Cementos Petroleros

7/17/2019 Cementos Petroleros

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4. CEMENTACIÓN

La cementación no es más que la introducción de un material cementante en el

espacio anular entre revestidor y hoyo o dentro del hoyo, el cual se realiza con

el objetivo de:

• Aislar zonas.• Soportar las cargas aiales de los revestidores a ser

corridos posteriormente.• !roveer soporte y protección al revestidor.• !roteger el hoyo.• "olocar un tapón de cemento.

4.1. TIPOS DE CEMENTACIÓN

Los trabajos de "ementación pueden ser de dos tipos:

• !rimarias.• Secundarias o correctivas.

4.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA

#s la t$cnica utilizada para colocar lechadas de cemento en el espacio anular

entre el revestidor y las paredes del hoyo. #l cemento, se endurece y %orma un

sello hidráulico en el hoyo, evitando la migración de %luidos de la %ormación

hacia el espacio anular hacia yacimientos de menor presión o hacia la

super%icie. La cementación primaria es por consiguiente, una de las etapas más

cr&ticas durante la per%oración y completación de un pozo.

#ste procedimiento debe ser cuidadosamente plani%icado y ejecutado, debido aque hay una sola oportunidad para realizar el trabajo eitosamente. #ntre sus

objetivos tenemos:

• Sostener y adherirse a la tuber&a.• 'estringir movimiento de %luidos.• !roteger la tuber&a contra impactos originados por la per%oración

subsecuente.• Sellar zonas de perdida de circulación o (zonas ladronas).



4.1.2 CEMENTACIÓN SECUNDARIA

#s el proceso de %orzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se

realiza principalmente en reparaciones*reacondicionamientos, en tareas de

terminación de pozos y en la colocación de tapones. #ntre sus objetivos

tenemos:

• 'eparar trabajos de cementación primaria de%icientes.• 'educir altas producciones de agua y*o gas.• 'eparar %iltraciones causadas por %allas del revestidor.• Abandonar zonas no productoras o agotadas.• Sellar zonas de p$rdidas de circulación.• !roteger la migración de %luido hacia zonas productoras.

+entro dela cementación secundaria tenemos los tapones de cemento la cual

es una operación que consiste en colocar una columna de cemento en un hoyo

abierto o revestido, con cualquiera de los siguientes objetivos:

• Aislar una zona productora agotada.• !$rdida de control de circulación.• !er%oración direccional.• Abandono de pozo seco o agotado.

4.1.2.1. TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN FORZADA

+entro de la cementación secundaria tenemos las siguientes t$cnicas de

cementación %orzada.

Tabla 2.1 Técnicas de cementación forzada

Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “Cementación Forzada Teoría y C!c"!o#$%



#l tipo de cementación %orzada utilizada en el taponamiento y abandono de

pozos es la de bombeo tanto a alta presión y baja presión.

#l bombeo a baja presión se utiliza para realizar un %orzamiento por debajo de

la presión de %ractura con volmenes peque-os de lechada teniendo siempreen cuenta precauciones especiales.

#l bombeo a alta presión se utiliza para realizar un tapón a presión de

%orzamiento cerca de la %ractura con grandes volmenes de lechada.

4.2. CEMENTO

Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con

agregados p$treos árido grueso o grava, más árido %ino o arena/ y agua, crea

una mezcla uni%orme, maleable y plástica que %ragua y se endurece al

reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia p$trea, denominado hormigón

lechada o concreto.0

#l cemento más usado tanto para trabajos de cementación primaria y

secundaria/ y taponamiento de pozos es el cemento !ortland el cual es una

mezcla heterog$nea de materiales arcillosos y calcáreos, más otros materialesque contienen s&lice, aluminio y materiales de hierro, que son quemados a

temperatura de ("lin1er), 02334"/. #sta mezcla se en%r&a, se muele y el

resultado es "lin1er.

#l cemento !ortland es un cemento de tipo hidráulico cuyo desarrollo

compresivo es el resultado de un proceso qu&mico de hidratación.

"abe mencionar que algunos cementos !ortland se %abrican de manera

especial debido a que las condiciones de los pozos di%ieren signi%icativamente

entre s& al variar su pro%undidad, temperatura, ubicación geográ%ica5 etc.

#l %raguado y endurecimiento se presenta si el cemento se coloca en agua. #l

cemento %raguado tiene baja permeabilidad y es insoluble en agua, de tal %orma

que epuesto a $sta no se destruyen sus propiedades. 6ales atributos son

0 7ormigón Armado 089 #dición basada en la #7# ajustada al código modelo y al euro código.

#ditorial ustavo ili, SA !edro ;im$nez <ontoya, =lvaro arc&a <eseguer, >rancisco <orán

"abr$.



esenciales para que un cemento obtenga y mantenga el aislamiento entre las

zonas del subsuelo.

4.2.1. MATERIALES DEL CEMENTO

La tabla adjunta muestra la composición t&pica del cemento portland.

Tabla 2.2 Materiales el !e"e#t$ %$rtla#

Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “&i#e'o y Co!ocación de Ta(one#Ba!anceado#$

4.2.2. CLASIFICACIÓN API DEL CEMENTO

La American !etroleum ?nstitute A!? ?nstituto Americano del !etróleo/ tiene

una clasi%icación para el cemento de acuerdo a su composición qu&mica y

propiedades %&sicas, y estos son:

CLASE A& !ara ser usado desde super%icie hasta una pro%undidad de @,333 %t

cuando no se requieren propiedades especiales. #s similar al tipo de cemento

AS6< 6ipo ?.

CLASE '& +ebe ser usado desde una pro%undidad de @,333 %t 0,B3 m/.

'esistencia a sul%atos de moderada a alta <S' y 7S' respectivamente/.

Similar al tipo de cemento AS6< 6ipo ??, y tiene un menor contenido de "BA

que el clase A.





Tabla 2.3 C$"%$si!i$#es T,%i!as e Fases e Ce"e#t$s API -a

Fuente: SCHLUMBERGER 2011 “&i#e'o y Co!ocación de Ta(one#

Ba!anceado#$

Tabla 2.4 C$"%$si!i$#es T,%i!as e Fases e Ce"e#t$s API -b

Fuente: (Adición de "ompuestos Eu&micos para la "ementación de !ozos

!etroleros en la #tapa de !roducción, 'egión !oza 'icaFAltamira), C300.

4.2./ ADITI0OS DEL CEMENTO

Los aditivos tienen como %unción adaptar los di%erentes cementos petroleros a

las condiciones espec&%icas de trabajo. !ueden ser sólidos y*o l&quidos

solución acuosa/. #ntre ellos tenemos:

a A!elera$res&



Se usan en pozos donde la pro%undidad y la temperatura son bajas. !ara

obtener tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la

compresión en corto tiempo. !ueden usarse: cloruro de calcio "a"lC,

más

usado/, silicato de sodio GaCSiHB/, cloruro de sodio Ga"l/, ácido

oálico

7C"CH8/, etc.b Retara$res&

7acen que el tiempo de %raguado y el desarrollo de resistencia la

compresión del cemento sea más lento. Los más usados son: lignitos,

lignosul%onato de calcio, ácidos hidroicarbo&licos, azcares, derivados

celulósicos, etc.! Ete#e$res& Se a-aden para reducir la densidad del cemento o para reducirla

cantidad de cemento por unidad de volumen del material %raguado, con

el %in de reducir la presión hidrostática y aumentar el rendimiento

pieB*saco/ de las lechadas. #ntre los más usados se tienen: bentonita,

silicato de sodio GaCSiHB/, materiales pozzolánicos, etc. De#sii!a#tes&

Aditivos que aumentan la densidad del cemento o que aumentan la

cantidad de cemento por unidad de volumen del material %raguado, con

el %in de aumentar la presión hidrostática. Los más usados: barita,

hematita, ilmenita, etc.e C$#tr$la$res e Filtra$&

Aditivos que controlan la p$rdida de la %ase acuosa del sistema

cementante %rente a una %ormación permeable. !revienen la

deshidratación prematura de la lechada. Los más usados son: pol&meros

orgánicos, reductores de %ricción, etc.

A#ties%3"a#tes& Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la preparación de la

lechada. Los más usados son: $teres de poliglicoles y siliconas. Dis%ersa#tes&

Se agregan al cemento para mejorar las propiedades de %lujo, es decir,

reducen la viscosidad de la lechada de cemento. #ntre ellos tenemos:

polina%taleno sul%onado, polimelamina sul%onado, lignosul%onatos, ácidos

hidrocarboilicos, polimeros celulósicos.



4.2.4. PROPIEDADES F5SICAS DE LOS CEMENTOS

Las propiedades de los cementos usados en di%erentes campos de petróleos

var&an de acuerdo a los siguientes %actores:

• Ibicación geográ%ica• "ondiciones del %ondo del pozo• 6ipo de trabajo de cementación• 6ipo de lechada

Las propiedades del cemento pueden ser modi%icadas mediante la utilización

de aditivos y as& cumplir los requerimientos para realizar un trabajo en

particular. Los cementos de clasi%icación A!? tienen propiedades %&sicas

espec&%icas para cada clase de cemento, mismas que básicamente de%inen sus

caracter&sticas.

Sus propiedades %&sicas son:

a (ra6ea es%e!,i!a -(e&

+enota el peso por unidad de volumen, sin tomar en consideración otros

materiales, tales como el aire o el agua , es decir el peso en gramos delcemento espec&%icamente5 sus unidades g*cmB, 1g*L, ton*mB.

b Pes$ 6$l3"7tri!$ -P0&

+enota el volumen por unidad de masa. Se toma en consideración el aire

contenido entre los gramos de cemento5 sus unidades g*cmB, 1g*L, ton*mB.

! Fi#e8as e l$s ra#$s el !e"e#t$&

?ndica el tama-o de los granos del cemento. Su mayor in%luencia se da

sobre el requerimiento de agua para la preparación de la lechada. #sta

caracter&stica es un %actor determinante, pero no nico, para la clasi%icación

de los cementos. Sus unidades son cmC*g, mC*1g. 'epresenta el área

epuesta al contacto con el agua y se determina como una %unción de

permeabilidad al aire.



Re93eri"ie#t$ e a3a #$r"al&

#s el agua necesaria para la lechada con cemento solo. +ebe dar 00

unidades de consistencia Jearden Jc/ a los C3 minutos de agitarse en el

consistómetro de presión atmos%$rica a temperatura ambiente5 se epresaen por ciento por peso de cemento.

e Re93eri"ie#t$ e a3a ",#i"a&

+enota el agua necesaria para la lechada de cemento. +ebe dar B3 Jc a los

C3 minutos de agitarse en el consistómetro de presión atmos%$rica a

temperatura ambiente5 se epresa en por ciento por peso de cemento.

De#sia e la le!:aa&

#s la relación entre la masa de la lechada de cemento y su volumen, y está

en %unción de la cantidad de agua requerida5 sus unidades g*cmB, lbs*gal,

ton*mB.

4./. CRITERIOS PARA UNA CEMENTACIÓN

Los criterios que se deben seguir para una cementación son: primero tener unconcepto claro de dise-o evaluación y ejecución el cual es un ciclo de mejora

continua.

Fi3ra 2.1 C$#!e%t$ e !e"e#ta!i;#




Ba!anceado#$

Segundo conocer los %actores que puedan a%ectar el trabajo de "ementación.

Fi3ra 2.2 Pr$ble"as re!3e#tes e !e"e#ta!i;#


Ba!anceado#$

"omo podemos apreciar la remoción de lodos y la limpieza del pozo es muy

importante para asegurar una buena cementación o para nuestro caso la

colocación de un tapón de cemento. !or otro lado, para realizar un abandono

de pozo debemos tambi$n E6al3ar las C$#i!i$#es el P$8$ teniendo en

cuenta lo siguiente:

• K!osee el pozo integridad mecánica

K6ienen %ugas los revestimientos

K>luye el agua detrás del revestimiento

KSe ha colapsado el revestimiento

KAltura del cemento detrás del revestimiento

• KSe necesita limpiarlo



K7ay basura o relleno en el %ondo

K7ay empaquetaduras viejas

4.4. CONDICIONES ÓPTIMAS DE UNA CEMENTACIÓN

!ara que la cementación sea eitosa la lechada debe cumplir una serie de

requisitos y*o parámetros los cuales son:

• 6ener la densidad apropiada.• Ser %ácilmente mezclable en super%icie.• 6ener propiedades reológicas óptimas para remover el lodo.• <antener sus propiedades %&sicas y qu&micas mientras se está

colocando.• +ebe ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente.• +esarrollar es%uerzo lo más rápido posible una vez que ha sido• bombeado.• +esarrollar una buena adherencia entre revestidor y %ormación.• 6ener una permeabilidad lo más baja posible.• <antener todas sus propiedades bajo condiciones severas de

presión y temperatura.

<. PROPIEDADES DE LAS LEC*ADAS

<.1. PROPIEDADES MEC=NICAS

Las propiedades mecánicas de los materiales se re%ieren a la capacidad de los

mismos de resistir acciones de cargas o %uerzas. !odemos decir que las

propiedades mecánicas se clasi%ican en: !or acción:

Est>ti!as& las cargas o %uerzas actan constantemente o creciendo poco a

poco.

Di#>"i!as: las cargas o %uerzas actan momentáneamente, tienen carácter de

choque.

C,!li!as $ e si#$ 6ariable: las cargas var&an por valor, por sentido o por

ambos simultáneamente.



Las propiedades mecánicas principales son: dureza, resistencia, elasticidad y

plasticidad, aunque tambi$n podr&an considerarse entre estas a la %atiga y la

%luencia.

C$:esi;#& 'esistencia de los átomos a separarse unos de otros.

Plasti!ia& "apacidad de un material a de%ormarse ante la acción de una

carga, permaneciendo la de%ormación al retirarse la misma. #s decir es una

de%ormación permanente e irreversible.

Maleabilia& >acilidad a de%ormarse en láminas. #s una variación plástica

ante la aplicación de carga o %uerza.

D3!tilia& >acilidad a de%ormarse en hilos.

D3re8a& es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Hpuesta a duro

es blando. #l diamante es duro porque es di%&cil de rayar. #s la capacidad de

oponer resistencia a la de%ormación super%icial por uno más duro.

Resiste#!ia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales para

soportar las diversas %uerzas. #s la oposición al cambio de %orma y a la

separación, es decir a la destrucción por acción de %uerzas o cargas.

D3!tilia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales de

de%ormarse sin romperse obteniendo hilos.

Elasti!ia& se re%iere a la propiedad que presentan los materiales de volver a

su estado inicial cuando se aplica una %uerza sobre $l. La de%ormación recibida

ante la acción de una %uerza o carga no es permanente, volviendo el material a

su %orma original al retirarse la carga.

*ir$s!$%i!ia& se re%iere a la propiedad de absorber o ehalar el agua.

*e#ibilia& #s la propiedad de partirse en el sentido de las %ibras o laminas.

Resilie#!ia& #s la capacidad de oponer resistencia a la destrucción por carga

dinámica.

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