Cementaciones Forzadas

15 GUA DED

ise

o y

Ejec

uci

n d

e C

emen

taci

ones

forz

ad

as

Terminacin

Gua de Diseo y Ejecucin de

Cementaciones forzadas

CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. INTRODUCCIN

3. DEFINICIONES

4. TEORA DE LA CEMENTACIN FORZADA

5. PARMETROS DE DISEO

6. METODOLOGA DE DISEO

7. SECUENCIA OPERATIVA

APNDICE 1 NomenclaturaAPNDICE 2 Clculo de una cementacin

forzadaAPNDICE 3 ReferenciasANEXO 1 Diagrama de flujo para una

cementacin forzada con empacador recuperable

ANEXO 2 Diagrama de flujo para una cementacin forzada con retenedor de cemento

ANEXO 3 Diagrama de flujo para una cementacin forzada con tubera franca

La cementacin forzada es un proceso mediante el cual el cemento es inyectado o forzado en los disparos y en el espacio anular entre la tubera de revestimiento y la formacin, a menudo se requiere obtener una trayectoria de flujo hacia el espacio anular y normalmente no se espera retorno de fluido en la superficie.

Los disparos o el espacio anular se llenan con cemento permitiendo el incremento en la presin de bombeo para forzar la lechada de cemento al rea deseada, alcanzando su estado slido o fraguado, lo que forma un tapn que bloquea el movimiento de fluidos.

1. OBJETIVOEl presente documento tiene como objetivo el establecer los fundamentos, diseo y ejecucin de una cementacin forzada con las diferentes tcnicas de colocacin, as como, proporcionar al ingeniero de pozo, los principales elementos tcnicos que le permitan conceptualizar el proceso de una cementacin forzada desde la planeacin hasta su ejecucin; adems, que cuente con los elementos necesarios para interpretar los resultados de las pruebas de laboratorio a las cuales se someten las lechadas de cemento.

2. INTRODUCCIN

En las diferentes fases de construccin de un pozo, es imperativa la introduccin y cementacin de tuberas de revestimiento con la finalidad de proteger el agujero perforado y a las zonas de inters, a este tipo de trabajos se les denomina cementaciones primarias.

Los resultados de estas cementaciones en un buen porcentaje no son satisfactorios, por lo que hay la necesidad de efectuar trabajos remediales a las mismas para garantizar el aislamiento de las zonas de inters o productoras mediante un sello hermtico, a este tipo de trabajos se les conoce como cementacin forzada o remediacin.

Las cementaciones forzadas se pueden realizar durante la vida productiva de un pozo, el cual llega un momento en que

la zona que se encuentra en explotacin se vuelve econmicamente incosteable; por lo que se requiere aislarlo para continuar con la explotacin de una zona superior.

Existen diversas razones para llevar a cabo un trabajo de cementacin forzada, siendo las ms comunes:

Correccin de cementaciones a. primarias debido a canalizaciones o altura insuficiente de cemento en el espacio anular.Eliminacin de influjos de agua de b. las zonas productoras.Reduccin en la Relacin de Gas-c. Aceite, Agua-Aceite, aislando el aporte de gas o agua de intervalos adyacentes.Reparacin de la Tubera de d. Revestimiento debido a corrosin o roturas.Abandono de zonas improductivas e. o depresionadas.Taponamiento total o parcial de f. intervalos mltiples en pozos de inyeccin, con la finalidad de mejorar la misma a la zona deseada.Probar intervalos mltiples en pozos g. exploratorios aislando uno a uno, con la finalidad de evitar interferencias e interpretaciones errneas durante las pruebas de produccin.Sellar zonas de perdida de h. circulacin.

Este documento, tiene como premisa el proporcionar una referencia rpida para el diseo y ejecucin de trabajos de cementacin forzada, as como tambin,

Gua de Diseo y Ejecucin de Cementaciones forzadas

2

discretizar los criterios de diseo e interpretacin de los resultados.

3. DEFINICIONES

Con la finalidad de obtener una mayor claridad de la terminologa a utilizar en la descripcin del mecanismo y de las diferentes tcnicas de colocacin, es necesario en primera instancia definir algunos conceptos relacionados con la cementacin forzada.

Cemento. Mezcla compleja de caliza, slice, fierro y arcilla, los cuales son molidos y calcinados, que al entrar en contacto con el agua forma un cuerpo slido. Esta mezcla de ingredientes se muele, se calcina en hornos horizontales con corriente de aire y se convierte en clinker, el cual contiene todos los componentes del cemento, excepto el sulfato de calcio, que se le agrega como ingrediente final.

Lechada de cemento. Suspensin altamente concentrada de partculas slidas (cemento) en el agua.

Deshidratacin de cemento. Es el proceso mediante el cual, el cemento forma un enjarre y se endurece en la cara de la formacin.

Filtrado de fluidos. Es el volumen lquido perdido en la matriz de la roca en un determinado lapso de tiempo.

Enjarre. Es la pelcula que se forma con la depositacin de slidos al filtrase el fluido en un medio poroso.

Requerimiento de agua. Este trmino refiere a la cantidad de agua por saco de cemento que se requiere para generar la lechada.

Rendimiento de la lechada. Es el volumen de fluido producido cuando un saco de cemento y aditivos se mezclan con agua, generando la lechada, se expresa en litros/saco.

Presin de bombeo. Es la presin requerida para forzar el filtrado de la lechada en la formacin sin fracturarla.

Gasto de inyeccin. Es el volumen de fluido que ser bombeado por unidad de tiempo, normalmente se expresa en bbl por minuto (bpm).

Presin final. Presin deseada para garantizar la deshidratacin del cemento al trmino de la operacin.

Gradiente de fractura es una funcin de esfuerzo de sobrecarga, la presin de formacin y la relacin entre los esfuerzos verticales y horizontales.

Presin de cierre instantneo es la registrada por un manmetro en el momento preciso de para la inyeccin de cualquier fluido.

Presin hidrosttica es la presin ejercida por una columna de un fluido a una profundidad vertical dada y acta de igual forma y en todas direcciones.

3


4. TEORA DE LA CEMENTACIN FORZADA

La cementacin forzada es un proceso mediante el cual, la lechada de cemento es inyectada o forzada hacia la formacin a travs de los disparos o roturas en la tubera de revestimiento, a una presin mayor a la que ejercen los fluidos contenidos en ella, los cuales son desplazados a su interior sin romper o fracturarla.

El efecto de la presin y la temperatura hace que el cemento se deshidrate y alcance su estado slido formando un enjarre, el cual bloquea el movimiento de fluidos hacia el pozo.

Independientemente de la tcnica utilizada para la colocacin de la lechada de cemento, esta es sometida a una presin diferencial contra el medio poroso de la formacin, lo que resulta en un proceso de filtracin de la fase acuosa y los productos miscibles en ella hacia la matriz de la roca, mientras que los slidos de la mezcla se depositan en el exterior de la misma, lo que forma un enjarre y que con el paso del tiempo se consolida.

La figura 1, esquematiza la formacin de nodos de cemento que se van formando cuando la lechada es inyectada y pierde la fase acuosa por la filtracin de la misma hacia la formacin.

Figura 1. Esquematizacin de la inyeccin de cemento en una perforacin de la TR.

El enjarre formado tiene una permeabilidad alta a su inicio, pero a medida de que las partculas de cemento se acumulan, el espesor del mismo y su resistencia hidrulica aumentan.

La velocidad de la formacin del enjarre esta en funcin de:

Permeabilidad de la formacin.a. Presin diferencial aplicada.b. El tiempo.c. Capacidad de la lechada a perder d. fluido a condiciones de pozo.

La deshidratacin de una lechada de cemento esta en funcin de la velocidad de prdida del agua de la misma.

Cuando una lechada de cemento es inyectada contra una formacin con baja permeabilidad, la deshidratacin de la lechada es lenta, debido a que la velocidad de perdida de filtrado es baja.

Nodosde

Cemento

TRCementacin primaria

FORMACIN

Cemento deshidratado

Nodosde

Cemento

TRCementacin primaria

FORMACIN

Cemento deshidratado


4

Por lo contrario, en formaciones de alta permeabilidad, la deshidratacin de la lechada es rpida, debido a que la velocidad de prdida de filtrado es alta; consecuentemente, el pozo puede bloquearse por enjarre y los canales a travs de los cuales acepta cemento debern estar puenteados.

La figura 2 esquematiza el proceso de deshidratacin de la lechada de cemento en funcin a la velocidad de perdida de filtrado en la formacin.

Figura 2. Esquematizacin del efecto de la perdida de filtrado en la formacin.

La lechada ideal para una cementacin forzada deber ser diseada entonces para controlar la velocidad de construccin del enjarre y permitir que ste sea uniforme con un filtrado proporcional sobre toda la superficie permeable.

Las bases tericas y prcticas relativas a los fundamentos de la formacin del enjarre, se localizan en las publicaciones de Binkley, Dumbauld y Hook.

4.1. Mtodos de la cementacn forzada

Generalmente la inyeccin de la lechada de cemento es realizada a travs de los disparos hechos en la tubera de revestimiento y para la colocacin de la misma, se puede realizar principalmente de dos maneras:

Inyeccin de lechada a baja presin.a. Inyeccin de lechada a alta presin.b.

4.1.1. Cementacin forzada a baja presin

En este tipo de cementacn forzada el objetivo es, la de llenar las cavidades de los disparos de cemento deshidratado. El volumen de cemento es normalmente pequeo, debido a que la lechada de cemento no es bombeada hacia la formacin, por lo que es primordial mantener un preciso control de la presin en el fondo (Ph + Ps), ya que a una mayor presin al gradiente de fractura podra producir un rompimiento de la formacin.

Para tener el control de la presin en el fondo debe realizarse una prueba de admisin, con la finalidad de establecer el gasto mximo permisible sin exceder la presin de fractura y el volumen de fluidos a forzar a la formacin.

Esta tcnica se ha vuelto ms eficiente con el desarrollo de lechadas de cemento con bajo filtrado y en combinacin de herramientas en el fondo del pozo (empacadores recuperables

TR totalmente tapado

Disparos completamente llenos

TR parcialmente tapado

Disparos parcialmente Llenos

5


o retenedores de cemento), se evita exceder la presin de fractura de la formacin, mediante la inyeccin continua de la lechada o haciendo paros (estticos) durante la misma.

La cementacin forzada mediante este concepto se realiza en una sola etapa, ya que en bombeos alternados o periodos de espera, las propiedades de lechadas con bajo filtrado, causan que el enjarre se compacte en la formacin o dentro de los disparos, mientras el resto de la lechada permanece fluida dentro de la tubera de revestimiento o en la sarta de trabajo.

4.1.2. Cementacin forzada a alta presin

En algunos casos, una cementacn forzada a baja presin no lograra los objetivos del trabajo, debido a la ineficiencia en la remocin de fluidos o sedimento que se encuentra en el interior de las cavidades de los disparos. Esta obstruccin hace que la comunicacin entre la formacin y el pozo no sea eficiente, ya que, las pequeas cavidades o canalizaciones pueden permitir el flujo de los fluidos de formacin, pero a su vez, no permitan el flujo de la lechada de cemento.

Para la colocacin de la lechada por detrs de la tubera de revestimiento o cerca de los disparos, es necesario el rompimiento de la formacin excediendo la presin de fractura (Figura 3) y los fluidos que se encuentran en frente a la lechada de cemento son desplazados

dentro de las fracturas, permitiendo que la misma llene las zonas deseadas.

Se pude decir, que el objetivo de una cementacn forzada a alta presin, es la de establecer la presin necesaria para deshidratar la lechada de cemento contra las paredes de la formacin y sellar los canales de la misma para evitar el flujo de los fluidos desde las fracturas a los disparos.

Figura 3. Representacin de la generacin de la fractura vertical por efecto de la alta

presin de inyeccin.

Durante una cementacn forzada bajo este concepto, el inicio y orientacin de la fractura creada no puede ser controlada, ya que en algunas formaciones (rocas sedimentarias), generalmente el esfuerzo de tensin es bajo y la compactacin de la roca se origina principalmente por el esfuerzo de sobrecarga (peso de las formaciones).

La propagacin de la fractura inducida esta en funcin del gasto de inyeccin y de la viscosidad de la lechada de cemento, por lo que, a altos gastos de bombeo se genera fracturas largas y el


6

requerimiento de volumen de lechada es mayor para llenarlas.

En este tipo de cementacn no deben bombearse lodos o fluidos con baja perdida de fluido por delante de las lechadas de cemento, debido a que ellos no se filtraran en la formacin y no podran ser reemplazados por la misma.

Para evitar taponamientos en los disparos, debera bombearse un bache lavador con alta perdida de filtrado, con la finalidad de limpiar el sedimento en los disparos que pudiera obstruir la inyeccin de la lechada de cemento hacia la formacin.

En algunos casos, fracturar la formacin podra ser contra prudente, ya que la mayora de las fracturas inducidas son verticales, aun cuando el espacio anular es sellado, la comunicacin vertical entre las zonas pudiera establecerse.

Como se menciono con anterioridad, las cementaciones forzadas se pueden realizar a baja o alta presin dependiendo de los requerimientos del pozo, para logar esto, existen tcnicas de colocacin empleadas en la cementacn forzada, siendo estas:

Colocacin por balanceo e inyeccin a. de la lechada (bradenhead).Colocacin a travs de herramientas.b.

Empacadores recuperables.i. Retenedores de cemento.ii.

A continuacin se describen brevemente

las tcnicas de colocacin de la lechada de cemento.

4.1.3. Colocacin por balanceo (Bradenhead)

Esta tcnica normalmente se emplea en cementaciones forzadas a baja presin y no existe duda acerca de la capacidad del cabezal y tubera de revestimiento para soportar la presin de inyeccin.

Esta tcnica utiliza una sarta de trabajo sin herramientas (tubera franca), preferentemente de produccin, y el extremo de la misma se ubica por lo general debajo de la zona a cementar; segn sea la necesidad, se puede emplear un bache viscoso con la misma densidad de la lechada de cemento, para evitar que la columna que ejerce la misma, se precipite al fondo del pozo.

Una vez ubicada la sarta de trabajo en su sitio, se coloca la lechada de cemento frente la zona de inters como un tapn balanceado; se levanta la tubera lentamente por encima del nivel de cemento o baches a una profundidad de seguridad, se procede el llenado del pozo y se cierran los preventores para iniciar la inyeccin de la lechada de cemento en la zona de inters, con gasto constante para alcanzar la presin final requerida. Se recomienda que la inyeccin del cemento sea dual, o sea, por la tubera y el espacio anular entre la TP y TR. Figura 4.

7


Es importante, previo a la colocacin e inyeccin de la lechada de cemento, realizar una prueba de admisin para verificar el gasto y la presin de inyeccin.

Esta tcnica es muy utilizada debido a su simplicidad, ya que no se requiere ningn empacador y todas las tuberas estn limpias de cemento antes de realizar la inyeccin.

Figura 4. Representacin esquemtica de la colocacin de la lechada de cemento (a)

y el forzamiento de la misma (b).

4.1.4. Cementacin forzada con herramientas

La razn principal para usar herramientas en una cementacin forzada, es para aislar la tubera de

revestimiento y el cabezal durante la inyeccin de la lechada. Esta tcnica puede ser dividida en dos mtodos:

Herramientas recuperablesi. Herramientas moliblesii.

La profundidad de asentamiento de la herramienta depende de la longitud del intervalo a cementar y la ubicacin de los coples de la tubera de revestimiento (apoyado mediante un registro de coples).

4.1.4.1. Cementacin forzada mediante herramientas recuperables

Las herramientas o empacadores recuperables pueden anclarse y desanclarse muchas veces, lo que proporciona mas flexibilidad que las herramientas molibles (retenedores de cemento), normalmente cuentan con una vlvula de circulacin que permite el paso de los fluidos a travs de ella y evita el efecto pistn durante la introduccin de la misma al pozo. Al final de la cementacn, se descarga la presin, se desancla la herramienta y se establece la circulacin en inversa para desalojar el exceso de lechada de cemento. Figura 5.

Adems, junto con el empacador recuperable puede introducirse un tapn puente para apoyar el peso que ejerce la columna de la lechada de cemento; antes de la operacin de cementacn, se coloca un tapn de arena de fractura sobre el mecanismo

Tuberafranca

Cemento

RamsPreventores

(a) (b)

Tuberafranca

Cemento

RamsPreventores

Tuberafranca

Cemento

RamsPreventores

Tuberafranca

Cemento

RamsPreventores

(a) (b)


8

de recuperacin del tapn puente para prevenir el asentamiento del cemento sobre l. Una vez que el empacador y el tapn puente son anclados y probados, se da inicio a la cementacn forzada.

Durante la espera del tiempo de fraguado, el empacador y la tubera son recuperados a la superficie y se efectan los preparativos de molienda y se limpia el pozo para recuperar el tapn puente.

Figura 5. Representacin esquemtica de la colocacin de la lechada de cemento

con empacadores recuperables.

4.1.4.2. Cementacin forzada mediante herramientas molibles

En este mtodo se utilizan los retenedores de cemento en lugar de los empacadores recuperables, para:

Proveer un medio efectivo en la i. inyeccin de la lechada de cemento cuando se trabaja con paros de presin (estticos), usualmente en formaciones altamente fracturadas o de alta permeabilidad, que no soportaran el peso de la columna del cemento.

Prevenir el retorno de la lechada ii. mientras se deshidrata el cemento.

Aislar la presin de circulacin en iii. inversa para desalojar el exceso de cemento de la zona cementada.

Prevenir el rompimiento del enjarre iv. del cemento en el proceso de deshidratacin del mismo, cuando se tiene una alta presin diferencial negativa.

Los retenedores de cemento pueden ser anclados con lnea de acero o con tubera, cuando se necesita exactitud en el asentamiento, estos son colocados con lnea de acero; sin embargo, el conector o stinger debe ser introducido con la tubera de trabajo.

El retenedor de cemento cuenta con un puerto de comunicacin, el cual al conectarlo con el stinger esta en posicin de apertura y viceversa, cuando el stinger es desconectado del retenedor, el puerto se cierra.

Cuando el stinger no esta conectado en el interior del retenedor de cemento, la lechada es circulada cerca de l, en ese momento el stinger es conectado

Vlvula de circulacin

Empacador recuperable

Cemento

Vlvula de circulacin

9


al retenedor e inicia la cementacn forzada; al finalizar la cementacn, el stinger se desconecta y se circula en inversa para desalojar el exceso de la lechada. En algunos casos, antes de circular, la lechada puede ser dejada como un tapn de cemento encima del retenedor y posterior circular en inversa para limpiar la sarta de trabajo. Figura 6.

Dependiendo del objetivo de la intervencin del pozo, esta herramienta tiene la flexibilidad de ser molida para dejar paso libre a otras herramientas y continuar los trabajos en el mismo.

Figura 6. Representacin esquemtica de la colocacin de la lechada de cemento

con retenedor de cemento.

Independientemente, si la cementacn forzada se realiza a baja o alta presin, con o sin el empleo de herramientas, existen dos mtodos de inyeccin de la lechada:

Inyeccin de lechada con bombeo a. continua (Running Squeeze).

Inyeccin de lechada de cemento b. con bombeo intermitente (Hesitation Squeeze).

4.1.5. Inyeccin de lechada con bombeo continuo (Running Squeeze)

Este mtodo de inyeccin se aplica generalmente cuando se presentan las siguientes condiciones:

Flujos de agua salada. i. Recementacin de zapatas.ii. Recementacin en la boca de liners iii. Zonas con prdida de circulacin iv.

Cuando se presentan esos casos, generalmente se necesita exceder la presin de fractura de formacin para inyectar la lechada de cemento, por lo que, se requiere de una rpida deshidratacin del cemento para limitar la extensin de la fractura, reducir el volumen de lechada a inyectar y alcanzar un sello cerca de la vecindad del pozo. Por estas razones, la lechada contiene nicamente, cemento, agua y aditivos para retardar o acelerar el fraguado segn sea la necesidad.

Durante la cementacn forzada, la lechada es inyectada continuamente hasta alcanzar la presin final deseada (esta puede estar por encima o por debajo de la presin de fractura).

Retenedor de cemento

emento

Retenedor de cemento

Cemento


10

4.1.6. Inyeccin de lechada de cemento con bombeo intermitente (Hesitation Squeeze)

Este mtodo de inyeccin se aplica generalmente cuando se presentan las siguientes condiciones:

Intervalos grandes o mltiplesi. Canalizaciones o fisurasii. Formaciones depresionadasiii. Formaciones naturalmente fracturadasiv.

Este mtodo consiste en bombear la lechada de cemento de manera intermitente a bajo gasto (0.25 a 0.50 bpm), lo que genera bajas presiones de inyeccin para obtener la deshidratacin de la misma dentro de los disparos y en la formacin, esto se debe al bajo filtrado de la lechada (baja perdida de fluidos en la formacin) y en combinacin con paros o estticos durante la inyeccin por intervalos de tiempo de 10 a 20 minutos, con la finalidad de generar el enjarre y as obtener la presin necesaria para deshidratar la lechada de cemento. Figura 7.

Al inicio de la inyeccin de la lechada de cemento, la perdida de filtrado es alta debido a que no se ha formado el enjarre, a medida que este se va creando, el ritmo de la perdida disminuye a un punto que se considera despreciable, mientras que la presin de inyeccin se incrementa.

En este mtodo los volmenes de lechada son normalmente bajos en

comparacin de una cementacin forzada con bombeo continuo (Running Squeeze), pero se requieren de largos periodos de intermitencia para iniciar a construir el enjarre.

Bsicamente, los diseos de la lechada son con baja perdida de filtrado, lo cual permite formar el enjarre en combinacin de gastos de inyeccin bajos y con largos tiempo de paros o estticos (no mayores a 30 minutos). La duracin del esttico o intermitencia, depender de estos dos parmetros, la perdida de filtrado en la formacin y del gasto de inyeccin.

Figura 7. Comportamiento de la presin de inyeccin con bombeo intermitente.

4.2. Diseo de la lechada de cemento

Los diseos de la lechada de cemento para las cementaciones forzadas deben contemplarse para formaciones de baja y alta permeabilidad, tener en cuenta el objetivo de la misma y de la tcnica de colocacin a utilizar para realizar la operacin.

11


Cuando la cementacn forzada se realiza en formaciones con baja permeabilidad, el ritmo de perdida de filtrado es baja, lo que produce que las lechadas se deshidraten lentamente, causando un no taponamiento de los disparos o canales y el tiempo de operacin es excesivo. Caso contrario, cuando se realizan en formaciones de alta permeabilidad, la pedida de filtrado es mayor, ocasionando que la vecindad del pozo pueda llenarse de lechada y alcanzar una alta deshidratacin, lo que origina un puenteo de los canales de la formacin o en los disparos.

Las propiedades de la lechada de cemento deben disearse de acuerdo a las caractersticas de la formacin a aislar y de la tcnica a utilizar para la colocacin de la misma, de manera general, deben disearse para obtener:

Baja viscosidad, con la finalidad de a. penetrar en las pequeas fisuras de la formacin.

Bajo esfuerzo de gel, para facilitar b. el movimiento de la lechada y prevenir incrementos de la presin de inyeccin en superficie.

Valores bajos de agua libre.c.

Apropiado control de prdida por d. filtrado, con objeto de garantizar el llenado optimo de las fisuras o disparos y mantener las propiedades de la lechada a lo largo de la colocacin.

Apropiado tiempo de espesamiento, e. con la finalidad de conocer con seguridad y anticipadamente el tiempo de operacin antes de que ocurra la deshidratacin de la misma.

Para cada trabajo de cementacin forzada, deben realizarse pruebas de laboratorio con el agua de mezclado, cemento y aditivos a utilizar en la operacin.

Antes de iniciar el trabajo, se debe analizar el agua de mezclado para verificar si existe contaminacin en la misma. Adems, durante la operacin se deben tomar muestras del agua de mezcla, cemento, aditivos y lechada, con la finalidad de realizar pruebas posteriores.

Mediante el empleo de un simulador, se reproduce el proceso de la cementacin forzada y se estudia el fenmeno hidrulico, cuidndose los aspectos de seguridad de los materiales a utilizar y los lmites permisibles para el manejo de la presin tanto en las tuberas como en los cabezales.

4.2.1. Aditivos de lechada de cemento

Para el diseo optimizado de la lechada de cemento, se cuentan con los siguientes aditivos:

Aceleradores. Son productos qumicos que reducen el tiempo de fraguado de los sistemas de cemento e incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia compresiva.


12

Retardadores. Son productos qumicos que prolongan el tiempo de fraguado de los sistemas de cemento.

Extendedores. Son materiales que bajan la densidad de los sistemas de cemento y/o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen del producto fraguado.

Densificantes. Son materiales que incrementan la densidad de los sistemas del cemento.

Dispersantes. Son productos qumicos que reducen la viscosidad de las lechadas de cemento.

Controladores de filtrado. Son materiales que controlan la prdida de la fase acuosa de los sistemas de cemento, frente a zonas permeables.

Controlador de prdida de circulacin. Son materiales que controlan la prdida de cemento hacia zonas dbiles de la formacin o fracturas.

Aditivos especiales. Son los aditivos complementarios, tales como: anti-espumantes, controladores de la regresin de la resistencia compresiva, etc.

4.2.2. Espaciadores y limpiadores

Para que la lechada de cemento se deshidrate es necesario remover los materiales que pudieran contaminarla en la zona de los disparos y en la cara de la formacin. Cuando se trata de

pozos nuevos, normalmente debera removerse los materiales que conforman el fluido de perforacin (enjarre) durante la cementacin primaria; en el caso de los pozos existentes, se deben remover la depositacin de incrustaciones, la corrosin, los finos o parafinas que aporta la formacin.

Para ello se bombean baches lavadores que por su composicin qumica, ayuda a dispersar y diluir el fluido de perforacin, por ejemplo: una solucin dbil de cido clorhdrico remueve el fluido de perforacin base agua, el filtrado del lodo e incrustacin de carbonatos. En el caso de incrustaciones de sulfato y parafinas deben ser removidas con otros fluidos.

El volumen del bache lavador generalmente debera ser igual al volumen utilizado para remover el dao presente en la zona de los disparos y en la cara de la formacin.

Adems de los fluidos que se utilizan para la remocin de materiales en el pozo, es necesario evitar que la lechada de cemento pudiera contaminarse y para ello, se utilizan fluidos que actan como separadores entre los fluidos presentes en el pozo y la lechada de cemento, ya que, de no hacerlo, al estar en contacto con los fluidos de perforacin o reparacin, pudiera modificar sus propiedades esenciales (perdida de fluido, tiempo de fraguado, viscosidad, etc.).

13


Los baches separadores son bombeados durante la operacin por enfrente y atrs de la lechada, generalmente es agua tratada y los volmenes estn en el orden de 5 a 10 bbl, segn sea la necesidad.

Cuando la lechada de cemento se inyecta contra la formacin, es necesario enviar por delante un bache lavador de 50 a 100 gal por pie de intervalo disparado, separado por un fluido compatible del mismo volumen.

4.3. Volumen de lechada

Para efectuar el clculo del volumen de lechada de cemento depender de:

La longitud del intervalo y nmero a. de disparos. La tcnica de colocacin a utilizar. b. El gasto de inyeccin.c. El volumen de lechada para llenar d. la vecindad del pozo.El exceso de cemento con base a la e. experiencia de la zona.

Una cementacin forzada a baja presin requiere de la construccin del enjarre en cada tnel del disparo, en algunos casos menos de un barril de volumen puede ser suficiente; sin embargo, para comodidad del trabajo comnmente se mezcla un volumen de 5 a 15 bbl y se utilizan gastos de bombeo de 0.25 bpm.

En una cementacin a alta presin, se requieren grandes volmenes

de lechada, la cual esta en funcin del ancho y altura de las fracturas creadas.

Cuando se utiliza el mtodo de inyeccin de lechada continua, los volmenes son superiores a los 100 bbl, este volumen puede ser minimizado fracturando a bajo gasto y manteniendo la presin de inyeccin por debajo de la presin de propagacin de la fractura. Si la cementacn es realizada a alta presin y gasto, la longitud de fractura se desarrolla, resultando en una gran cantidad de cemento bombeado dentro de la formacin.

Para una referencia rpida en la determinacin del volumen de lechada, se pueden utilizar las siguientes reglas de campo (reglas de dedo):

El volumen no debe exceder la a. capacidad de la sarta de trabajo, ya que podra ejercer suficiente presin hidrosttica para fracturar la formacin. Utilizar dos sacos de cemento por b. cada pie de intervalo disparado (incrementar esta relacin para formaciones fracturadas o grandes intervalos disparados). Si se inyecta a un gasto de 2 bpm c. y alcanzamos el rompimiento de la formacin, el volumen mnimo a utilizar son 100 sacos; para gastos bajos y sin rompimiento de la formacin, utilizar 50 sacos.El volumen dentro de la sarta de d. trabajo debe limitarse para no crear un exceso en la columna de lechada


14

que no pueda ser desalojada por circulacin en inversa.La presin de superficie e hidrosttica e. deben controlarse durante el trabajo, una alta columna de cemento durante el desplazamiento podra causar el rompimiento de la formacin en zonas depresionadas.Cuando la necesidad de utilizar f. grandes volmenes de cemento (fracturas naturales), el uso de lechas de baja densidad son recomendadas. El exceso de lechada de cemento g. puede ser determinado segn la experiencia de la zona.

4.4. Limites de presin de inyeccin

Para establecer los lmites de presin que debemos ejercer durante una cementacin forzada, se debe considerar:

La presin interna y al colapso de la a. tubera de revestimiento.La mxima presin permisible en b. los cabezales.La mxima presin diferencial c. permisible sobre la herramienta a utilizar, sea recuperable o molible.La presin de superficie aplicada al d. espacio anular, debe ser menor a la presin interna y colapso de la tubera de revestimiento y de los cabezales. La presin de circulacin para e. desalojar el exceso de la lechada, debe ser menor a la presin interna de la tubera de revestimiento y de la presin de inyeccin.Se debe realizar el clculo de la f.

presin diferencial entre la tubera de revestimiento y la de la tubera utilizada en la sarta de trabajo, para evitar que alguna de ellas sufra colapso o ruptura.

Una vez establecida las presiones de trabajo de los tubulares, herramientas y cabezales, debemos considerar un margen de seguridad para evitar cualquier dao en ellos durante la operacin, por lo regular es del 20 % de las presiones permisibles de trabajo, o sea, que la presin mxima permisible a aplicar durante la operacin seria del 80 % de presin de trabajo.

Cuando se utilizan empacadores recuperables o retenedores de cemento, se debe aplicar un margen de seguridad sobre la presin diferencial que puedan soportar, ya que si existe una comunicacin al espacio anular, la tubera de revestimiento pudiera colapsarse.

4.5. Pruebas de laboratorio

Es importante que antes de realizar un trabajo de cementacn forzada, se verifiquen las propiedades de la lechada de cemento, a travs de pruebas de laboratorio especificadas en la Norma API SPEC 10, siendo estas las principales:

Prueba de reologa. En esta prueba se determinan las propiedades reolgicas de las lechadas de cemento, tales como: viscosidades y esfuerzo de corte. Adems, por medio de un simulador de

15


hidrulica, se puede calcular: el gasto mximo para no fracturar la formacin, el caballaje hidrulico requerido para el trabajo, la presin de friccin, y el tiempo requerido para efectuar la operacin.

Prueba de prdida por filtrado. Con esta prueba se determina la relativa efectividad de una lechada de cemento para retener su fase acuosa, o para perder una porcin de esta fase como filtrado hacia la formacin. Un control insuficiente de prdida de filtrado da como resultado una lechada deshidratada y puenteada, evitando que esta pueda ser bombeada hasta su posicin final.

Para una cementacin forzada, una prdida de filtrado generalmente oscila en un rango de 50 a 100 cc en 30 minutos.

Prueba de agua libre. Mediante esta prueba se determina si una lechada de cemento puede tener problemas con la separacin de agua despus de que esta ha sido colocada en el fondo del pozo. Si la lechada libera agua, el resultado ser la presencia de reas acanaladas en el cemento fraguado, agua o cemento ligero en la cima de la columna de cemento, o asentamiento de slidos a travs de la columna de cemento.

Prueba de tiempo bombeable. El tiempo bombeable de una lechada, es aquel en el que esta permanece en estado fluido a condiciones de prueba, a temperatura y presin de fondo del pozo. Se determina utilizando un consistmetro que nos permite medir el tiempo en el que se alcanza la resistencia que impide su movimiento y define el tiempo de operacin.

Se considera que una lechada de cemento no es bombeable cuando alcanza de 70 a 100 unidades de consistencia.

Prueba del esfuerzo compresivo. Con esta prueba se determinar el esfuerzo compresivo (carga que soporta por unidad de rea el cemento sin que se produzca su ruptura), el cual nos indica el tiempo de espera necesario, entre la colocacin de una lechada y la siguiente operacin a desarrollar en el pozo.

La regla generalmente aceptada es que una resistencia a la compresin de 500 psi, es la mnima aceptable para la mayora de las operaciones de cementacin.

EI desarrollo de la resistencia a la compresin a las 8 horas debe ser mnimo de 105 kg/cm2 (1500 psi) en condiciones ambientales de presin y temperatura.


16

5. PARMETROS DE DISEOPara llevar a cabo un trabajo de cementacin forzada exitoso, primero es necesario familiarizarse con:

Los objetivosi. La terminologaii. Las consideraciones de planeacin iii. de los trabajosFiltradoiv. Viscosidadv. Temperatura de fondovi. Permeabilidadvii. Tiempo bombeableviii. Resistencia a la compresinix. Reologa de la lechada de cemento x. y de los bachesPresin de inyeccinxi. Tipo de cementoxii. Lmites mecnicosxiii.

Una vez familiarizado con la terminologa empleada en la cementacin forzada, el ingeniero encargado del diseo de la misma, requiere considerar lo siguiente:

El objetivo del trabajo.a. El tipo de fluido en el pozo.b. La temperatura esttica del fondo c. del pozo.Diferencia de profundidad entre los d. disparos y el empacador (si se utiliza).La presin mxima de inyeccin e. con base a la capacidad en la sarta de trabajo, tubera de revestimiento, preventores, y otros equipos que se vayan a utilizar.El sistema de lechada de cemento f. con sus aditivos.El volumen de lechada a utilizar.g. La presin mxima permisible en el h.

espacio anular cuando se utilicen herramientas.La presin mxima de circulacin i. para desalojar el exceso de lechada a la superficie, tomando en cuenta las caractersticas de la tubera de revestimiento y cabezales.Consultar el expediente del pozo j. desde su perforacin hasta su terminacin, anotando los aspectos relevantes y obtener el estado mecnico del pozo.Fijar la presin de fractura de la k. formacin frente al intervalo de recementacin.Obtener la presin y el gasto de la l. prueba de admisin.Definir a travs de que se va a m. forzar el cemento: tubera franca, retenedor, empacador recuperable o permanente.

6. METODOLOGA DE DISEO

El personal encargado de disear las operaciones de cementacn forzada, adems de conocer su objetivo, requiere seguir los pasos siguientes:

1. Recopilacin de informacin bsica (historial del pozo)

La informacin mnima requerida para el diseo es:

Caractersticas de las tuberas a. de produccin y revestimiento (dimetro interno y externo, presin interna y colapso, profundidad).

17


Caractersticas del intervalo b. disparado (longitud, dimetro del disparo, fase, densidad de cargas).Caractersticas de la formacin c. (tipo, profundidad, presin de fondo, presin de poro y fractura, temperatura de fondo, porosidad, permeabilidad).Parmetros de la prueba de d. admisin efectuada al intervalo a recementar (gasto y presin de admisin e inyeccin, tipo de fluido utilizado).Registros de cementacin y su e. interpretacin.

2. Diseo de la lechada de cemento, bache lavador y espaciador

Las lechadas de cemento son diseadas para alcanzar un aislamiento efectivo en las zonas de inters y se basa entre otras, en las siguientes consideraciones:

Propiedades de la lechada (densidad, a. tiempo bombeable, reologa, prdida de fluido)Propiedades del cemento fraguado b. (desarrollo de esfuerzo compresivo, permeabilidad, adherencia)La reologa tanto de la lechada de c. cemento como la de los baches (lavador y espaciador)Consideraciones econmicas d. (rendimiento, aditivos, equipo)Disponibilidad de cemento y aditivos e. (molienda, lotes, procedencia)Determinacin del volumen de f. cemento

Dosificacin del cemento en la g. planta y su transporte al pozo

3. Clculos para la cementacin

En el diseo de una cementacin forzada, se debe determinar con base a la prueba de admisin:

El volumen de lechadaa. Cantidad de cementob. Cantidad de aguac. Volmenes de bachesd. Volumen para el desplazamientoe. Presin inyeccinf. Gasto de inyeccing. Presin hidrosttica que ejerce la h. lechadaCon base a la presin hidrosttica i. de la lechada, determinar la presin y gasto mximo de circulacin

4. Simulacin de la cementacin

Para realizar la simulacin se debe considerar:

Los gradientes de presin de poro a. y fractura.La densidad y caractersticas b. reolgicas de los fluidos utilizados en la operacin, incluyendo el comprendido en el pozo.Volmenes y caractersticas reolgicas c. de los fluidos a emplear (Lechadas, baches y desplazamiento).Gastos de bombeo.d. Accesorios especiales que reduzcan e. el rea de flujo.


18

5. Comentarios adicionales

Observacionesa. Recomendaciones operativasb. Alternativas de accin en caso de c. problemas

6. Programacin de la logstica

Con base a los puntos anteriores, revisar la capacidad de equipo que se utilizar en la operacin, tales como:

Unidad de alta presina. Equipo de medicin de parmetrosb. Tanques de almacenamiento de c. fluidosTanques de almacenamiento del d. cemento y aditivosEquipo auxiliare. Equipo de seguridad y proteccin f. personal

7. SECUENCIA OPERATIVA

7.1. Previo a la ejecucin de la cementacn forzada

Revisin del equipo para la I. Operacin

Dependiendo de la cantidad de a. cemento a utilizar y del tiempo disponible antes de la operacin, se mover en silo estacionario o unidad transportadora de cemento (trompo), revisando que no est tapada la descarga del cemento por efecto de la humedad.

Si es en silo estacionario se deber b. energizar con aire diez minutos antes de iniciar la operacin; si es un trompo, represionar con aire para descargar el cemento; verificar que la descarga del cemento al embudo de mezclado sea uniforme, para que la densidad de la lechada tambin sea homognea.

Verificar que se cuente con el c. agua suficiente para la operacin y comprobar que la Unidad de Alta Presin, el gasto de abastecimiento sea como mnimo de 3 bpm.

Debe contarse con el volumen d. necesario de agua en las presas, que las bombas estn en condiciones normales de operacin, que la unidad de alta no est tapada y verificar el gasto.

Cuando se este utilizando lodo de e. emulsin inversa y sea necesario bombear volmenes de diesel, debe instalarse una lnea adicional para el suministro a la unidad de alta, verificando el gasto.

Corroborar el buen funcionamiento f. de la unidad de alta presin, motores, bombas, manmetros, vlvulas, toberas de mezclado y lneas de descarga al pozo, una para la bomba de inyeccin de la lechada y otra para conectar el espacio anular.

19


Revisin de Materiales y II. Herramientas

La supervisin del material que se va a emplear, de acuerdo con la operacin a realizarse, es de suma importancia; de esto depender el xito de ella.

Revisar y calibrar la herramienta a. que se va a introducir, as como las condiciones mecnicas y el estado de la misma.Las combinaciones que se utilicen b. requieren estar perfectamente calibrados, tanto sus dimetros interiores y exteriores, as como el grado y peso del material con el que estn construidas.Verificar que la longitud de la c. tubera de trabajo este correcta, ya que de lo contrario se asentara la herramienta en una zona no deseada, ocasionndose prdidas de tiempo y erogaciones indebidas.Tener la informacin completa de d. las caractersticas del cemento, tales como:

Diseoi. Reologaii. Tixotropaiii. Tiempo bombeable, etc.iv.

Estas caractersticas se determinan en el laboratorio, tomndose en consideraron los siguientes factores:

Profundidad del pozov. Temperaturavi. Tipo de lodovii.

Agua que se utilizara en el viii. mezcladoObjetivo de la inyeccinix. La prueba de admisinx.

III. La prueba de admisin

Se le denomina as a la operacin de aplicar presin hidrulica para establecer un gasto determinado, la presin de admisin variara de acuerdo a las diferentes formaciones, ya que en cada una de ellas se presentan columnas geolgicas diferentes constituidas por diversos tipos de roca.

La presin de admisin no debe sobrepasar el gradiente de fractura, el cual se define como:

Gf = Pci + (Ph / D) (1)

7.2 Programa Operativo de Cementacin Forzada con Herramienta

Cuando se utilizan herramientas tanto recuperables como molibles, la secuencia de actividades es la siguiente:

Escarear la tubera de revestimiento 1. hasta la profundidad donde se va a anclar el retenedor o empacador recuperable.Introducir la herramienta seleccionada 2. a la profundidad establecida, calibrando la tubera.Con la herramienta a 100 m debajo 3.


20

de la mesa rotaria, probar su efectividad con circulacin.Con la herramienta con la posicin 4. de anclaje, establecer la circulacin y verificar el peso de la sarta, con movimiento reciprocante, para tener informacin; y despus de operacin saber si existe problema de atropamiento.Instalar conexiones superficiales 5. y lneas de control, y probarlas de acuerdo con el estado mecnico del pozo, as como de la operacin a efectuar. Anclar la herramienta segn el 6. procedimiento establecido por el proveedor de la misma.Probar la efectividad de la 7. herramienta con: peso, tensin, presin y por espacio anular, la presiona que se aplique depender del estado mecnico del pozo y de la tubera de revestimiento.Si es retenedor, soltar la 8. herramienta, levantar el soltador arriba del retenedor para probar la efectividad del mismo, cerrando los preventores y aplicando una presin equivalente al 30 % del valor de la presin interna nominal de la tubera de menor grado.Conectar el soltador al retenedor y 9. efectuar la prueba de admisin al intervalo por recementar con gasto constante, registrando las presiones hasta obtener la de admisin, observando simultneamente la presin del espacio anular y el peso de la tubera.Descargar la presin de la tubera y 10. cuantificar el volumen admitido para

el clculo de cemento aproximado, considerando los criterios antes mencionados. Existen tres condiciones bsicas 11. que pueden presentarse para efectuar una recementacin forzada, utilizando un retenedor permanente, cuando:

Exista una perdida total de a. circulacin. Cuando se presenta este escenario, la operacin se realiza desde el inicio conectado al retenedor; se procede a bombear el volumen de cemento calculado y la etapa de desplazamiento con el fluido programado (diesel o agua) a un gasto bajo con un volumen equivalente a menos de 200 m antes de llegar al retenedor; si al llegar a este volumen de desplazamiento se obtiene cierta presin, desconectar el soltador, circular en inversa y sacarlo a la superficie. En caso contrario, si no se alcanza presin final, desconectar el soltador, circular en inversa y levantarlo a una profundidad de seguridad (mnimo 200 m), esperar fraguado en un promedio de ocho horas, bajar el soltador, conectar el retenedor y si admite, repetir la operacin; en caso contrario, continuar con el programa del pozo.

La densidad del cemento es b. mayor que la del lodo. Cuando se tiene circulacin y la densidad del cemento es mayor que la densidad del lodo, se efecta la operacin con el soltador arriba del retenedor, se

21


cierran los preventores y se circula por el mltiple de estrangulacin segn la presin.

Se procede a bombear los volmenes calculados de los baches separadores (agua) y la lechada de cemento; al llegar el agua a la parte inferior del soltador, conectar ste al retenedor, represionar el espacio anular con el 30 % de resistencia nominal de la presin interna del grado mas bajo que se tenga en esa tubera de revestimiento. Posteriormente se procede a inyectar la lechada a un gasto bajo hasta alcanzar la presin final programada.

Despus de haber alcanzado la presin programada, deber descargarse primero la presin del espacio anular y posteriormente la de la tubera de produccin; desanclar el soltador y circular a la inversa, bombeando dos veces la capacidad de la tubera de produccin, abrir los preventores y continuar con el programa del pozo.

La densidad de cemento es menor c. que la del lodo de perforacin. Si la densidad del cemento es menor a la densidad del lodo de operacin, se levanta el soltador arriba del retenedor, se bombean los volmenes separadores seguido del cemento programado hasta colocar el separador frente al retenedor; conectarse el soltador, cerrar los preventores, represionar el espacio anular y proceder a inyectar el cemento hasta alcanzar la presin final programada. Se descarga la presin del espacio

anular, posteriormente la de la tubera de produccin, se desancla el soltador, se cierran los preventores y se circula a la inversa; abrir preventores, sacar el soltador y continuar con el programa.

Para pronta referencia consultar los anexos 1 y 2.

7.3. Secuencia operativa para cementacn forzada con tubera franca

Para este tipo de trabajos la secuencia es la siguiente:

Bajar la tubera a la profundidad 1. programada, calibrndola de acuerdo a su dimetro.Circular hasta homogenizar las 2. columnas, verificando el nivel del lodo en las presas.Instalar las lneas de alta presin, 3. una a la vlvula de manifol de la tubera de produccin y la otra a la vlvula lateral del rbol que comunica con el espacio anular; ambas lneas se deben probar a una presin mayor a la esperada.Con el preventor cerrado efectuar la 4. prueba de admisin y posteriormente abrirloBombear el primer separador, 5. dependiendo del tipo de lodo en operacin y bombear el cemento programado.Levantar la tubera arriba de la 6. cima del cemento con un margen de seguridad.Cerrar el preventor e inyectar el 7.


22

cemento por va directa y por espacio anular alternadamente, para evitar cualquier anillo de cemento que atrape la sarta.Si se alcanza la presin programada 8. dejar represionado el tiempo necesario.Descargar la presin, abrir preventor 9. y sacar tubera.Si no se alcanza la presin 10. programada, sobredesplazar el cemento, bombeando en directo y por espacio anular simultneamente.Repetir la operacin desde el punto 11. numero cuatro hasta alcanzar la presin final programada.Continuar con el programa del pozo.12.

Para pronta referencia consultar el anexo 3.

Recomendaciones:

Cualquiera que sea el objetivo de a. una cementacn forzada, antes de iniciarse la operacin tiene que instalarse dos lneas de alta presin, una a la vlvula de manifoul que se ubica en la parte superior de la tubera de produccin y la otra a la vlvula lateral del rbol que comunica con el espacio anular; ambas lneas se deben probar a una presin mayor (50 kg/cm2) a la que se espera utilizar en la operacin, para estar seguros de que no fallara en el momento de ejecutar el trabajo.Leer cuidadosamente los diagramas b.

de flujo, de acuerdo con la operacin a efectuar.Si alguna de las condiciones c. mencionadas en dichos diagramas no se cumple, no se ejecute la operacin hasta que la condicin sea satisfactoria, de acuerdo con el objetivo de esta.En caso de que la presin de d. admisin sea baja, se recomienda el uso de la tubera franca, teniendo en cuenta la resistencia a la presin interna de la tubera de revestimiento, ya que en la mayora de los casos necesita quedar represionada en espera de fraguado.En caso de que la inyeccin del e. cemento se haga con tubera franca debe de bombearse el volumen de lodo previamente calculado hasta que el primer bache de agua este en el extremo de dicha tubera; se cierran los preventores y se inyecta, para evitar cualquier anillo de cemento, inmediatamente circular en inversa el tiempo necesario para que salga lodo del fondo. levntese la tubera 100 m de su posicin anterior.Cuando se utilice tubera franca y la f. presin para inyectar la lechada de cemento es alta, la operacin debe efectuarse con la tubera fuera del nivel del cemento.Si es necesario dejar el pozo g. represionado, la presin no deber exceder de 30 % de la resistencia interna de la tubera de revestimiento para no fatigar el material.Para evitar taponamiento en la h. herramienta cuando se utilice cemento

23


con obturante, es recomendable el uso de la tubera franca.Cuando se este desplazando la i. lechada de cemento, se requiere rotar la tubera para mantener el cemento en agitacin y evitar un atropamiento de la sarta.Cuando se coloque la tubera j. franca a poca profundidad, se recomienda que el ltimo cople quede inmediatamente debajo de los arietes del preventor, para evitar que se deslice hacia arriba.Cualquiera que sea el tipo de k. herramienta que se utilice en una cementacin forzada, la tubera de revestimiento tiene que ser escareada.Se debe efectuar una prueba de l. admisin previa a la cementacn forzada para determinar la cantidad de cemento por utilizar.

7.4 Elaboracin del reporte de la operacin

Llevar acabo cuidadosamente el reporte final de la operacin con datos fidedignos para elaborar estadsticas; esto con el fin de comparar resultados de las diferentes operaciones, anotando adems en el mismo las recomendaciones necesarias para mejorar las operaciones futuras.

7.5. Evaluacin de la cementacn forzada

La evaluacin de este tipo de operaciones se hace de acuerdo con

su objetivo; es decir, si sta se efecto para corregir una canalizacin en una cementacin primaria, se evaluar mediante la aplicacin de un registro snico de cementacin y/o la aplicacin de presin en las zonas disparadas, verificando que exista buen sello en los orificios de los disparos y en la zona de falta de adherencia manifestada por el registro.

Para el caso de abandono de intervalos, primeramente se debe alcanzar una presin final y posteriormente se efecta una prueba de admisin para asegurarse de su efectividad por un lapso de 15 a 30 minutos con la presin que se espere del siguiente intervalo a explotar o una prueba de aligeramiento de columna para verificar que no se tengan aportaciones de fluidos de la formacin.

APNDICE 1. NOMENCLATURA

Gf Gradiente de fractura, psi/piePci Presin instantnea de cierre, psiPh Presin hidrosttica, psiD Profundidad, piesbbl BarrilesE.A. Espacio anularCF Cementacn forzadaVt Volumen en la tubera, bblC Capacidad tuberas, E.A., bblH Altura mxima de la columna de la lechada, piesh Profundidad de los disparos, piesrL Densidad de la lechada, lb/galrf Densidad del fluido de control, lb/galPseg Presin de seguridad, psi


24

Vcmt Volumen de lechada, pies3Ctp Capacidad tubera sarta, pie3/pieVdespini Volumen desplazamiento inicial, bbl Vtp Volumen de tubera sarta, bbl Vseg Volumen de seguridad, bblBHFP Presin de fractura en el fondo, psiDint Profundidad de la cima del intervalo, piesPhini Presin hidrosttica inicial, psiPsmaxini Presin mxima de inyeccin inicial en la superficie, psiPhfin Presin hidrosttica final, psiPsmaxfin Presin mxima de inyeccin final en la superficie, psi

APENDICE 2. CLCULO DE UNA CEMENTACIN FORZADAEn esta seccin describiremos en forma general la secuencia de clculos bsicos que se deben de realizar para un trabajo de cementacin forzada (CF).

1. Informacin requerida:

Determinar la tcnica de colocacin a. de la lechada: con herramientas o tubera franca.Caractersticas de la lechada: b. densidad, requerimiento de agua, rendimiento de la lechada, estos parmetros son obtenidos en el laboratorio.Caractersticas del fluido de control: c. tipo, densidad, etc. Caractersticas de las tuberas: sarta d. de trabajo y revestimiento: dimetro externo e interno, peso, lmites de presin interna y colapso, estos

parmetros se obtienen por tablas.Establecer la profundidad de e. asentamiento de la herramienta o tubera franca.Cima y base del intervalo disparado.f. Gradiente de fractura de la formacin g. de inters.Establecer el margen de seguridad h. de presin mxima en la inyeccin de la lechada (Pseg).

2. Clculos bsicos

Con base a la informacin requerida, se procede a realizar los clculos correspondientes:

De tablas referentes a las a. caractersticas de las tuberas, se obtienen las capacidades, ejemplo:

TP 3 12.95 #/ft = 0.024 bbl/mTR 95/8 47 #/ft = 0.240 bbl/m

Con base a las capacidades de b. las tuberas, determinamos los volmenes que ocuparan, tanto en la sarta de trabajo, tubera de revestimiento y espacio anular, esto con la siguiente ecuacin:

Vt = D * C (2)

Se determina la mxima columna c. de lechada de cemento que puede soportar la formacin sin fracturarse, mediante la siguiente ecuacin:

(3)(Gf * h - Pseg) 0.052 * h *

0.052 * ( L - f

f

) H =

25


Una vez determinada la altura d. mxima permisible de lechada de cemento, calculamos el volumen de la misma para esa altura, con la siguiente ecuacin:

Vcmt = H * Ctp (4)

Con los parmetros anteriores, e. determinamos el volumen de desplazamiento inicial de la lechada, usando la ecuacin siguiente:

Vdespini = Vtp - Vcmt - Vseg (5)

Procedemos a calcular la presin f. de fractura en el fondo de la zona de inters, con la ecuacin:

BHFP = Gf * Dint (6)

Se determina la presin hidrosttica g. que ejerce la columna de la lechada de cemento y el fluido de control, utilizando la siguiente ecuacin:

Phini = 0.052 * rL * H + 0.052 * rf * (Dint - H) (7)

Calculamos la presin mxima en la h. superficie para iniciar la inyeccin de la lechada sin fracturar la formacin, mediante la siguiente ecuacin:

Psmaxini = BHFP - Pseg - Phini (8)

Durante el desplazamiento se tiene i. un momento toda la columna con lechada de cemento, por lo que calculamos la presin hidrosttica que ejerce la misma con la ecuacin:

Phfin = 0.052 * rL * Dint (9)

Con este parmetro calculamos j. la presin mxima en la superficie de desplazamiento para inyectar la lechada de cemento.

Psmaxfin = BHFP - Pseg - Phfin (10)

Con los valores del volumen de k. cemento (Vcmt) en el eje Y y la presin mxima de inyeccin (Psmaxfin) en el eje X, se grafican en coordenadas cartesianas para obtener el perfil de inyeccin de la lechada de cemento durante la operacin (Grfica 1).

Grfica 1. Presin mxima permisible en la superficie.

Psmaxfin (psi)

V cm

t(b

arril

es)

Psmaxfin (psi)

V cm

t(b

arril

es)


26

APENDICE 3. REFERENCIAS

Gerencia de Ingeniera y TecnologaPerforacin y Mantto. de Pozos, SEDEGua Prctica para Disear y Efectuar Cementaciones Primarias

Gerencia de Ingeniera y TecnologaPerforacin y Mantto. de Pozos, SEDEProcedimiento operativo para efectuar una cementacin forzada con retenedor de cemento permanente

PEP Subdireccin MarinaSubgerencia de Ingeniera UPMP, D.M.Manual bsico de cementaciones

Subdireccin de Perforacin y Mantto. de Pozos100 aos de la Perforacin en MxicoIngeniera de cementaciones

Petrleos MexicanosSubdireccin de Produccin PrimariaProcedimientos de operacin de Ingeniera Petrolera

Eric B. NelsonWell Cementing

George C. Howard & C.R. FastSqueeze cementing operationsSPE 950053

Servicios a Pozos, SLBConventional squeeze cementingengineering manual

Servicios a Pozos, HalliburtonManual de cementaciones Seccin 8

27


ANEXO 1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA UNA CEMENTACN FORZADA CON EMPACADOR RECUPERABLE

Cementacin Forzada

con Empacador Recuperable

DEFINIR OBJETIVO DE LA OPERACIN

REVISAR ESTADO MECNICO E HISTORIA DEL POZO

ELABORAR PROGRAMA Y FORMATO DE OPERACIN

REVISIN DE EQUIPOS DE OPERACIN

1. ESTADO DE SILOS

2. SUMINISTRO DE CEMENTO Y CANTIDAD

3. SUMINISTRO DE AGUA, CANTIDAD Y CALIDAD

4. SUMINISTRO DE LODO (CANTIDAD)

5. SUMINISTRO DE DIESEL Y CANTIDAD

6. ESTADO DE LA UNIDAD DE ALTA

1. CONDICIONES Y ESTADO DE LA HERRAMIENTA

2. COMBINACIONES NECESARIAS

3. LONGITUD Y AJUSTE DE LA TUBERA DE TRABAJO

4. CARACTERSTICAS DEL CEMENTO: REOLOGA, TIXOTROPA, PRDIDA DE FILTRADO

REVISIN DE MATERIALES

1. ESCARIAR TUBERA DE REVESTIMIENTO

2. METER EMPACADOR RECUPERABLE A LA PROFUNDIDAD PROGRAMADA CALIBRANDO

3. VERIFICAR PESO DE LA SARTA (MOVIMIENTO RECIPROCANTE)

4. INSTALAR CONEXIONES SUPERFICIALES Y PROBAR A CONDICIONES DE POZO

ANCLAR Y EMPACAR VERIFICANDO POR TUBERA DE REVESTIMIENTO

Y POR E.A. CON PREVENTOR CERRADO

EFECTUAR PRUEBA DE ADMISIN

ADMITE

EXISTE PRDIDA

TOTAL

BOMBEAR ESPACIADOR Y LECHADA DE

CEMENTO.

DEZPLAZAR E INYECTAR CON LODO A

BAJO GASTO.

DESANCLAR EMPACADOR Y LEVANTAR,

LONGITUD EQUIVALENTE AL VOLUMEN

DE CEMENTO.

CERRAR VALVULA DE CIRCULAR.

BAJAR A LA PROFUNDIDAD DE ANCLAJE.

REDISPARAR

CEMENTO

MAS PESADO QUE

EL LODO

ANCLAR EMPACADOR Y ABRIR

VALVULA DE CIRCULACION


CEMENTO CAPACIDAD DE TUBERIA DE

REVESTIMIENTO CON MARGEN DE SE-

GURIDAD.

REPRESIONAR ESPACIO ANULAR CON 50%

DE RESISTENCIA A LA PRESION INTERNA.

ABRIR VALVULA DE CIRCULAR


CEMENTO CON MARGEN DE SEGURIDAD

CERRAR VALVULA DE CIRCULAR

OBSERVA COMUNICACION

PARCIAL O TOTAL

INYECTAR LECHADA

DE CEMENTO.

PRESION FINAL

DESEADA

DESCARGAR PRESION FINAL EN TUBE-

RIA DE PERFORACION Y TUBERIA DE RE-

VESTIMENTO.

DESANCLAR EMPACADOR.

CIRCULAR INVERSA LA CAPACIDAD DE

LA TUBERIA DE PERFORACION.

ABRIR PREVENTOR.

SACAR EMPACADOR.

ESPERAR FRAGUADO.

ELABORAR REPORTE.

DESANCLAR HERRAMIENTA Y LAVAR.

DEJAR REPRESIONADA LA TUBERIA DE

PERFORACION Y LA DE REVESTIMIENTO.

ESPERAR FRAGUADO.

SUSPENDER INYECCION

Y DESANCLAR EMPACADOR.

CIRCULACION

INVERSA

BOMBEAR A LA SUPERFICIE

EL CEMENTO.

SACAR EMPACADOR.

SACAR EMPACADOR A LA

SUPERFICIE.

a

a

ESPERAR FRAGUADO.

NO

SI

NOSI

NO

SI

DESCARGAR Y ESTRANGULAR DE

ACUERDO A LA PRESIN DE BOMBEO

NO SI

SI NO

SI NO

SACAR HERRAMIENTA


28

ANEXO 2. DIAGRAMA DE FLUJO PARA UNA CEMENTACN FORZADA CON RETENEDOR DE CEMENTO

Cementacin Forzada con Retenedor




REVISIN DE EQUIPO

1. ESTADO DE SILOS DE CEMENTO


3. SUMINISTRO DE AGUA, CANTIDAD Y CALIDAD

4. SUMINISTRO DE LODO Y CANTIDAD






4. CARACTERSTICAS DEL CEMENTO: REOLOGA, TIXOTROPA, RENDIMIENTO DE AGUA,

PRDIDA DE FILTRADO


1. ESCARIAR LA TUBERA DE REVESTIMIENTO

2. METER RETENEDOR A PROFUNDIDAD PROGRAMADA CALIBRANDO.

3. VERIFICAR PESO DE LA SARTA (MOVIMIENTO HACIA ARRIBA Y HACIA ABAJO)

4. PROBAR CONEXIONES SUPERIORES DE ACUERDO A CONDICIONES DEL POZO.

5. ESTABLECER CIRCULACION

6. ANCLAR Y SOLTAR RETENEDOR

7. LEVANTAR SOLTADOR ARRIBA DEL RETENEDOR, CERRAR PREVENTOR Y PROBAR

HERMETICIDAD.

8. ENCHUFAR SOLTADOR.

EFECTUAR PRUEBA DE ADMISIN

ADMITE

EXISTE PRDIDA

TOTAL

CON SOLTADOR CONECTADO BOMBEAR

ESPACIADOR Y LECHADAD DE CEMENTO

DEZPLAZAR CON AGUA O DIESEL CAPA-

CIDAD DE TUBERIA DE PERFORACION.

DESCONECTAR SOLTADOR, LEVANTAR

Y CIRCULAR INVERSA.

CONECTAR SOLTADOR.

CONECTAR SOLTADOR AL RETENEDOR.

DENSIDAD DEL

CEMENTO MAYOR A LA

DENSIDAD DEL LODO

LEVANTAR SOLTADOR ARRIBA DEL RETE-

NEDOR.



PERFORACION CONSIDERANDO UN

MARGEN DE SEGURIDAD.

CERRAR PREVENTOR

PRESIONAR ESPACIO ANULAR AL 30% DE

LA RESISTENCIA A LA PRESION INTERNA.

LEVANTAR SOLTADOR ARRIBA DEL RE-

TENEDOR.



REVESTIMIENTO CONSIDERANDO UN

MARGEN DE SEGURIDAD.

CERRAR PREVENTOR

ALCANZAR PRESION

FINAL DESEADA

DESCARGAR PRESION DEL ESPACIO

ANULAR Y TUBERIA DE PERFORACION.

LEVANTAR SOLTADOR.

CIRCULAR INVERSA LA CAPACIDAD DE

LA TUBERIA DE PERFORACION.

ABRIR PREVENTOR.

SACAR SOLTADOR.

ELABORAR REPORTE.

LEVANTAR SOLTADOR

ESPERAR FRAGUADO

SOBREDESPLAZAR

ESPERAR FRAGUADO.

OPERACIONES

ESTRANGULAR DESCARGA DE ACUERDO

A LA PRESION DE BOMBEO.

INYECTAR LECHADA DE CEMENTO A BAJO

GASTO.

CONECTAR SOLTADOR A LA HERRA-

MIENTA.

NO

SI

NOSI

SI NO

SI NO

29


Cementacin Forzada con Tubera Franca




1. ESTADO DE SILOS









4. CARACTERSTICAS DEL CEMENTO: REOLOGA, TIXOTROPA, RENDIMIENTO DE AGUA,

PRDIDA DE FILTRADO


1 BAJAR TUBERIA FRANCA A LA PROFUNDIDAD PROGRAMADA.

2. CIRCULAR TIEMPO NECESARIO PARA ACONDICIONAMIENTO DE LODO.

3. INSTALAR CONEXIONES SUPERIORES Y PROBAR DE ACUERDO A CONDICIONES

DEL POZO.

4. CERRAR PREVENTOR Y EFECTUAR PRUEBA DE ADMISION.

LEVANTAR TUBERIA DE PERFORACION

SOBRE CIMA DE CEMENTO.

LLENAR POZO CON LODO.

OBSERVO

CIRCULACION DURANTE

LA OPERACION

ALCANZO PRESION

FINAL DESEADA

ESPERAR FRAGUADO.

ABRIR PREVENTOR.

SACAR LA TUBERIA DE PERFORACION

A LA SUPERFICIE.

ELABORAR REPORTE.

1. BOMBEAR ESPACIADOR SEGUN SEA BASE DE LODO.

2. BOMBEAR LECHADA DE CEMENTO.

3. BOMBEAR ESPACIADOR.

4. DESPLAZAR CON EL VOLUMEN DE LODO CALCULADO.

CERRAR PREVENTOR Y VALVULAS LA-

TERALES.

INYECTAR POR TUBERIA DE PERFORACION Y ESPACIO

ANULAR ALTERNADAMENTE.

LEVANTAR LA TUBERIA DE PERFORA-

CION LA LONGITUD DEL TAPON.

DEJAR REPRESIONADO POR AMBAS RAMAS.

ESPERAR FRAGUADO.

EFECTUAR SOBRE DEZPLAZAMIENTO.

SI NO

SI

NO

ANEXO 3. DIAGRAMA DE FLUJO PARA UNA CEMENTACN FORZADA CON TUBERA FRANCA


30

31



32

Documents

Cementaciones Forzadas