Libro de Cementos Petroleros Pet219

Programa de Cementros Petroleros PET-219

Pet-219 Arturo López G. Página 1

PROGRAMA DE CEMENTOS PETROLEROS PET-219

CEMENTOS API – INTRODUCCION – TEMA I

Competencia : El estudiante conoce la disponibilidad de cementos petroleros API,

su uso y sus propiedades fisicoquímicas, de la misma forma para los cementos

especiales que se usan en la industria petrolera .

INTRODUCCIÓN

1.1. ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL PROGRAMA

El proceso de cementación de un pozo petrolero es usado alrededor del

mundo, y ha crecido en complejidad, con muchas personas, organizaciones, y

tecnologías que han contribuido al estado del arte. Para ayudar al ingeniero

practicante con el planeamiento y evaluación del trabajo, esta monografía ha

sido escrita como una referencia comprensiva con información acerca de la

variedad de materiales y técnicas usadas en la cementación de un pozo.

Los capítulos están dedicados a cementos, aditivos, pruebas, planificación de

trabajo, y la ejecución de trabajo de cementación primaria, cementación

squeeze, y operaciones de taponamiento.

La importancia de planificación en alcanzar el aislamiento zonal es destacada.

También dan cobertura al equipo mecánico y de bombeo, mezcladores,

sistemas de manejo de masa, y varios instrumentos subsuperficiales usadas

para colocar el cemento correctamente.

El programa muestra la secuencia lógica de las operaciones de cementación de

un pozo para proporcionar al ingeniero petrolero los conocimientos básicos del

trabajo para mejores prácticas de cementación.

1.2. OBJETIVOS DEL TEXTO

Tiene dos propósitos:

1. Proveer al ingeniero petrolero responsable del proceso de cementación

información que lo ayudará a juzgar según sus propios méritos varias

técnicas de cementación y saber qué resultados pueden ser esperados.

2. Proporcionar un análisis comprensivo del estado del trabajo.



1.3. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACIÓN

La cementación de un pozo petrolero es el proceso de mezclar de cemento y

agua ( lechada) y bombearlo a través de la cañería de acero a puntos críticos

en el anular que se encuentra alrededor de la cañería o en el agujero abierto

debajo de la sarta de cañería. (Figura 1.1)

Las dos principales funciones del proceso de cementación primaria son

restringir el movimiento de fluido entre las formaciones y para adherir y sostener

la cañería.

En adición el aislamiento de zonas productoras de petróleo, gas y agua, el

cemento también ayuda a:

1. Proteger la cañería de la corrosión

2. Prevenir reventones mediante la rápida formación de un sello.

3. Proteger la cañería de impactos de cargas en perforaciones más

profundas.

4. Y sellar zonas de pérdida de circulación, o zonas ladronas (que absorben

el fluido

El trabajo de una cementación primaria consiste , en lo siguiente una vez

que la cañería esta en fondo del pozo , hay que acondicionar el lodo ,

para luego reemplazarlo por una lechada que se prepara en superficie .

Antes de bombear la lechada se larga el tapón inferior, el cual l lega

hasta el collar flotador, por detrás s\ del tapón se bombea la lechada

luego el tapón superior, que se desplaza con agua o lodo. El tapón

superior asienta sobre el tapón inferior.



Fig 1-1



1.4.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS

PRIMEROS TRABAJOS.- La industria estadounidense de petróleo

tradicionalmente data sus principios con la perforación del pozo Draque en

1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada para

cerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arena

petrolífera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la Unión

Petrolera Co, es la primera vez que usa una lechada en la industria petrolera.

Este pozo antes de bombearle una lechada tenia la siguiente Producción : 80

% de agua , 20 % Oil

Luego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras después de

dejar el pozo 28 días sin actividad tenemos la siguiente producción de líquidos:

90 % de oíl, 10 % de agua. Hoy en día esta técnica se usa

Le aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla que

consiste en 50 sacos de cemento portland puro. Después de 28 días el cemento

fue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforación a través

de la arena petrolífera, la zona de agua había sido efectivamente aislada. Esto



se convirtió en una práctica aceptada y pronto se propagó a otros campos en

California donde dificultades similares eran encontradas.

En el año 1920 Halliburton logra perfeccionar las operaciones de cementación,

teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y presión sobre las lechadas y el

cemento fraguado, hasta ese año no se utilizan aditivos, a la fecha se conocen

más de 60 tipos de aditivos.

1.5 .- A QUE SE LLAMA CEMENTOS.

Pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas, es decir capaz de

unir fragmentos de masas o de materiales sólidos en un todo compacto, tal

definición involucra a un gran # de materiales o sustancias diferentes, teniendo

muy poco en común una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una de

ellas importancia técnica diferente. Los cementos que se usan en la industria

petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta de

referirse a este tipo de cementos es hablar de cementos calizos.

1.6.- FABRICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND

Son el resultado de mezclar Clinker + Yeso ( Sulfato de calcio ) , en una

proporción de (95 -97 %)/ (5 -3 % )

CLINKER

Es un compuesto químico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamos

caliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de los

materiales ( 2:1 , 1:3/4 ) , que tiene un proceso de fusión a 1400 – 1600 *C.

Calizas

Pueden ser de diferentes tipos como ser:

El carbonato de calcio (CO3Ca), abundan en la naturaleza para fabricar el

cemento portland es adecuado el procedente de todas las formaciones

geológicas , la formas más puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse la

Creta y las Margas



Arcillas

La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esencia

son productos de meteorización de silicatos de los metales alcalinos y

alcalinotérreos, en especial los de feldespato y micas.

Pueden ser del grupo del caolín y/o montmorillonita.

Veamos el área superficial de estas arcillas

Caolín aproximadamente 15 m2 / gr

Momtmorillonita aproximadamente 800 m2 / gr

1.7.- HORNO ROTARIO PARA PRODUCIR CLINKER VIA SECA

RECUPERACION DE MATERIAS PRIMAS

Tanto las arcillas como la caliza se las obtiene de las canteras, dependiendo de la

dureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este material

se lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamaño adecuado

para llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormente

indicadas.

PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO

1.- ZONA DE DESHIDRATACION 100 0C

La temperatura en esta zona es de 100 0C, se pierde toda el agua libre que tiene la

materia prima.



2.- ZONA DE DESCARBONIZACION 400 0C

Es donde toda la caliza se descompone.

CO3Ca ( s) ------------------- CO2 ( gas ) + CaO(s)

En esta zona todo el material orgánico es eliminado. Si existen sulfatos se observa

eliminación de los óxidos de azufre ( SO2 y SO3).

Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contacto

con el agua reacciónan, para formar ácidos, carbónico , sulfúrico y sulfuroso.

Pueden también volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida de

materiales como gases puede llegar a ser hasta un 30 % de la carga inicial.

3.- ZONA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Es acá donde empiezan a reaccionar los óxidos, esta es una zona de calcinación,

el 20 – 30 % del material se funde y tiene lugar la formación del clinker. En esta

zona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestos

cristalizados, la temperatura de 1400–1600 0C es muy importante para la calidad del

clinker.

El giro del horno mediante sus motores, su inclinación de 10 a 20 grados hacen que

el material se vayan formando bolitas de hasta 2”, esto es lo que sale del horno y se

llama clinker, al salir del horno tiene un enfriamiento programado luego pasa a una

serie de molinos donde se lo muele para darle una superficie especifica requerida (

cm2 / gr ) , luego hay que mezclarlo con yeso y se lo envasa. El yeso tiene la

finalidad de darle características hidráulicas al clinker y retardar su tiempo de

endurecimiento, e incrementar su resistencia.

PROCESO ESQUEMATICO VIA SECA

Caliza + Arcilla Chancado Transporte Molienda Horno

Enfriamiento Clinker Mezcla Yeso + Clinker

COMPOSICION QUIMICA DEL CLINKER

CO3Ca + Arcilla Clinker * Composición

- SC3 ---- 3 CaO.SiO2 Silicato tricalcico. Alita



- SC2 ---- 2 CaO.SiO2 Silicato dicalcico. Belita

- AC3 --- 3CaO. Al2O3 . Aluminato tricalcico

- AFC4 – 4 CaO.Fe2O3 Al2O3 . Aluminato ferritatetracalcico

Hablemos un poco de la función de cada uno de los componentes del Clinker

SC3

Es el contribuyente mayoritario del cemento Portland 45 – 65 %. Es responsable

de la mayoría de las reacciones hidráulicas en el estado inicial. Se encuentra

presente en el cemento de una manera impura. La formula real es:

54 CaO. 16SiO2 Al2O3. Mg O

Es el componente que influye en todas las etapas del frague del cemento, pero

especialmente en la etapa de endurecimiento hasta los 28 días.

SC2

Es el segundo componente del cemento portland entre 15 – 35 %. Existen 4 tipos

de cristales poliformes ( alfa , alfa prima , beta y gamma ). Predomina la forma Beta

, que tiene la siguiente formula química

Ca87 Mg.Al. Fe (Na0.5 KO0.5 ) (Al Si42 O180 )

Debido a que la velocidad de hidratación es baja comparada con la del – SC3 , no

tiene un rol importante en el desarrollo de la resistencia en tiempos cortos, si en

tiempos mayores a 28 días.

AC3

Pose una gran velocidad de hidratación porque es importante en las primeras

reacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componente

minoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en la

resistencia final al ataque de las aguas sulfatadas.

Su formula general es :

((Ca ,Mg)72- (n+m)(Na(2n+m)))72 + n ((Al,Fe)48 –(m+2) (Sim + ¾ Z ) ) O144

Las especificaciones del API permiten hasta un 15% - AC3 , para aquellos cementos

que tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los



cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm de

sulfatos se llaman sulfatadas – Cuidado en la elección del cemento )

AFC4

No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en el

cemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indica

que la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener una

máxima resistencia a los sulfatos.

El Clinker tiene otros componentes de menor importancia como ser :

Trialuminato pentacalcio 5 CaO 3Al2O3 --- C5 3 A

La ferrita dicalcica 2 CaO Fe2O3

K2 O , Na2 O , MnO2

Estos no son importantes, porque están en concentraciones menores al 2 %.

COMO REACCIONAN LOS COMPONENTES DEL CLINKER CON EL AGUA

EL SILICATO TRICALCICO

2 ( 3 CaO . SiO2 ) + 6 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + 3 Ca(OH)2

RAPIDA TOBERMARITA

EL SILICATO DICALCICO

2 ( 2 CaO . SiO2 ) + 4 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + Ca(OH)2

LENTA

ALUMINATO TRICALCICO

3 CaO. Al2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 3CaO. Al2O3 Ca(OH)2 . 12 H2O

RAPIDA

ALUMINATO FERRITA TERACALCICA

4 CaO.Fe2O3 Al2O3 + + 10 H2O + 2Ca(OH)2 6 CaO Fe2O3 Al2O3.12 H2O

LENTA

Las reacciones químicas nos indican que las principales reacciones dan como

producto la TOBERMARITA . 3 CaO.SiO2 3 H2O , QUE ES UN GEL

COMPUESTO DE PARTICULAS MUY FINAS., QUE TIENEN UN GRAN AREA

SUPERFICIAL POR LO TANTO MEDIANTE FUERZAS ATRACTIVAS SE

ABSORBEN SOBRE TODOS LOS CRISTALES PRESENTES Y LOS UNE.



El exceso de agua que no se utiliza durante la hidratación de los componentes del

clinker

, hace que el cemento fraguado pierda su resistencia, lo hace mas poroso y

permeable. Siempre debemos buscar que la lechada de cemento tenga la densidad

programada cuando vamos a cementar el zapato guía y las piezas de cañería

cercanas al zapato.

COMPOSICION QUIMICA DE LOS CEMENTOS API

CEMENTO COMPONENTES MOLIENDA

API –CLASE SC3 SC2 AC3 AFC4 Cm2 / gr

A 53 24 8 8 1500-1900

B 47 32 5 12 1500-1900

C 58 16 8 8 2000- 2800

D – E 26 54 2 12 1200-1600

G , H 50 30 5 12 1400-1700

Los cementos API más usados en la industria petrolera son el G y H. Un análisis

químico vía seca de estos cementos nos da la siguiente composición química.

Compuesto Formula Abreviatura % p/p

Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.43

Oxido de calcio CaO (C ) 64.70

Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 4.10

Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80

Magnesia MgO 1.9

Trióxido de S SO3 1.67



Oxido potasio KO2 0.08

Cenizas 0.54

Analizando la composición química de los cementos, podemos concluir:

Que en contacto con los lodos que tienen bentonita van a producir la floculación de

la bentonita, el incremento del ph a valores > a 12, lo que resulta negativo

para los polímeros que tiene el lodo.

Si se reperfora cemento con lodos base aceite, la presencia de alta concentración

de cal viva CaO, favorece al rendimiento de lo emulsionantes.

El control de la calidad de los cementos API es muy importante. Para esto tenemos

que solicitar un análisis vía seca. El API nos da la siguientes ecuaciones, que

deben usar para conocer a partir del análisis la cantidad de los cuatro

componentes del clinker, estas ecuaciones son :

SC3 = 4.07 C – 7.6 S – 6.72 A – 1.43 F – 2.85 SO3

SC2 = 2.87 S – 0.754 SC3

AC3 = 2.65 A – 1.69 F

AFC4 = 3.04 F

Estas ecuaciones pueden ser usadas solo si la relación Al2O3 / Fe2O3 , > a 0.64

Compuesto Formula Abreviatura % p/p

Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.2

Oxido de calcio CaO (C ) 65.60

Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 2.8

Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80

Magnesia MgO 1.9



Trióxido de S SO3 1.8

Oxido potasio KO2 0.08

Cenizas 0.70

Verifiquemos la relación anterior 5.8 / 2.8 = 2.07 > a 0.64

SC3 = 4.07(65.6) – 7.6 (22.2) – 6.72(5.8) – 1.43 (2.8) – 2.85 (1.8) = 50.2

SC2 = 2.87 (22.2) – 0.754 (50.2) = 25.86

AC3 = 2.65 (5.8) – 1.69 (2.8) = 10.64

AFC4 = 3.04 (2.8) = 8.51

Hemos mencionada que una vez esta molido el clinker tenemos que mezclarlo con

yeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso , esto porque el clinker tiene una velocidad rápida de

hidratación al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energía Hidráulica ,

esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores ,el yeso

para retardar el frague, del cemento así obtenido se lo puede mezclar con agua ,

esta mezcla llega a fraguar pero depende de muchos factores.

El frague de la lechada es la generación continua de la resistencia, es decir la

Consolidación de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambios

químicos debido a la hidratación de sus componentes produciéndose una

cristalización de los mismos que generan una resistencia en los cementos en el

estado de frague.

En el proceso de hidratación – frague ocurre lo siguiente. Veamos desde el punto

de vista químico y físico el frague.

Desde punto de vista químico.

La hidratación del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos al

Principio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Cálcicos

donde el azufre lo provee el yeso. En esta etapa el CaO libre que puede existir

también se hidrata dando lugar a los Ca(OH)2 . Luego de 24 horas de iniciado el

proceso empieza la hidratación del AC3 cristalizando junto con el remanente de

CaO, mientras que el SC2 , menos básico y el hidrato de silicio forman un gel

coloidal . La hidratación del SC3 no se completa hasta los 28 días, donde en este

tiempo ya empieza a cristalizar.



Podemos nosotros hacer un resumen más fácil:

La cristalización inicial de la lechada y la consolidación se debe a la hidratación del

AC3 y la hidratación parcial del SC3 , el aumento posterior de la consistencia se

debe a la hidratación continua del SC3 y SC2 que continua hasta que el cemento

llega a un estado de equilibrio

FRAGUE DESDE EL PUNTO FISICO

Primera etapa.- Frague inicial ocurre cuando la lechada pierde toda su

Plasticidad y se vuelve friable al grado tal que dos fragmentos de una mezcla rota

no pueden formar una masa homogénea cuando se la pone en contacto intimo. La

plasticidad no se la recupera aun colocando los pedazos en agua.

Segunda etapa.-

Luego del fraguado inicial el cemento sufre cambios físicos debido a que continúa la

hidratación, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayor

dureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como la

condición que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una aguja

penetración de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat.

Todos los alumnos deben buscar como se mide la consistencia de la lechada

en este aparato)

Tercera etapa.

Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 días, y como

consecuencia de nuevos ajustes químicos que dan como resultado un aumento

gradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de endurecimiento,

este periodo es muy importante en las operaciones de cementar cañerías, mientras

más largo este tiempo más antieconómico es para la operadora, para acortar estos

tiempos se han diseñado los aditivos, para bajar este periodo a horas.



Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunos

compuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados

- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia , hay

que aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor área

superficial ( mayor molienda)

- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC3 y de AC3

, mas rápido es el frague inicial.

- Si se quiere retardar el frague se debe controlar el contenido de SC3 y de

AC3 , y la molienda debe ser más gruesa.

- Las aguas subterráneas que se encuentran durante la perforación contienen

sales disueltas , las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles a

pequeños % de esta sales , por ejemplo :

- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho más que

las de ClNa.

- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague,

aunque a veces lo aceleran.



- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual manera

cualquier aditivo que en solución genere iones OH-

- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos térreos además de afectar el

tiempo de frague pueden causar desintegración del cemento fraguado, por

largos tiempo de contacto con el cemento fraguado.

- Las soluciones de SO4Na2 , SO4Mg , causan falta de solidez o fuerzas en el

cemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone en

contacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo un

hinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado una

cristalización con expansión originando disgregación del cemento. Se tiene

igual comportamiento si el contenido de CaO es alto.

- Los cementos que tienen < del 3 % de AC3 , son inmune al ataque de las

aguas sulfatadas.

- Cuando las lechadas son contaminadas con los lodos de perforación, se ven

afectadas las propiedades de las lechadas y del cemento fraguado , esto es

por el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4= , CO=

3 ,

OH- , Cl- , CO3H- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidas

celulosa polianionica,etc.)

Es importante tener en cuenta que la molienda del cemento influye en el tiempo de

frague. La mayoría de los cementos API están molidos de manera que el 85 % del

mismo pasan por la malla # 200.

Veamos lo siguiente que nos permite ver lo importante de la molienda, tenemos un

mismo tipo de cemento, pero lo molemos de diferentes granulometría.

Muestra #1

Se la muele de manera que el 95 % ,pase por la malla # 200 , preparamos una

lechada en condiciones de presión y temperatura , el tiempo de frague fue de 55

minutos.

Muestra #2

Se la muele hasta que un 75% pase por la malla # 100 ; nuevamente preparamos

la lechada en condiciones similares de P y T , y su tiempo de frague es de 170

minutos.



Es importante entender el concepto de que todo cemento fraguado debe tener un

volumen similar al volumen de lechada que lo origino, esto no ocurre siempre así

depende del agua de mezcla. Existe un % de agua critico para formar la lechada ,

donde no hay separación de agua de mezcla , un exceso del agua genera un mayor

volumen de lechada pero un menor volumen de cemento fraguado , ya que el resto

se separa como agua libre.

Como se observa en las figuras el agua libre se separa en la parte superior , para la

cantidad de agua libre que se libera de una lechada influye el agua usada para la

mezcla , el envejecimiento del cemento , la forma como ha estado almacenado el

cemento , es muy importante recordar que le cemento es un material higroscópico

toma con facilidad la humedad, cemento que se lo observa duro con bolas no debe

utilizarse para preparar las lechadas , otro factor importante es el contenido de

aceite en el lodo , que si se mezcla con la lechada retarda el frague de la lechada ,

produce falta de adherencia a la formación y tubería , produce grietas por donde

puede migrar el gas.



1.8.- CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS

Un cemento determinado se lo fabrica de acuerdo al requerimiento del cliente (sea

para la construcción o la industria petrolera) , por esa razón los cemento varían en

su composición química y física , molienda , según sea la necesidad . Para regular

las especificaciones se han creados institutos que dictan las normas para regular

la fabricación de los cementos entre ellos están:

A.C.I AMERICAM CONCRETE INSTITUTE (INSTITUTO AMERICANO DEL

CONCRETO)

A.S.T.M. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS

(SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEBAS DE MATERIALES)

Es el encargado de dictar las normas para los cementos a usar en la industria de la

construcción, provee especificaciones para 5 tipos de cementos portland tipo I ,II, III

,IV , V. Todos son elaborados para condiciones de presión temperatura atmosférica.

API AMERICAM PETROLEUM INSTITUTE

Provee especificaciones para los cementos clase A,B,C,D.E.F.G.H,J. Usados bajos

condiciones de presión y temperatura. Los cementos clase A, B , corresponden a

los cementos del ASTM I,II y III . Los tipos IV y V , no tienen correspondencia con el

API.

CLASIFICACIÓNES API.- La industria petrolera compra cementos fabricados

predominantemente conforme a las clasificaciones API como se publicaron en las

normas API 10, " Datos específicos para Cementos de Pozos Petroleros y Aditivos

de Cemento”. Estos datos han sido publicados anualmente por el Instituto

Americano de Petróleo en Dallas, Texas, desde 1953, cuando las primeras normas

nacionales sobre el cemento para su empleo en pozos fueron publicadas (emitidas).



Estos datos específicos son repasados cada año y revisados según las

necesidades de la industria petrolera. Las diferentes clases de Cemento API para

su empleo a temperaturas y presiones de fondo de pozo están definidas abajo. Ellos

están catalogados en las normas API de fecha 10 junio de 2004.

CLASE A.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Disponible sólo

en el tipo ordinario (similar a ASTM C 150, tipo I)

.

CLASE B.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando las condiciones requieren de moderada a alta sulfato

resistencia. Disponible en ambos tipos: moderadamente (similar a ASTM C 150,

tipo II) y altamente resistentes al sulfato.

CLASE C- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando las condiciones requieren de un alto endurecimiento

temprano. Disponible en los tipos: ordinario y moderadamente (similar a ASTM

C 150, tipo III) y altamente resistentes al sulfato.

CLASE D.- Dirigido para el empleo desde los 6000 a los 10 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de moderadas presiones y temperaturas.

Disponible en ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

CLASE E.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 14 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de altas presiones y temperaturas. Disponible en

ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

CLASE F.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 16 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de extremadamente altas presiones y

temperaturas. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y altamente

resistentes al sulfato.

CLASE G.- Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desde la

superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con aceleradores

y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de pozos y

temperaturas. No adicionar otros aditivos más que el sulfato de calcio o el agua,

o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la fabricación del

cemento para pozo Clase G. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y

altamente resistentes al sulfato.



CLASE H.- D Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desde

la superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con

aceleradores y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de

pozos y temperaturas. No adicionar otros aditivos más que el sulfato de calcio o

el agua, o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la

fabricación del cemento para pozo Clase H. Disponibles en ambos tipos:

moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

La tabla 2.5 lista las clases de cemento API e indica las cuáles son las

profundidades a las que son aplicables.

1.8.

1.8 PROPIEDADES DE LA COBERTURA DE CEMENTO SEGÚN LAS

ESPECIFICACIONES API

En las operaciones de terminación de pozo, los cementos son casi

universalmente usados para desplazar el lodo de perforación y para llenar el

espacio anular entre la cañería y el agujero abierto. Para cumplir este propósito,

los cementos deben ser diseñados para ambientes de pozo variando desde

aquellos que se usan en la superficie a aquellos que están a profundidades

excedentes de los 30000 pies de profundidad, donde las temperaturas recorren

por debajo de la congelación en áreas congeladas a más de 700ºF en pozos

perforados para la producción geotérmica a vapor. Los datos específicos no

cubren todas las propiedades de cemento sobre tales amplias gamas de

profundidad y presión.



Estos, sin embargo, catalogan las propiedades físicas y químicas de las

diferentes clases de cemento que encajarán en la mayoría de las condiciones

de pozos. Estos datos específicos incluyen el análisis químico y el análisis

físico. Estos análisis comprenden: el contenido de agua, la fineza, la fuerza

compresiva, y el tiempo de espesamiento.

Aunque estas propiedades describen los cementos para objetivos específicos,

los cementos para pozos petroleros deben tener otras propiedades y

características para asegurar las funciones necesarias en fondo de pozo.

Las exigencias físicas y químicas de las clases de cemento API como se

definieron en las Normas API 10 son mostradas en las tablas 2.6 y 2.7. Las

propiedades físicas típicas de varias clases de cemento API son mostradas en

la tabla 2.8.

Las especificaciones de la API no son hechos cumplir por una agencia oficial;

sin embargo, el empleo del monograma API indica que el fabricante ha estado

de acuerdo con hacer el cemento según los datos específicos perfilados en las

Normas API 10. Aunque el API defina ocho clases diferentes de cemento, sólo

las clases A, B, C, G, y la H están disponibles por los fabricantes y son

distribuidos en los EE UU.







1.9.- NORMAS DEL CEMENTO FUERA DE LOS E.E.U.U.

En la cementación de pozos en países distintos a EE UU, puede ser necesario

usar productos locales. La tabla 2.9 cataloga las clasificaciones que han sido

establecidas en varios países para los tipos más comunes de cemento de

Portland usados para la construcción.



Para algunos cementos, se hicieron clasificaciones adicionales por ejemplo,

OCI (el Tipo de Cemento de Portland Ordinario I), OCII, OCIII. Sin embargo,

tales clasificaciones causan problemas en la fijación de una línea divisoria clara

entre tipos, porque OC tipo II o III puede fácilmente ser confundida con el

cemento RHC o HSC.

En algunos países un fabricante específico puede, por velocidad y simplicidad,

usar un símbolo para identificar varios tipos de cemento. La tabla 2.10 cataloga

identificaciones equivalentes para varios tipos de cemento Portland, usados por

algunos países comúnmente asociados con la industria petrolera



Abajo están listadas algunas Fábricas que mantienen el monograma de la API y

mercado de los cementos para la industria Petrolera.

Argentina Loma Negra, C.I.A., S.A.

Australia Adelaide Brighton Cement Ltd.

Bélgica Compagnie des Ciments Belges

Brasil Companhia De Cemento Portland Alvarado

Cemento Aratu S.A. (Lone Star Industries)

Canadá Canada Cement Lafarge Ltd.

Genstar Cement Ltd.

Colombia Cementos Hércules

Dinamarca Aktieselskabet Aalborg Portland cement Fabrik

Ecuador La Cemento Nacional C.E.M.

Inglaterra Blue Circle Industries Ltd.

Francia Lafarge

Alemania Dyckerhoff Zementwerke Ag.

Grecia Titan Cement

Italia Italcement S.P.A.

Irlanda Irish Cement Ltd.

Japón Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd.

Nihon Cement Co. Ltd.

Sumitromo Cement Co.

Ube Industries Ltd.

México Cementos Apasco S.A.

Cementos Veracruz S.A.

Noruega A/S Norcem

Arabia Saudita Saudi Cement

Singapur Pan Malaysia Cement Works Ptd. Ltd.

Tailandia Jalaprathan Cement Co. Ltd.

Trinidad Trinidad Cement Ltd.

Estados Unidos Arkansas Cement

Capital Cement Inc.

General Portland Inc.

Ideal Basic Industries Inc.

Kaiser Cement Corp.

Lehigh Portland Cement Co.

Lone Star Industries Inc.

The Monarch Cement Co.

Southwestern Portland Cement Co.

Texas Cement Corp.

1.10.- CEMENTOS ESPECIALES

Un número materiales cementantes, usados muy efectivamente para la

cementación de pozos, no están dentro de una Clasificación específica de la

API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo una

especificación reconocida, sus calidades y uniformidad están generalmente

controladas por el distribuidor.



Estos materiales incluyen:

1. Cementos Puzzolanos Portland

2. Cementos Puzzolano – Cal

3. Cementos de Resina o Plástico

4. Cementos de yeso

5. Cementos diesel – petróleo

6. Cementos Expansivos

7. Cementos Refractarios

8. Cementos de Látex

9. Cementos para ambientes de congelación permanente

Cementos Puzzolánicos.- Los Puzzolánicos incluyen cualquier material con

silicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de cal

y agua desarrollen características cementantes. Estos pueden estar divididos en

Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormente

de origen volcánico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos mediantes el

tratamiento de calentamientos de materiales naturales tales como arcillas,

lutitas y algunas rocas silíceas.

El Fly Ash es una Combustión producto del carbón y es ampliamente usado en

la industria petrolera como una Puzolana. Este es la única puzolana respaldado

por ambas especificaciones tanto la API como ASTM.

Cuando el cemento Portland se hidrata, el hidróxido de calcio es liberado. Este

químico por sí mismo no contribuye en la dureza o en el estrechamiento del

agua y puede ser removido mediante la lixiviación. Cuando el Fly Ash está

presente en el cemento, se combina con el hidróxido de calcio, ambos

contribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.

El Fly Ash tiene una gravedad específica de 2.3 a 2.7, dependiendo de la

fuente, comparado con la gravedad específica del los Cementos Portland de 3.1

a 3.2. Esta diferencia en gravedad específica da como resultado una lechada de

cemento Portland de peso más liviano que las lechadas de consistencia similar

hechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la

API para el Fly Ash).



Cementos Puzzolánicos con Cal.- Los cementos puzzolánicos con cal o cal –

silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, y

pequeñas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con

agua para producir formas de Silicato de Calcio. A bajas temperaturas sus

reacciones son más lentas que reacciones similar con Cementos Portland, y

además generalmente son recomendadas para cementaciones primarias a

temperaturas superiores a los 140 ºF.

Las características de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores de

la retardación, peso liviano, económicos, y poseen una dureza estable a altas

temperaturas.

Cementos Plásticos o con Resina.- Los cementos plásticos o con resinas son

materiales especialmente usados selectivamente para taponamientos de

agujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementación para

disposición de desechos. Son usualmente mezclas de agua líquida con resinas,

y un catalizador mezclado con un Cemento API Clase A, B, G, o H. La única

propiedad de estos cementos es que cuando la presión es aplicada a la lechada

la fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un



sello dentro de la formación. Estos cementos son especialmente usados en

pozos con volúmenes relativamente pequeños. Son efectivos a temperaturas

que van de un rango de 60 a 200 ºF.

Cementos de Yeso.- Los cementos de yeso son usados para trabajos de

remediación de una cementación. Normalmente, están disponibles en:

1. Una forma semihidratada de yeso (CaSO4 * ½H2O) y

2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 *

2H2O).

Las únicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse

rápidamente, su alta dureza temprana, y su expansión positiva

(aproximadamente 0.3%). Los cementos de yeso son mezclados con Cementos

API Clase A, G, o H en un rango de 8 a 10% de concentración para producir las

propiedades tixotrópicas. Esta combinación es particularmente útil en pozos

someros para minimizar los recursos de emergencia después de su

desplazamiento (Ver figura 3.16).

Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material

de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo donde

no hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la pérdida de circulación,

los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volúmenes iguales de

cementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble y

permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen

propiedades de ubicación muy rápidas y pueden ubicarse prematuramente

durante el desplazamiento. (Ver sección 3.6, concerniente a la pérdida de

circulación).

Cementos Diesel – oil.- Para controlar el agua en la perforación o en la

producción de pozos, las lechadas de Cementos Diesel – Oil son

frecuentemente usadas. Estas lechadas están básicamente compuestas de

Cementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosén con un

agente activo en superficie. Los cementos diesel – oil tienen tiempos de

bombeabilidad ilimitados, y no se ubicarán a menos que sean desplazados en

una zona con asientos de agua: allí la lechada absorbe agua y sitúa un cemento

denso y duro.

La función del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario para

humedecer las partículas de cemento. Algunas composiciones de cemento

diesel – oil contienen un anión surfactante cuyo efecto es extender la reacción o



tiempo de espesamiento para permitir una penetración adicional a la formación.

El cemento diesel – oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo de

agua, pero también puede ser usado para reparar fugas en la cañería, para

combatir algunos problemas de pérdida de circulación, para taponar canales

detrás de la tubería y para controlas la penetración de la lechada. (Ver figura

2.5).

FIGURA 2.5.- EL PASO DE FLUJO DE AGUA ES CERRADO USANDO CEMENTO DIESEL OIL

Cementos Expansivos.- Para algunas condiciones de fondo de pozo es

deseable tener un cemento que se expandirán a través del filtrado de lodo y de

la tubería. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composiciones

que se expanden ligeramente cuando se ubican. Estas reacciones que causan

esta expansión son similares al proceso descrito en la literatura de cementación

como Ettringite. Ettringite es el proceso de formación de un cristal que toma

lugar entre los sulfatos y el aluminato tricálcico componente en el Cemento

Portland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 *

3CaSO4 * 32H2O) son tipo Portland a los cuales se les ha añadido un Anhídrido

Sulfoaluminato de Calcio (4CaO * 3Al2O3 * SO3), sulfato de calcio (CaSO4), y cal

(CaO).

Pozo productor

de agua y de

petróleo

Squeeze con

lechada de

cemento Diesel oil

El pozo produce

sólo petróleo



FIGURA 2.6.- CRISTALES ETTRINGITE EN EL CEMENTO

Concurrentemente hay tres tipos de Cementos expansivos comerciales:

1. Tipo K.- Los cuales contienen Sulfoaluminato de calcio como

componente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de los

fabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, la

reacción creada por la hidratación de expansión es aproximadamente de

0.05 a 0.20%.

2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cemento

de alto C3Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un

10 a 15% de yeso. Las características expansivas son similares a

aquellas del tipo K.

3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la añadidura de pequeñas

cantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producir

fuerzas expansivas.

Hay otras formulaciones de cemento expansivo:

a) API Clase A (cemento Portland) conteniendo de un 5 a 10% de formas

semihidratadas de yeso. (Las características expansivas de los cementos

API Clase A y Clase H contienen yeso – sulfato de calcio – son

comparadas en la Tabla 2.12)



b) Cemento API Clase A, G, o H conteniendo cloruro de sodio en

concentraciones que van de un rango de 5% a la saturación.

La expansión es causada por las reacciones del silicato de cloro (Ver

Sección 3.9 para una discusión de otros beneficios de la sal.)

c) Cementos Puzzolánicos. Fuerzas expansivas son creadas cuando el

álcali reacciona con un cemento Clase A, G, o H para formar cristales de

Sulfoaluminato.

En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificación

en los estándares de la API para medir las fuerzas expansivas de los cementos.

La mayoría de los laboratorios usan la prueba expansiva de bar, empleando un

molde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento. La fuerza expansiva es

medida cortamente después de la ubicación del cemento por una base de

referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansión

máxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidráulica también han sido

usadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos.

Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementos

con alto contenido de alúmina fabricados con la mezcla de bauxita

(aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertos

con crisol hasta que esté licuado. Dos de los más ampliamente usados

cementos con alto contenido de alúmina son los llamados Lumnite (fabricado

por Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra y

Francia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star



Lafarge Inc.). los análisis de estos materiales difieren de los cementos Portland

porque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricación del

Cemento Portland.

Los análisis típicos de estos cementos refractarios muestras que contienen

aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeñas cantidades de Silicato y

Hierro. Los Aluminatos de Calcio en estos cementos producen un

endurecimiento rápido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque de

químicos corrosivos.

Los cementos con alto contenido de alúmina son usados en pozos con

combustión in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 ºF

durante el proceso de quemado.

Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer las

condiciones individuales de cada pozo, pero las características de retardación

se diferenciarán de los cementos Portland. La adición de Cemento Portland a

los Cementos refractarios causarán una ubicación rápida además, cuando

ambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de forma

separada.

Cementos de Látex.- Mientras que el Cementos de látex es a veces clasificado

como un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos API

Clase A, G, o H con látex líquido o en polvo. Estos látex con químicamente

conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones de

feniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtrado

de una lechada de cemento en los pozos. El Látex líquido es añadido en

relaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El látex en polvo no

congela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportado

al lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el látex líquido son mostradas

en la tabla 2.13.



Cementos de Congelación Permanente.- Los problemas especiales aparecen

en el conductor de cementación y en la superficie de la cañería en medios

ambientes congelados. A través del Ártico hay formaciones con cojinetes de

hielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden ser

descritos como suelos congelados en algunas áreas y en otros como bloques

de hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente conveniente

usarlo para una colocación rápida, con un cemento con calor de hidratación

bajo que no derretirá el suelo congelado (Ver sección 14.10 – Ambientes

Congelados).



FIGURA 2.7.- ÁREAS DE CONGELACIÓN PERMANENTE EN NORTE

AMÉRICA.

Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso y

de cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla de

cemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicará a los15ºF antes

de su congelamiento. Para la superficie de la cañería estas lechadas son

normalmente diseñadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, aún

así el desarrollo de dureza es un poco rápido y varía un poco a temperaturas

entre 20 y 80 ºF.

1.1. SUMARIO

En las últimas dos décadas, la estandarización de los cementos y su uso en los

campos ha sido grandemente simplificada. El número de clases API ha sido

reducido al punto que las Clases API G y H son las más ampliamente usadas.

Aproximadamente el 80% de los cementos usados en pozos en países no

comunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dos

clases. Aproximadamente el 65% del cemento hecho en los Estados Unidos es

el API Clase H (mayormente en las operaciones de la Costa del Golfo y en las

del Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido en

California y en áreas de montañas Rocky. El resto de cemento usado en pozos

son el Clase A (10%) o el Clase C (10%).

Congelación

permanente

Congelación

discontinua

Temperatura anual

Media



En operaciones internacionales, la mayoría del cemento usado en pozos es el

API Clase G (Canadá, Europa, Medio Este, Sud América, y el Este Lejano). Los

Cementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo el

mundo.



TEMA II

ENSAYOS BASICOS RECOMENDADOS POR EL API

Competencia :El alumno tiene el conocimiento necesario del muestreo de los

aditivos, para la preparación de lechada en el laboratorio, analiza e interpreta los

diferentes ensayos sobre la lechada o el cemento fraguado. Analiza la Importancia

de cada uno de los ensayos básicos y los puede modificar de acuerdo a las

necesidades de la operación de cementación.

MUESTREO

Cuando se muestrea una determinado lote de cemento, tenemos que tomar una

muestra representativa del lote, por ejemplo se recomienda sacar muestra de 1

saco por cada 50 sacos de cemento.

El ASTM nos indica cual es la muestra más apropiada para el cemento. Para

efectuar ensayos simples se requiere de 11 kg de muestra, para ensayos completos

se necesita 107 kg; es recomendable llevar a laboratorio por lo menos un 25% más

de lo requerido.

Una vez que la muestra llega a laboratorio, es muy usado el método del cuarteo

para separar la muestra con la que se va realizar los ensayos.

En la mesada del laboratorio, se coloca una plancha de plástico.

Plancha Plástica

1 2

3 4

Mezclar

1+4

5 6

7 8

Muestra de cemento



Con la muestra seleccionada realizar los ensayos, siempre debe guardarse

muestras por cualquier reclamo que exista y sea necesario repetir el trabajo en un

segundo laboratorio.

PESO DE LA MUESTRA PARA LOS ENSAYOS

Métodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.

Cantidad para Ensayo Doble Kg.

Estabilidad 0.5 0.5

Finura 0.5 0.5

Contenido de Agua 1.1 1.1

Cantidad de Lechada 1.1 1.1

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Métodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.

Cantidad para Ensayo Doble Kg.

Presión Atmosférica 1.1 42.5

A Presión 1.1 42.5

Tiempo de Bombeabilidad

1.1 6.8

Tiempo de 1.1 6.8

Permeabilidad 1.1 1.1

Pérdida de Filtrado 1.1 1.1

Propiedades Reológicas 1.1 1.1

Durante el curso veremos los de mayor utilidad

2.1.- PREPARACIÓN DE LA LECHADA

EQUIPOS RECOMENDADOS POR EL API

- Balanza que pese con una precisión de 0.2 grs para pesar la masa de

cemento

- Los volúmenes de agua deben medirse en probetas

- Mezcladora de 2 velocidades.



- Las muestras del cemento deben ser tamizadas por una malla # 30. Todo

material retenido debe ser separado y expresado en % P/P.

- El agua y el cemento para ensayos de referencia debe estar libre de CO2

deben tener una temperatura de 80 oF + 5 oF.

El % de agua que debe ser agregado es el que se indica en la tabla del

API.,para cada tipo de cemento.

COMPOSICIÓN DE LA LECHADA

Cemento Clase API

Agua por Peso de Cemento %

Galón Agua por saco

A y B 46 5.19

C 56 6.32

D,E,F y H 38 4.29

G 44 4.97

J *

*Lo recomienda el fabricante.

Veamos un ejemplo para cemento clase “A”

1 Sc = 94 Lb de Agua = 0.46 x 94 = 43.24 Lb

¼ Gal

Cuchilla

4000 – RPM- 12000

La Lechada se prepara en la mezcladora que

tiene una capacidad de ¼ gal. ( ≈ 1 lt.) el

recipiente es de material resistente a la

corrosión, las cuchillas deben cambiarse

cada vez que pierda el 10% de su peso.



La densidad es:

D = M/V V agua = M/D = 43.24 Lb/8.33 lb/gal USA = 5.19 gal.

Para Bolivia:

110 Lb x 0.46 = 50.6 Lb. Donde: V = 50.6 Lb/8.33 Lb/gal = 6.07 gal (

Bolivia)

Nota:

El agregado de bentonita al cemento requiere del agregado de agua; por cada 1%

de bentonita, tenemos que agregar 5.3 % de agua. (este valor puede variar con la

calidad de la bentonita). Siempre es necesario realizar un ensayo piloto.

Por ejemplo para lechadas preparadas con cemento clase A y que tiene un 6% de

bentonita, cuanto es el agua total que hay que agregar a la lechada.

% = (46 + 5.3 x 6)/100 = 77.8%

COMO SE PREPARA LA LECHADA

En el laboratorio de cemento tenemos:

CLASE DE CEMENTO

Volumen Lechada

Componentes A B

C D, E F, H

G

Gr. Gr Gr. Gr.

Agua 355 383 327 349

600 cc. Cemento 772 684 860 792

Forma de preparar

¼ Gal

4000 – RPM- 12000

Colocar el agua + 4000 RPM

En + -15 seg agregar el cemento.

-Subir las RPM a 12000 y agitar 35 seg.



2.2.- DETERMINACIÓN DE AGUA LIBRE

La lechada preparada como se indico, debe ser colocada en un consistometro

atmosférico (base agua – baño maría)

20 `minutos ( 80 ° F )

Nivel Lechada

Paletas

Lechada

Nuevamente

mezclar a

12000 RPM a

35 seg.

Colocar en

probeta de

250 cc

Agua

Libre

Lechada

Dejar 2 Hrs. en reposo a 80° F

Eje con rotación

rotacion



El agua libre se la extrae con una pipeta o se la puede medir en la misma probeta. (

la probeta taparla con un papel )

Para los cementos clase G y H, no debe exceder al 1.4 %. Para los otros tipos de

cemento no hay requisitos. Para los pozos horizontales el agua libre debe ser =

0 cc. Se consigue agregando aditivos principalmente reductor de filtrado

2.3.- ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

El cemento requiere de una determinada resistencia a la compresión para soportar

una cañería.

En forma resumida indicaremos como se realiza este ensayo API.

PROCEDIMIENTO:

La lechada se la prepara como se la indico anteriormente, se usa moldes

recomendados por el ASTM, una prensa hidráulica recomendada por el API, Baños

para colocar la lechada de cemento en los moldes (envejecimiento), se introduce

los moldes en forma íntegra, hay dos tipos de baños:

1.- Un recipiente abierto a la presión atmosférica donde se introduce los moldes con

cemento, la temperatura es de 180 oF + 3 oF, debe contar con un sistema de

homogenización de temperatura.

2.- Un recipiente cerrado donde se coloca los moldes con la lechada, a To 380 oF

(193 oC) y la presión de hasta 3000 psi.

PERIODO DE CURADO

Es el tiempo transcurrido desde que los moldes son sometidos a las temperaturas

hasta que se saca los mismos para el ensayo de compresión.

Para los moldes curados a presiones atmosféricas, el periodo de curado comienza

cuando los moldes son colocados a los baños de curado y termina curado, se saca

los moldes para el ensayo de resistencia a la compresión.

Si la presión de curado es mayor a la atmosférica, el periodo de curado comienza

una vez alcanzada la presión referida.



El periodo especificado de curado es de 8, 24 Hrs. con excepción del cemento “J”, que es de 12, 24

hrs, 7 días.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, lo cual

es necesario para soportar la cañería. Muchos trabajos de investigación han

demostrado que un anillo de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia a

la tensión puede soportar hasta 200 pies de cañería, aun bajo condiciones de pobre

adherencia del cemento.

Debido a que el ensayo de resistencia a la compresión son mejor analizados que la

resistencia a la tensión, tenemos como regla que la R.T es de 8 a 10 veces mayor

que la resistencia a la compresión. Ejemplo:

10 psi de R. T. = 100 psi de R. Compresión

Baño de Curado

Molde lechada

Presión aplicada prensa

Hidraulica

4000 Lb / pulg2. / Min.

Molde Curado



En la industria petrolera se acepta que 500 psi de resistencia a la compresión,

garantiza continuar con las operaciones después de realizar la cementacion.

Entonces con la resistencia a la compresión del cemento fraguado nos

contestamos la pregunta ¿Qué tiempo debemos esperar para continuar

operaciones luego de realizado una cementación de una cañería?

Debemos esperar el tiempo en que la resistencia a la compresión es de 500 psi. En

ingles se dice “WOC” time



El gran problema de determinar la resistencia a la compresión en la prensa

hidráulica es que es destructiva y además es dificultoso que todos los moldes

salgan iguales uniformes.

Hoy en día se mide la resistencia a la compresión en el analizador ultrasónico del

cemento “UCA” “Ultra Sonic Cement Analyzzer”

Con este aparato determinamos el desarrollo de la resistencia a la compresión de

las lechadas en forma continua una única muestra es sometida a baja presión y

temperaturas, simulando las condiciones de fondo de pozo (temperatura y presión)

Se coloca la lechada de cemento a ser ensayada, se ajusta a las condiciones de

fondo de pozo. Se hace pasar una señal acústica a través de la muestra del

cemento. Así como la resistencia del cemento se incrementa con el tiempo de

fraguado, más rápida será la velocidad de la señal acústica atravesando la muestra.

Una computador con sistema Windows con el software mide los tiempos de transito

de la señal en función del tiempo o interpolar los valores de la resistencia de la

compresión.

Mediante este método pueden conocer el tiempo en alcanzar el fragüe inicial (50

psi), podemos alcanzar el fragüe final o cualquier otro valor intermedio que

deseemos.

Hay aparatos que permiten trabajar hasta con 8 muestras simultaneas; pero con

tiempo de 999 horas; 20000 psi y 400 oF.

Es importante mencionar que el software que tiene computadoras fue desarrollado a

partir de ensayos distintos con la prensa hidráulica.

Señal acústica Computador

Control presión

Manta

calefactora

Transmisor Ultrasónico

Lechada

250 cc.

Receptor

ultrasónico



Cemento clase “H”– 35% Silica Floor (Aditivo) Densidad = 15.0 lb/gal Temp. = 350 ° F Presión = 3500 Psi

4 8 12 16 20

2000

500

Tiempo (Hrs)

Psi

4 8 12 16 20

2000

500

Tiempo (Hrs)

Psi Cemento clase “H” 0% Silica Floor

Densidad = 15.6 lb/gal Temp. = 350 ° F

Presión = 3500 Psi 15.6 lb/gal

Retrogresión del cemento

por efecto de To





FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO

DE 2 PULGADAS.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, lo

cual es necesario para soportar la cañería en el pozo.



Para decidir cuánto tiempo se esperará para que el cemento se fragüe (para

seleccionar un tiempo WOC), es importante:

1. Conocer cuán fuerte debe ser el cemento antes de que la perforación

pueda empezar, y

2. Entender las características de desarrollo de la dureza de los cementos

en uso común.

Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8

y conocer qué temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la

fuerza. Para aplicar la información de dureza o fuerza del laboratorio

apropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener

algún conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHST´s en

la mayoría de las áreas geográficas han sido razonablemente bien definidos

mediante el uso de datos isotérmicos de superficie con profundidades y

gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados mediante

estudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.

La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no

igualará a la temperatura de formación, de hecho, esto incluso no tiene un valor

constante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo

las temperaturas del fluido de perforación, lechada de cemento y el fluido

desplazado, tanto como el calor de hidratación del cemento.

Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener

la cañería está basada en el estudio y la experiencia del campo:

1. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la

cañería durante la perforación, y con un incremento de la densidad de la

lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerza

compresiva es disminuido.

2. La densificación incrementa tanto la dureza como el calor de hidratación

del cemento.

3. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultarán

un débil cemento fraguado y por eso se deben evitar alrededor de la

parte baja de la cañería.

4. Con la selección de los cementos apropiados y con buenas prácticas de

cementación, el tiempo WOC para cañería de superficie pueden ser

reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas y

de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.



TÉCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA

La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medición

de la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva

ilimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza

compresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por más de 40

años para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherencia

del cemento a la cañería y/o a la formación. Correlaciones comparativas han

sido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerza

compresiva para producir la relación mostrada en la figura 4.9.

Una técnica más nueva y más popular para predecir la fuerza y los tiempos

WOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acústicas y ultrasónicas.

El analizador de cemento ultrasónico (UCA) continuamente monitorea la dureza

desarrollada por cualquier composición de cemento dada (figura 4.10). Una

lechada simple es desplazada en una célula que está bajo condiciones que

simulan la presión y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidad

ultrasónica del cemento son empezadas durante el estado fluido y continuado

durante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza parcial o final

desarrollada.



FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE

CEMENTO FRAGUADO.

FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASÓNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRÁFICOS PARA

EL DESARROLLO DE LA DUREZA.

FUER

ZA D

E A

DH

EREN

CIA

– P

SI

FUERZA COMPRESIVA – PSI

No es bueno una fuerza compresiva mayor a los 4 000 psi

- Cemento Puro - Cemento con 2% de cloruro de calcio - Cemento gel 4%



Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta

que la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del

fraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador

de gráficos vs. Tiempo en cualquier punto de interés (figura 4.11).

FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO

FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASÓNICO.

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal Fu

erz

a C

om

pre

siva

(p

si)

Tiempo (días)

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal 4% bentonita – 2% cloruro de calcio – 13.5 lbm/gal

Fue

rza

Co

mp

resi

va (

psi

)

Tiempo (días)



El UCA funciona con poca atención aparte del operador desde el inicio hasta el

final. La misma información de los estándares API sobre las pruebas para

aplastar la fuerza compresiva requeriría la curación de una multitud de

especímenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin

garantía de que la primera prueba sería lo suficiente corta o la prueba final lo

bastante larga para proveer con exactitud la información crítica del trabajo (ver

figura 4.12).

Las investigaciones han demostrado que una capa de cemento en un

anillo de 10 pies, teniendo solamente 8psi de resistencia a la tensión,

puede soportar más de 200pies de cañería, aun bajo pobres condiciones

de adhesividad del cemento. Al fijar la cañería de superficie cuando sean

requeridas elevadas cargas de trepano para retirar el equipo de flotación,

se ejerce una carga adicional a través de la cañería y la capa de cemento.

La Tabla 4 muestra las longitudes mínimas de cañería, y medidas de

portamechas que pueden ser soportados por una columna de cemento de

10 pies con una resistencia a la tensión de 8 psi.

TABLA - 4

Longitud de la cañería y medida de portamecha soportados por una columna de cemento

de 10 pies de longitud con 8psi de resistencia a la Tensión

Casing Portamechas -Medida (Pulg) Longitud Casing

(Pies)

Medida (Pulg) Libraje (lb/ft) OD ID

7

8-5/8

10-3/4

13 3/8

17,00

24,00

32,75

48,00

4-3/4

6-1/4

6-3/4

9

2

2-1/4

2-7/8

3-1/4

94

67

72

50



2.4.- TIEMPO DE BOMBEABILIDAD O DE ESPESAMIENTO

Una de las mayores preocupaciones cuando vamos a realizar una cementación es

conocer porque tiempo puede estar bombeable la lechada, para contestar a esta

pregunta el API, nos recomienda el ensayo de determinación del tiempo de

bombeabilidad, el cual se realiza el consistometro presurizado en cual podemos

simular las condiciones de F.P, ( 500 °F y hasta 40000 psi)

El consistometro es esencialmente un recipiente cilíndrico que contiene la lechada

dentro de este cilindro hay unas paletas estacionarias, todo está encerrado en una

cámara de presión, que tiene un aceite mineral recomendado por el API, esta

cámara está provista de un sistema de calentamiento que eleva la temperatura en 5

°F / min, el recipiente gira a 150 rpm, la consistencia de la lechada está indicada por

la deformación de un resorte calibrado que está conectado a la paleta que está en

contacto con la lechada. Mientras aplicamos calor y presión la lechada va ganando

consistencia que se transmite al resorte este resorte lo transforma en voltios.

Él limite de bombeabilidad de la lechada es cuando el equipo alcanza las 100 Bc (

Unidades de Barden, o unidades de consistencia), el equipo estos valores los va

graficando en forma automática y nos da el grafica mostrado en la parte inferior.

Se sabe que cuando tenemos 11 Voltios corresponde a las 100 Bc

También conocemos que cuando tenemos 8 voltios tenemos 70 Bc

Las recomendaciones especificas de Tb, depende del tipo de trabajo, condición del

pozo, del volumen de lechada que se va bombear, por ejemplo cuando las cañerías

a cementar no pasan de 3000 m, el tiempo de bombeabilidad suficiente es de 3.0 –

3.5 horas, con este tiempo tenemos un factor de seguridad adecuado, en cambio

otros cementaciones, por ejemplo para colocar tapones de cemento solo

necesitamos 90 a 120 minuto de tiempo de bombeabilidad.(el tiempo de

bombeabilidad se puede modificar con aditivos).



En la foto mostramos el consistometro presurizado.



COLOCAR UNA COPIA DE UN TIEMPOD DE BOMBEABILIDAD

Importante es saber que la temperatura para la determinación del tiempo de bombeabilidad

es la temperatura de circulación y no la estática de fondo de pozo, lo que se hace es

conocer la temperatura estática de fondo de fondo pozo y luego de graficas que relacionan

la temperatura estática y la de circulación calculamos de la circulación para realizar el

ensayo API, hay que considerar el gradiente térmico de la zona.

( Se utiliza la temperatura de circulación, por que como vamos a ver el próximo tema,

antes de bombear la lechada se tiene que circular para acondicionar el lodo por lo menos

unas 6 horas como mínimo y esto hace que la temperatura en el fondo de pozo sea la de

circulación, ver grafico a en la parte inferior).



2.5.- AGUA PARA PREPARAR LA LECHADAS

La función principal del agua en una lechada de cemento es humedecerlo y

transportar la lechada al EA. Muchos trabajos de cementación han salido mal por

las impurezas que tenía el agua. Idealmente el agua para preparar la lechada

debería estar limpia y clara libre de químicos solubles , arena ,limo , material



orgánico soluble , material alcalino o cualquier otro contaminante ; esto no siempre

es posible dado que las fuentes de agua en los pozos es de distintas fuentes , sin

embargo aguas hasta con 500 ppm de sólidos suspendidos puede ser utilizada

sin problemas.

Los materiales inorgánicos tales como /( Cl- , CO3= ,CO3H

- , SO4= , OH- )

,pueden acelerar el frague del cemento , la velocidad de aceleración depende

de la concentración .

El agua de mar como contiene de 30000 a 43000 ppm de sólidos solubles acelera el

frague , esto puede ser neutralizado usando aditivos para retardar el frague.

Las impurezas del agua originan en las lechadas espuma lo que dificultad

alcanzar la densidad requerida. El agua potable es lo recomendado siempre

que las condiciones lo permitan.

Por ser tan importante el agua RECORDAR QUE LOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN

EN LOS LABORATORIOS DEBEN REALIZARSE CON EL CEMENTO QUE TENEMOS

EN CAMPO Y CON EL AGUA QUE VAMOS A UTILIZAR PARA PREPARAR LA

LECHADA EN EL POZO.

CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA

En la cementación primaria, la lechada de cemento debe tener una viscosidad o

cedencia que permita el desplazamiento del lodo más efectivo del EA y nos

permita una buena adherencia entre la formación y la cañería.. Para alcanzar

esto, la mayor parte de las lechadas son mezcladas con una cantidad de agua

que proporcionará un volumen fraguado igual al volumen de mezcla sin la

separación libre de agua. El tamaño de partícula, área de superficie, y todos los

aditivos influencian en la cantidad de agua requerida para que la mezcla

alcance una viscosidad particular en una lechada dada. Hay rangos de

viscosidad para lechadas de cemento dadas y rangos de viscosidad que indican

cuán espesa puede ser una mezcla y permanecer bombeable bajo condiciones

de pozo dadas para el fraguado. Estas cantidades de agua son dadas en

términos específicos, definidas como sigue:



Agua Máxima.- es la cantidad de agua para la mezcla de cualquier

composición de cemento que dará un volumen al fraguado igual al volumen de

la lechada con más de 1½% de agua libre separada. Esto es medido mediante

una prueba de asentamiento (figura 4.5) con unos 250 ml graduados después

que la lechada ha sido agitada en un probador de tiempo de espesamiento

atmosférico. El agua máxima es la cantidad usada para la mayoría de las

cementaciones porque el máximo rendimiento o “fill-up” (llenado) es necesario

para cada saco de cemento.

FIGURA 4.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO API CON CEMENTO API

“CLASE G” A DISTINTAS RELACIONES AGUA DE MEZCLA – CEMENTO

Agua Normal.- Es la cantidad de agua mezclada que alcanzará una

consistencia de 11 Bc´s (unidad de consistencia) medida en un probador de

tiempo de espesamiento atmosférico después de 20 minutos de agitación. La

API usa unidades de consistencia porque los valores obtenidos no son

verdaderos valores de viscosidad (poise). Bc´s están basados en un torque o

resistencia en lugar de la separación de agua. El agua normal es a veces

llamada “agua óptima” porque provee una buena bombeabilidad a la lechada.

Agua Mínima.- Es la cantidad de agua mezclada que dará una consistencia de

30 Bc´s luego de 20 minutos de agitación. Esta nos dará una lechada bastante

espesa que puede ser usada, por ejemplo, para controlar pérdidas de

circulación.

Cemento API Clase A



La relación agua – cemento, volumen de la lechada, y volumen del fraguado

están cercanamente relacionadas al tamaño de partícula o área superficial de

un cemento (ver tabla 4.6). Para la mayoría de las Clases API, el tamaño de

partícula y los requerimientos de agua para obtener ciertos niveles de dureza,

retardación, bombeabilidad, etc., son específicos. Los estándares de la API no

clasifican el grado de fineza de los cementos Clase G y H, pero especifican la

cantidad de agua mezclada y el agua libre deducida, la cual es controlable

mediante el grado de fineza del cemento.

En una columna de cemento, el exceso o agua libre puede juntarse en

cavidades en lugar de separarse y migrar a la cima de la columna. Las pruebas

realizadas en una columna de cemento de 16 pies, con 1 pulgada en el espacio

anular mostró que un cemento con un área superficial de 1 500 cm2/g, mezclado

con una lechada de densidad 15.4 lbm/gal, formó un tapón sólido de cemento

por encima de la columna. Cuando el cemento era mezclado con más agua

(15.1 lbm/gal), el agua libre separada entraba en cavidades horizontales de

agua limpia cuyo diámetro era de ½ a 1½ pulgadas. Las cavidades empiezan a

formarse alrededor de 15 minutos después de que la lechada de cemento fue

introducida a la tubería.



Esto debe ser enfatizado ya que un incremento en el contenido de agua

permitirá un tiempo de bombeabilidad más largo y aumenta el asentamiento

del cemento, el agua nunca debe ser incrementada a menos que el cemento

sea mezclado con bentonita o un material similar para justificar el exceso de

agua. El exceso de agua siempre produce un cemento más débil con baja

resistencia a la corrosión.

EFECTO DEL AGUA DE MEZCLADO SOBRE EL CEMENTO

Tipo ensayo : 2000 m – cementación de cañería de 9 5/8”

Tiempo de curado : 24 horas

Temperatura curado : 95 °F

presión de curado : 5000 psi

Tipo de agua Tiempo de bombeab. Res. Compresión

( Hrs : min ) (Psi )

Agua corriente 2 :34 2150

Agua corriente

+ 2200 ppm CO3= 1:18 2300

Agua de mar 1:52 2610

2.6.- GRANULOMETRIA ( MOLIENDA DEL CEMENTO )

Hay muchas metodologías para determinar la granulometría del cemento ,

vamos a mencionar algunas



TAMIZACION (API)

Malla 20 Tamaño de la partícula 850 micrones

Malla 325 Tamaño de la partícula 44 micrones

TURBIDIMETRO- WAGNER (ASTM)

MICROSCOPIA

Se elaboran curvas granulométricas con rayo Láser

DETERMINACIONES ANALÍTICAS DE TAMAÑO DE PARTICULA

Técnicas comunes

Analíticas

Tamaño de partículas

Micrones

Dimensión medida

Microscopia Electrónica 0.001 a 5 Área proyectado

Diámetro estadístico

Microscopia de Barrido 0.1 a 100 Área proyectado

Diámetro estadístico

SEDIMENTACION

Método de pipetas 3 a 60 Diámetro de Stokes

Método de centrifuga 3 a 10 Diámetro de Stokes

RASTREO O BARRIDO DE

FLUJO

Contador Coulter 1 a 100 Volumen proyectado

Contador HYAC 2 a 100 Volumen proyectado

Fotómetro 0.3 a 10 Volumen proyectado



Veamos una curva granulometría de un cemento API G , fabricado por Loma Negra

Argentina. ( ver tamaño más grande las partículas)

La actividad química del cemento, por lo tanto la capacidad de adquirir el poder

aglomerante, cohesivo y el desarrollo de la resistencia del cemento fraguado

depende la superficie de reacción que aumenta a medida que disminuye el tamaño

de la partícula del cemento.

Estudios de investigación han mostrado que una partícula se hidrata a solo

0.1 mm, esto significa que partículas de cemento con diámetros mayores a 0.2

mm, en el centro de la partícula no ocurrirá la hidratación del cemento por lo

tanto esto es como un material inerte.



Es importante entender lo del tamaño de la partícula, porque nos

hace entender que no debemos utilizar cementos que presentan

bolas, terrones etc, dado que no podremos tener una buena

lechada.

2.7.- DENSIDAD DE LAS LECHADAS

La densidad de la lechada es una propiedad muy importante, debemos medirla en

el campo de la manera más exacta posible. Las lechadas de cemento pueden

prepararse en gran rango de densidad, va depender de cada situación de los pozos

( principalmente, sí la cañería a cementar estará en formaciones con presiones

porales subnormales, o anormales). En nuestro país en un mismo pozo se utiliza

lechadas más livianas que el agua y lechadas densificadas con baritina y/o

hematita.( los mega campos San Alberto , Sábalo , Margarita )



Veamos el siguiente cuadro

Lechada cemento

lb/gal

Vol. Aproximado

Agua – gal/saco

Aditivo Concentración

Lbs/saco de cto

6.0 –10.0 6.0 N2 *

9.0 –10.0 9 - 11 Esferas , vidrio

plásticas

30 –40

11.0 25 Tierras diatomeas 40

12.0 13 Bentonitas

+diatomeas

12 + 1

13.0 10.5 Bentonita 8

14.0 6.0 Puzzolanas 50

15.0 5.8 Ninguno 0

16.0 4.4 Ninguno 0

17.0 4.0 Dispersante 1

18.0 4.0 Dispersante +

baritina

1 + 12


baritina

1+28


baritina

1+46


baritina

1+71

ES IMPORTANTE INDICAR QUE YPFB EN EL AÑO 1988 EN EL CAMPO PARAPETY ,

CON LA COMPAÑÍA DOWEL SCHLUMBERGER INTENTO PREPARAR UNA LECHADA

CON DENSIDAD DE 23 LB /GAL , DENSIFICADO CON HEMATITA , LA OPERACIÓN

FUE UN FRACASO POR QUE NO SE LOGRO TENER UNA DENSIDAD PERMANENTE

LE FALTABA GELES A LA LECHADA PARA SUSPENDER A LA HEMATITA.



La densidad se puede medir con la balanza de lodo , con la balanza presurizada de

Halliburton , los camiones tienen un densímetro Nuclear.

Cuando medimos la densidad de la Lechada con la balanza de lodos, tenemos una

medición por defecto, esto se debe a que las lechadas atrapan mucho aire cuando

se las está preparando. La balanza presurizada de Halliburton nos da una lectura

más real de la lechada de cemento, en realidad es una variante de la balanza de

lodos, con la salvedad que con una bomba manual se llena la tasa de la balanza

obligando a desalojar el aire de la lechada, sin embargo es más dificultoso su uso. (

ver fotos )



Los camiones de las compañías de servicios de cementación tienen un densímetro

Nuclear incorporado al camión, que puede medir la densidad a medida que sé esta

bombeando la lechada al pozo ( Da una medida más exacta de la densidad que los

otros instrumentos ya mencionados, ver la tabla de la parte inferior)

La densidad de la lechada durante la cementación se la muestra en una

pantalla digital y la registra en una cinta, esto trabajo con una fuente

radiactiva de Cesio -137, el cual está fijado en la línea de descarga donde la

lechada está sometida a altas presiones, el aire entrampado es minimizado y

de esta manera tenemos una medida más exacta de la densidad de la lechada.

Veamos ahora para una misma lechada como varia el valor en función como

midamos la densidad.



Densidad teórica

en lb/gal

Balanza de lodo

Lb/gal

Balanza

presurizada lb/gal

Densímetro

Nuclear

11.1 9.90 10.9 11.2

13.3 12.8 13.2 13.4

19.0 18.2 18.3 19.1

19.5 18.3 19.2 19.5

2.8.- CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado de las lechadas de cemento es muy importante en pozos

profundos, durante la cementación de Liner, para efectuar cementaciones a presión

SQUEZZE, o cuando vamos a cementar la cañería de producción, la lechada que

esta frente a la zona potencialmente productora de hidrocarburos debe tener un

bajo filtrado.

La perdida de filtrado de una lechada en una zona permeable puede originar debido

a la perdida de agua, que la lechada levante su reología, va originar

inmediatamente un revoque grueso, que puede cambiar el tipo de flujo de la

lechada. Los factores que influyen en la perdida de filtrado de la lechada es la

presión, temperatura, la permeabilidad del revoque, la permeabilidad del reservorio.

El API ha especificado lo siguiente:

El equipo donde se realiza el ensayo es muy parecido al equipo donde se

realiza el ensayo de filtración para el lodo HPHT

El filtrado es el volumen de agua que se obtiene, después de 30 minutos que

la lechada a sido sometida en la celda de filtración a 1000 psi, y la

temperatura fijada por nosotros.

Ver la figura de abajo que -+ nos explica como se realiza el ensayo.



Para una lechada de cemento sin aditivo para controlar el filtrado, el valor de su

filtrado API es mayor a 1000 cc, en estos casos se observa que una vez que uno

aplica los 1000 psi a la lechada que está en la celda esta se deshidrata

completamente en menos de un minuto.

Se acepta la siguiente formula empírica para estimar la perdida de filtrado de una

lechada en un determinado tiempo.

FT x 5.477

F30 = -------------

T1/2

F30 = Filtrado a 30 minutos

FT = Filrado en un tiempo T



El control de filtrado se lo realiza agregando a la lechada aditivos que se

llaman reductores de filtrados en una concentración del orden del 0.6 al 2.0

%. Para cementar zonas productoras un valor optimo del valor de filtrado es

de 50 a100 cc.

Además es importante indicar que el filtrado de la lechada es muy alcalino ph

> 12, esto origina que si el matriz de la arena productora tiene arcilla, la va a

dispersar y generar finos, lo q trae como consecuencia el daño a la formación

produciendo baja producción de hidrocarburo

CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado en la lechada de cemento es muy importante en la

cementación de liners profundos y en cementaciones Squeeze. La pérdida de

filtrado a través de un medio permeable causarán un incremento en la

viscosidad de la lechada y una rápida disposición del revoque de lodo,

restringiendo así el flujo. Los factores que influencian la pérdida de filtras de

las lechadas de cemento son el tiempo, presión, temperatura y

permeabilidad. Para medir las características de filtración de las lechadas

de cemento las especificaciones de la API estandarizaron una prueba de

30 minutos a 100 o 1 000 psi.

El procedimiento de la API usa un filtro ensamblado (figura 4.20A y 4.20B) que

consta de una armazón, un cilindro, y una malla de 325 mesh sostenida por una

malla de 60 mesh como un medio de filtración. Una camisa de calefacción hace

posible el simular las temperaturas de formación. Para simulas el

desplazamiento al fondo de pozo, las lechadas pueden ser bombeadas por un

probador de Tiempo de espesamiento a una cierta presión o sin presión en un

tiempo dado antes de que éste sea removido o vertido dentro de una celda de

filtrado.



FIGURA 4.20A.- EQUIPO DE PRUEBA API PARA PÉRDIDA DE FLUIDO PARA MEDIR LOS FLUJOS

DE FILTRACIÓN DEL CEMENTO.

FIGURA 4.20B.- PRUEBA DE FILTRACIÓN DE LAS LECHADAS DE CEMENTO (IZQUIERDA: LA

PÉRDIDA RÁPIDA DE AGUA DEJA UN REVOQUE DE LODO GRUESO; DERECHA: EN 30 MINUTOS

DE PÉRDIDA DE AGUA CONTROLADA DEJA UNA LECHADA CON REVOQUE DELGADO.

Una versión más nueva del Estándar API para la cámara de pérdida de fluido es

un dispositivo de agitamiento que permite la medición de la pérdida de fluido de

una lechada de cemento a condiciones de fondo de pozo después de un

simulado tiempo de desplazamiento. Luego la lechada es colocada dentro de la



cámara, se le aplica presión y la lechada es agitada y calentada

simultáneamente a BHCT y mantenida allí durante el tiempo de desplazamiento

necesario. La temperatura máxima de operación es de 400 ºF y la presión es

usualmente de 1 000 psi. Después de un tiempo de bombeo simulado, la

cámara es invertida y se inicia la prueba de pérdida de fluido. Se le aplica una

presión diferencial a través del medio del filtro y el volumen filtrado es recogido.

Si la temperatura de la prueba de más de 200 ºF, el filtrado debe ser recogido

de una o dos formas:

1. Bajo presión (usualmente 100 psi), o

2. Con un serpentín enfriador que condensa el vapor a agua antes de su

recolección.

Una vez es recogido el filtrado, un valor API de pérdida de fluido es determinado

por las mismas técnicas usadas por la prueba de pérdida de fluido estático.

Se consigue normalmente controlar la filtración de una lechada de cemento

mediante la adición de polímeros de cadenas largas en concentraciones de 0.6

a 1.0 % por peso del cemento. (Ver tablas 3.26 y 4.15).

Las lechadas de cemento que tienen valores de pérdida de fluido de laboratorio

de 50 a 150 ml en 30 minutos son comúnmente usadas en cementaciones

Squeeze. En la cementación de liners profundos, la pérdida de fluido API puede

llegar a los 300 ml.



2.8.- PERMEABILIDAD

Aunque se dé sólo un leve énfasis a la permeabilidad del cemento

fraguado durante el diseño de la lechada de cemento, hay formas de

medirla tanto para agua como para gas. El API ha especificado un sistema

estándar que involucra el uso de un permeábilimetro metro (figura 4.19).

FIGURA 4.19.- DISPOSITIVO PARA MEDIR LA PERMEABILIDAD DE UN CEMENTO API.

Agua

Pipeta Medidora

Mercurio

Cápsula Retenedora

Cilindro Retenedor

Base Retenedora

Argolla en O

Molde (ver detalles)

Regulador de Presión



Los cementos fraguados tienen muy poca permeabilidad – de hecho más bajas

que las formaciones mayormente productoras. Datos han mostrado que a

temperaturas menores de 200 ºF la permeabilidad del cemento decrece con el tiempo y la

temperatura. Después de 7 días de curado, la permeabilidad es usualmente

muy baja como para medirla.

La permeabilidad del cemento fraguado con gas es normalmente mayor que la

con agua, pero las medidas de formación son menos confiables porque es difícil

de obtener buenas muestras representativas para medir el flujo de gas. Los

cementos que se han fraguado en un tiempo de 3 a 7 días tienen una

permeabilidad de gas menores de 0.1 md. La dolomita y la caliza tienen una

permeabilidad aproximada de 2 a 3 md y las calizas pelíticas usualmente tienen

una permeabilidad muy baja. La arenisca tiene una permeabilidad de gas dentro

de un rango de 0.1 a 6 000 md.



TEMA III

ADITIVOS DE CEMENTACION

Competencia: El alumno analiza y determina que aditivos debe tener la lechada

para conseguir alguna propiedad especial, que le garantice una operación de

cementación exitosa.

3.1.- INTRODUCCION

Los pozos en la industria petrolera

cubren un amplio rango de

condiciones de profundidad y

temperatura más que en cualquier

otro tiempo en la historia. Los

componentes de la cementación

están regularmente para (1)

condiciones bajo congelamiento en

las zonas de congelamiento en

Alaska y Canadá. (2) temperaturas

arriba de 500ºF en pozos profundos

(3) temperaturas de 450ºF a 500ºF en

pozos de vapor (4) temperaturas de

1500 a 2000 ºF en pozos de

inundación de fuego . Rango de

presiones atmosféricas de 30 000 PSI

en pozos extremadamente profundos.

Ha sido posible moldear el amplio

rango de condiciones solo atraves del

desarrollo de aditivos para modificar

la disponibilidad del cemento Pórtland

para los requerimientos de cada pozo

individualmente.

Hoy en día hay más de 60 aditivos

usados con variadas clases de API

de cemento para proveer condiciones

optimas a la lechada para cualquier

condición de fondo de pozo .

Con la llegada del cemento básico (

API clase G y H ) y el equipo de

mezcla de cemento a granel , el uso

de aditivos se ha vuelto más flexible y

simple. Las lechadas de cemento

ahora pueden ser modificadas para

específicos requerimientos de pozo

alrededor del mundo.

Prácticamente todos los cementos en

su uso corriente son polvos para flujo

libre que han sido mezclado seco

con el cemento antes de transportarlo

al pozo. Como sea es necesario, la

mayoría de ellos están dispersados

en la mezcla con agua en el lugar del

trabajo o adquisición de las

compañías de servicio en una forma

líquida.

Dependiendo de cómo sean

seleccionados los aditivos pueden

afectar las características de la

lechada de cemento en varias

formas. Algunos ejemplos.

1.-Densidad con rango de 6 a 21

lb/gal



2.-Fuerza compresiva con rango de

200 a 20 000 PSI

3.-Tiempo de frague puede ser

acelerado o retrasado para producir

cemento que va a ser fraguado con

pocos segundos o poco fluido con un

máximo de 36 horas

4.-Las filtraciones de cemento

pueden ser bajadas un poco como 25

cm3/30 min. Cuando sean medidos

en una malla de 350 mesh y una

diferencial de presión de 1000 PSI.

5.- Las propiedades de flujo pueden

variar en un amplio rango

6.-Puesto el cemento puede variar su

resistencia a la corrosión por

densificación o por variantes en su

composición química

7.- Productos granulares fibrosos,

celulósicos puede agregarse alas

lechadas para controlar las pérdidas

de circulación

8.-Elasticidad puede ser puesta en

los cementos por incorporación de

fibras muy finas en la lechada de

cemento. (Actualmente se está

usando en los mega campos)

9.- La permeabilidad puede ser

controlada en bajas temperaturas de

pozo por densificación y temperaturas

debajo de 230 ºF por densificación y

el uso de silica flour.

10.-Los costos pueden ser reducidos

dependiendo de los requerimientos

del pozo y las propiedades deseadas.

11.-El frague del cemento puede ser

expandido un poco con el uso de

cloruro de sodio o yeso o ambos

12.-el calor de hidratación (el calor

liberado durante el proceso de frague

) puede ser controlado con el uso de

arena o bentonita en combinación

con el agua.

Los aditivos de cementación están

clasificados:

1.-Aceleradores

2.-Aditivos livianos

3.-Aditivos pesados

4.-Retardantes

5.-Agentes de pérdida de

circulación

6.-Agentes de control de filtrado

7.-Reductores de fricción

8.-Materiales especiales

ACELERADORES DE CEMENTO

Las lechadas de cemento para ser

usadas a poca profundidad,

formaciones de baja temperatura

pueden requerir una aceleración de

tiempo de sedimentación y para



incrementar rápido la fuerza

particularmente las temperaturas de

las formaciones esta debajo de 100ºF

.usando aceleradores , cemento

básico , y una buena práctica

mecánica en unas 4 horas la fuerza

de 500 PSI puede ser desarrollada.

Esta fuerza es generalmente

aceptada como la mínima para la

ligación y soportar la tubería.

Los aceleradores de uso común

están tabulado en la tabla.

Cemento + material pesado 16 a 21

Cemento densificado 16 a 17

Cemento + sal 15 a 17

API case G o H 15 a 16

Pozzolan + cemento 13 a 15

Cemento + bentonita 12 a15

Cemento + esferas 8 a 13

Cemento + nitrogeno 6 a13

Peso de la lechada #/gal

ACELERADOR MONTO USADO

Cloruro de calcio 2 a 4

Cloruro de sodio 3 a 10

Yeso en forma semihidratada 20 a 200

Silicato de sodio 1 a 7.5

Dispersantes de cemento 0.5 a 1

Agua de mar ---



CLORURO DE CALCIO.-el cloruro

de calcio es el más usado y el más

efectivo de los aceleradores .es un

material muy higroscópico y

disponible en forma de hojuela y

polvo en la forma

Regular tiene 77% de cloruro de

calcio., y en la forma de hojuela tiene

un 96% de anhídrido. En el anhídrido

la forma de hojuela es un uso más

general por que puede absorber

humedad sin quedar lleno de grumos

y es más fácil almacenarlo.

Normalmente de 2 a 4%de cloruro de

calcio basado en el cemento es

usado dependiendo de las

condiciones del pozo. En algunas

instancias el 4% de cloruro de calcio

es usado con mezcla de cementos

requiriendo altos relación de agua

donde grandes volúmenes de agua

diluye la concentración de los

aceleradores. Las concentraciones de

cloruro de calcio en exceso de 6wt%

de cemento no ofrece ninguna

ventaja.la reacción ante estas

concentraciones con cementos a

bajas temperaturas es impredecible.

CLORURO DE SODIO.- cloruro de

sodio comúnmente llamado sal es un

efectivo acelerador para los cementos

mas trabajados una concentración de

1.5 a 5.0 wt% de cemento. Dos de

3.5 % dan una máxima aceleración,

excepto cuando la lechadas de alto

relación de agua está siendo usada.

bajos porcentajes de los

aceleradores de cloruro de sodio ,

pero altas concentraciones que son

usadas para saturar las mezclas de

agua que retardaran el frague del

cemento . Aunque el cloruro de sodio

no produce el grado de aceleración

que se consigue con el cloruro de

calcio puede ser usado cuando

alguna aceleración es deseada y el

cloruro de calcio no está disponible.

CEMENTO YESO.-el cemento yeso

está compuesto principalmente por

semihidratacion del sulfato de calcio.

Es usado como acelerador para los

cementos Pórtland con

concentraciones arriba del 100%

basado en cemento. Tiempo de

sedimentación son cortos como de 5

minutos puede ser obtenido con

cierta mezcla de Pórtland-yes



EFECTO DEL CLORURO DE CALCIO DESPUES DEL

TIEMPO DE BOMBEABILIDAD DE LA CLASE A DE API

Agua 5.2 gal/sx

densidad de la lechada 15.6 lb/gal

Cloruro de calcio Api prueba cementacion de cañerias

(%) 1000 pies 2000pies 4000pies

0.0 4:40 3:36 2:25

2.0 1:55 1:30 1:04

4.0 0:50 0:47 0:41

Api prueba de cementación SQUEEZE

0.0 3:30 2:49 1:52

0.2 1:30 1:20 0:54

0.4 0:48 0:43 0:37

EFECTO DEL CLORURO DE CALCIO EN LA RESISTENCIA A LA

COMPRESION CEMENTO API CLASE A

Agua ------ 5.2 gal/sx

Densidad de la lechada----------15.6 lb/gal



Fuerza compresiva a temperatura y tiempo indicado

Ca Cl2 0psi- 60ºF- hora 0psi-80ºF-hora 800psi-95ºF-

hora

(%) 6 12 24 6 12 24 6 12 24

0 20 70 940 75 405 1.930 235 1.065 2.710

2 460 785 2.290 850 1.540 3.980 1.170 2.360 4.455

4 755 955 2.420 1.095 1.675 3.980 2.225 2.325 4.550

EFECTO DE CLORURO DE SODIO DESPUES

DEL TIEMPO DE BOMBEABILIDAD DEL CEMENTO API CLASE A

Agua --------- 5.2 gal/sx

Densidad de la lechada----------15.6 lb/gal

Cloruro de sodio API prueba de cementacion de cañeria para la simulación de fondo de pozo

(%) 1 000 2 000 4 000 6 000

0.0 4:30 4:12 2:30 2:25

2.0 3:05 2:27 1:52 1:13

4.0 3:05 2:35 1:35 1:20

SILICATO DE SODIO.- el silicato de

sodio es utilizado principalmente para

acelerar las lechadas de cemento que

contienen carboximetil hidroxiyetil

celulosa retardante

CEMENTOS CON DISPERSANTES

Y AGUA REDUCIDA.-las lechadas

de cemento pueden ser aceleradas

por densificación. Esto está hecho

por adición de reductores de fricción y

una suma amenazadora de mezcla

de agua.



La lechada que se densifica

comúnmente es la de API clase A , G

o H con 0.75 a 1.0 % de dispersantes

mezclados a 17.5 lb / gal a una

relación de agua de 3.4 gal/sx

cuando la lechada es usada para la

desviación de un tapón la adición de

15 lb a 20 lb de arena por saco de

cemento mezclado a 18 lb /gal con la

misma relación de agua puede

producir una fuerza temprana

elevada. El largo tiempo de

bombeado es necesario por la

temperatura y la profundidad retardan

lo que podemos usar. En general la

lechada puede conseguir una relativa

fuerza buena dentro de 8 horas esta

designado a una temperatura de

fondo de pozo cuando se designa un

tiempo de bombeo de 1:30 a 2 horas

la información indica el tiempo de

sedimentación o la densificación del

cemento.

AGUA DE MAR el agua de mar es

usada extensivamente para la mezcla

de la lechada de cemento en zonas

marinas. Esto contiene arriba de

23000 ppm de cloruro que actúa

como acelerador. El agua de mar de

las áreas abiertas del océano o el

océano es muy uniforme como sea,

porque puede ser diluida por aguas

frescas de los ríos, agua de mar

cerca de la orilla puede no producir la

aceleración deseada.

El efecto del agua del océano

después del tiempo de sedimentación

y las fuerzas compresivas de la

lechada de clase A y H de cemento

comparada con esta agua frescas

están mostrados en la tabla. Donde

las temperaturas de fondo de pozo es

estática excede los 160ªF la lechada

de cemento mezclada con el agua de

mar deberían ser convenientemente

retardantes.



EFECTO DEL CLORURO DE SODIO DESPUES

EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CEMENTO CLASE API A

Agua ----5.2 gal/sx

Densidad de la lechada--------15.6 lb/gal

Fuerza compresiva (psi) de temperatura y tiempo indicado

Cloruro de sodio 80ºF-0psi 95ºF-800psi 110ºF-1600psi

(%) 12 24 48 12 24 48 12 24 48

0 405 1.930 3.920 1.065 2.710 4.820 1.525 3.680 5.280

2 960 2.260 3.250 1.590 3.200 3.900 2.600 3.420 4.350

4 1.145 2.330 3.500 1.530 3.150 3.825 2.575 3.400 4.125

PROPIEDADES DEL YESO (SEMIHIDRATADO) Y

YESO / CEMENTO CLASE A

Yeso semihidratado-------------100lb

Agua 4.8 gal/sx

Densidad 15 lb / gal

Volumen 9.3 gal

Tiempo de frague 60 a 180 ºF 50 a 60 minutos

Fuerza 1 hora después del frague 2500 psi

50 / 50 yeso / API cemento clase G

agua 5 gal/sx



densidad 15.3 lb/gal

tiempo de frague 12 a 20 minutos

tiempo de depositacion a 80ºF 0:23

fuerza compresiva 70ºF

2 horas 685

4 horas 725

8 horas 730

24 horas 1.080

EFECTO DE DENSIFICACION EN TIEMPO DE BOMBEABILIDAD

DEL CEMENTO API CLASE G

Agua dispersante densidad de la lechada volumen de la lechada Tb

(gal /sc) % lb/gal Pie3/sc hr:min

5.20 ------- 15.6 1.18 2:15

3.78 1.0 17.0 0.99 1:40

3.38 1.0 17.5 0.93 1:15

ANALISIS DEL AGUA DE MAR

Compuestos golfo de mexico alaska trinidad golfo persico golfo de suecia

isla sable



Cloruro 19.000 16.600 19.900 23.000 22.300

18.900

Sulfatos 2.500 2.000 2.400 3.100 3.100

2.260

Bicarbonatos 127 140 78 171 134

140

Carbonatos 12 0 27 24 11

Sodio y potasio 10.654 9.319 11.170 13.144 12.499

10.690

Magnesio 1.300 1.080 1.300 1.500 1.570

1.199

Calcio 400 360 408 520 464

370

Solidos disueltos 33.993 29.499 35.283 41.359 40.078

33.559

PH 8.2 8 8.3 8.2 8.2

7.3

Gravedad especifica 1.026 1.023 1.027 1.031 1.03

1.022

Temperatura ºF 75 71 70 74 75

Las concentraciones en mg/lt

ADITIVOS LIVIANOS

Lechada de cemento, cuando es

preparada con API cementos de

clase A , B, G, O H usando la medida

recomendad de agua , tendremos

una densidad de la lechada con 15lb /

gal de exceso.

Muchas formaciones no soportan las

largas columnas de cemento de esta

densidad. Consecuentemente los

aditivos son usados para disminuir la

densidad de la lechada. Los aditivos

también se crean para hacer que la

lechada sea más barata, incremente

el rendimiento de la lechada, y

algunas veces para bajar la perdida

de filtrado. La densidad de las

lechadas de cemento puede ser



reducida agregándole agua, o

agregando sólidos de baja gravedad

específica, o agregándole ambos.

Los materiales usados en los

cementos con aditivos livianos están

mostrados en la tabla en orden de su

efectividad.

BENTONITA.- bentonita-sodio

montmorillonita-es una arcilla coloidal

de wyoming y sur de Dakota. Imparte

propiedades de viscosidad y

tixotropía para agua fresca por

elevación de unas 10 veces su

volumen original. Bentonita ( o gel)

fue uno de los primeros aditivos

usado en los cementos de los pozos

petroleros para bajar la densidad de

la lechada e incrementar su volumen .

Las especificaciones del API para la

bentonita para su uso en cementos

esta dad en la tabla. La bentonita

puede agregarse a cualquier clase de

cemento en concentraciones de 1 a

16wt% de cemento.cuando la mezcla

seca con el cemento requiere

aproximadamente 1.3 gal de agua por

cada 2% de bentonita. El efecto de

1% de pre hidratación de bentonita es

lo mismo que 3.5 wt% de mezclado

seco. Con 8 a 12 % de gel de

cemento , dispersantes son algunas

veces usados para reducir la

viscosidad y obtener flexibilidad en la

cantidad de agua que debemos usar .

los efectos de la bentonita en la

composición y propiedades de la

lechada de cemento clase H están en

la tabla.

La bentonita es usada en la

formulacion de las siguientes clases

de cementos:

1.-mezclado de gel y cemento

2.-bentonita premezclada

(prehidratada)

3.-cemento modificado

4.-gel elevado de cemento de sal

los altos porcentajes de bentonita en

los cementos reducen la fuerza

compresiva y el tiempo de

sedimentación de ambos

regularmente y retardan los

cementos. Bentonita y el agua

también disminuyen la resistencia a

ataque químicos de las formaciones

de agua .

Desde que las especificaciones del

API para ambos las clases API de

cementos y la bentonita establecen

solo requerimientos mínimos, las

propiedades de diferentes marcas

o diferentes cantidades de la

misma marca de cada cemento o

bentonita pueden variar.



COMPARACION DE EFECTOS DEL AGUA DE MAR Y AGUA FRESCA EN TIEMPO DE BOMBEABILIDAD Y

RESISTENCIA A LA COMPRESIVA DE LOS DE CEMENTO API CLASE A Y H

Relación de agua 5 gal / sx

Tiempo de curado 24 horas

Tiempo de bombeabilidad Resistencia a la compresión psi

A fondo de pozo presión y temperatura de curado

API cemento clase A 6 000 8 000 0psi-50ºF 1600psi-110ºF

3000psi-140ºF

Agua fresca 2:25 1:59 435 3.230

4.025

Agua de mar 1:33 1:17 520 4.105

4.670

API cemento clase H

Agua fresca 2:59 2:16 380 1.410

2.575

Agua de mar 1:47 1:20 460 2.500

3.085



Tabla 3.10 – Resumen de aditivos alivianadores de cemento.

Tipo de material Cantidad usualmente usada

Bentonita 2 al 16 %

Tierra diatomeas 10,20,30, y 40%

Gilsonita 1 a 50 lbs / sc de cemento

Carbón 5 a 50 lb/sc de cemento

Perlita expandidad 5 a 20 lb /sc de cemento

Nitrógeno 0 a 70% depende de la presión y

temperatura

Microesfera 1 a 104 lb / saco de cemento

Puzzolana 74 lb/sc de cemento

Silicato de sodio 1 a 7.5 lb /saco cemento



Bentonita prehidratada. Donde el

equipamiento a granel no es

disponible para la mezcla seca,

puede ser necesario añadir bentonita

a el agua (esto es pre hidratación).16

(Ver fig. 3.3B) El gel puede

prehidratarse en casi 30 minutos al

menos que sea mezclado con un alto

esfuerzo de corte tipo mezclado (en

cualquier caso es mejorar más este

máximo rendimiento en menos de 5

minutos). Dejando el gel a prehidratar

por 24 horas antes de añadir cemento

puede incrementarse la separación

de agua libre de la lechada.

Cementos modificados. “Cementos

modificados” son compuestos de

regular cemento Pórtland, de 8 a 25%

de bentonita, y dispersante de

lignosulfonato de calcio.13 Para más

detalles de la composición y

propiedades, ver las tabla 3.13.

La función del lignosulfonato de calcio

en alto gel en una lechada de

cemento es de dispersante y

retardador. En adición a alivianar,

bajo costo, e incremento de

rendimiento, la lechada de cemento

modificada tiene una baja perdida de

filtrado proveía por la mezcla de

cementación por tandas usando un

alto porcentaje de esfuerzo y no

están mezclados a través de los

inyectores de mezclado estándar. Los

cementos modificados son usados

primordialmente para terminación

permanente de pozos y múltiples

columnas de terminación.

Las clases de cemento API D y E no

son recomendados para la

preparación de cementos modificados

ya que contienen dispersante de

lignito, el cual es un químico

retardador.

Cementos salados con alto gel.

Cementos salados con alto gel 15

consiste de cemento Pórtland, de 12

a 16% de bentonita, 3,0 a 7,0% de

sales inorgánicas (cloruro de sodio,

preferiblemente), y 0,1 a 1,5 % de

agente

dispersante (lignosulfonato de calcio).

La sal actúa tanto como acelerador y

dispersante, y el lignosulfonato

provee retardación y dispersión. Al

hacer disolver la sal mezclándola con

agua es más efectivo. La

composición y propiedades de la

comúnmente usada en cementos

salados con alto gel están expuestos

en la tabla 3.14. Porque las

propiedades del dispersante tanto de

sal y retardador, las lechadas de

cementos salados con alto gel son

muy bombeables fácilmente sin

embargo la relación de agua

recomendada es generalmente baja

que está usualmente asociada con lo

anteriormente mencionado de

cantidades de bentonita (12 a 16%).



Tierra diatomea. La tierra de un

grado especialmente diatomea puede

ser usada para hacer cementos

livianos, porque este requiere de un

alto porcentaje de agua, este dará a

conocer alrededor de las mismas

propiedades de los cementos que

contendrán bentonita, pero es mucho

más caro. Es inútil en los estratos en

el hecho de que cuando es usado en

altos porcentajes no incrementa la

viscosidad de la lechada como lo

hacen las arcillas expansivas como la

bentonita. La tabla 3.15 da una lista

de las propiedades de las lechadas

de cemento obtenidas con tierra

diatomea.

Gilsonita. En una lechada de

cemento, la gilsonita actúa como

aditivo alivianador y como único

agente de pérdida de circulación (ver

sección 4.9 para adelantar la

discusión de la perdida de circulación

y la figura 3.3C). la gilsonita es una

asfaltita natural que está inerte en las

lechadas de cemento 18. Está

graduada en partículas finas desde ¼

de pulgada. Cuando está seca

presenta una densidad de 50

lbm/pie3, requiere agua de casi 2

gal/pie3, y tiene una gravedad

específica de 1,07. Porque de esta

baja gravedad específica, la gilsonita

es especialmente buena para reducir

la densidad. También, a diferencia de

la perlita, no absorbe agua bajo

presión.18,19 El cemento gilsonítico,

por lo tanto, tiene alta resistencia a

algunas

que otras series de cemento del

mismo peso de lechada conteniendo

otras viables ligeras o aditivos de

control de pérdida de circulación. La

gilsonita no hace significantes

cambios al tiempo de bombeo que de

las demás clases de cemento API.

Datos en la tabla 3.16 muestra la

composición y propiedades de las

lechadas de cemento gilsonítico

preparadas con cementos clase A,B o

G.

Perlita expandida. La perlita es un

material volcánico que es minada,

triturada, tamizada y expandida con

calor se forma un producto celular de

extremado bajo peso de volumen.

Estuvo originalmente manufacturado

por creación de concreto liviano.

Entonces es usado en cementos para

pozos

de petróleo, normalmente con una

pequeña cantidad de bentonita (2 a

6%) para ayudar a prevenir la

segregación de partículas de perlita

conteniendo abierto y cerrados los

poros y matriz. Descendiendo de las

paredes del pozo, los pozos abiertos

colmados con agua y algunos poros

aglomerados, errados y llenos con

agua. La densidad final depende de

cuantos poros permanecen cerrados

y de cuanta agua es inmovilizada en

los poros abiertos. Porque de esta

agua presa, las lechadas de cemento



contienen perlitas son mezcladas con

fuerza que aparecen en excesiva

cantidad de agua que permite que la

lechada de cemento permanezca

bombeable bajo las condiciones del

pozo.

Nitrógeno. Es usada adelante del

cemento para ayudar a reducir la

presión hidrostática en el fondo del

pozo durante la cementación (1)

introduciendo el nitrógeno dentro del

flujo del lodo de perforación delante

de la lechada, (2) parando la

circulación e introduciendo un “slug”

de nitrógeno cuando el pozo está

lleno de lodo circulando, o (3)

introduciendo en nitrógeno en el

sistema de cementación que en

etapas separadas a la espuma a la

lechada la hace más liviana.

Las lechadas de cemento espumoso

con nitrógeno proporciona suficiente

resistencia compresiva mientras que

ayudando a evitar un “fallback”

(rompimiento del cemento en las

formaciones débiles que es un

resultado del alto peso de la columna

de cemento) y perdida de circulación

(cemento fluyendo en los canales de

la fractura o zonas permeables y no

extendiéndose hacia la superficie).

El cemento espumoso es creado

cuando un gas es química y

físicamente estabilizado dentro de

una lechada de cemento ordinaria.

Para la lechada usada la espuma

debe contener un alto pH tolerante a

espumante surfactante y espuma

estabilizadora y tener que transportar

continuamente un mecanismos

efectivos produciendo espuma esta

imparte la suficiente energía y

mezclado con gas presurizado a

preparar con burbujas de gas del

tamaño correcto. La cualidad de la

lechada de cemento espumosa

depende de la profundidad del pozo,

temperatura, y densidad deseada en

el fondo del pozo.



La configuración Job-site, es casi la

misma para un trabajo de

cementación regular. El generador de

espuma esta insertado a la línea de

descarga de la lechada que está

conectada a la boca de pozo, y la

unidad de nitrógeno está conectado

al generador de espuma. La lechada

de cemento es mezclada en una

manera normal, y surfactantes

espumosos y estabilizadores son

inyectados en la lechada esta es

sacada por la bomba de

desplazamiento del camión.

El cemento espumado puede

ser usado como un cemento primario

o como un cemento de recuperación

para llenar las zonas de pérdidas de

circulación o reparar cañerías

dañadas donde el flujo de la salmuera

ha corroído cañerías sin

cementación. Densidades tan bajas

como 6.0 lb/gal son alcanzables

usando nitrógeno como agente

espumante. Mientras que el cemento

nitró-geno-espumoso es usado

principalmente para control de

densidad de fondo de pozo, también

provee buenas propiedades de

aislación. (Tabla 3.17 y fig. 3.6)

Micro-esferas de alta resistencia.-

Las micro-esferas de alta resistencia

o burbujas de vidrio pueden ser

añadidas al sistema de cementación

para producir lechadas con

densidades tan bajas como 8.0

lbm/gal.25-27 Estas lechadas pueden

desarrollar una resistencia a la

compresión adecuada para

temperaturas debajo de 60°F como

también puede proveer buenas

propiedades de aislación. (Fig. 3.7)

Las aplicaciones para las micro-

esferas son (1) pozos termales que

requieren una mínima densidad de

los componentes del cemento con

efectivas propiedades de aislación;

(2) formaciones incompetentes sobre

y fuera de la costa requieren

densidades de cemento menores que

11 lbm/gal; (3) formaciones frías (28 a

80°F) que necesitan densidades



mínimas de cementación; y (4)

rellenado de plataforma marina.

La mezcla de micro-esferas consiste

de esferas de diámetro pequeño,

huecas, inorgánicas y fundidas

compuestas en su mayoría de

silicona y óxidos de aluminio. La

ligereza del aditivo deriva de la

encapsulación de aire en las esferas;

las resistencias a la compresión de

lechadas con micro-esferas están en

exceso de 6,500 psi.



Las propiedades de las lechadas con

micro-esferas de concentraciones variables

en cementos API clase H se encuentran en

la Tabla 3.18 y 3.19.

3.4 ADITIVOS DE LA BARRA PESADA

Para contrarrestar presiones altas

frecuentemente encontradas en pozos

profundos, son requeridas lechadas de

cemento de alta densidad. Para

incrementar la densidad de la lechada de

cemento, un aditivo debe (1) tener una

gravedad específica en el rango de 4.5 a

5.0, (2) tener un bajo necesidad de agua,

(3) no reducir significativamente la

resistencia del cemento, (4) tener muy poco

efecto en el tiempo de bombeabilidad del

cemento, (5) mostrar un rango uniforme de

tamaño de partícula de serie en serie, (6)

ser químicamente inerte y compatible con

otros aditivos, y (7) no interferir con los

registros de pozos.

Los materiales más comunes usados para

aumentar el peso del cemento se

encuentran en la Tabla 3.20. Por esto las

hematitas han sido las más usadas por

acomodarse mejor a los requerimientos y

alcanzar la gravedad específica efectiva

más alta. Las propiedades específicas de

estos agentes y las cantidades requeridas

para obtener un peso específico están

dadas en la Tabla 3.21.



TABLA 3.20 - ADITIVOS DE CEMENTOS

PARA CEMENTOS PESADOS

Cantidad usada

Material (wt% de cemento)

Hematita 4 a 104

Ilmenita 5 a 100

Baritina 10 a 108

Arena 5 a 25

Sal 5 a 16

Cementos con dispersantes

y agua reducida 0.05 a 1.75

TABLA 3.18 - PROPIEDADES DE MICRO-ESFERAS EN CEMENTOS API CLASE H

Conductividad

Densidad a Yield a termal k

Micro-esferas Agua 2,000 psi 2,000 psi (BTU/hr-pie-°F)

(lbm/saco) (Gal/saco) (lbm/gal) (cu pies/saco) Húmedo Seco

0 4.3 16.4 1.06 0.75 -

15 5.0 14.0 1.43 0.47 0.19

35 6.8 12.0 2.06 0.40 0.16

53 8.9 11.0 2.68 0.38 0.13

82 13.5 10.0 3.86 0.31 0.13

104 17.5 9.5 4.83 0.24 0.12

145 25.8 9.0 6.73 0.23 0.08



TABLA 3.19 - DENSIDAD EFECTIVA DE LAS MICRO-ESFERAS

EN LA LECHADA DE CEMENTO PARA VARIAS PRESIONES

Volumen Volumen

Presión Densidad Absoluto Presión Densidad Absoluto

(psi) (g/mL) (gal/lbm) (psi) (g/mL) (gal/lbm)

atm 0.603 0.1991 10000 1.052 0.1141

400 0.660 0.1818 12000 1.085 0.1106

1000 0.698 0.1720 15000 1.153 0.1041

2000 0.743 0.1615 17500 1.221 0.0983

4000 0.817 0.1470 20000 1.311 0.0916

6000 0.905 0.1326 22500 1.335 0.0899

8000 0.987 0.1216 - - -

3.5 RETARDADORES DE CEMENTO

En las perforaciones actuales, las

temperaturas de fondo de pozo de

170 a 500°F o más se encuentran

sobre un rango de profundidad de

6,000 a 25,000 pies. Para prevenir

que el cemento fragüe muy rápido,

deben ser añadidos retardadores

para preservar las lechadas de

cemento, que pueden ser colocadas

de manera segura hasta solo 8,000

pies. La creciente temperatura

acelera el fraguado más que la

creciente profundidad (presión). Los

retardadores deben ser compatibles

con varios aditivos usados en

cementos como también con el

mismo cemento.

Los retardadores en cementos

comercialmente hábiles (Clases D y E

por ejemplo) están compuestos tales

como “lignins” (sales de ácidos

lignosulfonicos), gomas, almidón,

ácidos orgánicos débiles, y derivados

de celulosa. Algunas veces estos

retardadores no son totalmente

compatibles con retardadores

añadidos por las compañías de



servicio, por lo que los cementos

deben ser probados antes de ser

usados. Este es un problema de

compatibilidad que induce al

desarrollo de los cementos API

clases G y H, que no tienen permitido

contener retardadores químicos

cuando son fabricados. Estos

cementos básicos pueden ser usados

en 8,000 pies inicialmente, y

responder bien a los retardadores

para usarlos en profundidades tan

grandes como 30,000 pies.

Retardadores Lignin. Los

retardadores lignin – Lignosulfonados

de calcio y lignofulfonados de sodio y

calcio – son derivados de la madera.

Estos son generalmente usados por

encima de un rango de 0.1 a 1.0 wt %

de un saco de cementos de 94-lbm

(Tabla 3.23).

Los retardadores lignin han sido

usados muy exitosamente retardar

todas las clases de cementos API en

profundidades de 12,000 a 14,000

pies o en rangos de temperatura de

fondo de pozo de 260 a 290°F. (Ver

Tabla 3.24) Estos también han sido

usados para incrementar la

bombeabilidad de los cementos API

clase D y E en pozos de altas

temperaturas (300°F y más altas),

pero para este propósito no son tan

efectivos como los lignosulfonados

modificados con ácidos orgánicos.

Carboxymethyl Hydroxyethyl

Cellulose (CMHEC). (CMHEC), un

derivado soluble de madera, es un

retardador altamente efectivo.28

Puede ser usado en

concentraciones arriba de 0.70%

sin la adición de agua extra para

controlar la viscosidad de la

lechada. Por lo tanto, debe ser

añadido de 0.8 a 1.0 gal de agua

por saco de cemento por cada por

ciento de retardador usado. El

rango de uso es usualmente de 0.1

a 1.5 wt % de la composición

básica de cementación, incluso

una concentración más alta puede

ser necesaria para retardar a altas

temperaturas sobre 300°F.

CMHEC es compatible con todas

las clases de cementes API, tanto

para retardar y, en algunos

lugares, para controlar pérdida de

fluidos.



TABLA 3.21 - INFORMACION DE VARIOS MATERIALES

PARA AL AUMENTO DE PESO DE LOS CEMEMENTOS API

CLASES D, E o H

Comparacion de cantidades requeridas

Libras por Saco de

Cemento

Pes de lechada Arena Hierro

(lbm/gal) Hematita Baritina Ottawa Arsenate

16.2 - - - -

17.0 12 22 28 12

17.5 20 37 51 21

18.0 28 55 79 31

18.5 37 76 - 41

19.0 47 108 - 52

Propiedades Físicas

Gravedad específica 5.02 4.23 2.65 6.98

Requerimiento de agua

(por ciento de agua) 3 22 0 19

Gravedad específica

efectiva con agua 4.49 2.67 2.65 3.57

Volumen absolute de

aditivo y agua

(gal/lbm) 0.0275 0.0548 0.0456 0.0400



Agua salada saturada. El agua

saturada con sal y

Mezclada con cemento seco provee

suficiente bombeabilidad para colocar

cementos API clase A, G o H en

profundidades de 10,000 a 12,000

pies y temperaturas de 230 a 260°F.

(Ver Fig. 3.8)

Para cementar a través de secciones

de sal, las lechadas están

generalmente saturadas con sal, pero

para muchas arcillas y arenas

bentoníticas que son sensibles al

agua fresca, usualmente son

adecuadas más baja concentración

de sal.29,30

3.6 ADITIVOS PARA CONTROLAR

LA PERIDAD DE CIRCULACIÓN

La “pérdida de circulación” (algunas

veces llamadas “pérdidas de retorno”)

son definidas como la pérdida por

fracturas inducidas de casi todos los

fluidos de perforación o lechadas de

cementos usadas en perforación o

cierre de pozo.31-33 Esto no debería

ser confundido con el decrecimiento

del volumen resultado de filtración, o

el volumen requerido para rellenar un

pozo nuevo. Usualmente hay dos

pasos para combatir la pérdida de

circulación.34-36 El primero es reducir

la densidad de la lechada, y el

segundo es añadir un material puente

o taponante. Otra técnica es añadir

nitrógeno al sistema de lodo. Para

mayor información de materiales para

controlar la pérdida de circulación, ver

Tabla 3.25.



3.7 ADITIVOS DE CONTROL DE

FILTRACIÓN PARA CEMENTO

La perdida de filtrado (ver

sección 4.15) de lechadas de

cementos es reducida con aditivos

para (1) prevenir la deshidratación

prematura o perdida de agua en

zonas porosas, particularmente en

cementaciones de LINERS, (2)

proteger formaciones sensibles, y (3)

mejorar cementación forzada. Una

lechada pura de cementos de clase

API G o H tiene unos 30 minutos de

pérdida de filtrado API en exceso de

1000 cc

Las funciones principales de

los aditivos de control de filtración son

(1) formar películas, las cual

controlan el flujo de agua de la

lechada de cemento y previenen la

rápida deshidratación, y (2) mejorar la

distribución del tamaño de las

partículas las cuales determinan

cuanto cemento liquido es retenido o

atrapado en la lechada (ver tabla 3.26

para una lista de Aditivos de control

de filtración en uso corriente)

Los dos materiales de

control de filtración más

ampliamente usados son

polímeros orgánicos

(celulosa) y reductores de

fricción.

El alto peso molecular de los

compuestos de celulosa producirá



baja perdida de agua en todos los

tipos de composiciones de

cementación a concentraciones de

0.5 a 1.5 % en peso (ver tabla 3.27).

El requerimiento de agua, sin

embargo, puede haber sido ajustado

para producir la viscosidad deseada;

i.e.., Un cemento API clase A

requerirá 5.6 en vez del usual

5.2galones de agua por saco.

Los dispersantes, o reductores

de fricción, son comúnmente

agregados a lechadas de cementos

para controlar la perdida de filtrado

por dispersión y empacamiento de las

partículas de cemento y de esta

manera densificando la lechada. Esto

es especialmente efectivo cuando la

relación agua cemento es reducido.

El efecto que la densificación de la

lechada de cemento tiene sobre su

pérdida de filtrado es mostrado en la

tabla 3.28

3.8 CEMENTOS DISPERSANTES, O

REDUCTORES DE FRICCION.

Los agentes dispersantes son

agregados a las lechadas de

cementos para mejorar su propiedad

de flujo. Las lechadas dispersadas

tienen bajas viscosidades y pueden

ser bombeadas en turbulencia a

bajas presiones, por eso minimizando

los horsepower y reduciendo los

cambios de pérdida de circulación y

deshidratación prematura. Los

dispersantes bajan el punto cedente y

la resistencia de gel de la lechada

(tabla 3.29 lista algunos dispersantes

comúnmente usados; tabla 3.30

ilustra el efecto de los dispersantes

en la rata de flujo critico – la rata de

flujo requerido para alcanzar

turbulencia – de la lechada.).

Los dispersantes comúnmente

adheridos a lechadas de cementos

son polímeros, agentes de pérdida de

fluido en cemento gel, y sal (cloruro

de sodio). Estos son usados a baja

temperaturas porque retardan el

cemento solo adelgazado. (Ver tabla

3.31) lignosulfonatos de calcio –

mezclas de ácidos orgánicos –

retardan substancialmente y son

generalmente usados a altas

temperaturas.

POLÍMEROS (DISPERSANTES, O

ADELGAZANTES).

Los manufacturados en forma

de polvo producen propiedades útiles

y poco usuales en los cementos

especiales. Estos no

significantemente aceleran o retardan

muchas lechadas, pero estas reducen

notablemente la viscosidad aparente

(ver figura 3.9). Son bien adecuados

por encima a un rango de

temperatura de 60 a 300 °F. A pesar

de su propiedad de reducción de



viscosidad, los polímeros causan

excesiva separación de agua libre o

asentamiento de partículas de

cemento de la lechada salvo usados

en excesiva cantidad. Son

compatibles con casi todos los tipos

de cementos especiales excepto

aquellos que contengan altas

concentraciones de sal. Si bien los

polímeros adelgazan tales lechadas

inicialmente y parecen ser efectivas,

son incompatibles con la sal, las

cuales pueden causarse el flocular, y

después de 10 o 20 minutos de

mezclado causan un rápido

incremento en la viscosidad.

SAL (CLORURO DE SODIO).

Sal común, en adición para

actuar como un agente densificante,

un acelerador, y un retardador puede

también actuar como un adelgazante

(dispersante) en muchas

composiciones de cementación

(figura 3.10). Esta es especialmente

efectiva para reducción de la

viscosidad aparente de las lechadas

que contienen bentonita, diatomita, o

pozzolanas.

3.9 USOS DE CEMENTOS DE SAL.

La sal es usada en lechadas

de cemento para unir el conjunto de

cemento más firmemente a las

secciones de sal. (Figura 3.11), y

lutitas y hacer que el conjunto de

cemento se expanda. Las muestras

en la figura 3.11 muestran que la

lechada de agua fresca ha disuelto

parte de sal evitando un enlace entre

la roca y el cemento y ensanchando

el hueco. Donde la lechada saturada

de sal ha sido usada, los enlaces han

sido conseguido y el hueco no ha

sido ensanchado. Esta ilustrado que

en cementación a través de

secciones de sal, mejores resultados

pueden ser conseguidos con la

cementación y para prevenir puente

anular y la pérdida de circulación que

pueda resultar (figura 3.12) una lutita

que es sensible al filtrado de cemento

puede en realidad llegar a ser tan

blanda siendo humedecida antes los

conjuntos de cementos que fluirán,

creando canales atrás de la funda de

cemento de una perforada a otra. Las

lechadas de cementos que contienen

5 a 20% de sal han probado efectiva

en el campo en la minimizando

derrumbamiento y canalización de la

lutita (un análisis de un filtrado típico

de lechadas de cemento salida es

dada en la tabla 3.32).

Cuando el agua salada es

mezclada con cemento, algunas

veces ocurre espumado, haciendo

difícil controlar el peso de la lechada

y el volumen. Esto puede ser evitado

con la adición de agentes

antiespumantes al agua de mezcla o

por mezclado seco de sal con el

cemento. El mezclado seco también



elimina residuos en el control de sal

en el pozo.

El uso de sal seca en lechada

de cementación produce efectos

similares en las propiedades de

cemento de todas las clases API y en

aquellos cementos pozzolanicos y

cementos bentoniticos.

Aunque la sal generalmente usada es

cloruro de sodio, el cloruro de potasio

es también usado (ver tabla 3.33), y

en algunos casos puede ser más

efectivo en bajas concentraciones.

Esta no tiene significantemente

diferentes efectos en las lechadas de

cementos excepto en altas

concentraciones, donde la viscosidad

de la lechada se vuelve excesiva.



Tabla 3.34 – Aditivos Especiales de cementacion

ADITIVO

DECONTAMINANTES DE LODO

FLUOR SILICA

TRAZAS RADIOACTIVAS

INDICADORES

HIDRACINA

FIBRAS

GYPSUM

CANTIDAD RECOMENTADA

1.0% *

30 – 40%*

variable

0.1 a 1%* 0.2 6gal/1000bbl de lodo

0.3 0.125 a 0.5%* 0.4 4 a 10%*

*Porcentaje sobre el peso del cemento



Tabla 3.35 – Permeabilida del cemento API clase H hidratado

Tiempo de Curado: 3 dias a 320°F Tiempo de Curado: 28 dias a

320°F

Silica

%

Bentonita

%

Hematita

%

Resistencia a la

comprensibilidad

PSI

Permeabilidad

md

Resistencia a la

comprensibilidad

PSI

Permeabilidad

md

0

20

30

40

0

30

40

0

30

40

0

0

0

0

4

4

4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

28

45

50

2.165

9.950

8.325

8.165

590

4.275

3.750

2.205

9.905

8.525

0.031

0.001

0.001

<0.001

0.548

<0.001

<0.001

0.030

<0.001

<0.001

2590

5.450

5.390

11.330

370

3.050

4.140

1.600

4.015

8.450

4.580

<0.001

<0.001

<0.001

9.720

<0.001

<0.001

3.890

<0.001

<0.001



ADITIVOS ESPECIALES PARA

CEMENTACIÓN:

Los aditivos usualmente utilizados

en las lechadas de cemento están

listados en la tabla 3.34

Decontaminantes del lodo:

El formaldehído o una mezcla de

formaldehído y cromato de sodio

son algunas veces usadas para

minimizar el efecto de retardo de

cementación de varios químicos

agregados al lodo de perforación en

el evento la lechada de cemento

llega a contaminarse al mezclarse

con el fluido de perforación.

Un descontaminante de lodo

consiste en una mezcla de 60:40 de

formaldehído y cromato de sodio

que neutralizan ciertos químicos del

lodo. Este efecto se presenta frente

a tan, lignitos, almidón, celulosa,

lignosulfonato, lignosulfonaro de

hierro y cromo, lignitos de cromo y

lignosulfonato de cromo.

Los descontaminantes del lodo son

usados primordialmente en pozo

abierto, de trabajos de playback y

trabajos de linner, para cementación

secundaria y para la finalización de

una cementación primaria.

Fluor silicato:

Silicato fino o fluor silicato es

usualmente utilizado en la

composición del cemento para

ayudar a prevenir una pérdida de

resistencia. Investigaciones han

demostrado que si se excede a

temperaturas de los 230 °F todos los

cementos manufacturados pierden mucha

de su resistencia a la compresibilidad; y a

la más alta temperatura el mejor de los

cementos pierde su resistencia.

Esta pérdida de resistencia, la cual es

acompañada por un incremento en la

permeabilidad, es causada por la

formación de un elevado hidrato de silicato

cálcico en el cemento posicionado..

Añadiendo una rata máxima de agua,

materiales tales como la bentonita

aceleran la perdida de resistencia.

El fluor silicato puede ser adherido a

todas las clases de cementos API, para

prevenir la perdida de resistencia con

el tiempo y las altas temperaturas.

La cantidad optima de silica para controlar

la resistencia es de 30 a 40%, el fluor

silicato (-200 mesh) necesita / requiere un

40% de agua. (40 lbm, o 4.8 galones de

agua por cada 100 lbm de fluor silicato).

Donde se requiere lechadas pesada (17 –

20 LPG), silicatos gruesos tienen un rango

de tamaño particular entre –50 hasta +150

mesh son frecuentemente requeridos.

Tabla 3.37 – Indicadores o pigmentos

para colorear el cemento

Material 5

usado

Agua /

cemento

Contacto

color

Lechada

de

cemento

color



Indicadores

Fluorescente

Phenoftaleina

Azul de metilo

0.1

0.1

0.1

Verde

Rojo

violáceo

azul

verde

Violeta

azul

Pigmentos

Oxido negruzco

Oxido

amarillento

Oxido rojo

ferruginoso

0.1

0.1

0.1

Verde debil

Amarillo

debil

Rojo debil

Plomo

oscuro con

trazas

negras

Verde oliva

palido

Marron

claro con

lineas

anaranjado

Trazas radioactivas:

Las trazas radioactivas son

adheridas a las lechadas de

cemento como marcadores que

pueden ser detectados por registros

de pozo. Estas deben ser usadas

para determinar la localidad de los

topes de cemento y la calidad y

disposición de una cementación

secundaria.

Los isótopos comúnmente usados

para fondo de pozo tienen un rango

de vida de 8 a84 días. La selección

apropiada de la traza, el tiempo

requerido para retornar al pozo para

una reconocimiento – medición

puede ser programado.

Los isótopos radioactivos son controlados

en varias agencias de estados, y no

pueden ser usados indiscriminadamente.

Colorantes – marcadores de cemento:

Pequeñas cantidades de indicadores

pueden ser usadas para identificar un

cemento de la clasificación especifica del

API o un aditivo mezclado en la

composición del cemento.

Cuando los indicadores son usados en el

fondo de pozo, cualquiera de las dos, ya

sea una dilución y/o una contaminación de



lodo pueden oscurecer o nublar los

colores, haciéndolos inefectivos. En

la tabla 3.37 están listados alguno

de los materiales más usados como

aditivos indicadores.

Naturalmente al ocurrir una

oxidación mineral y/o los pigmentos

de color producidos

Sintéticamente deberían ser

sustituidos por los indicadores.

Para que sea efectivo, ellos deberán

ser cuidadosamente seleccionados

para dar una dispersión más

uniforme en el sistema.

La cantidad requerida depende del

tipo de pigmento y del color elegido.

Por ejemplo una dosis de pigmento

igual a 0.1 wt% del cemento

producirá el color deseado, pero

más color deberá ser agregado para

producir un contraste más profundo

más una contaminación en el fondo

del pozo podría ocurrir.

Hidracina

La hidracina es un aditivo usado

para tratar la columna de lodo

situada encima del cemento y

minimizar los problemas de

corrosión en la porción no

cementada del hoyo. Una libra de

hidracina (2.85 lbm del 35% de la

solución) es requerida para remover

1 lbm de oxigeno disuelto. La

Corporación Investigativo de

California recomienda usar 6

galones con una solución de 35%

de hidracina para 100 bbl de lodo.

Siendo la hidracina un removedor de

oxigeno esta debe ser manipulada con

extrema precaución.

Antes de realizar un trabajo con hidracina,

un adaptador especial debe ser colocado

en la boquilla de succión de la bomba

desplazadora para añadir y mezclar la

hidracina con el lodo de perforación para

ser bombeado inmediatamente al

cemento. En determinadas cantidades la

hidracina a ser utilizadas, el volumen de

lodo calculado teóricamente para colocar

detrás de la cañería deberá ser

incrementada en un 20%. La hidracina es

costosa ($), por lo tanto la cantidad a

utilizar deberá ser calculada

cuidadosamente. Como fuera, un exceso

de esta en el lodo no es físicamente

perjudicial. Luego de completar el trabajo,

las bombas, líneas y los contenedores

deberán ser inmediatamente lavados y

limpios con agua.

Fibra sintética en el cemento

Materiales de fibra sintética, como ser la

Fibra Tuf, son frecuentemente adheridos a

cementos en pozos petrolíferos en

concentraciones de 1/8 a ½ lbm por saco

para reducir el efecto de fractura miento o

una parcial destrucción de la perforación,

por esfuerzos en los portamechas u otras

fuerzas en el fondo de pozo. Los

materiales de fibra sintética transmiten los

esfuerzos localizados más frecuentemente

hacia fuera del cemento y esto provee una

resistencia al impacto y fracturamiento.

(Vea la figura 3.13). La fibra más utilizada

es el nylon. Esta tiene diversos grosores

desde 1plg, la cual es resistente, e imparte

un alto corte y esfuerzo de tensión.



Aditivos Gypsum

Cerca de 4 a 10% de gypsum es

adherido a cualquier cemento

Pórtland para lograr – alcanzar:

1. una rápida selección para combatir la perdida en la circulación

2. una gelificacion o propiedades tixotrópicas y

3. expansión de las propiedades del cemento ya colocado

Añadiendo de 30 a 50% de gypsum

a cualquier cemento Pórtland

producirá un rápido colocado en 12

a 20 minutos siempre y cuando la

lechada este en circulación. Esto ha

sido efectivamente realizado para

sellar en zonas de pérdida de

circulación, en pozos someros

donde esfuerzos son necesarios

para dar estabilidad al hoyo.

Para formaciones inconsolidadas,

altamente permeables, fracturadas

o cavernosas, de 5 a 10% de

gypsum es adherido a la lechada de

cemento Pórtland ya que así se

causara una rápida gelificacion

cuando esta permanezca en un

estado estático. Esta propiedad

tixotrópica ayuda que la lechada

atraviese las formaciones

permeables. La lechada soportara

su propia columna de peso si la

circulación es detenida y luego no

se caerá hacia la zona de pérdida

de circulación. El gypsum es usado

principalmente en pozos con

profundidades menores a 600 pies.

Al añadir gypsum al cemento API

clase A, G, H en concentraciones de

3 – 6% el cual reaccionará con el

aluminato tricalcico y expandirá el cemento

ya posicionado. Estas propiedades de

expansión otorgan al cemento una

adherencia entre la tubería y la formación,

resultando un mejor sello frente al gas o

migraciones de fluidos hacia el anular. Una

expansión típica está ilustrada en la figura

3.15.

Aditivos tixotrópicos

Los aditivos tixotropicos son adheridos y

mezclados en la lechada de cemento para

tener una rápida gelificacion de dicha

lechada. Son usados para controlar

pérdidas de circulación, para prevenir

retrocesos, derrumbes en la columna del

anular y para minimizar una migración de

gas por una rápida u creciente fuerza de

gel. Él término tixotrópico es aplicado en

sistemas de cementación que adquieren

elevadas fuerzas de gel en cortos periodos

de tiempo sí el cemento esta en un estado

estático.

Los diferentes tipos de aditivos tixotrópicos

son los siguientes:

1. Orgánico: comprenden 2 sistemas que adquieren cualidades tixotrópicas por el entrecruzamiento de un polímero contenido en un aditivo de lodo perdido en la mezcla de cemento

2. Inorgánico: una débil vinculación entre una fina división, componentes cristalinos sólidos de la mezcla de cemento

Usualmente se le adhieren a estas

mezclas gypsum en un porcentaje de 5 a

8%, en los cementos API clase A o H.



Mezclas adheridas para prevenir

una invasión de gas:

La adición de varios aditivos al

cemento está permitida para

prevenir la migración de gas durante

la colocación de la lechada de

cemento.

Investigaciones han demostrado

que detrás del cemento entre el

estado fluido y el estado ya

colocado se encuentra el factor de

control que permitirá la entra de

gas. Durante esta fase de transición

cualquier reducción de volumen

(causada por una hidratación del

cemento y pérdida de fluido hacia

formaciones permeables) y el

crecimiento – restitución del gel son

las causas principales de la perdida

de presión hidrostática asociada con

la columna de cemento.

Una vez esto sucede, el gas podría

entrar al anular si la presión

hidrostática hubiese sido reducida

hasta el punto donde el sobre

balanceo es perdido. Una gradación

de la densidad del cemento,

eliminación del agua libre, control de

pérdida de fluido, control de tiempo

de engrosamiento y mantenimiento

de la presión de fondo han sido

utilizadas con éxito limitado (menor

invasión de gas) para resolver

problemas de invasión de gas.

Los 3 métodos más utilizados para

prevenir o eliminar una invasión de

gas han sido a través del uso de

lechadas de cemento compresibles

(contenedoras de gas) y altamente

tixotrópicas, y el control de la

perdida de fluido conjuntamente con el

sistema de cementación.

Las lechadas de cemento compresibles

utilizan un aditivo que funciona

incrementando la comprensibilidad de la

lechada de cemento de modo que la

pérdida de volumen puede ser

parcialmente compensada por medio de la

expansión del gas entrante. Esto ayuda a

prevenir la reducción de la presión poral en

la lechada de cemento por debajo de la

presión de la formación gasífera. Durante

el estado de transición.

Las lechadas tixotrópicas están basadas

en lograr altas fuerzas de gel en cortos

periodos de tiempo. Cuando una lechada

altamente tixotrópica es usada, se

desarrolla rápidamente una fuerza estática

de gel que resulta en un único y pequeña

perdida de volumen y una correspondiente

perdida de presión. Luego el gas, no podrá

entrar y cortar hacia arriba el cemento

ubicado en el anular. Con el uso de la

lechada de cemento compresible y

altamente tixotrópica, una buena rata de

problemas de invasión de gas es resuelta

exitosamente.

El control de filtrado fue una de las

primeras consideraciones reconocidas

para minimizar el efecto de invasión de

gas. Cualquier pérdida de filtrado de la

lechada de cemento hacia el fondo del

pozo corresponderá a un decrecimiento de

la presión hidrostática. Esta pérdida de

filtrado es un contribuyente a la reducción

de volumen en fondo de pozo, resultando

en una reducción de volumen trayendo

una deshidratación de la lechada de

cemento frente a zonas altamente

permeables. Si este puente deshidratado

fue formado antes de la finalización del



tiempo de transición del cemento

puede proveer un bloque

presurizado que podría prevenir la

transición de presión hidrostática

arriba y al fondo del pozo.

Como resultado una invasión de gas

podría ocurrir. Al tiempo que el gas

fluye podría ocurrir con lechadas

que tuvieran una baja pérdida de

fluido evaluada cuando otros

métodos de prevención de invasión

del gas al anular son usados. Es

recomendable que cualquier

lechada a través de una zona de

deslizamiento potencial debería

tener una pérdida de fluido API con

una evaluación menor a 100 cm3

por cada 30 minutos o menos.

Espaciadores y lavadores:

Los espaciados y lavadores

conforman dos funciones

importantes en el proceso de una

cementación primaria:

1. minimizan la contaminación del cemento por fluido de perforación

2. Desplazan la el fluido de perforación de la porción de cemento en el anular una vez hecho esto una base competente de cemento puede formar un sello hidráulico efectivo.

Se pensaron en los términos que

son usualmente intercambiables,

espaciadores y lavadores no son lo

mismo. Un espaciador es usado

para separar fluidos incompatibles

(fluido de perforación y cemento),

pero es compatible con ambos. Un

lavador se corre inmediatamente

después que el cemento es colocado para

proveer un espacio eficaz y ligante.

Los espaciadores son en base aceite o

agua. Espaciadores base aceite son más

compatibles con algunos lodos de

perforación y no dañan el agua de las

arcillas y lutitas sensitivas, de todos

modos, el cemento se une mejor hacia las

formaciones húmedas con agua. La

mayoría de los espaciadores usados son

en base agua.

Los lavadores son líquidos de baja

viscosidad (base agua) usados para

proveer un desplazamiento eficaz. Ambas

agua fresca y agua de mar pueden ser

utilizadas y son efectivas como los

espaciadores químicos si la hidrostática

permite el uso de grandes volúmenes de

agua. Por que el agua no ofrece un grado

de control de pérdida de fluido y podría

causar daño en formaciones sensitivas, los

mejores lavadores son mezclas químicas:

1. Sistemas reactivos: critica rata de circulación baja , previene el retroceso en la cementación, ayuda a prevenir la perdida de circulación e imparte un sello hidráulico.

2. Dispersantes y surfactantes: rompen las fuerzas de gel del lodo y crean flujo turbulento

3. Lechadas de barrido – pequeñas mezclas, estas lechadas preparadas para la perforación para la lechada primaria.

Las siguientes consideraciones deben ser

aplicadas cuando se selecciona un

programa espaciador:

1. compatibilidad 2. tiempo de contacto 3. El resultado sobre la formación

húmeda con agua si se usara un espaciador / lavador.



Un regla aceptada generalmente

para determinar las cantidades de

lavados químicos, espaciadores o

lavadores a usar es igual a la

cantidad para obtener 500 a 1000

pies de material en el anular.

Ordinariamente esto provee un

tiempo de contacto de 4 a 6

minutos, dependiendo del tamaño

del hoyo y la cañería y la rata de la

bomba. Si dos lavadores son

utilizados, la misma cantidad de

cada uno resultara en dos veces el

tiempo de contacto. Los volúmenes

luego pueden ser reducidos, si la

experiencia en el área especifica lo

indica. Básicamente, el propósito de

estos fluidos es el de separar

materiales incompatibles y ayudar a

controlar las presiones de

circulación manteniendo la

viscosidad de los fluidos uniformes.

Si un volumen muy pequeño es

utilizado, la mayor parte del podría

ser perdido en un entremezclado

normal en las interfaces del fluido

antes que el fluido abandone la

tubería, dejando una cantidad

infectiva del anular donde es

necesario.

SUMARIO

La tabla 3.38 es un sumario de los

aditivos de cementación más

comunes, sus usos y beneficios, y

los cementos a los cuales pueden

ser adheridos. La figura 3.18 nos

muestra lo mayores y menores

efectos de los aditivos sobre las

propiedades físicas del cemento,

mientras que la figura 3.19 muestra a

cuantificación de la mayores mezclas

utilizadas en los cementos.



Tabla 3.38 – Sumario de Aditivos de cementacion de pozos petrolíferos

Tipo del

aditivo

Uso Composición

química

Beneficios Tipo de Cemento

Aceleradores Reducen del tiempo de WOC

Se colocan en la superficie de

la tubería

Se colocan en tapones de

cemento

Combaten perdida de

circulacion

Clorhidrato de calcio

Clorhidrato de sodio

Gypsum

Silicato de sodio

Dispersantes

Agua de mar

Colocación

acelerada

rápida y temprana

resistencia

Todas las clases

API

Puzonlanicos

Sistemas diesel

Retardadores Incrementan el tiempo de

engrosamiento para el

colocado

Reducen la viscosidad de la

lechada

Lignosulfonatos

Ácidos orgánicos

CMHEC

Lignosulfonatos

modificados

Incrementan el

tiempo de

bombeabilidad

Mejores

propiedades de

fluido

Cementos API: D,

E, G, H

Puzolanicos

Sistemas diese

Aditivos

reductores de

peso

Reducen el peso

Combaten la perdida de

circulación

Bentonita – atapulguita

Gilsonita

Tierra diatomeas

Perlita

Puzolanas

Micro esferas (esferas

de vidrio)

Nitrógeno (cemento

espumantes)

Peso más liviano

Economía

Mejor llenado

Menor densidad

Todos cementos

API

Puzolanicos

Sistemas diesel

Aditivos aumenta

el peso

Combate las altas presiones

Incrementan el peso de la

lechada

Hematita

Limonita

Baritina

Arena

dispersantes

Mayor densidad Cementos API D, E,

G , H

Aditivos para el

control de

perdida de

circulación

Taponamiento

Incremento del llenado

Combate perdida circulación

Rápidos sistemas de colocado

Gilsonita

Cáscara de nuez

Hojuelas de celofán

Cemento gypsum

Bentonita / diesel

petróleo

Fibra de nylon

Aditivos tixotropicos

Fractura taponadas

Columna de fluido

más liviana

Zonas fracturadas

presurizadas

Tratamiento de

perdida de

circulación

Todos cementos

API

Puzolanicos

Sistemas diesel

Aditivos para el Cementacion presurizada Polimeros Reduce la Todos cementos



control de filtrado Colocación de largos liners

Cementacion en formaciones

sensitivas con agua

Dispersantes

Cloruro de sodio

lignosulfonatos

deshidratación

Menor volumen de

cemento

Mejor llenado

API

Puzolanicos

Sistemas diesel

dispersantes Reducción de la potencia

hidráulica

Densificación de las lechadas

de cemento para

taponamiento

Imparte propiedades de flujo

Ácidos orgánicos

Polímeros

Cloruro de sodio

lignosulfonatos

Lechadas delgadas

Decrecimiento

perdida de fluido

Mejor remoción

del lodo

Mejor colocación

Todas cementos

API

Puzolanicos

Sistemas diesel

Cementos

especiales o

aditivos

Sal

Cementacion primaria

Coluro de sodio

Mejor adherencia

hacia la sal, arenas

y esquisto

Todos cementos

API

Fluor silica

Alta temperatura de

cementacion

Dióxido de silicona

Resistencia

estabilizada

Menor

permeabilidad

Todos cementos

API

Lodo kil

Neutralización del

tratamiento del lodo con

químicos

Para –Formaldehído

Mejor adherencia

Gran resistencia

Cementos API

A,B,C,G,H

Trazas

radioactivas

Modelos de trazas de flujo

Localización de influjo

Sc 46

-

Todos cementos

API

Limo puzolanica

Cementación a altas

temperaturas

Reactores de Limo -

Silica Menor peso

economía

-

Limo silica Cementacion a altas

temperaturas

Reactores de limo silica Menor peso

-

Cemento gypsum Tratamiento con condiciones

especiales

Sulfato de calcio Mayor resistencia -

hidromita Tratamiento con condiciones

especiales

Liquido potenciado con

látex Mejor adherencia

Control de filtrado

Cementos API

A,B,G,H

Aditivos

tixotropicos

Recubierta en zonas de

perdida de circulación

Aditivos orgánicos

Aditivos inorgánicos

rápida colocación

y/o gelificacion

Menor retroceso

Todos cementos

API



Reduce la perdida

de circulación

Espaciadores de

lodo

Minimizan la contaminación variable Distribución

uniforme del

cemento

Todos los sistemas

de cementacion

Lavadores de lodo Ayudan en el desplazamiento

del lodo de perforación

Separan fluidos incompatibles

variable Mejor remoción del

lodo

Reduce la perdida de

circulación

-



TEMA IV

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE LA LECHADA DE

CEMENTO

Competencia: El estudiante conoce y entiende el efecto que tiene la T y P,

sobre la lechada y el cemento fraguado. La importancia de la temperatura de

circulación; como afecta la contaminación con el fluido de perforación a la

lechada y el cemento fraguado. Sabe para que es el valor de la resistencia a

la comprensión.

4.1. INTRODUCCIÓN

Antes de que la lechada sea bombeada al pozo, una variedad de pruebas de

Laboratorio puede ser realizada para asegurar un adecuado desplazamiento y

ayudar en la predicción de la ejecución y comportamiento de la lechada cuando

esta es bombeada y después de su desplazamiento. En la recopilación de esta

información, profundidades de terminación, temperaturas de pozo, condiciones

del agujero, y problemas de perforación deben ser considerados en el diseño

de la composición del cemento. Los siguientes factores afectarán en el diseño

de la lechada de cemento:

1) Profundidad del Pozo

2) Temperatura del Pozo

3) Presión de la Columna de Lodo

4) Viscosidad y Contenido de Agua de las lechadas de cemento

5) Tiempo de Espesamiento y de Bombeabilidad

6) Fuerza del Cemento requerida para sostener la Cañería

7) Características del agua disponible para el mezclado

8) Tipo de fluido de perforación y de aditivo para el fluido de perforación

9) Densidad de la lechada

10)Calor de Hidratación

11)Permeabilidad del Cemento Fraguado

12)Control de Filtración

13)Resistencia a las Salmueras de Fondo de pozo

14)



4.2. PRESION, TEMPERATURA Y TIEMPO DE BOMBEABILIDAD

Existen dos influencias básicas en el comportamiento de la lechada de

cemento en el fondo del pozo son la temperatura y la presión. Afectan en

cuánto tiempo la lechada será bombeable y cuán bien estos factores

desarrollan la fuerza necesaria para sostener la tubería. La temperatura tiene

una influencia más pronunciada. Como la temperatura de formación incrementa

con la profundidad, la lechada de cemento se deshidrata, se fragua más rápido

y desarrolla la dureza más rápidamente. También, el tiempo de bombeabilidad

(o espesamiento) decrece, la fig., 4.1 muestra como estos factores afectan el

tiempo de bombeabilidad.

FIGURA 4.1.- EFECTO DE LA PROFUNDIDAD (TEMPERATURA)

SOBRE EL TIEMPO DE BOMBEABILIDAD EN EL CEMENTO API

CLASE H

La presión impuesta por la carga hidrostática de los fluidos del pozo sobre la

lechada de cemento también reduce la bombeabilidad del cemento. En pozos

profundos, la presión hidrostática más la presión de superficie durante el

desplazamiento pueden exceder los 20000 psi (tabla 4.1). La influencia de la

presión en la bombeabilidad de los cementos está ilustrada en la tabla 4.2.

BOMBEABILIDAD = ESPESAMIENTO

Cemento API Clase H

CO

ND

ICIO

NES

DE

CA

ÑER

ÍA A

PI

Tiempo de Espesamiento – horas

Cemento API

Clase H con

2% de Cloruro

de Calcio



Los gradientes de temperaturas varían en diferentes áreas geográficas. En el

Oeste de Texas y en Nuevo México, los gradientes están alrededor de 0.8

ºF/100 pies de profundidad, mientras que a lo largo de Texas y la Costa del

Golfo de Luisiana tienen un rango superior a 2.2 ºF/100 pies de profundidad.

Estimaciones de las temperaturas estáticas de fondo de pozo (BHT´s) puede

ser obtenida de estudios realizados durante la registración y las pruebas de

perforación. Las temperaturas de circulación de fondo de pozo (BHCT´s)

son obtenidas del registro de temperaturas obtenidas por la sarta de

tubería durante los viajes de acondicionamiento del lodo antes de que la

cañería quede ubicada. De tales datos la relación de BHST´s vs. BHCT´s

puede ser obtenida para determinar la bombeabilidad de la lechada de

cemento.

Los estudios dedicados a la temperatura en toda la Costa del Golfo de Texas y

Luisiana en 1950 han formado las bases del cronograma de pruebas y las

especificaciones del cemento de la API por más de 20 años. Los cronogramas

están basados en las temperaturas de fondo de pozo, ºF= 80 ºF + 0.015 *

profundidad (pies). (Ver figura 4.2). El efecto de enfriamiento del



desplazamiento del lodo baja la temperatura de circulación del agujero

considerablemente durante la cementación de la cañería. Durante una

cementación Squeeze, hay menos enfriamiento porque hay menos fluido

procedente de la lechada en el pozo. Por eso, la composición de la

cementación, tiene bombeabilidad más larga durante la cementación de la

cañería que durante la cementación Squeeze a la misma profundidad.

El tiempo que le toma a la lechada de cemento en llegar al fondo del pozo

depende del tamaño de la cañería y del caudal de desplazamiento. Estos

factores fueron estudiados y se hizo una investigación mediante la API en

1962. Como resultado, los cronogramas probados fueron revisados para

compensar los caudales de desplazamientos altos en pozos de moderada a

extrema profundidad.

FIGURA 4.2.- TEMPERATURA APROXIMADA DE LOS POZOS DE LA COSTA DEL GOLFO DE

EE.UU.

Las tablas 4.3 a la 4.5 listan los datos usados como base para las

Especificaciones del Tiempo de Espesamiento de la API y un típico

procedimiento de prueba para el Tiempo de Espesamiento usado por un

Liner a los 14 000 pies en los Estándares API 10 a diferentes gradientes de

temperatura.

Pozos Estáticos Normales

B.H.T. = 80 + 0.015 * profundidad

Cementación

Squeeze

Temperatura de

Descarga de Lodo

Temperatura de Succión de Lodo

Profundidad del Pozo – pies

Tem

pe

ratu

ra º

F

Cementación de

Cañería





Con la actividad de perforación incrementada en los años 1980, datos

adicionales apoyaron la precisión de las temperaturas de circulación API

usadas en las profundidades de pozos a lo largo de la Costa del Golfo en

los EE.UU.

La Figuras 4.3 ilustra la medida de Temperatura de circulación vs. Las

temperaturas de Circulación de la cañería API o Linner. Esto fue preparado

por los valores medidos de temperaturas de fondo vs. Temperaturas

obtenidas mediante la interpolación de tablas de la API. La distribución

relativamente uniforme de puntos a través de una línea sólida, donde las

medidas y las temperaturas de la API son iguales, parece indicar una

correlación razonable de los dos valores.



FIGURA 4.3.- TEMPERATURAS DE CEMENTACIÓN DE CAÑERIA MEDIDAS VS.

TEMPERATURAS DE CAÑERÍA API EN POZOS DE LA COSTA DEL GOLFO EN EE.UU.

Un argumento similar, en la figura 4.4 muestra la temperatura Squeeze medida

vs. La temperatura Squeeze API indica buena correlación, además los puntos

están más ampliamente dispersos y las temperaturas Squeeze medidas son

generalmente más altas en pozos profundos que aquellos mostradas por las

pruebas de procedimiento API.

• Medido vs. API

Medido = API

Temperatura de Circulación medida, ºF

Tem

pe

ratu

ra d

e C

ircu

laci

ón

AP

I, º

F

• Lo medido vs. API

Lo medido = API

Temperatura Squeeze Medida, ºF

Tem

pe

ratu

ra S

qu

ee

ze A

PI,

ºF



FIGURA 4.4.- TEMPERATURAS SQUEEZE MEDIDAS VS. TEMPERATURAS SQUEEZE API EN

POZOS DE LA COSTA DEL GOLFO EN EE.UU.

En el diseño de las lechadas de cemento para condiciones de pozo

específicas, el caudal de desplazamiento de la lechada para 1 000 pies de

profundidad, según los caballos de fuerza requeridos por el pozo, caudales de

desplazamiento, volúmenes de lechada, y la relación entre el tamaño del

agujero y de la cañería son usados como base para determinar el tiempo de

bombeabilidad esperado a dar la composición de la cementación. Los datos de

dureza están basados en las temperaturas y presiones del pozo e indican el

tiempo requerido por el cemento para alcanzar la fuerza suficiente para

soportar la cañería.

4.3. MECANISMO DE HIDRATACIÓN DE CEMENTO

El mecanismo de hidratación del cemento está influenciado por el contenido de

agua, las mezclas, tiempo de agitamiento, temperatura, y presión. Dos

condiciones que no pueden ser modificadas por el diseño son la presión y

temperatura de fondo de pozo, siendo la temperatura la más crítica. Las

medidas del tiempo de espesamiento son conducidas en la lechada de

cemento por la BHCT y la presión de circulación de fondo de pozo (BHCP). El

tiempo de espesamiento debe ser suficiente para desplazar la lechada de

manera segura y permitir una dificultad de trabajo inesperada. El factor de

seguridad necesario en cada trabajo varía. Para liners y cañerías de

producción, todo el trabajo de cementación raramente toma más de 60 a 90

minutos en ser completado. Cualquier tiempo extendido por más de 60 minutos

sería esencialmente un factor de seguridad. Hay otro factor de seguridad

inherente en la medida del tiempo de espesamiento. La prueba de la lechada

es elaborada en función al BHCT y se realiza hasta que la reacción de

hidratación ocurre. En realidad, la mayoría de los cementos experimentarán

algún tipo de enfriamiento mientras son bombeados por el espacio

anular. Bajo las condiciones actuales del pozo, esto proveerá un factor de

seguridad más alto en la bombeabilidad.

Los cambios en las propiedades físicas de los cementos después del

desplazamiento influencian en el tiempo de espera del cemento (WOC), en la

adherencia, soporte de la cañería, y el éxito total en el trabajo de cementación.

Debido a que la temperatura tiene un cierto efecto en estas propiedades, la

relación entre el BHCT y el BHST en la hidratación del cemento son

importantes.



Bajo condiciones estáticas el desarrollo de la fuerza gel es rápido en la lechada

de cemento, el desarrollo de la fuerza gel es un producto secundario del

proceso de hidratación y señala el punto al cual la lechada de cemento

empieza a cambiar de un verdadero fluido hidráulico que transmite toda la

presión hidrostática a un material fraguado sólido que tiene una fuerza

compresiva medible. Este periodo de cambio es llamado fase de transición.

Durante esta fase, la lechada de cemente gana continuamente fuerza gel, el

cual permite a una restricción de presión potencial para dar lugar en el llenado

con cemento del espacio anular. El siguiente cambio que sucede es el tiempo

de fraguado de la lechada de cemento. Este es el punto donde la primera

fuerza compresiva empieza a desarrollarse. Esto señala el final del el tiempo

WOC. (Ver figura 3.17).

4.4. RESISTENCIA DEL CEMENTO PARA SOSTENER LA TUBERÍA

El cemento requiere de muy poca dureza temprana para sostener la sarta de

cañería (tabla 4.7). Otro estudio ha mostrado que 10 pies de anular cementado

que tiene sólo 8 psi de resistencia a la tensión puede soportar más de 200

pies de cañería de tamaños y pesos ligeros, incluso bajo condiciones de pobre

adherencia.

En el fraguado de la cañería de superficie, cuando altos pesos del trépano son

necesarios para perforar el equipo flotante, una carga adicional debe ser

soportada por la cañería y el cemento. La tabla 4.7 muestra la longitud mínima

de cañería y el tamaño de Drill collar que puede teóricamente ser sostenida por

10 pies de cemento de 8 psi de resistencia la tensión.



Debido a que en la prueba de la dureza del cemento (figura 4.8) el cemento

está usualmente sometido a la compresión, los valores deben ser convertidos

de fuerza compresiva a fuerza tensión. Como regla general, la fuerza

compresiva es cerca de 8 a 10 veces más grande que la tensión o adherencia.

Los 8 psi de fuerza tensión serían equivalentes a 80 a 100 psi de fuerza

compresiva.

Esto debe ser realizado con un intervalo de tiempo desde la hora en el que

primer cemento se fragua hasta que desarrolle 100 psi de fuerza compresiva

Debe tomarse en cuenta que el intervalo de tiempo a partir del tiempo cuando

el cemento empieza a fraguarse hasta que desarrolle una fuerza compresiva

de 100 psi puede ser relativamente corto. Campos diferentes - procesos de

terminación, materiales, condiciones de curado – no pueden ser pozos

bastante conocidos o controlados para establecer un tiempo de curado infalible.

Además se debe aplicar un razonable factor de seguridad. Es generalmente

aceptado por la industria y por los cuerpos reguladores que una fuerza

compresiva de 500 psi es adecuada para la mayoría de las operaciones, y

mediante una buena utilidad de prácticas de cementación un operador de ser

capaz de perforar de manera segura adhiriendo a la perforación los

requerimientos mínimos de dureza.

FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO DE 2

PULGADAS.



Para decidir cuánto tiempo se esperará para que el cemento se fragüe (para

seleccionar un tiempo WOC), es importante:

3. Conocer cuán fuerte debe ser el cemento antes de que la

perforación pueda empezar, y

4. Entender las características de desarrollo de la dureza de los

cementos en uso común.

Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla

4.8 y conocer qué temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la

fuerza. Para aplicar la información de dureza o fuerza del laboratorio

apropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener

algún conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHST´s

en la mayoría de las áreas geográficas han sido razonablemente bien definidos

mediante el uso de datos isotérmicos de superficie con profundidades y

gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados mediante

estudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.

En las mayorías de las áreas la temperatura de formación a la profundidad de

la cañería de superficie es igual a la temperatura de superficie mas 2 ºF/100

pies de profundidad.

La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no

igualará a la temperatura de formación, de hecho, esto incluso no tiene un valor

constante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo

las temperaturas del fluido de perforación, lechada de cemento y el fluido

desplazado, tanto como el calor de hidratación del cemento.

Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener

la cañería está basada en el estudio y la experiencia del campo:

5. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la

cañería durante la perforación, y con un incremento de la densidad

de la lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada

fuerza compresiva es disminuido.

6. La densificación incrementa tanto la dureza como el calor de

hidratación del cemento.

7. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua

resultarán un débil cemento fraguado y por eso se deben evitar

alrededor de la parte baja de la cañería.

8. Con la selección de los cementos apropiados y con buenas prácticas

de cementación, el tiempo WOC para cañería de superficie pueden

ser reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones

veraniegas y de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.



4.5. TÉCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA

La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medición

de la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva

ilimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza

compresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por más de 40

años para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherencia

del cemento a la cañería y/o a la formación. Correlaciones comparativas han

sido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerza

compresiva para producir la relación mostrada en la figura 4.9.

Una técnica más nueva y más popular para predecir la fuerza y los tiempos

WOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acústicas y ultrasónicas.

El analizador de cemento ultrasónico (UCA) continuamente monitorea la dureza

desarrollada por cualquier composición de cemento dada (figura 4.10). Una

lechada simple es desplazada en una célula que está bajo condiciones que

simulan la presión y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la

velocidad ultrasónica del cemento son empezadas durante el estado fluido y

continuado durante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza

parcial o final desarrollada.



FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE

CEMENTO FRAGUADO.

FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASÓNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRÁFICOS

PARA EL DESARROLLO DE LA DUREZA.



Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta

que la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del

fraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador

de gráficos vs. Tiempo en cualquier punto de interés (figura 4.11).

FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO

FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASÓNICO.

El UCA funciona con poca atención aparte del operador desde el inicio hasta el

final. La misma información de los estándares API sobre las pruebas para

aplastar la fuerza compresiva requeriría la curación de una multitud de

especímenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal Fu

erz

a C

om

pre

siva

(p

si)

Tiempo (días)

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal 4% bentonita – 2% cloruro de calcio – 13.5 lbm/gal

Fue

rza

Co

mp

resi

va (

psi

)

Tiempo (días)



garantía de que la primera prueba sería lo suficiente corta o la prueba final lo

bastante larga para proveer con exactitud la información crítica del trabajo (ver

figura 4.12).

FIGURA 4.12.- COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE FUERZA DE UN CEMENTO

CONVENCIONAL TRITURADO VS. LOS RESULTADOS DE UN ANALIZADOR

ULTRASÓNICO POR ENCIMA DEL RANGO DE DENSIDAD.

4.6. SENSIBILIDAD DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Y DE LOS ADITIVOS DE

LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Un problema significativo en la cementación de pozos petroleros es el

efecto de remoción de los fluidos de perforación durante el

desplazamiento. La contaminación y la dilución por el lodo pueden dañar

el sistema de cementación, como también los químicos del lodo y del

revoque de lodo. (Ver tabla 4.10)

Resultados de Pruebas Atmosféricas Densidad: rango de 12.7 a 19.6 lbm/gal

Material: rango de 16% de Bentonita, 75% de puzzolano a 93 % de hematita

Fue

rza

Co

mp

resi

va –

psi

(Val

or

cuan

do

est

á ap

last

ado

)

Fuerza Compresiva (Ecuación de tiempo de Tránsito)



Alguna contaminación de este tipo ocurre durante la mayoría de los trabajos,

pero probablemente la mayoría sucede cuando un tapón de cemento está

ingresando en el sistema de lodo que es altamente tratado con químicos. El

volumen de cemento en relación al volumen de lodo es pequeño, y el grado de

contaminación del lodo nunca es conocido, la suavidad en el cemento utilizado

como un tapón que es re perforado es un signo de contaminación. (Ver capítulo

10, Tapones de cemento para pozos abiertos).

La mejor forma de combatir efectos perjudiciales en los aditivos del lodo de

perforación es usar tapones más limpios y espaciadores o niveladores. Los

tapones limpios ayudan a eliminar la contaminación dentro de la cañería y los

niveladores ayudan a limpiar el espacio anular entre la cañería y la formación,

los espaciadores o colchones lavadores, consisten de agua, soluciones de

ácido, fosfatos, mezclas de cemento y agua, y lechadas con bentonita sin

tratamientos y arcilla con agua. Para sistemas de lodos de emulsión inversa o

directa, niveladores de diesel oil – ambos pesados o sin pesar- son efectivos.



4.7. MEDICIONES DE LA REOLOGÍA DEL CEMENTO

Las lechadas de cemento presentan un comportamiento no Newtoniano y sus

características son descritas mediante uno o dos modelos reológicos

matemático: el modelo plástico de Bingham o el modelo Exponencial. El

viscosímetro de Fann modelo 35 mide datos de velocidad de corte/ esfuerzo

cortante que son introducidos para cualquiera de los dos modelos reológicos.

En el modelo plástico de Bingham la curva es una línea recta con lecturas de

600 y 300 revoluciones/minuto. La viscosidad plástica es definida como la

diferencia entre las lecturas a 600 y 300 revoluciones/minuto. El punto de yield

es definido como la diferencia entre las lecturas a 300 rev/min y la viscosidad

plástica. El modelo Exponencial requiere usar las lecturas de 600, 300, 200 y

100 rev/min para establecer la curva de Velocidad de corte/ esfuerzo cortante

de los cuales los valore de n (pendiente de la curva) y k (curva interceptada)

pueden ser determinados. Con estos valores es posible calcular la relación

entre el Número de Reynolds y la Velocidad (ver capítulo 11).

Para medir las propiedades reológicas de las lechadas de cemento, como

indicación directa, comúnmente se usa el viscosímetro rotacional. Este es

potenciado por una doble velocidad, un motor con 3 engranajes, para obtener

velocidades rotarias de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 rev/min. (Ver figura 4.15). El

instrumento de medición consiste de dos partes integrales: una camisa exterior

y una bobina interior. Durante la prueba, la camisa exterior es rotada a cierta

revolución de asentamiento por minuto constante. Esta rotación de la camisa

causa un torque en la bobina interior que es medida por medio de un cuadrante

elástico de torsión. La lectura inicial a 600 rev/min es tomada después de 60

segundos de rotación continua. La velocidad de la pieza giratoria del motor

(rotor) es cambiada con cada lectura sucesiva más baja en intervalos de 20

segundos con medidas siendo tomadas justo antes de cambiar a la siguiente

velocidad de asentamiento más baja. Las lecturas de asentamiento a 6 rev/min

son usadas para desarrollar la curva de Velocidad de Corte/ Esfuerzo de corte.



FIGURA 4.15.- VISCOSÍMETRO ROTACIONAL

4.8. PERDIDA DE CIRCULACIÓN

En los materiales seleccionados y usado para controlar la pérdida de

circulación, se debe tomar en cuenta dos factores importantes:

1. El material debe ser de un tamaño que pueda ser manejable por el

equipo de bombeo, y

2. Las formaciones abiertas deben ser lo bastante pequeñas para

permitir al material retener y sellar.

Cuando las formaciones abiertas son muy largas que los agentes sellantes son

relativamente inefectivos, esto puede ser necesario para diseñar cementos

semisólidos o de asentamiento rápido. Para un informe más detallado de

pérdida de circulación y los materiales usados para controlarlo, ver sección 3.7,

Aditivos para Controlar la Pérdida de Circulación. La efectividad de estos

materiales ha sido establecida no sólo por las pruebas de laboratorio, sino

también por los resultados obtenidos en los Campos en los que se han usado.

(Ver figura 4.16).



FIGURA 4.16.- CELDA DE PRUEBA PARA PÉRDIDA DE CIRCULACIÓN

4.9. CALOR DE HIDRATACIÓN

Cuando el cemento es mezclado con agua, una reacción exotérmica ocurre en

el cual un calor considerable es liberado. Mientras mayor sea la masa de

cemento, mayor será la evolución del calor. En laboratorio, dicho calor es

medido con un calorímetro, consiste de un frasco aislado vacío que contiene un

termocupla unida a un registrador. El incremento de la temperatura es

registrado en intervalos específicos hasta que se observa la máxima

temperatura. El calor de hidratación (a veces llamado calor de reacción o calor

de solución) es influenciado por el grado de fineza, la composición química del

cemento, por aditivos, y por el ambiente de fondo de pozo. Mientras mayor sea

la temperatura de formación, más rápida será la reacción y más rápida la

evolución del calor. (Ver figura 4.17).

Tapa de aluminio y bronce con un sello circular y un área con relieve para prevenir presión excepto cuando la tapa está correctamente cerrada.

Camisa Lucite para la observación de los sellos

Válvula de Bola

Ranura de Prueba

Unión para la cámara de la ranura, puede ser removida con presión sobre la cámara para cambiar ranuras cuando la válvula está cerrada

Soporte de colchón perforado



FIGURA 4.17.- CALOR DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO API CLASE A BAJO CONDICIONES

DISTINTAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA.

El calor de hidratación de los componentes del cemento puro ha sido estudiado

bajo condiciones controladas de laboratorio. Algunos de los resultados son

mostrados en la tabla 4.13 y tabla 4.14 comparando el calor de hidratación de

cementos con diferentes composiciones.

Tiempo – horas

Tem

pe

ratu

ra -

ºF



En la mayoría de los agujeros el espacio anular es de ½ a 2 pulgadas, excepto

en las zonas lavadas. En una cañería superficial típica, el calor de hidratación

produce una máxima temperatura que alcanza de 35 a 45 ºF. (Ver figura 4.18).

FIGURA 4.18.- RESULTADO DE LA RELACIÓN DE TEMPERATURA/TIEMPO DEL CALOR DE

HIDRATACIÓN DE UNA LECHADA USADA EN CAÑERÍA SUPERFICIAL

4.10. RESISTENCIA A LAS SALMUERAS DE FONDO DE POZO

La susceptibilidad de los cementos a la corrosión por las aguas de formación

ha sido objeto de muchas investigaciones. Formaciones salinas que contienen

sulfato de sodio, sulfato de magnesio, y cloruro de magnesio están entre las

que tienen más agentes de fondo de pozo destructivos. Tales salmueras son

encontradas en el Oeste de Texas, Kansas, en el Mar del Norte, y otras áreas

productoras de petróleo.

Tiempo después de Bombear el tapón – horas

Tem

pe

ratu

ra -

ºF

Profundidad del Estudio: 550 pies Peso de la Lechada: 15.4 lb/gal Temperatura del Agua de Mezcla: 74 ºF Temperatura de Formación: 65 ºF



Los sulfatos, generalmente considerados como las sustancias químicas más

corrosivas del cemento, reaccionan con la cal y el aluminato tricálcico en los

cementos para formar cristales grandes de sulfoaluminato de calcio. Estos

cristales requieren de mas espacio poral que el que el cemento fraguado puede

proporcionar, por eso causan una expansión excesiva y una deterioro eventual.

La figura 4.21 muestra cómo este cristal crecido ha causado una expansión de

12 pulgadas al final de la prueba de palanca del cemento API clase A que ha

sido usado para curar en una solución del 5% de sulfato de sodio.

FIGURA 4.21.- ATAQUE DE LOS SULFATOS AL CEMENTO FRAGUADO API CLASE A.

Los estudios de las aguas de formación corrosivas tienen enfatizado

particularmente la susceptibilidad de la masa o del concreto del cemento

fraguado. El ion de sodio es considerado como más detrimental que el ion de

magnesio y a menudo se lo usa para las pruebas de laboratorio.

Así parecen ser tres reacciones químicas distintas donde el sulfato de sodio

reacciona en el cemento fraguado:

Na2SO4 + Ca(OH)2 2NaOH + CaSO4 * 2H2O,

Na2SO4 + 3CaO * Al)2O3 * H2O 3CaO * Al2O3 * 3CaSO4 * H2O + NaO * Al2O3 + NaOH

Y Na2O * Al2O3 + H2O 2NaOH + 2Al(OH3)

En estas reacciones, se forman el sulfoaluminato de calcio y el aluminato de

sodio, y luego de la hidrólisis se forman se transforman en sodio y en

hidróxidos de aluminio. El sulfoaluminato de calcio formado a temperatura

ambiente contiene 31 moléculas de agua. Por eso el producto es una molécula

larga y se considera la mayor expansión y desintegración a ser causada por la

deposición de este material en el cemento fraguado.

El flujo de ataque en un cemento endurecido por la solución de sulfato de sodio

o sulfato de magnesio es guiado en cierta medida por la concentración de estas

sales en el agua de formación. Para ambos compuestos, sin embargo, parece



haber una concentración limitada que aparte de incrementar la concentración

aumenta el flujo de ataque sólo ligeramente.

La temperatura también influencia en la resistencia a los sulfatos de un

cemento endurecido. De las investigaciones hechas a altas y bajas

temperaturas, se concluyó que el ataque de los sulfatos es más pronunciado a

temperaturas de 80 a 120 ºF, mientras que a temperaturas de 180 ºF se vuelve

insignificante. Esta conclusión es apoyada por la observación de que los

problemas de campo son más comunes en pozos someros, donde las

temperaturas son más bajas que en pozos profundos, donde las temperaturas

pueden exceder los 200 ºF. Un cemento que es resistente al ataque de los

sulfatos a bajas temperaturas es muy probablemente usado en pozos con altas

temperaturas. Bajos contenidos de aluminato tricálcico (Ca3Al) incrementa la

resistencia a los sulfatos del cemento. Además, en los tipos de cementos API

clasificados como Moderadamente Resistente a los Sulfatos (MSR) y

Altamente Resistente a los Sulfatos (HSR) en base al contenido de Ca3Al del

cemento (MSR = 3 a 6% en peso de Ca3Al; HSR = 0 a 3% en peso de Ca3Al.

Ver Capítulo 2)

Se puede notar que la corrosión electrolítica más que la corrosión química ha

sido responsable del debilitamiento y el fracaso de algunas sartas de tuberías.

La mayoría de las investigaciones muestran que una capa uniforme de

cemento fraguado competentemente ofrece una excelente protección contra la

corrosión electrolítica a la cañería. Teóricamente, una corriente de 1 amperio al

abandonar una tubería lleva con ella 20 lbm de metal por año; por lo tanto, es

bastante evidente la importancia de una capa uniforme de cemento

permanente.

4.11. TÉCNICAS DE INDENTIFICACIÓN DE CALIDAD DEL CEMENTO Y

ANALISIS DE LA MEZCLA

El microscopio es usualmente usado en la identificación del análisis de la

mezcla y para detectar las diferencias entre varias clases de cemento API (ver

figura 4.22). Estas diferencias reflejan parámetros fundamentales que son

únicos en cada cemento y proporcionan técnicas de análisis estándar químicos

y físicos. Estos parámetros también han sido relacionados a las propiedades de

respuesta de la lechada de un cemento particular en una forma cualitativa.



FIGURA 4.22.- SISTEMA DE MICROSCOPIO DE LABORATORIO PARA PROYECTAR MUESTRA

DE CEMENTO PULIDO EN UNA PANTALLA de TV.

Con las muestras pulidas y sólidas, la morfología, o estructura, de los

componentes internos de un grano de cemento pueden ser usadas para

predecir el desarrollo del cemento. La observación de la forma y calidad de

varios de los componentes (C3S, C2S, C3A, C4AF) pueden determinar si el

cemento fue correctamente quemado, o si las cantidades relativas de los

componentes es correcto, o si la muestra de cemento estuvo sujeta a una

hidratación prematura como resultado del almacenamiento. (Ver figura 4.23).

Muchas ventajas pueden ser obtenidas al usar un microscopio antes de probar

un diseño de Campo a ser usado antes de la ejecución del trabajo. Una ventaja

es que el microscopio es una rápida y muy útil herramienta para estimar la

calidad del cemento antes de usarlo en una prueba. Una vez se han

desarrollado datos base adecuados que involucran a diferentes cementos,

especialmente de una misma fuente, un cambio en la calidad del cemento es

fácilmente detectada. Una decisión puede ser tomada para continuar con el uso

o no del cemento, hacer los ajustes necesarios en la mezcla, etc. La otra

ventaja ganada por el uso del microscopio antes de realizar las pruebas de

laboratorio es que hayan desarrollado su capacidad de estimar la actividad del

cemento y además sugerir un punto de inicio mejor para niveles adicionales.

Esto debe reducir el número de pruebas necesarias para obtener el tiempo de

espesamiento necesario.

Básicamente, las técnicas de microscopio son buenos controles de calidad, son

técnicas de ahorro de tiempo que pueden ser muy útiles en operaciones de

Campo.



FIGURA 4.23.- MUESTRAS DE CEMENTO API CLASE H TIPICAMENTE PULIDAS. (ARRIBA:

PARTÍCULA NORMAL DEL CEMENTO CLASE H QUE TIENE CRISTALES DISTINTOS, LIMPIOS

Y AFILADOS. ABAJO PARTICULA DE CEMENTO CLASE HA POBREMENTE QUEMANDA,

FORMA Y TAMAÑO IRREGULAR).



4.12. CONCLUSIONES

Muchos factores deben ser considerados en los diseños de las lechadas de

cemento para uso en fondo de pozo. Los laboratorios de campo operados por

las compañías petroleras, organizaciones de servicio, y fabricantes de cemento

están disponibles alrededor del mundo para ayudar proporcionando los datos

necesarios. En pozos críticos, los datos de prueba deben ser obtenidos de

los mismos materiales de cementación a ser usados en el desarrollo del

trabajo; de otra forma, las recomendaciones no son enteramente

confiables. La tabla 4.16 es un resumen de las pruebas usadas en el diseño

de la lechada de cemento.



TEMA V ACONDICIONAMIENTO DEL POZO, ACCESORIOS PARA BAJAR

CAÑERÍA

Competencia: El alumno tiene la capacidad de decidir si las condiciones del

pozo van a garantizar la bajada de la cañería; si las propiedades del lodo son

las requeridas para minimizar los problemas durante la bajada de la cañería y

la circulación del lodo con cañería en fondo pozo. Evalúa durante la bajada de

cañería los parámetros que le indican, el funcionamiento de los accesorios y la

operación de bajada en general

Importante :

En la perforación de un pozo una de las operaciones más importante que

tenemos es la preparación del pozo para bajar la cañería; que está

directamente relacionado con la estabilidad del pozo, la que depende

principalmente del tipo y calidad de lodo que estamos circulando en él; la

selección de los accesorios que llevara la cañería también es importante,

para tener una circulación sin problemas con la cañería en fondo de pozo.

Para el ingeniero petrolero entender lo que es la estabilidad del pozo es

necesario e imprescindible. Por todo esto el alumno debe realizar las

preguntas que crea conveniente para tener bien claro este concepto.

Primeramente vamos a ver lo que significa estabilidad del pozo :

5.1.- PREPARACION DEL POZO PARA BAJAR CAÑERIA

Acondicionar el lodo debidamente. Esto significa tener geles frágiles lo más bajo posible, debe bajarse la viscosidad „plástica y punto cedente a los valores más bajo posible sin que significa afectar la estabilidad del pozo, tener un buen control de filtrado y además mínima cantidad de sólidos de formación (< 5 %). Asegurase que lo geles del lodo sean frágiles antes de tomar decisión de bajar la cañería, no autorizar bajar la cañería si lo geles son progresivos. Ver grafica que debe elaborar en boca de pozo el químico.



Los geles son progresivos cuando el lodo tiene alta concentración de solidos indeseables ( hacer trabajar eficientemente los equipos de control de sólidos especialmente centrifugas , dilución debe ser la última alternativa. También puede ser una contaminación de iones carbonatos, bicarbonatos y/o sulfatos.

En la carrera de reconocimiento debe circularse en fondo de pozo hasta

que las zarandas estén limpias, se recomienda bombear un bache viscoso para tener una mejor respuesta en la limpieza del pozo. Debe el ingeniero estar observando la zarandas al retorno del bache viscoso de ser necesario se puede enviar un segundo bache.

Si tenemos algún problema al sacar o bajar el arreglo de reacondicionamiento del pozo (arrastres o resistencias), esto debe eliminarse antes de bajar la cañería.



Debe realizar carreras de reconocimiento para ver si estos problemas se solucionaron, debe circular un fondo pozo para observar si tenemos derrumbe, o viene el lodo cortado con gas, o con agua de formación, si tenemos perdidas de lodo, antes de correr la cañería debemos superar estos problemas.

Anotar los puntos de arrastre y/o resistencia al estar sacando la sarta del

pozo, estas profundidades serán importantes para cuando estemos bajando la cañería, o cuando estemos moviendo la cañería en el fondo del pozo, para romper gel.

Durante las carreras de registros, registrar la temperatura de fondo de pozo, temperatura estática. Nos sirve para luego trabajar con grafico temperaturas estáticas vs temperaturas de circulación, calcular la temperatura de circulación.

Medir la sarta de perforación mientras se saca hta del pozo.

Para tener una cementación exitosa hay que tener :

El agujero tiene que tener de 2 a 3 “ de diámetro mayor que el diámetro externo de la cañería que vamos a bajar ( para esto es importante la selección del lodo)

Las paredes del agujero cercanas a las del trepano, sin irregularidades

El agujero no tiene que tener patas de perro severas.

El agujero estable sin problemas, sin pérdida de circulación, sin corte de gas o agua

Con la cañería en fondo de pozo, tratar de mover cañería, empezar a

circular con caudal mínimo, luego ir aumentando hasta alcanzar el caudal con que se desplazara la lechada. ( operación llamada rompiendo geles)

Deben participar los alumnos con comentarios. UNA VEZ QUE HEMOS LLEGADO A LA PROFUNDIDAD PROGRAMA CON LA CANERIA (3 A 5 METROS ANTES DEL FONDO DEL POZO). PROCEDER A BAJAR LA REOLOGIA DEL LODO DE MANERA QUE NOS ASEGURE LA ESTABILIDAD DEL POZO. CUANDO LAS PROPIEDADES DEL LODO EN EL CAJON CHUPADOR Y EN EL FLOW LINE (TRAMPA DE LA ZARANDA EL LODO ESTA ACONDICIONADO). PROCEDER A CEMENTAR.



5.2.- CONDICIONES ADVERSAS QUE AFECTAN A LA CEMENTACION

AGUJERO

PERFORADO

INADEACUADAMENTE

Diámetro del agujero pequeño, patas de perro, irregular,

inestabilidad del agujero, mala selección de

Accesorios

LODO MAL

ACONDICIONADO

Alto geles, plástica y cedente, alto filtrado, grueso

revoque, alta sólidos indeseables, incompatibilidad de la

lechada con el lodo.

PERDIDA DE

CIRCULACION

Zonas de pérdidas no selladas antes de la cementación,

excesiva pérdida de cargas en él EA causa pérdida del

cemento. Los Raspadores quitan el LCM

PRESION ANORMAL Complica la perforación del pozo, las lechadas tienen

que ser densificadas y con aditivos de control de gas, es

más difícil mover la cañería

PRESION

SUBNORMAL

Hay problemas de pega por diferencial, lechadas de

baja densidad, resistencia la compresión reducida

ALTAS

TEMPERATURAS

Gelificación del lodo y frague rápido del cemento sí se le

aditiva retardadores, problemas con las herramientas de

fondo pozo, retrogresión de la resistencia a compresión.

REQUISITOS PARA UNA CEMENTACION EXITOSA

Buen lodo, pozo estable, valores tixotrópicos y reológicos bajos sin afectar al pozo

Movimiento de la cañería durante la operación de reacondicionamiento del lodo

Bombear lo más que se pueda de preflujos, cuanto sea práctico. Utilizar cuanto centralizadores sean prácticos para centralizar la cañería. Diseño apropiado de la reología de la lechada. El flujo turbulento mejora la posición de la lechada en él EA. Prevenir la contaminación lodo – cemento Conocer las limitaciones de la presión de fractura de la formación.



METODOS PARA EVALUAR LOS TRABAJOS DE CEMENTACION

Prueba de presión del zapato. Prueba de temperatura CBL –Cement Bond Logging Inspección del trazador

5.3.- -DISPOSITIVOS, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS PARA CEMENTACIÓN

Elementos de Flotación

Zapatos



Collares

Collares Diferenciales



Centralizadores

Accesorios Doble Etapa (DV Tool)



Torpedo y Juego de tapones de Cementación

Cabezas de Cementación



Equipos de Cementación







SECCION VI-DISPOSITIVOS, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS PARA

CEMENTACIÓN

RESUMEN DE LOS DISPOSITIVOS Y HERRAMIENTAS PARA

CEMENTACIÓN

Equipos de Flotación Aplicación Ubicación

1.- Zapatos Guías * Guiar la cañería Primer caño extremo

* Evitar derrumbes inferior

2.- Collares flotadores Prevenir retorno cemento Hasta 6000 pies en la *

Mantener presión diferencial primera unión de

*Asientos de tapones de goma caneria

Mayor profundidad,2 o

3 uniones arriba del

fondo

Equipos de Llenado Automático

1.- Zapatos flotadores * Igual que los anteriores, Igual que los

Excepto que el llenado está anterior.

Gobernado por la presión

Hidrostática del anillo.

Dispositivos de Etapas

1-2 Etapas *Cuando se necesitan 2 o más Zonas críticas y de

2-3 Etapas secciones a cementar separa- acuerdoal gradiente

das de fractura.

Cabezas de Cementación

1.- Simples * Ubicación y largada de En la superficie

2.- Dobles tapones de goma caño superior.

*Derivaciones para bombear

distintos fluidos.

Tapones de Goma

1.- Inferior * Separar mecánicamente la Entre los fluidos

2.- Superior lechada del lodo y del fluido del pozo y el

de desplazamiento cemento.

Centralizadores de Casing.

1.- Varios tipos *Centralizar cañería en Pozos derechos1/200

el anillo pies s/zonas prod.

Pozos desviados, de –

pende de la desviación



Rascadores o Limpiadores de pared

1.- Rotativos * Remover el lod y revoque En zonas productivas

2.- Recíprocos del lodo en la pared del pozo y 50 a 100 pies arriba.



TEMA VI

CEMENTACION PRIMARIA – PLANIFICACIÓN

Competencia: El Estudiante analiza y programa una cementación primaria,

realiza un análisis de riesgo de fractura durante la cementación. Evalúa si las

propiedades de la lechada y de los preflujos a usar en la operación son los

requeridos. Calcula y estima el tiempo de operación mínimo de trabajo, usa

factores de seguridad.

6.1. CEMENTACION PRIMARIA

Una de las operaciones más importantes que se realiza en un pozo petrolífero

es la Cementación Primaria . Principalmente cuando se cementa la cañería de

producción, ya que es una operación irreversible. El objetivo es conseguir una

completa aislación en el anular, obtener un sello hidráulico entre el cemento y

la cañería, el cemento y la formación , eliminando al mismo tiempo la

posibilidad que en el anular nos quede canales de lodo y/o gas. Tenemos que

tener en cuenta en que debemos colocar todo nuestro profesionalismo cuando

planificamos una cementación primaria , dado que si fallamos en la

cementación primaria el pozo nunca será igual a lo que pudo haber sido.

Smith dice que una operación de cementación “es una cadena de tres

eslabones”

1.- Filosofía de una cementación

2.- Conocimiento

3.- Control de calidad

Aunque los tres son distintos y separados, uno depende de los otros. En el

esquema de abajo mostramos que representa estos eslabones.



ESTO SE CONOCE COMO LA PIRAMIDE DE UNA CEMENTACION

EXITOSA DE SMITH

6.2.- PLANIFICACION DE UNA CEMENTACION

La programación de una operación de cementación comienza, semanas, y en

algunos caso meses antes de iniciar la perforación del pozo, y finaliza mucho

después de haber corrido los registros para ver la calidad de la cementación

(CBL , VDL )

El proceso de desplazamiento del lodo durante una cementación no trata solo

de utilizar un mejor pre flujo , una mayor presión de bombeo , un mayor número

de centralizadores , mucho movimiento de la cañería en el fondo , ni tener

menores valores reológicos en el lodo ; si no que se trata de todo esto y

mucho mas. Cuando se realiza una cementación debemos considerar todo el

proceso. No es trabajo que puede ser monitoreado por una sola persona;

es un esfuerzo de equipo que necesita incluir a la gerencia de

perforación , a los supervisores de perforación , a los ingenieros de

perforación , de servicios. La disponibilidad de nueva tecnología no

produce automáticamente utilidad. El puente necesario entre la

tecnología y la utilidad es el profesionalismo con el cual se hace uso de

la nueva tecnología y la utilidad es el profesionalismo con el cual se

utiliza la nueva tecnología.

En el campo debe establecerse una fluida comunicación entre el supervisor de

cementación y el de perforación, esto exige un esfuerzo extra que debe tener

como finalidad manejar varias medidas de control necesarias para la obtención



de buenos resultados. Ambos deben aplicar los conceptos de ingeniería. El

ingeniero o supervisor de cementación en lo que hace al diseño de la lechada,

su mezclado, pre flujos y desplazamiento. El ingeniero o supervisor de

perforación generalmente está pensando en una perforación del pozo segura y

rápida, tan barata como sea posible. Su interés principal es minimizar los días

necesarios para llegar a la zona de interés productivo; sin embargo es

importante mencionar que el objetivo más importante para el ingeniero de

perforación es entregar un pozo sin cavernas y patas de perro , tan

cercano al diámetro del trepano y con las paredes estabilizadas.

6.3. LAS PRINCIPALES FUNCIONES DE UNA CEMENTACIÓN

1.- EVITAR FLUJO DE FLUIDOS ENTRE FORMACIONES

2.- UNIR LA CAÑERÍA A LA FORMACIÓN, SOPORTARLA Y

REFORZARLA.

3.- EVITAR CONTAMINACIONES DE ZONAS ACUÍFERAS, QUE

PUEDAN SER USADAS PARA USO DOMESTICO, PROTEGER DE

OTROS ESTRACTOS ZONAS PETROLÍFERAS, GASIFERAS QUE NO

ESTAN EN PRODUCCIÓN.

4.- AYUDA A EVITAR SURGENCIAS DESCONTROLADAS DE ALTA

PRESIÓN DETRÁS DE LA CAÑERÍA.

5.- PROTEGER A LAS CAÑERÍAS DE AGUAS CORROSIVAS Y

CORRIENTE ELECTROLITICAS.

6.- SELLAR ZONAS DE PERDIDA DE CIRCULACIÓN Y FORMACIONES

PROBLEMÁTICAS Y CONTINUAR LA PERFORACIÓN.

7.- PROTEGER A LAS CAÑERIAS DE SEGURIDAD, INTERMEDIAS

DURANTE LA PERFORACIÓN DEL POZO. LAS CAÑERÍAS LIBRES A

MENUDO PRESENTAN ROTURAS.

8.- PROVEE UNA BASE PARA LA FRACTURA EN LAS OPERACIONES

DE FRACTURAMIENTO EN LAS CEMENTACIONES A PRESIÓN.



6.4.- TÉCNICAS DE CEMENTACION DE CAÑERÍAS

La mayoría de las cementaciones primarias se efectúan bombeando la

lechada por la cañeria, alojándose esta en el anular desde abajo. Sin

embargo, existen algunas técnicas especiales para casos atípicos.

Entre las distintas técnicas podemos citar:

1.- Cementación a través del casing (técnica de desplazamiento normal)

2.- Cementación por etapas (para pozos que poseen gradientes de fracturas

críticos)

3.- Cementación por medio de una cañería interior al casing (empleada en la

cementación de cañerías de gran diámetro)

4.- Cementación por medio de tubing bajado por el anular (empleada en la

cementación de casings de superficie).

5.- Cementación por circulación inversa (aplicable en la cementación de

formaciones críticas).

6.- Cementación de fragüe retardado (se la efectúa en formaciones criticas con

la intención de mejorar el emplazamiento)

7.- Cementación con múltiples cañerías (empleada en la cementación de

tubings de pequeño diámetro)

1.- Cementación a través del casing

En la cementación de cañerías de conducción, superficie, protección y

producción se utiliza el método de cementar a través del casing en una sola

etapa. El cemento se bombea por el interior del casing, los dispositivos de

flotación (cuando se los emplea) y de allí al anular, empleando tapones inferior

y superior. Existen varios tipos de cabezas de cementación, así como también

adaptadores que permiten rotar o reciprocar la cañería durante la operación.

2.- Cementación por etapas.

Son cementaciones primarias que se llevan a cabo en 2 o más etapas. Se

ejecutan en pozos que requieren una columna de cemento alta en los cuales

las formaciones débiles no soportan las presiones hidrostática que aparecen

durante la operación.



Una desventaja de este método es aquel casing no puede moverse una vez

finalizada la primer etapa. Esto incrementa la posibilidad de canalización, no

obteniéndose, en general, una remoción completa de todo el revoque.

3.- Cementación por medio de una cañería interior al casing

Cuando se cementa una cañería de gran diámetro, es como hacerlo a través

de una cañería que se baja por dentro de la misma. Este procedimiento reduce

el tiempo de la cementación, así como también el volumen de cemento

requerido para bombear al tapón. De esta forma se evita tener que maniobrar

con la gran cantidad de cemento que representa al volumen de todo el casing

si la cementación se efectuara a través del mismo por el método convencional.

Esta técnica emplea dispositivos de flotación, guía y deflexión especiales,

juntamente con adaptadores de cierre para cañerías de pequeño diámetro.

La cementación por una cañería interior al casing permite el uso de tapones de

pequeños diámetro y en los casos en que se bajen válvulas para contra

presiones, es posible, tan pronto como el tapón es fijado, desenroscar la

cañería interior y sacarla del pozo.

4.- Cementación por medio de tubing por anular.

El bombeo de cemento a través de tubing o de cañerías de pequeño diámetro

bajados al pozo entre casings o entre casing y formación es un método

comúnmente empleado en la cementación de casing de superficie a fin de

obtener tope de cemento con la superficie. A veces esta técnica se emplea

para reparaciones de pozos. Tal el caso de casings que resultan dañados

cuando arena y gas, a gran presión, acometen contra los mismos desde pozos

lindantes. En tales circunstancias el casing debe ser reparado cementando el

anular.

5.- Cementación por circulación inversa.

Consiste en bombear el cemento por anular, desplazando los lodos hacia el

interior del casing y de ahí a la superficie.

Este trabajo requiere modificaciones en la cabeza de cementación, los

dispositivos de flotación y llenado diferencial.

Este método se emplea cuando no es posible bombear la lechada en régimen

turbulento sin producir fractura en las zonas débiles por encima del zapato.

Esto permite en un rango amplio de lechadas, emplazar el cemento más



pesado o retardarlo en la porción más baja del casing, y la lechada más liviana

o acelerada en la porción superior.

Un inconveniente de este método es que el final del desplazamiento de

cemento no puede ser detectado como una presión. Esta dificultad puede

conducir a errores en el cálculo del volumen anular requiere, por tanto,

disponer de suficiente lechada y de un volumen de lodo suficiente para llevar a

cabo el completo emplazamiento del cemento.

Para asegurar el cementado del zapato, un exceso de 300 pies de cemento por

encima del zapato (dentro de casing) es normalmente aceptado.

El corrido previo de un caliper, ayuda notablemente a calcular con mayor

precisión el volumen de cemento mas exceso que deberá emplearse en la

cementación.

Durante la cementación es fundamental llevar un control a cada instante de los

volúmenes bombeados.

6.- Cementaciones con cemento de frague retardado.

La técnica de cementación de pozos con lechadas con fragüe retardado

permite obtener un anillo de cemento más uniforme alrededor del casing que el

que se obtendrá comentando por los métodos convencionales.

El cemento es emplazado bombeándolo a través de la sarta de perforación al

anular, el mismo se halla retardado y se le adiciona un control de filtrado. Una

vez llenado el pozo, se desenrosca la sarta y se baja el casing o liner a

cementar hasta el fondo del pozo dentro del cemento aun sin fraguar.

Después que el cemento a fraguado, se lo rota y se lo trabaja con los métodos

convencionales.

Esta técnica se emplea cuando se bajan múltiples tubings (o múltiples cañerías

de producción) en un mismo pozo.

Cuando el casing es bajado en la lechada, el lodo que queda en el anular se

mezcla con la misma, lo cual a menudo no es deseable que ocurra, por lo

tanto, lo más común es confinar al lodo en bolsillos o canales.

Este método permite prolongar la reciprocación del casing, con lo cual se

obtendrá un anillo más uniforme de cemento.

Una desventaja en cuanto a costos es que al ser el tiempo de espera del

cemento (WOC time) mucho mayor que el de los métodos convencionales, el

equipo debe permanecer muchas más horas en espera de fragüe.



Los cementos utilizados en esta técnica contienen generalmente 6 a 8 % de

bentonita, dispersante y control de filtrado, suficiente retardador como para

obtener tiempos de fragüe de 18 a 36 horas.



TEMA VII CÁLCULOS BÁSICOS – BALANCE DE MATERIA

Competencia: El estudiante analiza los materiales a utilizar y calcula la

cantidad de cada uno de ellos; utiliza diámetros promedios o factores de

seguridad para calcular los volúmenes de lechadas que necesita para una

determinada operación de cementación.

7.1.- BALANCE DE MATERIA – CALCULOS PARA PREPARAR UNA

LECHADA.

7.1.1.- Para lechadas con agua y cemento

Cemento

Agua

BALANCE DE MASAS

Masa Cemento + Masa de agua = Masa de lechada (se conserva la masa )

BALANCE DE VOLUMENES

Volumen de Cemento + Volumen de Agua = Volumen de Lechada (se

mantiene los volúmenes )

La densidad de la lechada será =Dl = Masa lechada / Volumen lechada ,

(lb / gal)

Ml Vl

Cemento A (lbs) A(lbs )/ G.E x 8.33 (lb/gal)

Agua X (%) A/100 X (%) A/100xG.Ex 8.33

Ml = Masa Lechada = A + XA/100 = A ( (100 + X) /100 )

Vl = Volumen lechada = A/3.14 x 8.33 + XA/ 100 x 8.33 = A/8.33 (1/3.14 +

X/100)

= A/8.33 ((100 + 3.14 X)/3.14 x 100) =

Camión mezclador

Blender

LECHADA



= (A/8.33 x 3.14 x 100) (100 + 3.14 X)

Ml

Dl = ----------- = 26.16( ( 100 + X) / (100 + 3.14 X))

Vl

GE = Gravedad especifica del cemento

A = lbs de cemento que tiene cada saco

Es importante analizar la ecuación de arriba, porque nos dice que la densidad

de la lechada depende de dos variables , X ( que corresponde al % de agua

que se le agregara a la lechada ) y 3.14 (GE ) , que es la gravedad especifica

del cemento.

IMPORTANTE

TODOS LOS ADITIVOS QUE SE AGREGA A UNA LECHADA , INCLUSO EL

AGUA (%) , ESTAN REFERIDOS A LA MASA DEL CEMENTO .

RENDIMEINTO DE LA LECHADA ( RL )

RL = Volumen del cemento + Volumen de agua

= A/8.33 x 3.14 (( 100 + 3.14X) / 100 )

El rendimiento de la lechada depende de X y A (de la cantidad de lbs

cemento que tenga el saco )

7.1.2.- Lechadas con cemento, bentonita y agua

Vamos a preparar una lechada con cemento clase A, los sacos del

cemento son de 110 lbs. , llevara un 10 % de bentonita.



Ml Vl

Cemento 110 (lbs) 110lb/ 3.14 x 8.33 (lb/gal)

Bentonita 10 x 110 /100 10 x 110 /100 /2.6 x 8.33

Agua (46 + 5.3 x 10) 110 lb/100 (46 + 5.3 x 10) 110 lb/100 x 8.33

5.3 Corresponde al 1 % de bentonita

2.6 Corresponde a la gravedad específica de la bentonita

Ml = 110 lb + 11lb + 108.9 lb = 229.9 lb

Vl = 4.2 gal + 0.507 gal + 13.07 gal = 17.77 gal

Dl = 229.9 lb / 17.77gal = 12.93 lb/gal

RL = 17.77 gal/ sc = 0.423 bbl /sc

Ejercicio # 1. Cementación de una cañería de superficie

El objetivo del ejercicio, es cementar una cañería de 13 .375 “ ( OD ) , ID =

12.78” , del fondo pozo a superficie. Utilice un cemento clase A, de 110 lb

/sc , de 15.6 lb /gal de densidad , se asumirá que se corrió registros de

caliper en este pozo.

11lb

108.9 lb

4.2 gal

0.507 gal

13.07 gal



Zapato de 13.325” en 495 m , Collar flotador en 485 m

Tramo , m DH , pulgada DHi2 xi DHi

2

500 - 450 19.5 380.25 19012.5

450 - 400 19.0 361.00 18050.00

400 - 350 20.5 420.25 21012.50

350 - 300 22.0 484.00 24200.00

300 - 250 22.0 484.00 24200.00

250 - 200 23 529.00 26450.00

200 - 50 23 529.00 26450.00

50 - 0 19 361.00 18050.00

Hay que calcular la cantidad de cemento y agua que necesitamos:

1.- Calcular el diámetro promedio del agujero abierto



a) DH = ∑ xi DHi / ∑ xi b) DH = ∑ xi DHi / ∑ xi 1/2

= 19.1 “ = 20.19 “

Usaremos el valor de b)

2.- Calcular el volumen de la lechada por zonas

Zona 1 = (ID2cg / 314 ) x L(m) = (12.782 / 314 ) x 10 = 5.20 bbl

Zona 2 = ((D2H /314) ) x L(m) = (( 20.192 – 13.3252 )/314)) x 5 = 6.49 bbl

Zona 3 = ((D2H– OD2

cg) /314) ) x L(m) = (( 20.192 – 13.3252 )/314)) x 445 =

324.17 bbl

Zona 4 = ((ID2cg - OD2

cg) /314) )x L = ((202 - 13.3252 )/314)) x 50 = 28,99 bbl

Volumen total de lechada = zona 1 +zona 2+ zona 3 +zona 4 = 365 bbl

3.- Calcular el % de agua que tiene la lechada

De :

Dl = 2.16 ((100 + X )/ (100 + 3.14 X))

Reemplazando el valor de la densidad en la ecuación superior

Calcular el valor de X , X = 46.46 %

4.- Calculo del rendimiento de la lechada

Para esto debemos realizar el balance de masa



Ml Vl


Agua 46 .66 x 110 lb/100 46.46 x 110 lb/100 x 8.33

Ml = 110 lb + 51.1 lb = 161.1 lb

Vl = 4.2 gal + 6.13 gal = 10.32 gal /sc

RL = 10.32 gal /sc = 0.245 bbl /sc

4.- Calculo del número de sacos para cementar la cañería

# sacos = Volumen de lechada / RL = 365 bbl / 0245 bbl /sc = 1490 sacos

5.- Barriles de agua que necesitamos para la lechada

Bbl agua = gal agua /sc x # sacos =6.13 gal /sc x 1490 sc =9133.7 gal =

217.5 bbl

6.- Explicar que puede haber ocurrido, si la terminar la cementación

(cuando llega el tapón superior al collar flotador) , en superficie se

observa que se botaron al campo 50 bbl de lechada. ¿

7.- Ídem anterior, pero se observa que la lechada solo llego hasta los 50

metros (no circulo lechada en superficie) , ?

Ejercicio # 2

Es un ejemplo real de cálculo de la cementación de cañería intermedia.

Normalmente se utiliza dos tipos de lechadas. Una que se coloca en el

fondo de pozo (lechada principal de FP a 1850 m) , otra que se coloca de

1850 m hasta superficie llamada lechada liviana extendida o removedora.

En un programa de cementación hay que presentar la siguiente

información de acuerdo a las tablas siguientes.

51.1 lb

4.2 gal

6.13 gal



DATOS GENERALES DEL POZO

Equipo HP 122

Pozo PLM – B5

Diámetro del trepano 12 . 25 “

D – Promedio del pozo 12.25” + 50%

Profundidad medida 2250 m

Profundidad vertical 2245 m

Diámetro cañería 9 .625 “

Ultimo zapato pozo 85 m Cañería 13.325 “

Temperatura estática 155 155 *F

Temperatura circulación 130 *F

CARACTERISTICAS DE LA CAÑERIA

Diámetro externo 9.625 “

Diámetro interno 8.921”

Grado K-55

Rosca Buttres

Peso 36 lbs /pie

Intervalo 0 - 2245 m

Colapso 2020 psi

Reventamiento 3520 psi

Tensión 755000 lbs



INFORMACION LECHADA LIVIANA 10 % BENTONITA

Tipo de cemento Clase A COBOCE /110 lb/sc

Densidad Lb/gal ?

Rendimiento Bbl ?

Requerimiento de agua Gal /sc ?

Tiempo bombeabilidad 5.5 hrs

Sin Aditivos

INFORMACION DE LECHADA PRINCIPAL

Tipo de cemento Clase A COBOCE /110 lb/sc

Densidad 15.6 Lb/gal

Rendimiento Bbl ?

Requerimiento de agua Gal /sc ?

Tiempo bombeabilidad 5.0 hrs

Retardador ( HR-S) 0.5 % GE = 1.57

Antiespumante ( Dair ) 0.25 % GE = 1.35

PROPIEDADES DEL LODO

Tipo de lodo B.E.X

Densidad 9.0 Lb/gal

Viscosidad plástica 20 Cp

Punto cedente 15 Lpcpc



PROPIEDADES DE LOS ESPACIADORES

Agua

Densidad 8.33 Lb/gal

Volumen 40 bbl

PROCEDIMIENTO OPERACIONAL

A. PREPARACION PREVIA

1.- Una vez que la cañería esta en el pozo, medirla y calibrar. Verificar

peso y grado.

2.- Limpiar roscas

3.- Verificar que todos los accesorios que vamos a utilizar en la bajada de

la cañería sean los correctos y estén en buen estado.

B.- BAJADA DE LA CAÑERIA

1.- Conectar enroscando el zapato guía. a la primera pieza de cañería de 9

.625 “ , luego entre la segunda y tercera pieza colocar el collar flotador,

continuar bajando cañería hasta llegar a los 2245 m , colocar los

centralizadores donde corresponde.

2.- Una vez la cañería esta en el F.P , colocar la cabeza de cementación .

Trate de circular, iniciando a bajo caudal, moviendo la cañería. Circular y

acondicionar lodo.

C.- CEMENTACION

1.- Probar las líneas de superficie con 4000 psi con agua.

2.- Largar el tapón inferior de limpieza, desplazarlo con 5 bbl de agua,

luego chequear si bajo el tapón, luego bombear los 35 bbl de agua

restantes.

3.- Mezclar y bombear la lechada liviana X bbl a 6 a 8 bpm ?

4.- Mezclar y bombear la lechada principal Y bbl a 6 a 8 bpm



5.- Soltar el tapón superior. Desplazar con agua Z bbl a 8 bpm

6.- Asentar el tapon superior con 3000 psi

7.- Desfogar y observar si hay devolución de agua hacia el camión, con

esto se verifica el trabajo del collar flotador.

8.- Esperar frague +- 8 horas



CALCULOS

A.- CAPACIDADES

INFORMACIÓN SACADA DE TABLAS

Cap. CSG 9.625” = 0.0773 bbl/pie

Cap. Agujero, 12 .25” = 0.1428 bbl /pie

Cap. Agujero , 12 .25” - OD 9.625” = 0.0558 bbl /pie

Cap. ID CSG 13.325” - OD 9.625” = 0.0597 bbl /pie

B.- VOLUMENES

B.1.- Volúmenes de lechada principal

V 1 = 0.0773 bbl /pie x 20 m x 3.281 pie/m = 5.07 bbl

V 2 = 0.1458 bbl /pie x 5m x 3.281 pie/m x 1.5 (factor seg. ) = 3.59 bbl

V 3 = 0.0558 bbl/pie (2245m – 1850 m) 3.281 pie/m x 1.5 = 108.44 bbl

Volumen de lechada principal = V1 +V2+V3 = 117.13 bbl

B.2.- Volúmenes de lechada liviana

V 4 = 0.0558 bbl/pie (1850m – 85 m) 3.281 pie/m x 1.5 = 484,70 bbl

V 5 = 0.05970 bbl/pie x 85 m x3.281 pie/m = 16.64 bbl



Volúmenes de la lechada liviana = V 4 + V5 = 500.8 bbl

C.- BALANCE DE MATERIALES PARA LA EXTENDIDAD

Ml Vl


Bentonita 10 x 110 /100 10 x 110 /100 /2.6 x 8.33

Agua 46 + 5.3 x 10 110 lb/100 46 + 5.3 x 10 110 lb/100 x 8.33

Ml = 110lb + 11lb+ 108.9lb = 229.9 lb

Vl = 4.2 gal + 0.507 gal+ 13.07 gal = 17.78 bbl

Ahora calculemos la densidad de la lechada.

Dl = Ml / Vl = 229.9 lb/ 17.78 gal = 12.93 lb/gal

Rl = 17.78 gal/sc = 0.423 bbl/sc

Llevar estos valores a las tablas iníciales

C.1. - Materiales para la lechada extendida

# sacos cemento = Volumen lechada extendida / Rlp

= 501.2 bbl / 0423 bbl/sc = 1184 sacos

# sacos de bentonita = % bentonita x Masa de cemento

=( 0.10 x 1184 sac x 110lb /sac ) 1saco / 100lb = 130.2 sacos

Gal agua = Gal agua /sc x # sacos cemento

= 13.07 gal /sc x 1184 sacos = 15474.8 gal = 368.4 bbl

D.- BALANCE DE MATERIALES PARA LECHADA PRINCIPAL

Lo primero que tenemos que realizar es calcular a partir de la densidad de la

lechada él % de agua X

11lb

108.9 lb

4.2 gal

0.507 gal

13.07 gal



Dl = ------ = 15.6

Calculando X , es = 46.2 % , ahora podemos calcular el rendimiento de la

lechada principal.

Generalmente la influencia de los aditivos en la densidad y volumen de la

lechada es despreciable, pero lo calcularemos con los aditivos.

Ml Vl


Agua 46.2) 110 lb/100 46.46 x 110 lb/100 x 8.33

HR – 4 0.5 x 110lb/100 (0.5 x 110lb/100)/1.57x 8.33

D- Air 0.25 x 110lb/100 (0.25 x110lb/100)/1.35 x 8.33

Ml = 110 lb + 50.82 lb + 0.55 lb + 0.275 lb = 161.64 lb

Vl = 4.2 gal + 6.10 gal + 0.04 + 0.02 = 10.36 gal /sc

RL = 10.36 gal /sc = 0.250 bbl /sc

D.1. - Materiales para la lechada principal

# sacos cemento = Volumen lechada principal / Rlp

= 117.13 bbl / 0.250 bbl/sc = 476 sacos

Lbs de HR -4 = (0.5 /100)( 476 sacos) ( 110lbs /sc)

= 261.8 lbs

Lbs D-air = 80.25/100)(476 sacos) 110lbs /sc)

= 131 lbs

50.82

lb

4.2 gal

6.10 gal

0.55 lb

0.04 gal

0.275 lb

0.02 gal



RESUMEN DE MATERIALES PARA REALIZAR LA CEMENTACION DEL POZO

Materiales Lechada Extendida Lechada Principal Total

Cemento clase A 1184 476 1660 sacos

Bentonita,sacos 130 0 130

Agua 368.4 69.13 437.53 bbl

HR -4 0 261.8 261.8 lbs

D-air 0 131 131 lbs

E.- VOLUMEN TEORICO DE DESPLAZAMIENTO

Vdt = Cap9.25” x Prof. Collar flotador = 0.0773 bbl /pie x 2225 m x 3.281 pie /m = 564.3bbl

E1.- Compresibilidad

Por lo general las compañías de servicio de cementación no

consideran la compresibilidad del agua; pero si es importante hacerlo

cuando estamos cementando con lodos base aceite, la razón es que el

hidrocarburo es mucho más comprensible que el agua. Ahora vamos a

trabajar con el factor de compresibilidad del agua para calcular el

volumen de desplazamiento real.

Volumen de comprensibilidad = VC = Vdt x Pm xFc Fc = Factor de

comprensibilidad agua = 2.6 x 10-6

Pm = Presión media = ( PhEA + Pdesb. ) /2

PhEA = Presión en el EA

Pdesb = Presión de desbalance el collar flotador

PhEA = 0.052 x 3.281 ( 375 m x 15.6 lb/gal + 1850mx 12.93 lb/gal ) = 5079psi

Pdesb = PhEA - Phd = 5079 psi - 3162 psi = 1917 psi

Phd = 0.052 x 3.281 pie /m x 2225m x 8.33 lb/gal = 3162 psi

Pm = ( PhEA + Pdesb. ) /2 = ( 5079 psi + 1917 psi )/2 = 3498psi

VC = Vdt x Pm x Fc = 564.3 * 3498* 2.6 * 10-6

= 5.1 bbl

El Volumen de desplazamiento real es :

Vdr = Vdt + VC = 564.3 + 5.1 = 569.4 bbl



F.- PESO DE LA CAÑERIA EN EL AIRE

Pca = 2245 m x 3,281 pie/m x 36 lb /pie = 265170.9 lbs

F1.- PESO CAÑERIA LODO

Pcl = Ff x Pca = 0.862 x 265170.9 = 228577 lbs

Ff = 1 – ( Dl/65.4) = 1 – 9 /65.4 = 0.862

G.- VOLUMEN DESPLAZADO POR LA CAÑERIA

Información que sacamos de tablas. Csg – 9 .625” ( 36 lb /pie) = 0.0131 lb/pie

VD = 0.0131 bbl /pie x 2245 m x 3.281pie/m = 95.7 bbl

H.- PRESION MAXIMA PARA ROMPER CIRCULACION EN EL F.P ( PMC)

Calcularemos usando la presión de fractura. En 2100 m la densidad de fractura es de 13.5 lb /gal

PMC = 0.052 x3,281 ( 13.5 – 9.0 ) 2100 m = 1612 psi

I.- DENSIDAD EQUIVALENTE EN F.P AL TERMINAR LA CEMENTACION

DEQ = PHea / 0.052 x 2245 m x 3.281 = 5106 psi // 0.052 x 2245 m x 3.281 = 13.3 lb /gal

J.- PRESION MAXIMA PARA ASENTAR EL TAPON

PMAX = ( Rtx 0.75 - Pcl + Pdesb x Ai ) / Ai

=( 755000 x 0.75 – 228577 x 62.50) 62.50 = 7334 psi

Ai = π/4 x d2 = (3.1416/4) (8.921”

2) = 62.5

K.- CALCULO APROXIMADO DEL TIEMPO DE OPERACION

Actividad Volumen , bbl Caudal bpm Tiempo , minutos

1.- Preparar y bombear la

Lechada extendidad

501 6 84

2.- Idem para lechada

principal

117.2 6 20

3.- Largar el tapon superior 10

4.- Desplazar con agua 569.4 8 71

TIEMPO DE OPERACION 185 MINUTOS

3,05 hr: min



Recordar que los tiempos de bombeabilidad de las lechadas es mayor a 300 minutos.

TEMA VIII CEMENTACION POR ETAPAS Y PREFLUJOS

Competencia: El alumno analiza, sugiere las propiedades que debe tener un

determinado preflujo, calcula el volumen requerido de cada uno de estos fluidos

y además conoce de la importancia que estas propiedades de los preflujos que

deben ser determinadas en campo.

1.0.- Porque es necesario cementar una cañería por etapas

2.0.- Los accesorios para cementar por etapas

3.0.- La importancia de los pre flujos

4.0.- Propiedades de los colchones y lavadores químicos

5.0.- La importancia de la limpieza del pozo con los pre flujos

6.0.- Diseño de los pre flujos y características

7.0.- Ensayos de compatibilidad de los pre flujos, con la lechada y el lodo

8.1- POR QUE ES NECESARIO CEMENTAR UNA CAÑERIA EN ETAPAS

Hasta ahora hemos visto que para cementar el caño guía, la cañería superficial

y la intermedia, se lo realiza del fondo a superficie, estos para conseguir entre

otras cosas:

- Asegurar la cañería

- Evitar la contaminación de las aguas superficiales, y de fluidos entre sí.

- Para soportar las otras cañería que bajan al pozo

Las profundidades a las que bajamos estas cañerías no son tan largas , si lo

fuesen , hemos visto que se pueden diseñar dos tipos de lechadas , una

lechada extendida con bentonita y la que se coloca en fondo del pozo llamada

lechada principal . Las lechada utilizadas hasta la fecha fueron preparadas con

agua y cemento, y aditivos básicos, tenemos que recordar que a medida que

se profundiza el pozo tenemos aumento de la temperatura de fondo y de la

presión que actúan sobre la lechada, esto hace que tengamos que agregar



aditivos a la lechada para obtener las propiedades que se requiere para realizar

la cementación de la cañería, principalmente la de producción. Lógicamente

estas lechada con aditivos tienen un mayor costo. $us / bbl.

Para cementar una cañería de 7 “ de producción a 4500 metros, vamos a tener

los siguientes problemas:

- No podemos pensar en cementar la cañería de Fondo pozo a

superficie, dado que tenemos la posibilidad de fracturar la formación,

debido al alto valor de la presión hidrostática generada por la larga

columna de cemento en el EA.

- No es económico utilizar una lechada con alto valor $us/bbl, del

fondo del pozo a superficie.

- Técnicamente tratar de cementar de fondo a superficie, hace que

podamos encontrar los siguiente problemas.

Canalización del cemento

Formación de anillos de cemento

Perdidas de circulación

Es antieconómico

Los tres primeros puntos , van originar gastos excesivos dado que tenemos

que realizar cementaciones correctivas a presión ,, lo que va encarecer el

costo el pozo . Quizás lo más importante de entender es que una cementación

a presión, no siempre es recomendable, dado que trabajos de investigación

han mostrado que las mismas producen daño al reservorio. Para evitarse

estos problemas, es que estas cañerías deben cementarse por etapas.

¨ Las cementaciones por etapas(todas son cementaciones primarias), se

efectúan en una 2da , 3era etapas , según sea las condiciones del pozo”

Las cementaciones se las realiza, cuando vamos a cementar largas cañerías

y/o cuando tenemos zonas con bajos gradientes de fractura, tenemos que

tener disponible por lo menos la siguiente información:

a) Información de los diámetros del pozo , cañerías anteriores , las

longitudes , desviación , temperatura y presión de F.P , los gradientes de

fractura , como también la litología del pozo, el diámetro promedio del pozo lo

conocemos luego de correr el registro del calapé , con esto vemos que

volumen de lechada necesitamos , que régimen podemos desplazar la lechada

durante la cementación , temperatura definirá que tipo de cemento se utilizara ,



la presión define la densidad de la lechada , con la desviación del pozo vemos

que podeos calcular la cantidad de centralizadores, siempre debe colocarse

centralizadores en :

- Entre la primera y segunda pieza

- En la cañería adyacente al intervalo donde el pegamiento diferencial es

probable.

- En la zonas donde tenemos curvas , incremento de desviación

- Antes de ingresar a la arena de interés, y al salir.

b) Tener suficiente información del lodo :

- Densidad máxima del lodo

- Valor del filtrado , iones en el filtrado

- Reologia y geles

- Tipo de lodo base agua , aceite

c) Tener datos de compatibilidad del lodo y de la lechada con los

colchones separadores.

8.2.- LOS ACCESORIOS PARA CEMENTAR POR ETAPAS

En forma resumida indicaremos los pasos para realizar una cementación

por etapas:

0.- Lodo del pozo acondicionado

1.- Preparar y colocar zapato guía según diseño en primera pieza de CSG -

7”

2.- Bajar dos piezas de cañería de 7”

3.- Armar y bajar el collar diferencial , con asiento para tapones

4.- Continuar bajando N piezas de cañería.( colocar centralizadores de

acuerdo al programa )

5.- Armar y colocar collar doble etapa (CDE) , profundidad definida



6.- Continuar bajando N´ piezas de cañería para llegar a profundidad

programada

7.- Una vez que la cañería esta en F.P, largar bolilla para convertir collar

diferencia el collar flotador.

8.- Circula y acondicionar lodo para efectuar cementación de primera

etapa

9.- Termina la cementación de la primera etapa, largar torpedo para abrir

CDE, y circular lodo por CDE, acondicionar lodo.

10.- Realizar cementación de segunda etapa.

Veamos como se lo plantearía el ejercicio.

Ejercicio # 3

Cementar la cañería de producción de 7 “, en dos etapas.

Profundidad de pozo 4500 m

Diámetro de trepano 8.5 “



Diámetro promedio 9.5 “

Cañería de 7” lbs/pie 26

Diámetro interno cañería 6.36”

Collar doble etapa en 2550m

Collar diferencia en 4475 m

Información de la lechada principal

Cemento clase G Loma negra

Densidad lb /gal 15.6

Filtrado , cc 70 Con aditivo

Resistencia la

compresión , 8 horas

1200 psi

Bombeabilidad , hrs: min 4: 20

Información de la lechada secundaria

Cemento clase G Loma negra

Densidad lb /gal 15.6

Filtrado , cc N/c

Resistencia la compresión ,

8 horas

900 psi Cloruro de

calcio

Bombeabilidad , hrs: min 4: 20 3:40

Preflujos :

- Como colchón químico utilizamos agua + pirofosfato de sodio

- Como Espaciador utilizamos Spacer -3000



Accesorios a usar:

Zapato guía, collar diferencial, Tapones superior e inferior, collar doble etapa ,

con sus accesorios torpedo , centralizadores y cabeza de cementación.

8.3.-PREFLUJOS EFECTIVIDAD DE REMOCION DEL LODO

La eliminación efectiva del fluido de perforación es un requisito previo

para el éxito de la operación de cementación (Fig. 36a y 36b).

Cuando la lechada de cemento fragua, el lodo que queda en el pozo puede

impedir la formación de un sello hidráulico, lo cual a su vez puede

generar fenómenos adversos tales como:

Producción de fluidos no deseados,

Perdida de hidrocarburos a zonas de baja presión.

Existencia de presión detrás de la cañería de revestimiento.

Corrosión acelerada de la cañería de revestimiento.

La solución de estos problemas demanda gastos adicionales y

generalmente inesperados. Además del estado general y de la calidad del

pozo, entre estos factores que afectan la eliminación del lodo se

encuentra el acondicionamiento del mismo, los procedimientos de

desplazamiento, la geometría del pozo y la centralización de la cañería de

revestimiento.



Fig. 36a: Deficiente Fig.37b: Eficiente

Desplazamiento del lodo desplazamiento del lodo

8.4 LIMPIEZA DEL POZO

Para tener un pozo limpio, se debe controlar y optimizar las propiedades

del lodo (viscosidad plástica, punto cedente, gel), se debe pensar en la

utilización de raspadores (escariadores) para poder remover la película

de lodo (revoque) que se forma en las paredes del pozo.

También se debe mantener más de un 95% del volumen del pozo en

movimiento, este porcentaje no se podrá obtener si la cañería se

encuentra apoyada hacia alguno de los lados del pozo, este factor se

conoce como Stand Off (Fig.37).

Si se tiene un Stand Off menor a 75% el desplazamiento del lodo del

anular no será eficiente, para esto se debe tener un eficiente desempeño

de los centralizadores, además es muy conveniente una vez bajado el

revestimiento, rotarlo y moverlo arriba hacia abajo (reciprocar) (Fig. 38), es

o facilitara la remoción del lodo así como el revoque del mismo.



También se deberá tener un registro estricto del calibre del pozo, para

poder identificar posibles cavernas que imposibiliten una buena limpieza

del pozo, para calcular el volumen exacto de lechada necesaria para la

cementación.

Fig.37: Stand Off

4.1.2.- Acondicionamiento del lodo

Previo a la operación de cementación, se debe acondicionar las

propiedades del lodo, esto significa bajar la viscosidad plástica y punto

cedente sin comprometer la estabilidad del pozo.

Incompatibilidad entre lodo y lechada de cemento:

La incompatibilidad es cuando dos fluidos forman una mezcla y

experimentan indeseables reacciones químicas. Ejemplo de

incompatibilidad en la lechada de cemento y lodo (Fig. 39).

El cemento y el lodo son incompatibles porque existe abundante calcio en el

cemento y eso ocasiona la floculación de las arcillas de lodo.

Efectos de la incompatibilidad:



- Altas presiones de desplazamiento.

- Llenado incompleto del anular.

- Baja resistencia a la compresión.

- Pobre adherencia del cemento.

- Pobre aislamiento zonal.

- Influjo de gas o fluido.

- Terminación de trabajo prematuro o fallado.

-

Fig. 39: Incompatibilidad entre lechada de cemento y fluido de

perforación (Lodo)

Número de Erodabilidad

Para obtener un exitoso trabajo en la cementación de un pozo, el fondo

del mismo debe estar apropiadamente acondicionado para romper los

esfuerzos de geles de los fluidos que están ubicados en el espacio anular,

para alcanzar una mayor facilidad en el desplazamiento de es e y

cualquier partícula de fluido deshidratado del anular.

Se debe remover al máximo el revoque del filtrado antes de desplazar la

lechada de cemento al espacio anular y así garantizar una buena adherencia

entre las interfaces cemento-formación y cemento-cañería.



La Erodabilidad es la medida de cuán fácil o difícil es remover el fluido

de perforación parcialmente deshidratado y el revoque del mismo de las

paredes del pozo. (Fig. 40).

Fig. 40: Lodo difícil de ser removido

Matemáticamente, el número de erodabilidad es calculado por la siguiente

ecuación:

Ed = 600 / ly

Donde:

Ed = Numero de Erodabilidad

y = Mínima fuerza requerido para remover el fluido de perforación bajo las

condiciones de fondo de pozo (lb/100 ft)2.

Dependiendo del número de Erodabilidad, los sistemas de lodo pueden ser

clasificados de la siguiente manera.

- Sistemas de lodo difícil de ser removido, si: Ed 5

- Sistemas de lodo moderadamente difícil de ser removido, si: 5 Ed 10

- Sistemas de lodo moderadamente fácil de ser removido, si: 10 Ed 20



- Sistemas de lodo fácil de ser removido, si 20 Ed 30

- Sistema de lodo bastante fácil de ser removido, si: Ed > 30

Los pre flujos funcionan como espaciadores, minimizan el mezclado

interfacial en el interior y anular de la cañería (Fig. 41) , tienen varias

características, dependiendo del sistema de lodo y de sus varias

funciones, algunos contiene aditivos para adelgazar el lodo, penetrar y

aflojar el revoque de fluido de perforación.

8.- COMO FUNCIONAN LOS PREFLUJOS

Fig. 41: Los pre flujos evitan el

mezclado de la lechada de

cemento con el lodo

Colchones químicos y mecánicos

Durante los pasos previos a la cementación de una cañería de

revestimiento, una cuadrilla de cementación bombea una serie de fluidos

por la cañería para desplazar el fluido de perforación del interior al

espacio anular existente (Fig.41).



El primer fluido bombeado suele ser un colchón químico lavador seguido

por un colchón mecánico que separa el fluido de perforación de la echada

de cemento.

La densidad y viscosidad de los colchones químicos son similares a la del

agua o petróleo, se puede utilizar agua, diesel o petróleo como fluido

base para los lavadores químicos. Si se bombean delante de la lechada

de cemento, contribuyen a la eliminación del lodo porque lo diluyen,

reducen su densidad y lo dispersan.

Los colchones químicos pueden formularse de manera al que eliminen tanto

los fluidos de perforación base agua como los fluidos base aceite. Los

colchones químicos tienen baja viscosidad, se bombean en condiciones de flujo

turbulento.

Para lodos base aceite, los surfactantes utilizados en los colchones

químicos y mecánicos, modifican la mojabilidad de la cañería de

revestimiento y de la formación alrededor del pozo, que pasa de la

condición de mojada con petróleo a mojada con agua. Esto contribuye a

mejorar la adherencia del cemento.

Los espaciadores son químicamente compatibles tanto con el fluido de

perforación como con la lechada de cemento durante el desplazamiento.

El desplazamiento total del fluido de perforación por el espaciador es

crucial para el establecimiento del aislamiento zonal, un desplazamiento

incompleto puede conducir a la formación de un canal de lodo continuo en

la zona de interés, creando vías de comunicación entre las distintas

zonas. Esta comunicación conduce a la producción de fluidos no

deseados, la perdida de hidrocarburos e incluso la migración de los fluidos

hacia la superficie.

Las propiedades de los espaciadores para un trabajo en particular

siempre deben estudiarse de manera que resulte compatible con el lodo y

el cemento.

El grado de eliminación del lodo y la presencia de canales se vinculan

más comúnmente con la geometría, la rugosidad y las cavernas del

pozo, así como la viscosidad y la densidad de los fluidos contenidos en el

mismo.

Las funciones principales de los espaciadores son:



- Servir de barrera entre el fluido de perforación y la lechada de

cemento, eliminando así la contaminación entre ambos.

- Limpiar el fluido de perforación de la cañería de revestimiento y de la

formación eliminando así cualquier impedimento de buena

adherencia.

- Actuar como agente mojante para dejar aquohumectado la cañería

de revestimiento y las formaciones.

- Mejoran la calidad de adherencia entre las interfases cañería-cemento y

cemento-formación.

Para que un espaciador sea efectivo, debe entrar dentro de ciertos

márgenes de densidad y compatibilidad. El espaciador debe ser más

denso que el lodo, pero no tan denso como la lechada de cemento. El

margen recomendado debe ser de 1 a 1.5 LPG en cada sentido. Esta

diferencia le permite al espaciador separar los dos fluidos (lechada y lodo) e

impedir que se contaminen uno al otro.

Tiempo de contacto:

Tiempo de contacto es el periodo de tiempo que el flujo de un

espaciador químico o mecánico atraviesa un punto en particular en el

espacio anular durante el desplazamiento, un tiempo de contacto de 10

minutos o mayor a es e proveerá una excelente remoción del lodo, el volumen

de fluido para proveer un específico tiempo de contacto es:

Vt = tc x qd x 5.615 , Vt = Pie 3

8.7.- Evaluación de la cementación:

La cementación exitosa de las cañerías de revestimiento es una

operación difícil que requiere de una planeación apropiada del trabajo en

función de las condiciones del pozo. Las causas de los malos trabajos de

cementación pueden ser clasificadas en dos categorías:

- Problemas de flujo de origen mecánico.

o Cañerías mal centralizadas.



o Agujeros derrumbados.

o Pre flujos ineficientes.

o Régimen de flujo incorrecto.

Estas condiciones se caracterizan por una remoción incompleta del lodo

en el espacio anular del cemento.

- Degradación de la lechada de cemento durante la etapa de curado o

o Experimentos de laboratorio confirmados por pruebas de campo

han demostrado que la presión diferencial entre la presión de

poro del cemento y la presión de formación es la causa de muchas

fallas en las cementaciones. Este efecto se debe a la migración

de gas dentro de la lechada antes de completarse el curado, la

estructura de poros de la lechada es parcialmente destruida y el

gas genera una red de poros tubulares los cuales crean

permeabilidades al gas. Este cemento gaseoso, a pesar de soportar

la cañería, no es capaz de proporcionar un sello apropiado para

el gas de la formación.

Ya sea que la causa de la mala cementación sea de origen mecánico o de

presión, el resultado afectara el aislamiento hidráulico entre las

formaciones, la cual es la función principal de una cementación primaria.

Un programa de evaluación de la cementación deberá ser capaz de de

terminar no solo la calidad de la operación de cementación o la

necesidad de trabajos de reparación, sino analizar también las causas de las

fallas con el fin mejorar el programa de cementación de futuros pozos en

el mismo campo.

4.3.1.- Registro de adherencia de cemento “CBL”

Es denominado así por las siglas en ingles de Cement Bond Log, o en

español, Registro de Adherencia de Cemento, consiste en utilizar una curva

de amplitudes acústicas para valorar la integridad de la adherencia del

cemento. (Fig.43).

Un CBL mide la amplitud de la señal sónica pasando por una cañería,

esta señal se reduce donde la cañería está bien cementado, la amplitud



es registrada en milivoltios, entre más grande sea el relleno de cemento en el

anular, más débil es la señal en el receptor.

- Amplitud atenuada: < que 10mV, indica buena adherencia cemento-

revestimiento.

- Amplitud alta: > que 10mV, indica mala adherencia.

Los siguientes puntos tienen una gran incidencia en resultado de un

registro de adherencia de cemento.

1.- Una buena adherencia hidráulica hacia la formación depende del

íntimo contacto entre el cemento y la formación.

2.- Una capa de lodo espeso en la interfase cemento/formación reducirá

considerablemente la adherencia hidráulica.

3.- Altas fuerzas de adherencia pueden ser espectadas en formaciones

muy permeables si el revoque del lodo tiene una uniforme extensión.

5.- El fracaso en remover lodo puede ser más perjudicial para la

adherencia a la formación que para la adherencia a la cañería.

4.3.2.- Registro de densidad variable “VDL”:

Es denominado así por las siglas en ingles de Variable Density Log, o

en español, Registro de densidad variable.

El principio del registro de densidad variable se expresa en la Fig.44:

El tren de onda completo es mostrado en la película como franjas claras

y oscuras, el contraste depende de la amplitud de los picos positivos.



Fig. 44: Principio del registro VDL

La evidencia de una buena adherencia cañería –cemento será cuando E1 sea

pequeño, salto de ciclo en TT y VDL sin contraste.

Al contrario cuando la cañería este sin cemento será evidenciado cuando E1

sea grande lo que implicara un amplitud al a en el CBL., TT constante, franjas

de VDL bien contrastadas.

El registro de densidad variable es opcional y complementa la información

proporcionada por el CBL.





TEMA IX REOLOGÍA –MODELOS REOLOGICOS

Competencia : El alumno analiza y determina si una

lechada puede ser representada por los modelos

reológicosde Bingham o el exponencial . Conoce de la

importancia de la reología en las perdidas de cargas y en

la selección de las unidades de bombeo que necesita.

VISCOSIDAD: RESISTENCIA INTERNA QUE UN FLUIDO OFRECE AL

FLUJO.

ESFUERZO DE CORTE: FUERZA DE FRICCION QUE SE EJERCE CUANDO

UNA LAMINA DE FLUIDO SE DESLIZA SOBRE

OTRA. (FUERZA POR UNIDAD DE AREA).

VELOCIDAD DE CORTE: VELOCIDAD RELATIVA DE DOS LAMINAS DE

FLUIDO DIVIDIDO POR LA DISTANCIA ENTRE

LAMINAS (VELOCIDAD POR UNIDAD DE

LONGITUD)

VISCOSIDAD SE DEFINE COMO: μ = ESFUERZO DE CORTE

VELOCIDAD DE CORTE

LA UNIDAD DE VISCOSIDAD NORMALMENTE ES EL CENTIPOISE



TIPOS DE FLUIDOS



MODELOS Y CURVAS DE FLUENCIA



FLUIDOS NEWTONIANOS



MODELO PLÁSTICOS DE BINGHAM





MODELO LEY DE POTENCIA



FLUJO TAPON

CARACTERÍSTICAS:

1. VELOCIDADES DE FLUJO MUY BAJAS.

2. PERFIL DE VELOCIDADES RECTO.

3. BAJOS ESFUERZOS SOBRE EL FLUIDO.



FLUJO LAMINAR

CARACTERÍSTICAS:

1. VELOCIDADES DE FLUJO MODERADAS.

2. EL FLUIDO FLUYE EN UNA LINEA RECTA PARALELA AL CENTRO DE LA CAÑERÍA.

3. VELOCIDAD EN LAS PAREDES IGUAL A CERO.

4. VELOCIDAD MÁXIMA EN EL CENTRO.

5. GENERA MODERADO ESFUERZO SOBRE EL FLUIDO.



FLUJO TURBULENTO

CARACTERÍSTICAS:

1.- VELOCIDADES DE FLUJO ALTAS.

2.- MOVIMIENTO DESORDENADO CON FORMACIÓN DE VORTICES.

3.- PUNTO DE VELOCIDAD MÁXIMA INDEFINIBLE.

4.- GENERA EL MÁXIMO ESFUERZO SOBRE EL FLUIDO.

NUMERO DE REYNOLDS



FLUIDOS NEWTONIANOS

Nº DE REYNOLDS = ρ < v > D = FUERZAS DE INERCIA

μ FUERZAS VISCOSAS

ρ = DENSIDAD DEL FLUIDO

< v > = VELOCIDAD MEDIA DE DESPLAZAMIENTO = Q/A

D = DIÁMETRO DE LA SECCION TRANSVERSAL AL FLUJO

μ = VISCOSIDAD

Re<100 FLUJO TAPON

100< Re<2100 FLUJO LAMINAR

Re>3000 FLUJO TURBULENTO

(ENTRE Re 2100 y 3000 EXISTE UNA ZONA DE TRANSICIÓN DONDE NO

SE CONOCE EL COMPORTAMIENTO REAL DEL FLUIDO)

VELOCIDAD CRITICA = VELOCIDAD A PARTIR DE LA CUAL ENTRAMOS

EN TURBULENCIA

FLUIDOS NO NEWTONIANOS



REYNOLDS MODIFICADO = Rem = 1,86 ρ . v2-n'

K' . (96/De)n'

VELOCIDAD CRITICA Y CAUDAL CRITICO

½-n'

Vc = 2100. (96/De)n' . K'

1,86 . ρ

Qc = Vc . De2 =

17,15

FLUJO EN CAÑERIA

Qmin = 0.05828 D2 (Nre.crit x K’ (96/D)n’ /1,86 .ρ )(1/2-n’ ) = bpm

FLUJO EN ANULAR

Qmin = 0.05828 (Dh2 – Dp2 ) (Nre.crit x K’ (96/Dh)n’ /1,86 .ρ )(1/2-n’ ) = bpm



TEMA X CEMENTACION A PRESION (SQUEZZE)

Competencia: El estudiante conoce las dos técnicas de cementación a

presión, analiza y determina las ventajas y desventajas; interpreta la prueba de

inyectividad y programa la cantidad de cemento que utilizara, realiza el

balance de presiones en la operación del Squezze.

10.1- Tapones balanceados

10.2.- Aplicaciones de las cementaciones a presión - SQUEZZE

10.3.- Técnicas a baja y alta presión

10.4.- Deshidratación de la lechada

10.5.- Prueba de inyectividad

10.6.- Ejercicios de aplicación

10.1- Tapones balanceados

Un tapón de cemento es un pequeño volumen de cemento colocado en el pozo

por diversas razones. En la vida de un pozo de perforación de exploración de

petróleo, gas , agua , pozo de alivio , pozo seco ; un tapón de cemento va ser

requerido. Para pozos verticales y de poca desviación, normalmente se

utiliza la técnica de tapón balanceado , utilizando la tubería disponible n

pozo , un colchón lavador ,espaciador , ahora que sabe que es necesario

colocar por debajo del tapón un gel , para evitar que el tapón decante.

Para pozos con alta desviación se utilizan otras técnicas , como ser :

- METODO BOMBEAR Y EXTRAER

- METODO BOMBEAR Y EXTRAER MODIFICADO

Los tapones de cemento pueden colocarse en agujero abierto, o en

cañería. Veamos en agujero abierto.



10.1.1.- PARA CONTROLAR LAS PÉRDIDAS DE LODOS

Las pérdidas de circulación de lodo pueden ser restituidas con tapones

de cemento principalmente las lechadas tixotrópicas. Como sabemos

primero debemos tratar de controlar la perdida con las técnicas, que se

recomiendan en lodos ( Baches viscosos + obturantes )

10.1.2.1-1

10.1.2.- TAPONES PARA SIDE TRACK

La colocación de los tapones de cemento, son muy útiles en la perforación

direccional, hay veces resulta difícil conseguir el ángulo deseado para ingresar

al reservorio.



También cuando por razones de inestabilidad de pozo, o por presión diferencial

la hta de perforación se queda aprisionada, entonces el tapón es necesario

para efectuar un Side Track , ver en la parte inferior.

Es necesario considerar y tener en cuenta que cuando el lodo en pozo sea

base aceite , tendremos problemas de adherencia entre el tapón de cemento y

la formación , es necesario que los pre flujos , adicionalmente a las funciones

que debe tener debe llevar un aditivo que cambie la mojabilidad de la formación

( de aceite a acuoso ) ; también debe ser aditivada para tener una

perforabilidad más lenta que la de la formación ( el tapón debe ser más difícil

de perforar , esto facilita que el trepano fácilmente ingrese a la formación para

hacer el nuevo agujero ).



10.1.3.- PARA AISLAR ZONAS DEPLETADAS

En los pozos en producción, mucha veces hay que aislar las zonas que ya

están depletadas , o sin producción , esto para prevenir migraciones de

hidrocarburo de otro nivel.

10.1.4.- TAPONES PARA ABONDONAR LOS POZOS Veamos cómo se debe abandonar un pozo , todos los pozos tienen un tiempo

productivo luego deben ser abandonados de acuerdo al “REGLAMENTO DE

NORMAS TECNICAS Y SEGURIDAD PARA LAS ACTIVIDADES DE

EXPLORACION Y EXPLOTACION DE HIDROCARBUROS”

En Bolivia a la fecha hay más de 300 pozos para su abandono.



10.2.- PROCEDIMIENTO DEL TAPON BALANCEADO NORMAL Se usa para pozos no muy profundos verticales con desviaciones de hasta 20º

, el éxito disminuye con la profundidad del pozo.

1.- Probar todas las líneas con presión desde el camión mezclador hasta la

cabeza de cementación con agua.

2.- Bajar el sondeo o tubería hasta la profundidad deseada.

3.-Bombear agua por delante ( 5 o 10 bbl )

4.- Mezclar y bombear la lechada de cemento

5.- Bombear agua por detrás

6.- Realizar el desplazamiento de la lechada (se recomienda dejar por lo menos

½ bbl sin desplazar para mejorar el escurrimiento de la lechada)

7.- Terminado de desplazar desfogar , abrir las líneas de retorno de fluido hacia

el camión , y observar.

8.- Sacar la cabeza de cementación, sacar el sondeo hasta estar por lo menos

100 m , por encima del tapón de cemento.

9.- Circular por inversa, si se puede, para limpieza del sondeo.

10.- Sacar tubería y esperar frague.



COMENTARIOS Las líneas debemos probar para saber si tenemos alguna fuga. El agua que

envía por delante es para evitar la contaminación de la lechada con el fluido

que hay en el pozo, la cantidad la fijamos nosotros, el agua por detrás tiene el

mismo objetivo, pero además nos sirve para balacear el agua por delante,

como veremos.

Referente al volumen de lechada a preparar, tenemos que considerar dos

cosas:

Primero .- Que altura necesitamos del tapón de cemento

Conociendo la altura , y el diámetro del pozo , podemos calcular el volumen de

lechada.

Segundo.- La disponibilidad de cemento

Conocido los sacos de cemento disponibles en boca de pozo, se puede

calcular el volumen de lechada que es posible preparar.



Ejercicio # 3

Deseamos colocar un tapón de cemento en un agujero abierto de Dp =7.5” , en

el tramo 2100 -2200 m. La tubería con la que colocaremos el tapón es de , OD

= 4.5 “ y ID = 3.782”.

La zona es permeable y por experiencia del campo vamos asumir un 20 % de

exceso de lechada. Bombearemos 5 bbl de agua por delante.

Dl = 15.6 lb /gal

Rl = 1.15 pie3 /sc

Cap.EA = ( 7.52 – 4.52 ) /314 = 0.1136 bbl /m

Cap. Tub = 3.7822 / 314 = 0.0445 bbl / m

Cap. Aguj = 7.52 / 314 = 0.179 bbl /m



1.- Calcular el volumen de lechada que se necesita para colocar el tapón.

Vl = Cap. Agujero x Ltapon x % exceso = 0.179 bbl / m x 100 m x 1.2 = 21.5 bbl

2.- Conocido el volumen de lechada, calcular los sacos de cemento que

necesitamos:

# sacos = ( 21.5 bbl ) / ( (1.15 pie 3 /sc ) (bbl / 5.61 pie3) ) = 105 sacos

3.- Conociendo el agua por delante calculemos la altura de agua en el EA

h ( agua –dela) = 5 bbl / Cap EA = 5 bbl / 0.1136 bbl /m = 44 m

Ahora podemos conocer el agua que hay que bombear por detrás de la

lechada:

h ( agua – detrás) = h ( agua – dela) x Cap . Tub = 44 m x 0.0455bbl/m =

= 2.0 bbl

4.- Cual la altura de la lechada con la tubería en la lechada

H( Cto ) = Vl / ( Cap EA + Cap Tub ) = 21.5 bbl / ( 0.1136 bbl /m + 0.0455

bbl//m ) = 135 m

5.- Calcular que volumen de fluido va a utilizar para desplazar la lechada.

Vdesp = Cap . Tub x Ltope Cto = 0.0455 bbl/m x 2065 m = 94 bbl

Observamos los dibujos y vemos que :

Vdesp real = Vdesp - Agua por detras – 1 bbl (escurrimiento)

= 94 bbl – 2 bbl – 1 bbl = 91 bbl

6.- Dejar balancear.

Terminado de bombear los 91 bbl de fluido, dejar balancear. Sacar la tubería

hasta 1950 m.

7.- Circular por inversa por lo menos 184 bbl de fluido, para limpiar la tubería.

8.- Espera frague. Continuar operaciones.



10.3.- CEMENTACIONES A PRESION SQUEZZE La tecnología de las cementaciones a presión a mejorado desde que se conoce

mejor la mecánica de fractura de las rocas, y de las propiedades de filtración de

las lechadas, cuando las estamos presurizando sobre un medio permeable

como las arenas. Las cementaciones a presión se usan para :

1.- Control de la relación gas /petróleo , aislando la zona productora de

líquidos de la zona adyacente de gas .

2.- Control de elevada relaciones de agua o gas. Las arenas acuíferas o

gasíferas pueden ser sometidas a presión por debajo de la zona petrolífera,

para ayudar a decrecer la relación agua / petróleo o gas.

3.- Para repara las perdidas en cañerías. Una perdida en una cañería puede

repararse forzando a una lechada a pasar atraves de la fisura de la cañería (

usamos un packer y se lo ancla encima de la fisura )

4.- Para controlar las pérdidas de circulación del lodo ( usar lechadas

tixotrópicas )

5.- Para evitar la migración de fluidos dentro de la zona productora ( Block –

Squezzing)



6.- Para colocar tapones en los pozos de producción, para aislar zonas depletadas. 7.- Para corregir cementaciones primarias deficientes 8.- Para colocar tapones para abandonos de pozos 10.3.1.- TERMINOLOGIA

Las cementaciones a presión ( Squezze –Pressure ) generalmente están

definidas por la presión aplicada.

La técnica de alta presión involucra la rotura de la formación y el bombeo de

la lechada o el filtrado de la lechada en la formación hasta alcanzar en

superficie un valor determinado de presión que debe ser mantenido sin retorno

de fluido en superficie.

La técnica de baja presión, involucra colocar la lechada en el intervalo a

cementar, y en la aplicación de una presión suficiente para formar un revoque

de cemento deshidratándolo sobre los baleos realizados, las fisuras existentes

en la formación. No se fractura la formación.



Alta presión Baja Presión Ps + PHt > Pf Ps + PHt < Pf Ps = Presión aplicada en superficie

PHs = Presión hidrostática dada por la salmuera

PHl = Presión hidrostática dada por la lechada

PHt = Presión hidrostática total en el punto A. PHt = PHl + PHs

Pf = Presión de fractura

Presión de fractura

Es la presión necesaria para facturar la formación en las operaciones de alta

presión, este valor hay que alcanzar antes de comenzar a inyectar la lechada.

Si la formación es permeable, el filtrado de la lechada ingresara hacia la

formación a cualquier valor mayor a la presión de formación.

Gradiente de fractura



Generalmente referida como la presión por pie de profundidad para que se inicie la fractura, se necesita menos presión para extender una fractura que para iniciarla. Presión de fondo de pozo ( Bottom –Hole ) Es la presión ejercida en fondo del pozo durante la operación de Squezze. Es

la presión superficie más la presión hidrostática de los fluidos, menos la presión

perdida por fricción. Para fracturar debemos superar este valor

Existen dos técnicas para realizar un Squezze :

a) METODO DE BRADENHEAD O SONDEO LISO Fue el primer método usado, no usa packer , en este método la lechada de

cemento es bombeada atraves del sondeo liso , o tubería desplazando el fluido

al EA. Luego que la lechada se ha ubicado en el lugar requerido (calculada por

desplazamiento) , hay que levantar la tubería por encima del tapón de cemento,

se cierra la BOP y se continua con el bombeo de la lechada , esta o el filtrado

de la lechada ingresa por los baleos.

La operación -+ se la realiza de la siguiente manera:

1.- Prueba de inyectividad ( P.I)

1.1.- Bajar la tubería o el sondeo hasta el baleo inferior

1.2.- Si el fluido que hay en el pozo es con sólidos , cambiar por un fluido libre

de sólidos como son las salmueras ( ClNa , ClK , Cl2Ca , HCOONa, HCOOK ,

BrNa )

1.3.- Cerrar BOP , realizar la P.I. , registrar P , Q y t

1.4.- Si ve necesario terminada la operación circular por inversa

Este ensayo es muy importante para saber si la formación admite fluido,

adicionalmente nos permite estimar los sacos de cemento que se

requieren para la cementación.

2.- Cementación

2.1.- Con los sacos calculados luego de la P.I. , preparar la lechada y proceder

a balancear el tapón de cemento frente a los baleos( bombear agua por delante

y detrás)



2.2.- Sacar los tiros de tubería hasta estar por encima del tapón de cemento

2.3.- Circular por inversa para limpiar la tubería, si es posible, si hacerlo Por

directa.

2.4.- Cierre la BOP y aplique por directa la presión necesaria para inyectar la

lechada o el filtrado de la lechada dentro de los baleos.

2.5.- Al alcanzar la presión final, se sugiere baja hasta la base del cemento y

circula por inversa , para eliminar la lechada en exceso, realmente esto no es

aconsejable dado que puede lavarse los baleos.

2.6.- Sacar la tubería del pozo, espera frague

2.7.- Bajar arreglo con trepano para re perforar el Cto por encima y entre los

baleos.

2.8.- Probar el Squezze



Luego baja un arreglo con trepano para reperforar el cemento y probar el

squezze.

Ventajas de utilizar esta técnica.

Es bastante sencillo , no requiere de otra herramienta que no sea la

tubería.

La lechada siempre es posible colocarla frente al baleo.

Desventajas

No es posible utilizarla si tenemos otros baleos por encima de los que

tenemos que cementar.

Existe la posibilidad que el fluido se contamine con la salmuera o el

fluido que hay en el pozo.

La presión que aplica para inyectar actúa sobre toda la cañería.

La presión máxima a aplicar esta restringida y depende del estado de la

cañería.



10.4.- DESHIDRATACION DE LA LECHADA

Durante la deshidratación del cemento. el agua contenida en el cemento es

inyectada a la formación y se forma un revoque ( torta del filtrado) de partículas

solidas en la cara de la formación. Si se ejerce una presión excesiva se

producirá fractura y algo de lechada se forzada a la fractura producida.

10.5.- PRUEBA DE INYECTIVIDAD

En toda operación de cementación a presión debemos conocer:

- La presión de fractura (Pf)

- La presión que se puede aplicar en superficie(Ps)

- La presión hidrostática total de los fluidos ( PHt )

- La presión perdida por fricción ( que es dificultoso su cálculo )

Siendo que la P.I , se la realiza a bajo caudales / ¼ , ½, ¾ , 1 bpm ) , se

acepta que este valor es despreciable.

Cuando realizamos la P.I, también se determina la presión de admisión (o

instantánea), es decir después de fracturar a la formación paramos las bombas

, en el tiempo tb , la presión caerá , pero se seguirá observando admisión a una

menor presión que la de fractura, hasta que la formación vuelva al equilibrio.

Con la formula anterior la presión de fractura calculada será menor que la real,

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Pre

sió

n, p

si

Caudal, bpm

Presión vs Caudal

A

B

Presión de fractura

Presión de admision



en un valor igual a las pérdidas de cargas ΔP, esta diferencia es como un factor

de seguridad, que nos permite aplicar la máxima presión en superficie sin

fracturar la formación.

Hay que tener en cuenta que las rocas tienen una cierta elasticidad definida,

que cuando aplicamos presión los poros pueden dilatarse y comenzar a admitir

más fluido. Cuando ocurre la fractura real la roca admite fluido a esa presión,

pero al quitar la presión la roca sigue admitiendo.

Con la información obtenida en la P.I , podemos calcular los sacos de cemento

que necesitamos para la operación del Squezze.

Primer método

Es un método utilizado para la técnica de alta presión, donde es necesario

fracturar l formación para lograr admisión. La P.I la realizamos a ¼ ,1/2, ¾ y 1

bpm , hasta conseguir fracturar la formación y tener una presión de admisión

constante , ósea buscamos una presión de fractura superior y una de admisión

inferior.

# sacos = ( Pf – Padm ) / 1.5

Segundo método

Es usado en campos donde tenemos mucha experiencia (campos de

producción), se utiliza una formula empírica la cual depende de una constante

C, que es determinada de la experiencia en el área , es usada cuando vamos a

trabajar con baja presión.

La P.I la realizamos a ¼ ,1/2, ¾ y 1 bpm , el aumento e caudal es sin desfogar ,

los datos se los va tabulando.

Prueba Q , bpm Presion , Psi V , bbl t , tiempo

1 Q1 P1 V1 T1

2 Q2 P2 V2 T2

3 Q3 P3 V3 T3

4 Q4 P4 V4 T4

# sacos = C x ( P/Q) C = 80000 para campo Caranda

C = 99000 para campo La Peña

Lo que se hace es ir calculando los # de sacos para cada prueba, y luego :



# sacos = ∑ # sacos / # pruebas

Tercer método

Es usado cuando una cementación primaria fue deficiente, con los registros de

CBL, se detecta canales, en los tramos del pozo; en estos casos mucha veces

se baja un retenedor de cemento, se lo ubica entre las profundidades que no

tienen cemento y se procede a cementar por circulación. El volumen de

cemento se calcula de acuerdo al área sin cemento detectado con el CBL

Algunas reglas de campo

1.- El volumen de lechada no debe exceder la capacidad de la tubería

2.- Usar dos sacos de cemento , por cada pie de punzados.

3.- El volumen mínimo puede ser preparado con 100 sacos, si la admisión es

de 2 bpm después de la fractura , otras veces puede usarse 50 sacos

4.- El volumen de lechada no debe ser tan grande que no pueda ser reversado

10.5.1.- Como Probamos un Squezze

Realizado el Squezze hay que reperforar el cemento que queda entre los

baleos, luego verificar que haya buen sello.

Prueba de Presión

Si no existen otros punzados en el pozo , se cierra la BOP , y procedemos a

presurizar la cañería hasta alcanzar la presión final del Squezze o mas

,tenemos que observar si la presión se mantiene. Esta prueba no es segura, ya

que por alguna razón algún baleo pudo quedar lleno de lodo el cual puede

soportar la presurización de la cañería, pero luego puede dejar pasar los fluidos

desde la formación al pozo.

Prueba Semiseca

Bajar un probador de formación, con la finalidad de eliminar la PH, por encima

de los baleos o zona a chequear, al abrir la válvula no debe ingresar fluido de

formación.



También se puede bajar packer y pistonear para eliminar la PH afín de tener

una diferencial de presión a favor de la formación, si ingresa fluido el Squezze

no fue bueno.

Correr un CBL

CEMENTACIONES A PRESION CON PACKER

En este tipo de cementación además del sondeo, necesitamos un elemento

llamado packer , cuya función es delimitar el área de aplicación de presión.

Solo como información general indicaremos las partes más representativas de

los packer ( en la industria existen especialistas en packer , empresas de

servicios )

1.- Cuñas

Proporciona el agarre del packer con la pared de la cañería, de manera que

podamos aplicar peso, tensión a la sarta, para expandir las gomas del packer.

2.- Gomas

Se expanden contra la pared de la cañería y proporcionan un sello de manera

de aislar el pozo en una zona superior y otra inferior, referidas la packer.

3.- Mandril

Elemento que proporciona la conexión del packer a la tubería , además permite

enroscar otros elementos por debajo del packer, pescadores , tubería cola , etc.

4.- By – pass

Es un dispositivo que permite la comunicación de la parte superior e inferior

del packer cuando está abierto, esta posición es necesaria tanto cuando se

baja y se saca el packer del pozo, esto evita las contra presiones y los vacios

que podrían dañar a la formación. Además es importante que se lo cierre antes

de que las gomas formen un sello y se lo abra antes de mover el packer, para

igualar las presiones por encima y por debajo del packer, esto permite que las

gomas vuelvan a su posición original.

5.- Cuñas superiores

Están presentas en los packer de peso como el POSIETRIVE, la presión

aplicada por debajo del mismo tiende a levantar al packer, por eso vienen

provistos de unas cuñas superiores que actúan hidráulicamente afín de

conseguir mayor agarre contra la pared de la cañería ,cuando mayor es la

diferencia de presiones , se evita el desanclaje del packer.

Los packer pueden ser recuperables y no recuperables. Los recuperables



se pueden bajar varias veces al pozo. POSIETRIVE , JHONSON,

RETRIVAMATIC.

Packer reperforables o retenedores de cemento.

Solo pueden anclarse una sola vez, aíslan el pozo en dos zonas, la

comunicación entre la parte inferior y superiores atraves de un Singer, el cual

se inserta en el packer y abre una válvula. Cuando el trabajo termina se saca el

Stinger y la válvula se cierra automáticamente reteniendo la presión por debajo

del mismo.

Tapones

Un tapón difiere de un packer en que ya no solo aísla el EA, entre la tubería y

la cañería, si no que separa completamente el pozo en dos partes, es decir

impide la comunicación entre la parte superior e inferior del tapón. Los tapones

pueden ser permanentes y recuperables, lo permanentes pueden bajarse con

caño o cable y se los deja hasta que son reperforables. En realidad son

prácticamente iguales a los retenedores de cemento, aunque en lugar de una

válvula tienen un tornillo tapón. Los tapones recuperables, se los recupera con

pescadores.

TEMA XI LECHADAS PARA CEMENTACION A PRESION



Competencia : El estudiante conoce las propiedades de las lechadas y puede

programar una cementación a presión.

1.0.- Propiedades y características de las lechadas para el Squezze

2.0.- Temperatura de circulación y temperatura estática

3.0.- Teorías erróneas sobre cementación a presión

4.0.- Programa de cementación a presión

REQUERIMIENTO DE UNA CEMENTACION A PRESION

Muchos trabajos se definen por las presiones requeridas para obtener un sello.

La técnica de alta presión utiliza una salmuera para determinar la presión de

fractura de la formación. Para este objetivo no puede utilizar el lodo por que

dañaría a la formación. Después de la rotura la lechada de cemento se coloca

cerca de las formación y es bombeada a bajos caudales, a medida que

bombeo continua la presión de inyección empieza a subir hasta que la presión

en superficie, nos indica que ya se ha producido la deshidratación de la

lechada o el ingreso de la lechada. La presión es momentáneamente

mantenida para verificar las condiciones estáticas y luego liberada para

determinar si el cemento se mantiene en su lugar. El exceso de lechada por

afuera de los punzados debe ser reversado.

Si la presión deseada no se obtiene. Se emplea el método de hesitación, o

nuevas etapas. Ello involucra preparar baches con 30 o 100 sacos de cemento

colocarlos frente a la formación y esperar que estemos cercanos al frague y

repetir la operación tantas veces sea necesario. Ver grafica



La técnica a baja presión está considerada como el método más eficiente en

base al desarrollo de los aditivos de control de filtración y del uso de packer

recuperables. Con esta técnica se evita la fractura. Se usa la hesitación, la

lechada es colocada en una sola etapa, pero con periodos alternos de bombeo

y espera. El control de filtrado determina que se forme un revoque dentro de

los baleos, mientras que el cemento permanece fluido al interior de la tubería

Y cañería.

La perdida de filtrado de las lechadas puras sin aditivos es muy alta y se

produce una deshidratación instantánea antes que la lechada haya cubierta

toda la zona de trabajo. El resultado puede ser un tapón de cemento atraves de

las perforaciones abiertas en la parte superior , dejando las perforaciones

inferiores sin lechada

11.1.- DISEÑO DE LA LECHADA CONSIDERAR T y P

Como en las cementaciones primarias al T y P , tienen mucha importancia en la

determinación del Tb. En el caso de las presiones solo afecta a la

deshidratación de la lechada; las temperaturas encontradas en la

cementaciones a presión son mayores que las de la cementación primarias,

porque sabemos que el pozo no es circulado, por esto no hay disminución de la

temperatura. En la tabla inferior mostraremos como son diferentes la

temperatura estática de la de circulación

Tabla basada en simulaciones de API

TEMPERATURA DE CIRCULACION ºF

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100

Tíempo en minutos

Presión Vs tiempo



Profundidad pies

T estática de F.P ,ºF

Cañeria Squezze Liner

2000 110 91 98 91

6000 170 113 136 136

8000 200 125 159 125

12000 260 172 213 172

16000 320 248 271 248

Tiempo de bombeabilidad Prof = 8ooo pies Cañería = 125 ºF Squezze = 159 ºF Control de filtrado Tiempo de bombeabilidad , hrs : min % Cañería Squeeze 0:0 2:16 1:15 0:40 4:0 2:16 0:60 5:32 4:15 0:8 6:15 4:58 TIPOS DE CEMENTOS

Para la mayoría de las cementaciones a presión se pueden utilizar los

cementos clase A, G y H. los cuales pueden usarse hasta los 6000 pies y

donde las temperaturas estáticas no excedan a 170 ºF. Para pozos más

profundos los clase G y H deben ser utilizados con retardadores , en base a

nuestro tiempo estimado de trabajo.

11.2.- CONTROL DE FILTRADO DE LA LECHADA

La filtración es importante para el diseño de una lechada que se va a utilizar

para un Squeeze. Cuando la lechada es inyectada sobre un medio poroso , la

presión diferencial fuerza la agua separarse de las partículas solidas y formar

un revoque más o menos blando , que puede ser eliminado por un chorro de

agua , pero que no es bombeable , y se necesita altas presiones para forzarla a

que ingrese atraves de los pequeños orificios. El espesor del revoque

dependerá de la permeabilidad del revoque y de la formación.

La perdida de filtrado de una lechada sin aditivo es de 600 cc a 2500 c en 30



minutos. Algunas veces la deshidratación es tan rápida que no se puede medir.

El valor del filtrado debe ser reducido < 100 cc , con el agregado de aditivos

para controlar el filtrado.

11.3.- HOMOGENIZACION DE SU DENSIDAD

Siendo que para realizar un Squeeze necesitamos poco volumen de lechada,

por lo general la homogenización de la densidad de la lechada se consigue

fácilmente en un mezclador de 50 bbl.

11.4.- TEORIAS ERRONEAS SOBRE LOS SQUEZZE

Existen tres teorías predominantes con respecto a las cementaciones a

presión, que contribuyen a aplicaciones erróneas y procedimientos

inadecuados.

1.- Que todo el cemento ingresa a la formación, esta primera idea errónea en

primer lugar enfatiza la cantidad de lechada a bombear atrás del caño y la

cantidad de presión a aplicar, siendo que estos factores afectan muy poco los

resultados. La verdad es que en operaciones de baja presión es el filtrado de la

lechada y no el cemento el que ingresa a la formación. Cuando la formación es

fracturada por exceso de la presión de fractura, entonces si el cemento

penetra en la fractura producida.

2.- Que la presión aplicada durante la inyección automáticamente abre todos

los baleos. En realidad es raro encontrar todos los baleos abiertos y por lo

tanto receptoras de fluido. Alcanzar esta finalidad requiere un gran esfuerzo de

presión.

3.- Que se forma un aplastamiento o cuña horizontal (tabla) única de cemento

alrededor del agujero. Los resultados más bien indican que como todo el

cemento no entra en la formación, el filtrado de la lechada lo hace atraves de

las perforaciones. Cuando la formación es fracturada, la lechada puede

ingresar en una serie de cuñas irregulares. La orientación de estas fracturas

dependen de la fuerza de compresión en la zona a ser tratada, en mucha

veces es de NE a SE

11.5.- PROGRAMA DE TRABAJO



Es la etapa más importante de la operación. Deben estudiarse las condiciones

del pozo y los objetivos cuidadosamente establecidos, por tanta la

cementación a presión puede ser complicada y cara, en el planteo hay que

tener en cuenta.

1.- ¿Por qué una cementación a presión ¿( estamos aislando una zona ,

reparando una cañería, llenado un anillo)

2.- Si no vamos a usar el método de sondeo liso. Que herramienta vamos a

usar

3.- ¿ Packer recuperable o tapón recuperable ¿

4.- ¿ A qué distancia debemos fijar el packer de la zona de interés?

5. Usaremos el método de alta o baja presión.

6.- ¿Como bombearemos la lechada?

7.- ¿ Qué clase de fluidos hay en el pozo , agua , acido , lodo , etc.?

8.- ¿ Qué tipo de lechada vamos a preparar , que propiedades son importantes

¿

9.- ¿ Que equipos adicionales necesitamos , que tiene de especial el pozo , hay

alguna restricción ¿

10.- ¿Cuales son las condiciones del pozo? , temperatura, presión.

11.- ¿Se fracturara la formación ¿Cual es el gradiente de fractura ¿

12.- ¿Cual es tiempo de WOC ¿

13.- ¿Es necesario ensayar el trabajo?

Debemos esforzarnos en mejorar las condiciones del pozo antes y durante las

operaciones. La cañería y la tubería deben estar limpias tanto como se a

posible (libre de parafinas, incrustaciones, residuos rebarbes de punzados).

Las válvulas de cabeza de pozo deben ser probadas y la BOP a las presiones

que se esperan durante el trabajo.

Si el Squeeze se efectúa atraves de la cañería es necesario probar la

resistencia interna y la resistencia de las uniones a menos que la cañería esta

cementada hasta superficie. Si la cañería no está cementada hasta superficie

deben hacer cálculos de los esfuerzos críticos en los puntos donde se aplicara

presión. Si la operación se hace atraves de la tubería estos cálculos hay que

realizarlos para la tubería y la cañería. Verificando las presiones de colapso.

CALCULO DE LAS PRESIONES DE INYECCION

La selección de la presión final a alcanzar en una operación a presión es muy

importante porque ello define cuando el trabajo ha finalizado. Hay muchas



maneras de estimar la presión final, pero la experiencia en un determinado

yacimiento es la probablemente la mejor.

Si el cemento se deshidrata dentro la cañería, la presión aplicada solo se

ejerce en la cañería. Si la operación es exitosa y la presión aplicada es alta

para esa profundidad, hay una tendencia a considerar esa presión como la

mínima presión final requerida para un buen trabajo. Sin embargo, un trabajo

exitoso puede a menudo ser obtenido con una menor presión.

Por seguridad se asume que cualquier presión aplicada por debajo del packer

es aplicada también al exterior de la cañería, por cuanto puede existir un canal

que trasmita esa presión por arriba del packer, se debe considerar siempre la

máxima presión de colapso que soporta la cañería .

Para conseguir un buen trabajo de cementación debemos tener en cuenta :

1.- La mayoría de las cementaciones a presión usan control de filtrado, para

buscar reducir la deshidratación de la lechada de cemento.

2.- Las elevadas presiones de trabajo que antes eran consideradas para el

éxito de un trabajo, ahora son indeseables cuando se usa una lechada con

control de filtrado.

3.-Si se producen una fractura durante la operación, grandes volúmenes de

lechada deben bombearse antes de conseguir el cierre.

4.- La técnica de baja presión, reduce la cantidad de lechada necesaria para la

operación.

5.- Una manera efectiva de eliminar las partículas que están taponando los

punzados es circular una solución acida antes de realizar el Squeeze.

6.- El WOC , en las operaciones de Squeeze son menores a 24 horas.

Ejercicio # 4

Tenemos disponible 100 sacos de cemento clase A, mas aditivos para

controlar el filtrado. Por detrás bombeamos 2.5 bbl de agua. hay que cementar

50 pies de baleos de 4830 pies a 4880 pies. El gradiente de presión del tramo

de trabajo es de 0.70 psi /pie. El pozo tiene una salmuera de 10 lb /gal.

Datos :

Dl = 15.6 lb/gal

Rl = 1.15 pie3 / sc



1.- Primero calculamos los barriles de lechada que podemos calcular con los 100 sacos de cemento. 100 sacos x 1.15 pie3 / sacos x 1bbl / 5.61 pie3 = 20.5 bbl = Vl 2.- Calcular la altura de la lechada en cañería sin tubería H( sin tubería ) = Vl / Cap. 7” = 20.5 bbl / 0.039 bbl/pie = 525.6 pies 3.- Calcular el volumen de lechada entre baleos Vlb = 0.039 bbl /pie x ( 4880 -4830 )pies = 1.17 bbl 4.- Calcular cual es volumen de lechada que se puede inyectar Vliny = Vl - Vlb - 1 = 20.5 bbl – 1.17 bbl – 1bbl (Vol. dejamos sobre baleos) Vliny = 18.33 bbl 5.- Calcular la altura de lechada con la tubería adentro. H( con tubería) = Vl /( cap. EA + cap. Tub) = 20.5 bbl /(0.035 + 0.00384)



= 527.8 pies 5.1.- Calcular el volumen de agua que se bombeara por delante. Agua – delante (bbl) = Agua x detrás x Cap. EA /Cap. Tub = 2.5 bbl x 0.0335 / 0.0384 = 21.8 bbl Altura de agua en EA = 21.8 bbl / 0.0335 bbl/pie = 650.7 pies

6.- Con que volumen de salmuera desplazo la lechada Vdespz = Cap. Tub x Prof tope agua EA = 0.00384 bbl /pie x 3651.2 pies = 14.02 bbl 7.- Cual es el tope del tapón de cemento una vez se termine de inyectar Tope cto= (Vlb + 1 ) / Cap. 7” = ( 1.17 +1 )/ 0.039 = 55.6 pies Entonces tope cemento esta en : 4880 pies – 55.6 pies = 4824.4 pies

8.- Cual es la altura del agua en la cañería antes de comenzar a inyectar la lechada. Agua total = agua delante + agua detrás = 21.8 bbl + 2.5 bbl = 24.3 bbl H( agua total) = 24.3 bbl / 0.039 bbl /pies = 623 pies

Lechada

Tope agua EA 3651.5 pies

4830 pies

4880 pies

Cto a 4302.2 pies



Cálculos de las presiones

a)La presión en 4880 pies antes de iniciar la inyección de la lechada.

Ph (4880´ ) = Phs + Phl + Phagua = 1940.3+ 426.4 + 269.8 = 2636.5 Psi

Phs = 0.052 x 10 lb/gal x Ls = 0.052 x 10 x 3731.4 = 1940.3 Psi

Ls = 4880 pies – altura lechada en csg 7” – Altura de gua total

Ls = 4880 pies – 525.6 bbl – 623 pies = 3731.4 pies

Phl = 0.052 x 15.6 lb/gal x 525.6 pies = 426.4 Psi

Phagua = 0.052x 8.33 lb/gal x 623 pies = 269.8 Psi

Ahora revisar la información que nos dieron el Gf = 0.79 psi/pie

Podemos calcular Pf = 079 psi /pie x 4880 pies = 3855,2 Psi

La técnica del sondeo liso solo se utiliza para baja presión, no tenemos que

fracturar la formación. Entonces se acepta que a la presión de fractura

podemos disminuir 300 psi para no fracturar. Tenemos entonces :

Pf = Psuperficie + P Htotal

Psuperficie = Pf – 300 - P Htotal

Psuperficie = 3855.2 -300 – 2636.5 = 918.7 Psi

b)La presión en 4880 pies terminada la inyección de la lechada.

Idem que para a)

Ph (4880´ ) = Phs + Phl + Phagua = 269.8 psi + 45.1 psi + 2184.7 =2499.6 Psi

La altura de agua es constante cambia la de la lechada y de la salmueras.

Phagua = 0.052x 8.33 lb/gal x 623 pies = 269.8 Psi

Phl = 0.052 x 15.6 lb/gal x 55.6 pies = 45.1 Psi

Phs = 0.052 x 10 lb/gal x Ls = 0.052 x 10 x 4201.4= 2184.7 Psi

Ahora presión en superficie:



Psuperficie = 3855.2 -300 – 2499.6 = 1055.6Psi

Se puede ver que al terminar la operación, se tiene mayor presión

aplicada en superficie.

Ejercicio # 5

Veamos un ejercicio de una cementación con packer.

A.- ¿ Cuál será la presión que se va a requerir para sacar por reversa un

barril de lechada?

Para esto lo primero que tenemos que hacer, es ver cuál es la diferencia



de presión que hay entre los dos fluidos que tenemos en el pozo.

Es necesario conocer la longitud que ocupa un barril de fluido en la

tubería.

= 1 bbl / Cap. Tub. = 1bbl / 0.00384 bbl /pie = 260.4 pies

Entonces

ΔP = factor ( Dl – Df ) xL = 0.052 ( 15.8 – 8.50)x 260.4 = 99 Psi

Significa que para reversar un barril de lechada necesitamos 99 psi.

B.- ¿Cuál es la presión mínima de la bomba para sacar por reversa la

lechada de cemento , cuando está ubicada en el baleo inferior , pero que

todavía no ha ingresado lechada a la formación.

Analizaremos los volúmenes de fluido que podemos tener en el pozo,

para esto consideremos, la tubería y la cámara.

Volumenes

En 1 (tubería) , = Cap. Tub x Lt = 0.00384 bbl/pie x 6100 pies = 23.4 bbl

En Cámara, = Cap. Csg 7” X Lc = 0.04.04 BBL/PIE X 160 pies = 6.5 bbl

El volumen de la cámara es importante porque nos indica cuanto de

lechada quedara en la cámara terminada la operación.

Nos permite conocer antes de inyectar la lechada atraves de los baleos

cuanto de lechada tenemos en tubería.

Vlt = Vl – Vlc = 20.5 bbl – 6.5 bbl = 14 bbl

Para responder a la pregunta tenemos que reversar 14 bbl de lechada.

La presión será = 14 bbl x 99 psi/bbl = 1386 psi

C.- ¿Cual es la presión hidrostática en el baleo inferior, teniendo en

cuenta que todavía no ingreso lechada a la formación¿

En base a la respuesta anterior averiguamos cuanto de altura tiene la

lechada en la tubería.

= 14 bbl / Cap.tub = 14 bbl / 0.00384 bbl / pie = 3646 pies



El resto de la tubería estará con salmuera:

6100 pies = Ls + Ll = Ls + 3646 pies

Ls = 6100 pies – 3646 pies = 2460 pies

Ahora calculamos la presión hidrostática en 6260 pies.

Ph(6260 pies ) = Phtl +Phts +Phlc = 2996 + 1087.3 + 131.5 = 4214.8 psi

Phtl = Presión hidrostática en tubería dada por la lechada.

= 0.052 x 15.8 x 3646 = 2996 Psi

Phts = Presion hidrostática en tuebria dada por la salmuera

= 0.052 x 8.5 x 2460 pies = 1087.3 Psi

Phlc = Presion hidrostática en la cámara dada por la lechada

= 0.052 x 15.8 x 160 pies = 131.5 Psi

D.- ¿ Cuánto de lechada ingreso a la formación, si terminado de bombear

la lechada desplazo con 13 bbl de salmuera para alcanzar la presión final

y terminar la operación.

Empezamos a preguntarnos, ¿ qué volumen de lechada tengo al terminar

la operación en la tubería ¿

Cap. Tubería = Lechada (tubería ) + Salmuera tubería

Lechada tubería = Vlt= 23.4 bbl – 13 bbl = 10.4 bbl

Cuanto de lechada tenemos en la cámara = 6.5 bbl

Volumen lechada ingresada = Vl – Vlt – Vlc = 20.5 bbl – 10,4 bbl – 6.5 bbl

= 3.6 bbl

Ingresaron a formación 3.6 bbl de lechada



TEMA XII CEMENTACION PARA POZOS HORIZONTALES

Competencia: El estudiante analiza y evalúa con criterio las propiedades de

las lechadas para cementar en pozos horizontales

1.0.- Cementación de pozos horizontales

2.0.- Las propiedades más importantes de la las lechadas

3.0.- problemas más comunes en cementación de pozos horizontales

12.1.- CEMENTACION EN POZOS HORIZONTALES

Las técnicas usadas en la cementación de pozos horizontales han generado

cambios notables con respecto a las normalmente utilizados en pozos

verticales , en lo referente a su diseño y desplazamiento.

En estos pozos debemos considerar la excentricidad del agujero, cañería (

Standoff) y los esfuerzos que se originan por la alta inclinación, lo que hace

critico la eficiencia en el desplazamiento de los fluidos del agujero , por lo tanto

los factores como : propiedades del lodo , régimen de desplazamiento ,

centralización y el diseño de la lechada son determinantes para lograr los

objetivos buscados.

Normalmente se utiliza una combinación de lechada de barrido de larga

longitud y baja densidad , seguida de una lechada principal con corta longitud

de,alta densidad y agua libre cero; si fuera posible desplazarlas a 25 bpm , se

necesitara un programa especial de centralización y de equipos de flotación.

12.2.- LAS PROPIEDADES MÁS IMPORTANTES

Factores críticos

Para tener éxito en la cementación de una cañería con alta inclinación u

horizontal, debemos tener claro las dificultades que tenemos:

1.- El desplazamiento o remoción del fluido de perforación antes de la

cementación es mucho más difícil que para los pozos verticales. Por



consiguiente debemos trabajar mucho en los pre flujos.

Como observamos en el agujero y la cañería hay decantación de sólidos.



En los pozos altamente desviados u horizontales, las fuerzas que actúen forzan a la cañería hacia el lado inferior del agujero como se muestra en la figura inferior.

La limpieza en estas condiciones se afecta principalmente por la tolerancia

entre la cañería y el agujero, ya que ocurrirá una canalización en esa zona será

dificultoso limpiar. La información de muchas operadoras indican que con una

tolerancia de 4 cm y Standoff del 75 % , se puede lograr una buena

cementación y evitar la canalización de la lechada.

12.3.- DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO

12-3-1.- PRUEBA DE AGUA LIBRE

El agua libre en una mezcla de cemento y su posterior acumulación en la parte

superior del EA, es considerado como una de las causas principales para las

fallas de la cementación en pozos horizontales.



Lo anterior nos indica que las lechadas deben tener agua libre igual a cero.

Esto se consigue agregando aditivos, generalmente reductores de filtrado,

además el filtrado de estas lechadas debe ser menor de 75 cc.

12.3.2.- DECANTACION DE SOLIDOS

Tener agua libre igual a cero, no es la única solución para cementar una

cañería con alta desviación u horizontal. Tenemos que asegúranos que la

lechada no presente decantación de sólidos. Por esta razón en el ensayo de

agua libre debemos observar si cemento asentado en la probeta 8 si se

observa eso hay que aumentar el gel a la lechada con aditivos.

12.3.3.- CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado es crítico , dado que una lata perdida de filtrado en zonas

permeables , va a causar deshidratación de la lechada y aumento de su

viscosidad , formara un revoque grueso sobre la formación , el cual restringe el

flujo , esto puede ser critico especialmente en zonas donde tenemos baja

tolerancia entre la cañería y la formación –

12.3.4.- REGIMEN DE FLUJO

Debido a que estas lechadas tienen agua libre igual a cero, filtrado bajo, no hay

decantación de sólidos, llevan aditivos y por lo tanto tienen alta reologia, esto

hace que sea dificultosos por desplazarlas en flujo turbulento sin fracturar la

formación . Para estos trabajos es tratar de bombear al mayor caudal posible

sin que se fracture la formación.



12.3.5.- SIMULACION DEL TRABAJO

Todas la compañías de servicios una vez definidas las propiedades de la

lechada , usan simuladores con las condiciones de P y T , esperadas en fondo

de pozo , además en los mismos prueban los pre flujos.

12.3.6.- ACCESORIOS DE CEMENTACION Equipos de flotación

También la compañías de servicios tienen centralizadores especiales ,

accesorios especiales.

Documents

Libro de Cementos Petroleros Pet219