deben tener la suficiente

permeabilidad y las cavidades por si mismo, deben estar libres de fluidos dañinos

tales como lodos o salmueras de completacion que construyan sólidos. La

presencia de este tipo de fluidos frente a la lechada podría inhibir la deshidratación

del cemento en algunas perforaciones, dejando en ellas, lechada no deshidratada.

Técnicas de Cementación Forzada:

Cementación a Baja Presión:

Las subsecuentes pruebas de producción con la tubería de perforación (DST) o

las pruebas de producción en si, someterán a estas perforaciones a una presión

diferencial negativa que pueden remover tales tapones parciales de sus cavidades

El volumen de cemento en este tipo de operación es relativamente pequeño,

debido a que realmente no se bombea ninguna lechada dentro de la formación

Cementaciones forzadas en perforaciones de formaciones depletadas, la

colocación del cemento en frente de las perforaciones, puede ser la única forma

de evitar el fracturamiento de la formación como un resultado de la presión

hidrostática

Técnicas de Cementación Forzada



Si se va a efectuar un forzamiento desde el cabezal (bull-head squezze), son

aplicables los siguientes calculos:

Maxima pres. permisible en perforaciones :

Presion de fractura - 500 Lpc ( factor de seguridad )

X representa la maxima columna de cemento que la formacion puede soportar con

seguridad.

El volumen maximo de la lechada de cemento es por consiguiente:

Vmax = ( XVt ) (pies3)

Técnicas de Cementación Forzada:



Donde :

h = Profundidad de las perforaciones (pie)

X = Longitud de la columna de cemento (pie)

Ds = Densidad de la lechada de cemento (Lbs/gal)

Dc = Densidad del fluido de completación (Lbs/gal)

FG = Gradiente de Fractura de la formación (Lpc/pie)

500 = Factor de Seguridad (Lpc)

Vt = Volumen de la tubería por unidad de long. (pie3/pie)

k = Distancia de la empacadura a las perforaciones (pies)

Ejemplo

Se va a efectuar una cementación forzada en un pozo en el cual las perforaciones a ser perforadas están a 6250 pies, con tubería de producción de 2 1/2” de diámetro interno, dentro de un revestidor de 7”; 30 Lbs/pie. Se va a asentar la empacadura a 6150 pies

Gradiente de fractura estimado: 0.7 Lpc/pies

Fluido de Desplazamiento: Salmuera de 8.6 Lbs/gal

Lechada de cemento: Clase G

Densidad: 15.8 Lbs/gal

Rendimiento: 1.15 Pies3/saco


Usando la formula para el cálculo de la máxima columna permisible de cemento:

Cementacion a Alta Presion

Existen algunos casos en que la cementación a baja presión de las perforaciones no cumple con los objetivos del trabajo. Los canales detrás del revestidor pueden no estar directamente conectados con las perforaciones; las pequeñas fracturas o microanillos pueden permitir el flujo de gas, pero no una lechada de cemento. En tales casos,se necesita agrandarlos para que acepten un fluido viscoso de acarreo de sólidos

La colocación del cemento por detrás del revestidor se lleva a cabo fracturando las formaciones en o cerca de las perforaciones. Los fluidos que van delante de la lechada son desplazados en las fracturas, permitiendo que el cemento llene los espacios deseados

La aplicación de la técnica de Hesitación, deshidratara la lechada en contra de las paredes de la formación, dejando todos los canales desde la fractura hasta las perforaciones llenas de revoque del cemento

Durante la cementación forzada a alta presión, la localización y orientación de la fractura generada, no puede ser controlada. La extensión de las fracturas es función de la tasa de bombeo aplicada después que la fractura es iniciada; así, la


cantidad de cemento usada depende de la forma como sea llevada a cabo la operación. Las altas tasa de bombeo generaran fracturas grandes y subsecuentemente se necesitaran grandes volúmenes de cemento para llenarlas

Tecnica de cementación forzada a alta presión.

Se debe impedir o minimizar la utilización de lodos de perforación o fluidos de baja perdida de agua delante de las lechadas. Un espaciador con alta perdida de agua tal como el agua o una solución débil de Acido Clorhídrico, no solo abrirá las fracturas mas pequeñas, sino que también limpiara las perforaciones y la trayectoria del cemento.

La presión de iniciación de la fractura será menor usando este tipo de preflujo que cuando se utilizan fluidos no penetrantes

TECNICAS DE COLACIÓN DE LA LECHADA CON CEMENTACIÓN FORZADA

Con empacadura

El principal objetivo de estas técnicas es el aislamiento del revestidor y del cabezal mientras se aplica alta presión en el fondo del pozo. La prueba y cementación de zonas múltiples es una operación donde se usan comúnmente las empacaduras

En la cementación forzada se usan empacaduras asentadas bien sea por tensión o por compresión, tienen una válvula de desviación del flujo para permitir la circulación de los fluidos durante la bajada en el pozo y una vez que ha sido asentada la empacadura, permitiendo a la vez la limpieza de las herramientas después de realizado el trabajo


Los retenedores de cemento con cable se usan en vez de las empacaduras para evitar el regreso del fluido cuando no se espera deshidratación del cemento o cuando las altas presiones diferenciales negativas perturban el revoque del cemento.

Cuando se cementan zonas múltiples, el retenedor de cemento aislará las perforaciones interiores y el subsecuente forzamiento de la zona se puede llevar a cabo sin esperar el fraguado de cemento.

Los retenedores de cemento son empacaduras perforables previstos de una válvula de doble paso que evita el flujo en una o ambas direcciones. Se opera con un Stringir, colocado en el extremo inferior de la sarta de trabajo

Tapones

Los tapones - puente perforables se usan normalmente para aislar el revestidor debajo de la zona a ser tratada. Con un diseño similar a los retenedores de cemento, pueden ser bajados con cable o mecánicamente, los tapones puentes no permiten flujo a través de la herramienta.

Los tapones - puente recuperables, pueden ser bajados en un viaje con la empacadura y recuperados después que el cemento ha sido circulado inversamente o perforado.

Procedimiento de trabajo

1. Zonas inferiores son aisladas mediante un tapón puente recuperable o perforable.

2. Las perforaciones son lavadas usando una herramienta de lavado de perforaciones. Si no existe peligro de dañar las perforaciones inferiores, esta operación se puede realizar antes de bajar el tapón puente, que puede ser bajado en un solo viaje con la empacadura.

3. La herramienta de lavado de las perforaciones es recuperada y la empacadura bajada en el hoyo con una sarta de trabajo colocada a la profundidad deseada y probada (Generalmente con 1000 Lpc). La empacadura es bajada con o sin tubería de cola. Si el cemento va a ser colocado como un bache en frente de las perforaciones, se debe bajar con la empacadura un tubo de cola de longitud de 10 a 15 pies.

4. Se lleva a cabo una prueba de inyectividad con agua o una salmuera limpia, libre de sólidos. Si en el hoyo hay un fluido, este debe ser desplazado de las


perforaciones antes de comenzar la inyección. Esta prueba da una idea de la permeabilidad de la formación al filtrado del cemento.

5. El preflujo o fluido de fractura es circulado hoyo abajo con la válvula de desviación de la empacadura abierta, para impedir el forzamiento de fluidos dañinos delante de la lechada. Se debe aplicar una pequeña contrapresión en el espacio anular para evitar la caída de la lechada, causada por el efecto del tubo en U.

Si no se ha bajado tubería de cola, se debe cerrar la válvula de desviación de la empacadura 2 o 3 barriles antes de que la lechada alcance a la empacadura. Si el cemento va a ser colocado como un bache en frente de las perforaciones, con la empacadura sin asentarse para la circulación tan pronto como el cemento cubra la zona deseada, se saca la tubería de cola fuera de la lechada de cemento y se asienta la empacadura a la profundidad deseada.

Si se baja tubería de cola, la distancia mínima entre las perforaciones y la empacadura, esta limitada a la longitud de la tubería de cola. La empacadura no debe ser asentada muy cerca de las perforaciones, ya que, la comunicación a través del espacio anular sobre la empacadura puede causar el colapso del revestidor. Las condiciones del revestidor y la posible contaminación del cemento, limitan el máximo espaciamiento entre empacadura y la zona tratada.


6. La presión de forzamiento se aplica en la superficie. Si se practica una cementación forzada a alta presión, la formación es fracturada y se bombea la lechada de cemento hacia las fracturas y después se aplica la técnica de Hesitación. Si se desea cementación forzada a baja presión, se comienza el proceso de hesitación tan pronto como se asienta la empacadura.

7. La Hesitación continúa hasta que no se observe disminución de presión. Una prueba adicional de alrededor de 500 Lpc sobre la presión de inyección indicara el final del proceso. Generalmente, las perforaciones bien cementadas toleraran presiones por encima de la presión de fracturación.

8. Se verifica el desahogo de la presión y los retornos; si no se observa retorno, se abre la válvula de desviación de la empacadura y se circula inversamente el exceso de cemento. El lavado de cemento en frente de las perforaciones se puede realizar desasentando la empacadura y bajando lentamente la sarta de trabajo durante la circulación inversa.

9. Las herramientas son sacadas y se deja que se fragüe el cemento por el tiempo recomendado, generalmente de cuatro a seis horas.

Prácticas y conclusiones mas importantes durante las operaciones de cementación forzada

1. En la mayoría de los trabajos de cementación forzada se emplea algún tipo de control de la filtración para mantener fluidez y reducir la deshidratación prematura de la lechada durante la colocación.

2. Las altas presiones de forzamiento que anteriormente se pensaban que eran esenciales para obtener éxito en un trabajo de cementación forzada, se consideran ahora indispensables, cuando se usa un cemento de tasa de filtración controlada.

3. Si ocurre fractura de la formación, antes o durante una operación de cementación forzada, generalmente, se bombean grandes volúmenes de lechada antes de que ocurra el taponamiento.

4. La técnica de la baja filtración proporciona un mejor control para dirigir el flujo de cemento hacia los canales u hoyos angostos detrás de la tubería. También reduce las cantidades de cemento requeridas para las operaciones de cementación forzada.


5. Se pueden diseñar lechadas para obtener máxima eficiencia de sellado en zonas de Calizas o Dolomitas fracturadas (cemento de fraguado rápido puede ser precedido por una lechada de baja perdida de agua).

6. Las pruebas y trabajos para el diseño de una cementación forzada son generalmente realizados bajo condiciones API, usando un cedazo de malla 325, a un diferencial de presión de 1000 Lpc, cuando no existan disponibles núcleos de la formación para hacer tales pruebas.

7. El beneficio de la Hesitación durante la operación de bombeo es que la deposición de los sólidos del cemento en contra de la formación puede ser más fácilmente controlada. Como una regla general se puede decir que mientras más rápida es la deposición, mas pronto se puede conseguir un trabajo de cementación forzada exitoso.

8. En situaciones cuestionables es preferible usar una empacadura recuperable, porque contiene una válvula de contrapresión.

9. Una manera efectiva de lavar partículas de lodo en las perforaciones tapadas es la de colocar una solución ácida delante de un trabajo de cementación forzada.

10. El tiempo de espera por el cemento (WOC), después que se consigue la presión de forzamiento, no debe exceder necesariamente de 8 a 24 horas, ya que el revoque deshidratado crece en resistencia rápidamente, con su baja relación agua / cemento.

CONCLUCIONES

La cementacion forzada es la operación que se realiza en un pozo en el cual se forza bajo presión hidráulica una lechada de cemento en una formación, en canales o rajaduras detrás del revestidor o a través de orificios hechos a propósito en el revestidor .

Volumen de la lechada depende de la longitud del intervalo a ser cementado y de la técnica de colocación a ser usada

o A baja presión, el volumen total es usualmente lo suficientemente

pequeño como para llenar las cavidades de las perforaciones y el volumen del revestidor en frente de las perforaciones con cemento deshidratado.

o A alta presión, el volumen de cemento a ser colocado en fracturas

inducidas es difícil de estimar porque es función de la anchura y altura de las fracturas generadas.


Si ocurre fractura de la formación, antes o durante una operación de cementación forzada, generalmente, se bombean grandes volúmenes de lechada antes de que ocurra el taponamiento

Las pruebas y trabajos para el diseño de una cementación forzada son generalmente realizados bajo condiciones API, usando un cedazo de malla 325, a un diferencial de presión de 1000 Lpc, cuando no existan disponibles núcleos de la formación para hacer tales pruebas

En situaciones cuestionables es preferible usar una empacadura recuperable, porque contiene una válvula de contrapresion

Una manera efectiva de lavar partículas de lodo en las perforaciones tapadas es la de colocar una solución ácida delante de un trabajo de cementación forzada

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