Cementacion - Lechadas Alivianadas

8/17/2019 Cementacion - Lechadas Alivianadas

1/142 Oilfield Review

Ligero como una pluma, duro como una roca

Abdullah Al-SuwaidiChristian HunAbu Dhabi Company for Onshore Oil Operations Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos

José Luis BustillosCiudad del Carmen, Méxic o

Dominique Guillot Joel RondeauPierre Vigneaux

Clamart, Francia

HusamHelouAbu Dhabi, EAU

José Antonio Martínez Ramírez José Luis Reséndiz RoblesPetróleos M exicanos (PEM EX)Ciudad del Carmen, Méxic o

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Wassim Assaad y Mohamed J emmali, Ahmadi,Kuwait; J ean Marc Boisnault, Philippe Drecq, BrunoDrochon, Martin Hyden, Bernard Piot y Benoit Vidick,Clamart, Francia; Leo Burdylo, Andre Garnier, Roger Keese,

Erik Nelson y Dwight Peters, Sugar Land, Texas, EUA; Sherif Foda y Philippe Revil, Abu Dhabi, EAU; Greg Garrison,Houston,Texas; Stephan Harris, Nueva Orleáns, Luisiana,EUA; y Robert Roemer, Aberdeen, Escocia.CBL Adviser, CBT (herramienta de Adherencia del Cemento),CemCADE, CemCRETE, CET (herramienta de Evaluación dela Cementación), LiteCRETE, PAL (registro de Análisis de la

Tubería), SFM (sistema de Monitoreo de la Fracción Sólida),USI (Imágenes Ultrasónicas) y Variable Density son marcasde Schlumberger. Windows es una marca de MicrosoftCorporation.

Hasta hace poco, era imposible diseñar y preparar lechadas de cemento de alta

calidad cuya densidad se acercara a la del agua. Los nuevos cementos ligeros

logran las bajas permeabilidades y la alta resistencia a la compresión necesarias

para garantizar la integridad del pozo y el aislamiento de las formaciones con

densidades lo suficientemente bajas como para impedir el fracturamiento de la

formación y las pérdidas de circulación.

El cemento del pozo que proporciona un com-pleto aislamiento de las formaciones, protege elmedio ambiente, aumenta la seguridad de lasoperaciones de perforación y ayuda a optimizarla producción. Sin un cemento de alta calidadque llene el espacio anular entre la tubería derevestimiento y la formación, los acuíferos deagua dulce que se encuentran por debajo oencima del yacimiento podrían verse contamina-dos por fluidos provenientes de otras formacio-nes. La tubería de revestimi ento no protegi da porcemento puede verse expuesta a la corrosión quecausan los fluidos de la f ormación. Los fluidos de

perforación cuyas densidades superan el gra-diente de fractura de la formació n pueden induciral fracturamiento de la misma. Durante las ope-raciones de perforación y cementación se puedenproducir pérdidas de circulación, y por lo tant o sepuede perder el control del pozo, lo que significaque los fluidos no retornan a la superficie, parti-cularmente si las formaciones débiles no estánprotegidas de la densidad del lodo o de lechadasque superen el gradiente de fractura de la forma-ción. En esos casos, los flu idos de perforaci ón sepierden en las fracturas y no vuelven al sistemade circulación de fluidos. La producción podría

verse afectada si los hidrocarburos fluyen haciacualquier parte que no sea el pozo mismo.

Las lechadas CemCRETE, introducidas en1995, mantienen estándares de alto rendimientoen condiciones extremas en el campo petrolífero,con un diseño de la distribución del tamaño delas partículas especialmente concebido para ase-gurar gran resistencia a la compresión y un com-pleto aislamiento de las formaciones para unamplio rango de densidades.1 Recientemente, la

versión ligera de la tecnología CemCRETE, cono-cida como tecnología LiteCRETE, ha sido mejo-rada y actualizada para proporcionar propiedadesfísicas comparables a la de una lechada cuyadensidad es similar a la del agua.

La tecnología mejorada LiteCRETE funcionaeficazmente en situaciones operacionales difíci-les. Quizás el mayor desafío en l os ambientes decementación ligera es controlar las pérdidas decirculación. Incluso los lodos de perforación máslivianos y las lechadas de cemento más ligerasse pueden perder en formaciones débiles o frac-turadas. La cementación de zonas de pérdidas de

circulación usualmente implica gastos extra paraherramientas de trabajo en etapas, operacionesde remediación y otros métodos que aseguren elaislamiento de las formaciones débiles y de losacuíferos.2

La tecnología de cementación ligera de altaeficiencia mejora el aislamiento de las f ormacio-nes. Los cementos ultrali geros protegen las fuen-tes de agua dulce y protegen la tubería derevestimiento de la corrosión, ya que permitencolumnas más altas en el espacio anular que laslechadas convencionales, incluso en áreas contendencia a pérdidas de circulación extremas.

Las formaciones débiles se pueden cementarcompletamente utilizando lechadas LiteCRETEque no exceden los bajos gradientes de fracturade la formación. Los tapones de LiteCRETE son losuficientemente fuertes como para emplearsecomo tapones de desviación o cucharas desvia-doras, y las tuberías de revestimiento cementa-das con los sistemas LiteCRETE se puedenperforar fácilmente sin provocar fracturamiento.La permeabili dad del cemento fraguado es menor


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que la del cemento Portland convencional ClaseG, y la resistencia a la compresión es comparablea la del cem ento Portland. Las aplicaciones de latecnología LiteCRETE son eficaces a temperatu-ras que varían de 80 a 450°F [27 a 232°C], pre-siones de fondo del pozo de hasta 8000 lpc [55.15MPa] y lechadas cuyas densidades varían de 8.2a 12.5 lbm/gal [0.98 a 1.50 g/cm3].

Este artículo describe la tecnología de cemen-tación de alto rendimiento, analiza cómo se hanlogrado crear y aplicar con éxito lechadas másligeras que el agua y demuestra el papel que ha

jugado la nue va te cno logía de M oni to reo de laFracción Sólida (SFM, por sus siglas en inglés) enhacer posibles las operaciones de cementaciónultraligeras sin utilizar un sistema de cementoenergizado. También se analizan los recientes éxi-tos operacionales logrados en Abu Dhabi y otrasáreas de Medio Oriente, y M éxico.

Aliviar la cargaLa tecnología CemCRETE es una tecnología delechada de concreto que optimiza el comporta-miento de la lechada durante su aplicación y que

asegura una alta calidad del cemento fraguadoPara crear estas lechadas de alto rendimiento, semezclan partículas de varios t amaños para maximizar la cantidad de partículas sólidas en un volumen de lechada dado (abajo). Las propiedades

> Distribución optimizada del tamaño de las par-tículas. Las partículas pequeñas ocupan el espa-cio vacío entre las partículas más grandes, locual resulta en una fracción más alta de sólidosen la lechada y en una menor permeabilidad delcemento fraguado.

1. Para una introducción a la tecnología CemCRETE, con-sulte: Boisnault J M, Guillot D, Bourahla A, Tirlia T, Dahl T,Holmes C, Raiturkar AM, Maroy P, Moffett C, Pérez MejíaG, Ramírez Martínez I, Revil P y Roemer R: “ConcreteDevelopments in Cementing Technology,” Oilfield Review 11, no. 1 (Primavera de 1999): 16-29.

2. Las herramientas de trabajo en etapas se utilizan en lasoperaciones de cementación por etapas, las que por logeneral se realizan al cementar formaciones débiles queno pueden soportar una alta columna de fluidos. Lasherramientas permiten que la lechada de cemento de laprimera etapa se aplique a través de la zapata de flota-ción o zapata guía y hacia arriba del espacio anular, pero

no más allá de la herramienta de etapa. Luego, se lanzauna herramienta de apertura, la que abre orificios en laherramienta de etapa e impide el acceso por debajo dela herramienta de apertura. La lechada de segunda etapase bombea dentro de la tubería de revestimiento, pasapor los orificios y se dirige hacia arriba en el espacioanular, completando así la operación de cementación.

En ocasiones puede requerirse un trabajo de llenado delespacio anular entre la formación y la tubería de revesti-miento. Estos trabajos consisten en bombear cementodentro del espacio anular desde la superficie, en lugarde bombear dentro de la columna de perforación paraque el cemento luego ascienda por el espacio anular.


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volumétricas del cemento, tales como la densidad,dependen de las propiedades de las part ículasmás gruesas. Las part ículas intermedias se selec-cionan para ofrecer una respuesta qu ímica especí-fica, como resistencia química o estabilidadtérmica. Las part ículas más pequeñas aseguranpropiedades de matriz específicas, entre las quese incluyen la estabilidad, el control de pérdida defluidos y la permeabilidad. Se pueden combinarvarios tipos de part ículas y distribuciones deltamaño de las part ículas para lograr una densidadde lechada específica y que a la vez mantenga lareología deseada; la lechada debe ser homogé-nea, estable y fácil de bombear.3 Se han mezcladoy bombeado con éxito lechadas de CemCRETE conun máximo de 65% de lechada seca y una densi-dad de hasta 24 lbm/gal [2.88 g/cm3].

En el otro extremo del espectro, se estándesarrollando lechadas cuyas densidades son

cada vez menores para responder a situaciones

de cementación dif íciles (arriba a la izquierda).Anteriormente, la densidad de la lechada se

po día reduc i r so lamente agregando agua ousando un sistema de cemento con espuma(cemento energizado). Sin embargo, aument ar el

contenido de agua de una lechada de cemento

Portland común produce cemento fraguado conalta permeabilidad, baja resistencia a la compre-

sión y escasa protección de la tubería de revesti-miento contra la corrosión.

El cemento energizado se desarrolló hacemás de 20 años para aplicaciones de cementa-ción ligera, y aún es útil en ciertas situaciones.4

Los sistemas de cemento energizado requieren

equipos especiales para incorporar nitrógeno o

aire a la lechada para reducir la densidad(izquierda). Se agrega un surfactant e a la lechada

para generar y estabili zar la espuma hasta que se

fragüe el cemento. Se han bombeado cementosenergizados con densidades que varían de los 3.5a los 15.0 lbm/gal [0.42 a 1.80 g/cm 3].5 Sin

embargo, el cemento energi zado con una calidad

4 Oilfield Review

5

10

Densidad del agua,8.3

15

20

25

D e n s i d a d

d e l a l e c h a d a ,

l b m / g a l

Sistemas de cementos

DensificadoPesado UltrapesadoPuroLigero

convencionalUltraligero

> Clasificación del cemento por densidad de la lechada.

Equipos de cementación convencional

Equipos de cementación energizada

Paquetemezclador

Unidad decementación

Purga de cemento energizadoAgua parala lechada

Lechada seca Cabezal del pozo

Generador de espuma

Bomba deni trógeno

Computadorade controldel proceso

Tanque de nitrógenode 2000 galones,

180,000 pc

Vá lvula de aislamientode nitrógeno

Camión de cementaciónUnidad de cementaciónmontada sobre patines

Densitómetro noradioactivo

Purga de nit rógenoBomba

energizante

Tanque de nitrógenode 2000 galones,

180,000 pc

> Equipo de cementación. Las lechadas convencionales se pueden mezclar y bom-bear utilizando una unidad de bombeo montada sobre patines o sobre un camión(arriba), con la lechada seca almacenada en silos en el sitio del pozo. Las operacio-nes de cementación energizada (abajo) requieren una bomba de nitrógeno, tanquesde nitrógeno y un contenedor para los aparatos electrónicos, medidores de flujo yotras herramientas, además del equipo utilizado para las operaciones de cementa-ción comunes. Debido a la variedad de equipos de perforación, el equipo de cemen-tación energizada se instala de manera diferente para cada trabajo, según sea elespacio disponible en el equipo de perforación.

3. Maroy P y Baret J F: “Oil Well Cement Systems, TheirPreparation and Their Use in Well CementingOperations,” Patente europea 621,247 (7 de julio de 1999).

4. Para obtener mayor información acerca del cementoenergizado, consulte: de Rozières J y Griffin TJ : “FoamedCement” en Nelson EB: Well Cementing . Sugar Land,

Texas, EUA: Schlumberger Dowell (1990): 14-1–14-19.

5. Referencia 4: 14-1.6. La calidad de la espuma es la relación entre el volumen

de gas y el volumen total del sistema, expresada comoporcentaje.Para obtener mayor información acerca de la caracteri-zación del cemento energizado, consulte: de Rozières Jy Ferrière R: “Foamed-Cement Characterization UnderDownhole Conditions and Its Impact on J ob Design,” SPE Production Engineering 6, no. 3 (Agosto de 1991): 297-304.


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de la espuma mayor al 30%, o una densidad de

aproximadamente 9.0 lbm/gal [1.08 g/cm 3] no

logra la baja permeabili dad y la resistencia de los

cemen tos LiteCRETE (abajo).6 Los cementos ener-

gizados se desempeñan adecuadamente en unnúmero limitado de aplicaciones específ icas,tales como el control de flujos de agua desdecapas cercanas a la superficie al perforar enzonas de aguas profundas, pero los sistemas

LiteCRETE de f raguad o rápido también se desem-peñan bien en estas condiciones.

La distribución optimizada del tamaño de laspartículas y las part ículas especiales de baja den-sidad de las lechadas LiteCRETE permiten el

ajuste de las propiedades de la l echada, indepen-

dientement e del contenido de agua. Las lechadas

LiteCRETE más ligeras tienen densidades meno-res a 8.34 lbm/gal [1.00 g/cm3], suficientementeligeras como para que un cubo de cemento fra-

guado flote en el agua. A pesar de sus bajas den-sidades, estas nuevas lechadas ultraligeras con-

tienen 60% de sólidos y 40% de agua cuando sonbombeadas. Una vez fraguados, los cementos

ultraligeros LiteCRETE logran la baja permeabili-

dad y alta resistencia a la compresión de la pri-mera generación de cement os Lit eCRETE.

Innovación para el control de calidadUn factor importante para la aplicación exitosade la lechada de baja densidad y para lograr las

propiedades ideales del cemento fraguado es el

control de calidad. Una medida clave de la cali-

dad de las lechadas de cemento es la fracci ónsólida, es decir, el porcentaje de mezcla seca dela lechada. La fracción sólida se puede calculardividiendo el volumen de lechada seca por el

volumen de la lechada de cemento, y multipli-

cando por cien. La fracción sól ida más la porosi-

dad, o contenido de agua en la lechada, equiva

len al 100%. En una operación de cementaciónindividual, los densitómetros miden la densidadde la lechada, y la fracción só lida se calcula apartir de las mediciones de densidad. En lecha

das ultraligeras, sin embargo, las densidades de

la lechada seca y el agua de la mezcla son cas

iguales, por lo que los densitómetros no puedendistinguir entre agua y sólido. La densidad seríala misma incluso si la lechada estuviera com

puesta completamente por agua. Aunque los tra

bajos pequeños se pueden mezclar por tandasbajo estricto control de calidad en un laboratorio

esto resulta poco práctico para trabajos querequieren grandes volúmenes de lechada. Eequipo de ingeniería que desarrolló los sistemasLiteCRETE de baja densidad reconoció la importancia de inventar una tecnolog ía complementaria de control de calidad.

> Comparación de la resistencia a la compresión y de la permeabilidad de cementos fraguados energizados y LiteCRETE.

R e s i s t e

n c i a a l a c o m p r e s i ó n ,

l p c

Densidad, lbm/gal

3500

3000

2500

2000

1500

1000

50 0

08 9 10 11 12 13

Ce m en t o e ne rg i za do Ce m en t o Li t eCRETE

L o g a r i t m

o d e l a p e r m e a b i l i d a d

, m D

Densidad, lbm/gal

3

2

1

0

-1

-2

-3

-48 9 10 11 12 13

Ce m en t o e ne rg i za do Ce m en t o Li t eCRETE

> Comparación de la permeabilidad del cemento fraguado. Los cubos de 8.0 lbm/gal [0.96 g/cm3] de cemento energizado y LiteCRETE flotan inicialmente en elagua, como se muestra en la fotografía de la izquierda. Después de un período de segundos a minutos, la mayor permeabilidad del cemento energizado per-mite absorber el agua y provoca su hundimiento, como se muestra en las fotografías de lapsos de tiempo.


5/14

El sistema SFM , inventado y patentado poringenieros del Centro de Productos Riboud de

Schlumberger en Clamart, Francia, es un nuevo

método para efectuar un control de calidad entiempo real de las lechadas, el cual determina

con precisión las relaciones entre l íquido ysól ido, independientemente de la densidad de lalechada.7 El sistema fue creado durante un pro-

ceso de desarrollo del producto con un plazo muy

ajustado de sólo 90 días, y se utilizó por primeravez en Abu Dhabi. El sistema mide la proporciónde agua en la lechada y el flujo de la lechada ycalcula la fracción sólida a partir de dichas medi-

ciones (arriba). Aunque la tecnología SFM fuediseñada específi camente para operaciones decementación ligera, es eficaz para lechadas decualquier densidad.

La tecnología SFM permite que el personal acargo de la cementación mantenga las propieda-des deseadas de la lechada mientras se mezclan y

bombean de manera continua grandes volúmenesde lechada. El sistema requiere un medidor de

flujo para lechadas, el cual puede ser el densitó-metro no radioactivo ya disponible en las unidades

de cementación, además de sensores adicionales(un sensor que muestre el nivel de la l echada en el

tubo y un medidor de flujo de agua). Estos ele-mentos se pueden agregar f ácilmente a los equi-pos de mezclado terrestres o marinos (derecha).

Un programa de computación basado en Window scontribuye a que el personal a cargo de la cemen-

tación monitoree y ajuste la lechada cada vez quesea necesario, utilizando exactamente los m ismos

procedimientos que en el mezclado convencional

(página siguiente). En una apli cación de campo delsistema SFM , el 98% del volumen de la lechada

se ha mantenido dentro del 2% del objetivo de lafracción sólida.La tecnología SFM ha sido util izada en 55 tra-

bajos, 39 de los cuales incluyen sistemas

LiteCRETE, en M edio Orie nte, M éxico, Indonesiay Francia. El sistem a SFM se encuentra disponi-

ble en todo el mundo para su uso en lechadas

convencionales y LiteCRETE.

Evaluación de los cementos ligerosEl control de calidad durante la mezcla y el bom-

beo de lechadas es de fundamental importancia,

pero la evaluación del cemento fraguado es tam-

bi én clave para el éxito de un aislamiento de lasformaciones de larga duración. Una vez que lalechada ha sido bombeada y se convierte en

cemento fraguado, es importante evaluar el

cemento para confi rmar el éxito de su aplicación

y su capacidad para satisfacer l os objetivos. En la

mayoría de los casos, el cemento se aplica parasoportar la tubería de revestimiento, aislar zonasde agua e hidrocarburos y proteger la tuber ía derevestimiento de la corrosión o la erosión. Laspruebas hidráulicas simples — pruebas de pre-sión en la zapata de la tubería de revestimiento,pruebas de formación con tubería de perforación“ secas” para determinar si el cemento evitaráque los fluidos entren al pozo, o pruebas a travésde los disparos para comprobar la comunicaci óndel espacio anular — no pueden asegurar que secumplan todos estos objetivos, de modo que se

han desarrollado herramientas de adquisición deregistros para evaluar el cemento, las que miden

las propiedades acústicas del cemento fraguado.8

Los registros acústicos se utilizan para eva-luar la calidad de los trabajos de cementación,midiendo la propagación de ondas de sonido enlas proximidades del pozo. Las herramientas

ultrasónicas miden la impedancia acústica — ladensidad del material multipli cada por la veloci-

dad de la onda de compresi ón — del material quese encuentra detrás de la tubería de revesti-miento. En la mayoría de los casos, el materialsólido (cemento fraguado) muestra una impedan-cia acústica mayor que los l íquidos (lodo, fluidoespaciador o cemento l íquido). Por lo tanto, lasherramientas ultrasónicas se pueden utili zar paradiferenciar los só lidos de los l íquidos a través d eun contraste de impedancia acústica. Si un mate-rial sólido se distribuye uniformemente alrededorde la tubería de revestimiento a lo largo dealguna longitud m ínima requerida, se asegura elaislamiento hidráulico.

Las herramientas sónicas se basan en unprincipio diferente: la onda se propaga a lo largo

de la tubería de revestimiento. Las herramientassónicas responden a la impedancia acústica delmaterial sólido que se encuentra detrás de la

6 Oilfield Review

(1) Porosidad (%) = Volumen Agua en la lechada / Volu me nLechada x 100

(2) Fracción s ó l ida (%) = VolumenMezcla / Volu me nLechada x 100

(3) Fracción s ó l ida + Porosidad = 100 %

(4) Fracción s ó l ida a partir de las densidades = (ρLechada – ρAgua de la lechada) / (ρMezcla – ρAgua de la lechada)

(5) Fracción s ó l ida a partir de las tasas de flujo = (QLechada – QAgua de la lechada) / QLechada.

Ejemplos de cálculo de la fracción sólida a partir de las densidades

Cálculos de la fracción sólida

(8.38 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 36%(8.42 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 72%

> Cálculos de la fracción sólida a partir de densidades y tasas de flujo. La porosidadde la lechada y la fracción sólida se definen como la relación entre el volumen deagua de la mezcla y de lechada seca, y el volumen de la lechada. La porosidad de lalechada y la fracción sólida suman el 100%, como se muestra en las primeras tresecuaciones. La fracción sólida se puede calcular a partir de las densidades (cuarta ecuación) o las tasas de flujo (quinta ecuación). Los ejemplos de cálculos de la frac-ción sólida de densidades de lechada cercanas a la densidad del agua demuestranque una diferencia de +/- 0.02, o la resolución de un densitómetro, pueden producirvalores de la fracción sólida que varían entre el 36 y el 72%.

Caja deconexiones

M ezcladoraDensitómetro

M edidor de flujo de agua

Tubo de 6 bbl

Sensor del niveldel tubo

Tasa de fluj o del aguade la mezcla (Q w )

Tasa de flujo dela lechada (Q s )

SFM S l u r r y d e n s i t y ,

l b m / g a l

S l u r r y r a t e ,

b b l / m i n

S l u r r y v o l u m e ,

b b l

P u m p i m g p r e s s u r e ,

p s i

S o l i d f r a c t i o n ,

%

8: 01 8: 06 8: 11 8: 16 8: 21 8: 26 8:31 8: 36 8: 41 8: 46 8: 51 8: 56 9: 01 9:06 9: 11 9: 17

D ays

0

70

60

50

40

30

20

10

1200

1000

800

600

400

200

0

> Equipo SFM. Las unidades de cementación se pueden equipar con el sistemaSFM en cuestión de horas.


6/14Otoño de 2001 7

tubería de revestimiento. M ientras más alta seala impedancia del material adherido al revesti-

miento, mayor será la atenuación de la onda. Sinembargo, la atenuación se ve afectada por otrosparámetros, tales como la distribución de los

materiales sólidos y l íquidos alrededor de latubería de revestimiento. Por ello, la interpreta-ción de las mediciones de atenuación obtenidascon herramientas sónicas por lo general esmucho más dif ícil que la interpretación de unmapa acústico proveniente de una herramientaultrasónica. La combinación de herramientassónicas y ultrasónicas es más efectiva cuando seobtienen regist ros de cementos ligeros, ya que el

registro de Densidad Variable (VDL, por sus siglas

en inglés) de la herramienta sónica es la únicamedición que proporciona información acerca dela adherencia del cemento a la formaci ón.

Entre las mediciones sónicas se incluyen losregistros de adherencia del cemento, tales como

los de la herramienta de Adherencia del Cemento

CBT, que se utilizan para evaluar la adherencia

entre la tubería de revestimiento y el cemento,mediante ondas que se propagan de manera

paralela al revestimiento. Un transmisor env íaenergía acústica y un receptor mide las señalesque retornan de ondas que se desplazan a travésde la tubería de revestimiento, el cemento, el

lodo de perforación o alguna combinación deéstos. Entre los elementos que caracterizan unabuena respuesta sónica se encuentran una ampli-tud o atenuación que corresponda a la impedan-cia acústica esperada para el cemento ubicado

detrás de la tubería de revestimiento, señalesinexistentes o débiles de la tuber ía de revesti-miento en el registro VDL, y señales buenas apotentes de la formación en el registro VDL.

Entre las herramientas ultrasónicas seencuentran los dispositivos de ImágenesUltrasónicas USI y la herramienta de Evaluaciónde la Cementación CET, que emi ten ondas de alt afrecuencia que se propagan perpendicularmente

a la tubería de revestimiento. La energ ía queretorna a los receptores depende de las impe-

dancias acústicas de la tubería de revestimiento,del fluido dentro de la tubería y del material en elespacio anular. Puesto que l as impedancias acús-ticas de la tubería de revestimiento y el fluidoque se encuentra en su int erior son conocidas, es

posible determinar la impedancia acústica delmaterial en el espacio anular. A partir de esto, se

evalúa la adherencia entre la tubería de revesti-miento y el cemento. Las mediciones de impe-

dancia acústica se expresan por lo general enM egarayleighs (M rayl), o 106 kg/m2s. Una buena

respuesta ultrasónica es simplemente una impe-

dancia acústica superior a la del umbral del íquido a sólido en toda la zona que rodea a latubería de revestimiento. Cuando se obtienenestas respuestas satisfactorias a lo largo de un

tramo mínimo, se considera que las formacionesque están debajo de ella se encuentran asiladashidráulicamente de las formaciones que seencuentran por encima.

Un aspecto clave de las evaluaciones exito

sas consiste en comprender las propiedades de

cemento f raguado que se esperan de una mezcla

dada. Los cementos LiteCRETE no están compuestos en un 100% de part ículas de cementoTienen una menor impedancia acústica que lossistemas convencionales de cement o Portland de

1.90 g/cm3 [15.8 lbm/gal]; densidad comúnmenteutilizada para cementar las columnas de produc

ción. Es más dif ícil interpretar registros de lossistemas LiteCRETE que de los si stemas conven

cionales de cemento Portland de 1.9 g/cm3

debido a que se reduce el contraste de impedan

cia acústica entre sólidos y l íquidos. Puesto que

la densidad influye en la impedancia acústicamás que la velocidad, mientras m ás baja es ladensidad, más serio es el problema. Sinembargo, l os siste mas LiteCRETE también tienenuna mayor impedancia acústica — debido a lamayor fracción sól ida — que los sistemas decemento convencionales con la misma densidad

de modo que es más fácil obtener registros enellos que en cualquier otro sistema de cemento

diseñado con la misma densidad.Existen dos razones principales por l as que se

pueden malinterpretar los registros acústicosque pasan por los sistemas LiteCRETE. En prime

lugar, se espera que la respuesta sea tan buenacomo para un sistema convencional de cemento

Portland de 1.9 g/cm 3. Esta expectativa es inco

rrecta si se basa en el hecho de que estos dos

sistemas tienen casi la misma resistencia a la

compresión, ya que, de hecho, la respuesta delos registros acústicos no tiene nada que ver conla resistencia a la compresión. En segundo lugarla configuración predeterminada para algunasherramientas se basa en la respuesta de un sis

tema de cemento Portland convencional de 1.9

g/cm3. Para evitar malinterpretar los registros

ultrasónicos de cualquier cemento ligero, sepuede determinar la impedancia acústica basándose en el t iempo de tránsito, la densidad y latemperatura antes de obtener los registros.

0.00 bbl/min

0.00 bbl/min

0.00 bbl/min

54%

59% 3.28

0.0049%0.0 lbm/gal

0.0 bbl/min 16:18:27

56.0%

> Control de calidad en tiempo real. Una computadora portátil (abajo) con elprograma SFM muestra instantáneamente datos cruciales en formatos con-venientes y f áciles de leer (arriba).

7. Rondeau J y Vigneaux P: “Fluid Mixing System,”Solicitud de patente de los EUA 09/726,784, ingresada el11 de noviembre de 2000.

8. Para obtener mayor información acerca de la evaluaciónde la cementación, consulte: J utten J y Morriss S:“Cement J ob Evaluation,” en Nelson EB: Well Cementing. Sugar Land, Texas, EUA: SchlumbergerDowell (1990): 16-1–16-44.


7/14

El tiem po de tránsito del cemento fraguado sepuede medir usando un analizador ultrasónico decemento (UCA, por sus siglas en i nglés); la impe-dancia acústica del cemento se puede calcular apartir del t iempo de tránsito. Como alternativa,se puede utilizar el módulo de diseño y evalua-ción de la cementación CBL Adviser del programaCemCADE, para estimar la impedancia acústicaantes de que comiencen las operaciones de

cementación. Luego se puede ajustar la escaladel registro, o simplemente se puede interpretar

considerando cómo la impedancia acústica afec-ta rá las mediciones. Para registros ultrasónicos,es cuestión de ajustar adecuadamente el umbralde impedancia acústica entre l íquidos y sól idoscomo una función de la impedancia acústica dellodo que fue desplazado y el cemento fraguado

que se encuentra detrás de la tubería de revesti-miento. Además, la escala máxima de los mapasde impedancia acústica y cemento se debe adap-tar a la impedancia acústica del cemento fra-guado. Para registros sónicos, se util iza el

módulo CBL Adviser para predecir el 100% de laamplitud de adherencia o atenuación con la cualse comparan los valores medidos.

Quizás la información más significativa obte-nida de las iniciativas de evaluación de lascementaciones es si el trabajo de cementaciónprimaria es adecuado. Ésta es la base para deter-minar si son necesarias las operaciones de

cementación correctivas. En regiones con pérdi-das de circulación extremas, la definición de“ adecuado” puede variar desde un cemento quecubre la zona crítica hasta una adherencia del100% desde la profundidad total hasta la zapata

del revestimiento anterior.

Prevención de la corrosión enformaciones débiles de Abu DhabiLas formaciones Simsima y Umm El Radhuma de

Abu Dhabi, EAU, están compuestas por rocasdébiles de carbonato proclives a pérdidas de cir-culación masivas durante las operaciones de per-foración y cementación (arriba a la izquierda). Laempresa Abu Dhabi Company for Offshore

Operations (ADCO) aborda esta situación demanera adicional a las regulaciones locales, con

diseños de revestimientos específi cos, y progra-mas de fluidos que reducen al m ínimo las pérdi-das de circulación y la corrosión de la tubería derevestimiento.9

Las salmueras corrosivas de la formaciónpueden atacar la tubería de revestimiento, amenos que la capa de cemento a ísle y proteja latubería de revest imiento completamente(izquierda). La práctica convencional consiste encementar la tubería de revestimiento en dos eta-

8 Oilfield Review

ARABIA SA UDITA

IRAK

IRÁN

KUWAIT

EMIRATOSÁRABES UNIDOS

OM ÁN

N

0 150 300 mi llas

0 200 400 km

G o l f o d e O mán

G o l f o P é r s i c o

> Medio Oriente. Varias formaciones de carbonatos de Medio Oriente sonzonas de hidrocarburos altamente productivas, pero expuestas a las pérdidasde circulación.

3600

3700

P r o f u n d i d a d

, p i e s

0 0 555

Pérdida de flujo,arreglo superior

Corriente parásita,arreglo superior

Corriente parásita,arreglo inferior

Pérdida de flujo,arreglo inferior

V V V V

> Evidencia de corrosión. La corrosión exterior ocurre cuando fluidos agresi-vos pasan a través de cemento permeable. La corrosión se puede advertir enlas fotograf í as de la tuberí a de revestimiento (izquierda) y en las lecturas delregistro de Análisis de la Tuberí a PAL (derecha). La pérdida de flujo es un in-dicador de corrosión total; la pérdida de corriente parásita es una señal decorrosión interna. La corrosión en la parte superior de la tuberí a de revesti-miento es baja, excepto por un pequeño hueco alrededor de los 3602 pies. Enla parte inferior de la tuberí a de revestimiento, hay una corrosión interna ma-siva, indicada por la alta pérdida de flujo de 3712 a 3744 pies, y una corrosióninterna menor en el mismo intervalo.


8/14

Otoño de 2001 9

pas y efectuar un trabajo de llenado del espacio

anular si el cemento no llega a la super ficie. Sinembargo, las operaciones por etapas y los traba-

jo s de ll enado de l esp aci o anular no son mu y

deseables para el aislamiento a largo plazo. Las

operaciones de cementación por etapas son com-plicadas y tienen una tasa de f alla relativamente

alta. La herramienta de t rabajo en etapas, que es

similar a un manguito deslizable, tiende a ser un

punto débil y proclive a la corrosión. M ás tardeen la vida útil del pozo pueden desarrollarse fi l-traciones en la tubería de revestimiento en elpunto de la herramienta de trabajo en etapas.

La cementación hasta la superficie en unaoperación de una sola etapa es el m étodo ideal,ya que elimina la posibilidad de que ocurran fi l-traciones desde una herramienta de trabajo en

etapas y la posibilidad de una cobertura lineal o

radial inadecuada efectuada por el trabajo de lle-

nado del espacio anular. La selección de unacementación primaria de la mayor calidad posi-ble es una inversión práctica, ya que reduce lanecesidad de operaciones de cementacióncorrectivas durante la vida útil del pozo. Es igual-mente importante que el cemento fraguado pro-

teja el medio ambiente después del abandono

del pozo aislando las zonas de agua dulce, evi

tando la mi gración de fluidos hacia la superficie ymanteniendo la integridad de las adherencias de

la tubería de revestimiento con el cemento y decemento con la formación hasta mucho despuésdel abandono del pozo.10 Para est e fin, ADCO considera que el ciclo de vida de un pozo dura 50

años.El emplazamiento del cemento es dif ícil, ya

que las pérdidas de circulación ocurren rutinariamente en las formaciones Simsima y Umm E

Radhuma. El lodo a base de aceite o los fluidosde perforación aireados, con densidades de 8.0lbm/gal [0.96 g/cm3] — menos que la densidaddel agua — reducen las pérdidas durante la perforación; las lechadas de cemento ligeras sonnecesarias para evitar pérdidas de f lu idosdurante las operaciones de cementaci ónAdemás, el cemento fraguado debe tener bajapermeabilidad para reducir al m ínimo las posibilidades de corrosión en la tubería de revestimiento.

ADCO util iza tres esquemas distintos derevestimiento y cementación, según el pozo sedestine a una instalación ligera o pesada, o parafines de evaluación o pozos de gas (izquierda)Los sistemas ligeros LiteCRETE son parte clave

de cada diseño, ya que se pueden bombear a lasuperficie sin fracturar la formación o provocapérdidas de circulación. Las propiedades decemento fraguado, particularmente la baja per

meabilidad y la solubilidad extremadamente baja

al ácido, protegen la tubería de revestimiento dela corrosión.

Puesto que se esperaba que el volumen bom

beado en cada trabajo de cemento superara los500 bbl [80 m3], la capacidad de producir lechada

de manera continua era crucial. El sistema SFM

fue aplicado por primera vez en Abu Dhabi, y a

ju nio de 2001 , se habían efectuado allí 27 traba jo s con Lit eCRETE. De éstos, 25 tuvieron retornode cemento a la superficie.

Pozo de desarrolloInstalación ligera

Pozo de desarrolloInstalación pesada

Pozo de gaso de evaluación

Zapata derevestimiento de13 3 ⁄ 8 pulgadasen o sobre Rus

Caliza de Dammam

Lutita Nahr Umr

Zonas productivas

Anhidri ta/dolomita/caliza de Rus

Zonas de pérdida decirculación en las calizasde Simsima yUmm El Radhuma

M arga y lut i ta/caliza de FiqaCaliza de Shilaif

Revestimiento de95 ⁄ 8 pulgadasa través de lazona productiva

Zapata derevestimiento de13 3 ⁄ 8 pulgadasen Fiqa

Zapata derevestimiento de95 ⁄ 8 pulgadas sobrela zona productiva

> Diseños específicos de revestimiento y cementación en Abu Dhabi. Para los pozos de desarrollo sepuede instalar un revestimiento de 133 ⁄ 8 pulgadas bajo la formación Dammam(izquierda) o las formacio-nes Simsima y Umm El Radhuma (centro). La tuberí a de revestimiento de producción de 95 ⁄ 8 pulgadasse instala bajo la lutita de Nahr Umr, la que es sensible a los fluidos a base de agua y requiere presiónhidrostática para su control. En ambos diseños, el desaf í o consiste en lograr la mejor calidad posiblede la cementación. Para pozos de gas o de evaluación, se instala un revestimiento de 133 ⁄ 8 pulgadasdebajo de las formaciones Simsima y Umm El Radhuma antes de penetrar la zona productiva (derecha).En todos los casos, las lechadas ligeras LiteCRETE se pueden bombear hasta la superficie, resolviendolos problemas de pérdidas de circulación y a la vez, proporcionando un completo aislamiento de lasformaciones.

9. Mukhalalaty T, Al-Suwaidi A y Shaheen M: “IncreasingWell Life Cycle by Eliminating the Multistage Cementerand Utilizing a Light Weight High Performance Slurry,”artí culo de la SPE 53283, presentado en la ConvenciónPetrolera de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 20 al 23de febrero de 1999.

10. Para obtener mayor información acerca del abandono

permanente de pozos, consulte: Slater HJ , Stiles DA yChmilowski W: “Successful Sealing of Vent Flows withUltra-Low-Rate Cement Squeeze Technique,” artí culo delas SPE/IADC 67775, presentado en la Conferencia yExhibición de Perforación de las SPE/IADC, Amsterdam,Holanda, 27 de febrero al 1 de marzo de 2001.


9/14

Una de l as tant as operaciones con LiteCRETE

realizadas con éxito en Abu Dhabi tuvo lugar enun pozo que requería una tubería de revesti-miento de 95 ⁄ 8 pulgadas en una sección de 121 ⁄ 4pulgadas que se extendía desde los 1670 hastalos 8355 pies [509 a 2547 m]. ADCO deseaba

cementar la tubería de revestimient o en una ope-

10 Oilfield Review

D e n s i d a d d e l a l e c h a d a ,

l b m / g a l

T a s a d e f l u j o d e l a l e c h a d a ,

b b l / m i n

V o l u m e n d e l a l e c h a d a ,

b b l

P r e s i ó n d e b o m b e o ,

l p c

F r a c c i ó n s ó l i d a ,

%

8:01 8:06 8:11 8:16 8:21 8:26 8:31 8:36 8:41 8:46 8:51 8:56 9:01 9:06 9:11 9:16

Tiempo, horas y minut os

0

70

60

50

40

30

20

10

1200

1000

80 0

60 0

40 0

20 0

0

> La tecnologí a SFM asegura un contenido de sólidos consistente. Las operaciones de cementaciónen Abu Dhabi requerí an una lechada ligera para evitar pérdidas de circulación. En este ejemplo, ladensidad de la lechada de bombeo inicial (curva verde) se mantuvo en valores sustancialmente me-nores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3], mientras que la fracción sólida (curva roja) se mantuvo relativamenteconstante.

11. “Lechada de bombeo inicial” se refiere a la primeralechada bombeada durante las operaciones de cemen-

tación primaria. “Lechada de cola” se refiere a la últimalechada bombeada durante las operaciones de cemen-tación primaria. Por lo general, la lechada de cola cubrela zona productiva y es más densa que la lechada debombeo inicial.

12. Los retornos son una indicación de la calidad de la ope-ración de cementación y el único indicador de queestán ocurriendo pérdidas. Si se observan retornos ylas presiones de bombeo permanecen dentro del rangoesperado durante la operación, no se esperan proble-mas. Si no se observan retornos, o sólo se observanretornos parciales, han ocurrido pérdidas durante laoperación. En este caso, el tope del cemento no serátan alto como se planeó y puede necesitarse unacementación correctiva.Para obtener mayor información acerca de las operacio-nes de cementación, consulte: Piot BM y Loizzo M:“Reviving the J ob Signature Concept for Better QualityCement J obs,” artí culo de las IADC/SPE 39350, presen-tado en la Conferencia sobre Perforación de lasIADC/SPE, Dallas, Texas, EUA, 3 al 6 de marzo de 1998.

20 0

18 0

16 0

14 0

12 0

10 0

80

60

40

20

0

T e m p e r a t u r a ,

° C

3000

2700

2400

2100

1800

1500

1200

90 0

60 0

30 0

0

R e s i s t e n c i a a l a c o m p r e s i ó n ,

l p c

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

T i e m p o d e t r á n s i t o , µ s e g / p u l g a d a s

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Tiempo, hr

> Desarrollo de la resistencia a la compresión de un cemento ultraligero. La lechada LiteCRETE de 8.3a 9.5 lbm/gal comenzó a fraguar en 16 horas. Finalmente desarrolló una resistencia a la compresión demás de 2100 lpc [14.5 MPa].

ración de una sola etapa. Se propuso la lechadaligera LiteCRETE como lechada de bombeo inicial,

cuya densidad variaba de 8.3 a 9.5 lbm/gal [0.99

a 1.14 g/cm3].11 La tecnología SFM permitió alpersonal a cargo del trabajo mantener una frac-

ción sól ida de aproximadamente el 55% (abajo).La lechada de cola11 fue de cemento Portland

Clase G de 15.8 lbm/gal de densidad. Ambas

lechadas fueron desplazadas a 12 bbl/min [1.9

m3 / mi n] por las bomb as de l equi po de perf ora -

ción sin pérdidas, y 30 bbl [4.7 m3] de lechadaretornaron a la superficie.12 Una prueba de adhe-rencia de la zapata efectuada a 1650 lpc [11.4

M Pa] resultó exitosa.Para asegurar el aislamiento de las formacio-

nes y la cobertura de la tubería de revestimiento,se corrieron las herramientas USI, CBT y de

Densidad Variable de manera conjun ta, con el finde demostrar la calidad de la cementación. Sinembargo, fue necesario estimar las lecturas de

mapas de cemento para los sistemas LiteCRETE

antes de la adquisición de los registros, de modoque se pudieran incorporar a la evaluaci ón valo-res de corte razonables para determinar la cali-

dad de la cementación. Se utilizó la herramientaUCA para medir la impedancia acústica delcemento LiteCRETE. Las amplitudes del CBT para

adherencias de 100% y 80% con un sistema

LiteCRETE se estimaron utilizando el programaCemCADE de simulación de la cementaciónantes de obtener los regi stros. Los registros indi-

can claramente que un cemento de alta calidad

llenó el espacio anular y cubrió toda la zona(página siguiente). Los resultados también coin-cidieron con las predicciones formuladas en la

etapa de planificación. La resistencia a la com-presión del cemento LiteCRETE superó los 2100lpc [14.5 M Pa] después de 22 horas de ejecutadala operación, (abajo a la izquierda).


10/14

Otoño de 2001 1

Ampli tudmáxima

Radiointernomáximo

Radiointernomáximo

Espesorpromedio

Espesorm ínimo

Rayos

gamma,API

Impedanciaacústica

base

Radiointerno

promedio

Radiointerno

promedio

Radiosinternos

menos radiopromedio

Registro de Densidad Variable10 00

Ampli tudm ínima

Ampli tudpromedio

Excent.

CCL

Prof.(pies)

Prof.(pies) mV

RPS

Rev. Speed

-20

6

20

8

dB0 75 pulg.5 4

pulg.5 4

pulg.4 5 0.1 pulg. 0.6

0.1 pulg. 0.6

0 pu lg . 70

pulg.4 5

Radioexterno

promedio

Radioexterno

promediopulg.5 4 pulg.4 5dB0 75

dB0 75

pulg.0 0.5

Ampli tudde ecomenos

el máximo

Gas or drymicro-

annulus

Líquido

Adherido

M apa de cementocon clasificación

de impedancia

4900

5000

5100

5200

5300

5400

5200

5300

Micro-espacio

anular secoo de gas


11/14

Cementación ultraligera en MéxicoEl gigantesco Campo Cantarell, ubicado en las

costas de M éxico en Bahía de Campeche, es elmayor campo petrolero de M éxico (arriba).Descubierto en 1979, produce aproximadamente

1.6 millones de barriles [407,000 m3] de petróleopor d ía — 42% de la producción diar ia de

M éxico — de formaciones fracturadas o caverno-sas de carbonatos del Paleoceno y del Cret ácicoSuperior. Este campo también contribuye con el30% de la producción de gas de las zonas marinasde M éxico. Las pérdidas de circulación durantelas operaciones de perforación y cementación eneste campo constituyen un gran desaf ío para eloperador — PEM EX Explora ción y Producción —debido a la posibilida d de inducir fracturas. Existe

la posibilidad de un aislamiento de l as formacio-

nes inadecuado, ya que es dif ícil emplazar unacolumna de lechada de cemento lo suficiente-mente alta en el espacio anular.

Se han intentado muchas técnicas de cemen-tación con cementos convencionales, pero losresultados no han sido completamente satisfac-

torios. El emplazamiento inadecuado de las

lechadas de bombeo inicial y de cola en opera-

ciones convencionales tuvo como resultado altos

costos de cementación correctiva, y aún as í nofue posible cubrir toda la sección revestida.

La adición de un empaquetador de revestimientoayudó a eliminar la cementación correctiva en laparte superior de la tubería de revestimiento, peroel emplazamiento de la lechada en el resto de la

sección siguió siendo un desaf ío, incluso cuandose util izaron dos tipos de lechadas. Las operacio-

nes que utili zaron una única lechada convencional

de 1.35 g/cm3 [11.3 lbm/gal] tuvieron como resul-tado un aislamiento inadecuado de la formaci ónexpuesta y sólo una modesta mejora en la alturade la columna de cemento en el espacio anular.

El gradiente de fractura de la formación LaBrecha es de 5.88 kPa/m [0.26 lpc/pie]. La permea-

bilidad de la formación puede llegar a 5 darcys. Laformación se perfora uti lizando un fluido de perfo-ración con 65% de emulsión diesel y una densidadde 0.89 g/cm3 [7.4 lbm/gal]. Las pérdidas de circu-lación son tan grandes que ningún fluido retorna ala superficie durante la perforación. El fluido deperforación de baja densidad puede ayudar a des-plazar los recortes de perforación hacia fracturas ycavidades naturales, limit ando las pérdidas de flui -dos durante las operaciones de cementaci ón.Puesto que no hay otra manera de mantener el

control del pozo durante la perforación y la cemen-tación, se bombea agua de mar hacia el interior delespacio anular durante la perforación, con el fin decontrolar la migración de gas.

En esta área son esenciales las lechadas decemento con una densidad similar a la del fluidode perforación para reducir al m ínimo las pérdi-das posteriores hacia la formación. No es prác-tico el uso de cemento energizado, debido a sus

poco adecuadas propiedades al fraguar con tan

baja densidad. Las lechadas LiteCRETE se endu-

recen en sólo 3 horas, alcanzan una alta resis-tencia a la compresión, de 2000 lpc [13.8 M Pa],en 16 horas, tienen una pérdida de fluidos relati-vamente baja (26 cm3 / 30 mi nuto s) y posee n d en-

sidades extremadamente bajas; propiedades

apreciadas por el operador.

Las lechadas ultraligeras se han uti lizado con

éxito en tres pozos del Campo Cantarell. Por ejem-plo, se utilizó una l echada Lit eCRETE de 1.1 g/ cm3

[9.2 lbm/gal ] en el Pozo 2091, que había sido pro-fundizado hasta los 2905 m [9531 pies] y se habíadesviado 56° en busca de reservas adicionales depetróleo. Se penetraron varias zonas de pérdidasde circulación, perdiéndose 15,300 bbl [2430 m3]de fluidos de perforaci ón. Sin embargo, secementó con éxito una tubería de revestimientode 5 pulgadas, utilizando una lechada LiteCRETE

de 1.1 g/cm3 (página siguiente). Se utilizó la tec-nología SFM para mezclar la l echada y controlarsu calidad de manera continua. Por primera vez en

este campo, la lechada cubrió completamente el

12 Oilfield Review

M ÉXICO

M ÉXICO

Cantarell

G o l f o

d e M é x i c o

N 0

0 25 50 mi llas

25 50 75 km

> Campo Cantarell, México.


12/14

Otoño de 2001 13

Registro deDensidadVariable

Parte superiorde la tubería derevestimientode 5 pulgadasa 2361 m

Parte inferior dela tubería derevestimiento de5 pulgadasa 2901 m

Tubería derevestimiento de75 ⁄ 8 pulgadasa 2565 m

Línea deadherencia

Intervalo abiertode 2485 a 2510 m,pérdida total decirculación Tope del cemento

a 2490 m (70 mencima de lazapata derevestimiento de75 ⁄ 8 pulgadas)

µsec

Collares Ampl itud

M in

200 1200

M ax

CBL sintéticodiscriminado

mV 1000

Tensiónlb f

0 100

Rayos gamma

API 1000

,Aislamiento de la zona productiva en el PozoCantarell 2091. La evaluación de la cementacióncon el registro CBT confirmó que, por primeravez en el Campo Cantarell, el cemento cubriótoda la sección detrás de la tuberí a de revesti-miento de 5 pulgadas, como se muestra en eldiagrama esquemático del pozo (izquierda) y suregistro (derecha). El Carril 1 muestra el registrode rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito

(azul y rojo) y el localizador de los collares de latuberí a de revestimiento (negro). La tensión delcable se indica en el Carril 2. La amplitud, que semuestra en el Carril 3, es relativamente baja pordebajo de los 2490 m, lo que confirma la presen-cia de cemento detrás de la tuberí a de revesti-miento. Los datos de Densidad Variable se indi-can en el Carril 4, con señal de la tuberí a derevestimiento débil o inexistente y respuestas dela formación por debajo de los 2490 m, indicandocemento detrás de la tuberí a de revestimiento.La mayor amplitud y las fuertes respuestas de latuberí a de revestimiento por encima de los 2490m demuestran que no hay cemento arriba de los2490 m. El registro de adherencia de cemento noalcanzó la profundidad total, debido a que el

pozo fue desviado 56º.


13/14

espacio anular, un logro clave en este ambientelleno de desaf íos. La zapata se probó con éxito a500 lpc [3447 kPa].

En el Pozo Cantarell 53D, las pérdidas defluido durante la perforación totalizaron 7100 bbl[1130 m3]. Se cementó con éxito una tubería derevestimiento de 95 ⁄ 8 pulgadas a través de variaszonas de pérdida de circulación, util izandolechada LiteCRETE de 1.1 g/cm 3, la cual se mez-

cló de manera continua. El sistema SFM aseguróque la lechada tuviera un 53% de fracción sól iday fuera homogénea, estable y fácil de bombear.En el Campo Cantarell, es común no tener retor-nos, pero durante este trabajo se observaron

retornos parciales.

La tubería de revestimiento de 5 pulgadas enun tercer pozo, el Pozo Cantarell 61, f ue cementada

util izando lechada Lite CRETE de 1.1 g/ cm3 después

de que las pérdidas de fluidos de perforación tota-lizaron 14,800 bbl [2350 m3]. Se obtuvieron regis-

tros del tope del cemento en la parte superior de la

tubería de revestimiento y el registro CBT mostr ómás de un 90% de adherencia a lo largo de la sec-ción cementada (izquierda). Nuevamente, se aplicóla tecnología SFM , registrando una fracción sóliday densidad estables durante el mezclado continuo.

PEM EX tiene planes para perforar 90 pozos

más en el Campo Cantarell. Se espera que otroproyecto futuro, el desarrollo de reservas de

petróleo más profundas en la trampa Sihil baj o elCampo Cantarell, también se beneficie de la tec-nología de cementación ultraligera.

Eliminación de la cementaciónen etapas múltiplesLas prácticas óptimas de cementación puedenresolver problemas mediante la eliminación deoperaciones de cementación en etapas múl t i -ples, limitando la necesidad de aplicar cementa-

ci ón correctiva y proporcionando excelente

aislamiento de las formaciones con lechadasligeras. En muchos campos de M edio Oriente la

cementación de pozos es un desaf ío, especial-mente el logro de retornos del cemento a la

superficie. Las pérdidas de circulación y el bajogradiente de fractura de las formaciones carbo-

natadas requieren el uso de cemento ligero. Las

gradientes de fractura pueden llegar a ser tan

bajos como 8.2 lbm/gal, lo que signi fica quehasta una columna de fluidos compuesta sólo poragua puede fracturar estas formaciones.

Para complicar aún más las cosas, en variasformaciones existe el potencial de corrosión de

la tubería de revestimiento por el agua de forma-ción si el aislamiento no resulta adecuado.

14 Oilfield Review

Parte superior de latuber ía de revestimientode 5 pulgadas a 2460 m

Intervalo abierto de2520 a 2545 m, pérdidatotal de circulación

Pérdida parcial a totalde circulación durantela perforación

Tubería de revestimientode 7 pulgadas a 2596 m

Parte inferior de latuber ía de revestimientode 5 pulgadas a 3004 m

> Éxito continuo. El Pozo Cantarell 61 también tiene cemento LiteCRETE en laparte superior de la tuberí a de revestimiento de 5 pulgadas, a pesar de los de-saf í os planteados por las grandes pérdidas de circulación. El Carril 1 muestrael registro de rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito (azul y rojo) y ellocalizador de los collares de la tuberí a de revestimiento (negro). La tensióndel cable se indica en el Carril 2. La amplitud se muestra en el Carril 3 y losdatos de Densidad Variable se indican en el Carril 4. El tope del cemento apa-rece por encima de los 2550 m, evidenciado por el gran aumento de amplitudarriba de dicha profundidad y por el abrupto cambio de la respuesta delregistro de Densidad Variable.

13. El cemento puzolánico está compuesto de material silí -ceo producido por actividad volcánica o quema de hulla.

14. Para obtener mayor información acerca de los sistemasde cemento, consulte: Le Roy-Delage S, Baumgarte C,

Thiercelin M y Vidick B:“New Cement Systems forDurable Zonal Isolation,” artí culo IADC/SPE 59132, pre-sentado en la Conferencia sobre Perforación de lasIADC/SPE, Nueva Orleáns, Luisiana, EUA, 23 al 25 defebrero de 2000.

Baumgarte C, Thiercelin M y Klaus D: “Case Studies of Expanding Cement to Prevent Microannular Formation,”artí culo de la SPE 56535, presentado en la Conferencia yExhibición Técnica Anual de las SPE, Houston, Texas,EUA, 3 al 6 de octubre de 1999.

Thiercelin MJ , Dargaud B, Baret J F y Rodrí guez WJ :“Cement Design Based on Cement MechanicalResponse,” artí culo de la SPE 38598, presentado en laConferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, SanAntonio, Texas, EUA, 5 al 8 de octubre de 1997.

15. Mohammedi N, Ferri A y Piot B: “Deepwater WellsBenefit from Cold-Temperature Cements,” World Oil 222,no. 4 (Abril de 2001): 86, 88 y 91.

Piot B, Ferri A, Mananga S-P, Kalabare C y Viela D: “WestAfrica Deepwater Wells Benefit from Low-TemperatureCements,” artí culo de las SPE/IADC 67774, presentadoen la Conferencia y Exhibición Anual sobre Perforaciónde las SPE/IADC, Amsterdam, Holanda, 27 de febrero al1 de marzo de 2001.


14/14

Como en cualquier otra regi ón, el balanceentre el costo y la calidad es importante para los

operadores de M edio Oriente; la cementaci óncorrectiva agrega gastos y complica las operacio-

nes del campo. Dada la necesidad de un cemento

fraguado de alta calidad y una lechada de baja

densidad, los operadores han usado la tecnologíaCemCRETE por varios años.

Las lech adas LiteCRETE más ligeras permitena los operadores combatir la corrosión de la tube-ría de revestimiento, lograr un buen aislamientode las formaciones y evitar el flujo transversalentre zonas de pérdidas de circulación y forma-ciones débiles. Las lechadas ligeras permitenuna cementación en una sola etapa con unalechada que, una vez fraguada, muestra una

buena resistencia a la compresión y una baja per-meabilidad a los fluidos de la formación.

En muchos casos, las operaciones en dos eta-

pas son necesarias debido a la gran longitud —que a menudo supera los 3500 pies [1067 m] — deespacio anular no cementado y a la debilidad de

las formaciones. En un pozo, la primera etapaconsistió en 71 bbl [11 m 3] de lechada LiteCRETEde 8.2 lbm/gal bombeada delante de la lechada

de cola de 15.8 lbm/gal [1.9 g/cm 3]. En la

segunda etapa, 240 bbl [38 m3] de lechada

LiteCRETE de 8.2 lbm/gal precedieron a los 131

bbl [21 m3] de lechada de cemento convencional

de 12.5 a 15.8 lbm/gal [1.50 a 1.90 g/cm 3]. La

operación se llevó a cabo sin dificultades, conretornos parciales a la superficie. Un trabajo dellenado del espacio anular de 20 bbl [3 m 3] llevóel cemento hasta la superficie, indicando que eltope del cemento logrado con el t rabajo

LiteCRETE fue relat ivamente alto. Ant eriormente,se requerían tres o cuatro trabajos de llenadodel espacio anular para llevar el cemento a la

superficie. La resistencia a la compresión dela lechada LiteCRETE a las 24 horas fue de 1175

lpc [8101 kPa].

En otro pozo, se cement ó una tubería derevestimiento de 133 ⁄ 8 pulgadas desde los 3368pies [1027 m] hasta la super ficie en dos etapas.

Previamente, pozos similares se cement aban con

operaciones en tres etapas. Un objetivo clave fue

aislar una zona de poca profundidad y expuesta a

pérdidas de circulación. El pozo se perforó con unfluido de perforación de 8.6 lbm/gal [1.03 g/cm3]de modo que primero se bombearon 315 bbl [50

m3] de lechada LiteCRETE de 8.4 lbm/gal [1.00

g/cm3], seguida de 30 bbl [4.7 m 3] de cemento

com ún Portland Clase G de 15.8 lbm/gal. Lasoperaciones de cementación se llevaron a cabosin dificultades según lo diseñado, con 98% deretorno de lechada de bombeo inicial y 100% de

retorno de lechada de cola en la primera etapa de

la operación. El objetivo de un 54% de fracci ónsólida se mantuvo utilizando la tecnología SFM(izquierda). La resistencia a la compresión de lalechada LiteCRETE a las 24 horas f ue de 1300 lpc

[8963 kPa] a 119°F [48°C]. La segunda etapa, queconsistió en bombear 152 bbl [24 m 3] de lechadapuzolánica de 13.5 lbm/gal [1.62 g/cm3], tuvo unretorno del 100%.13

Desarrollos futuros

La tecnología LiteCRETE está teniendo éxito enambientes en que otros cementos ligeros y ultra

ligeros han probado no ser óptimos, haciendoposible el aislamiento de zonas de baja presi ónque no pueden tolerar fluidos más pesados que eagua. A junio de 2001, se hab ían llevado a cabomás de 35 trabajos con LiteCRETE con densidades menores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3] en Eu

ropa, Medio Oriente, y América Central y del SurLa mayoría de estas operaciones incluyeron mezclado continuo con la nueva tecnolog ía SFM. E

volumen total bombeado utilizando la tecnolog íaSFM supera los 25,000 bbl [3970 m3] sin fallas.

El éxito del diseño de la distribución del tama ño de las part ículas está abriendo el camino adesarrollo de tecnologías para aplicaciones decementaci ón más exigentes. Las nuevas aplicaciones de esta tecnolog ía ofrecen cementos másduros y flexibles.14 La cementación en aguasprofundas a bajas temperaturas también estámejorando, a medida que se modifican nuevastecnologías de cementación para ajustarlas a lascondiciones de cementación más extremas.15 Lacementaci ón a altas temperaturas sigue siendoun desaf ío, pero se está trabajando en la dirección correcta para satisfacer las exigenci as específi cas de los ambientes de cementación másdi f íciles. — GM G

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V o l u m e n ,

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88% del volumen +/ – 2% del objeti vo de fracción s ó l ida99% del volumen +/ – 0.2 lbm/gal

> Operaciones según lo diseñado. La tecnologí a SFM (arriba) ayudó a los ingenieros de campo a man-tener el objetivo de un 54% de fracción sólida (abajo) en todas las operaciones de cementación.

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Cementacion - Lechadas Alivianadas