Libro de Cementos Petroleros

8/19/2019 Libro de Cementos Petroleros

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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 cementosespeciales 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 delmundo, y ha crecido en complejidad, con muchas personas, organizaciones, ytecnologías que han contribuido al estado del arte. Para ayudar al ingenieropracticante con el planeamiento y evaluación del trabajo, esta monografía hasido escrita como una referencia comprensiva con información acerca de lavariedad de materiales y técnicas usadas en la cementación de un pozo.Los capítulos están dedicados a cementos, aditivos, pruebas, planificación detrabajo, y la ejecución de trabajo de cementación primaria, cementaciónsqueeze, 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 usadaspara colocar el cemento correctamente.El programa muestra la secuencia lógica de las operaciones de cementación deun pozo para proporcionar al ingeniero petrolero los conocimientos básicos deltrabajo 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 variastécnicas de cementación y saber qué resultados pueden ser esperados.

2. Proporcionar un análisis comprensivo del estado del trabajo.


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1.3. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACIÓN

La cementación de un pozo petrolero es el proceso de mezclar de cemento yagua ( 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 abiertodebajo de la sarta de cañería. (Figura 1.1)Las dos principales funciones del proceso de cementación primaria sonrestringir el movimiento de fluido entre las formaciones y para adherir y sostenerla cañería.En adición el aislamiento de zonas productoras de petróleo, gas y agua, elcemento también ayuda a:

1. Proteger la cañería de la corrosión2. 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 vezque 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 legahasta el collar flotador, por detrás s\ del tapón se bombea la lechada

luego el tapón superior, que se desplaza con agua o lodo. El tapónsuperior asienta sobre el tapón inferior .


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Fig 1-1


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1.4.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS

PRIMEROS TRABAJOS.- La industria estadounidense de petróleotradicionalmente data sus principios con la perforación del pozo Draque en

1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada paracerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arenapetrolífera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la UniónPetrolera 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 % OilLuego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras después dedejar el pozo 28 días sin actividad tenemos la siguiente producción de líquidos:

90 % de oíl, 10 % de agua. Hoy en día esta técnica se usaLe aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla queconsiste en 50 sacos de cemento portland puro. Después de 28 días el cementofue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforación a travésde la arena petrolífera, la zona de agua había sido efectivamente aislada. Esto


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se convirtió en una práctica aceptada y pronto se propagó a otros campos enCalifornia 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 elcemento 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 deunir fragmentos de masas o de materiales sólidos en un todo compacto, taldefinición involucra a un gran # de materiales o sustancias diferentes, teniendomuy poco en común una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una deellas importancia técnica diferente. Los cementos que se usan en la industria

petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta dereferirse 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 unaproporción de (95 -97 %)/ (5 -3 % )

CLINKER

Es un compuesto químico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamoscaliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de losmateriales ( 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 elcemento portland es adecuado el procedente de todas las formacionesgeológicas , la formas más puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse laCreta y las Margas


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Arcillas

La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esenciason productos de meteorización de silicatos de los metales alcalinos yalcalinotérreos, 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 / grMomtmorillonita 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 ladureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este materialse lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamaño adecuadopara llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormenteindicadas.

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 lamateria prima.


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

Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contactocon el agua reacciónan, para formar ácidos, carbónico , sulfúrico y sulfuroso.

Pueden también volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida demateriales 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 estazona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestoscristalizados, la temperatura de 1400 –1600 0C es muy importante para la calidad delclinker.

El giro del horno mediante sus motores, su inclinación de 10 a 20 grados hacen queel 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 lafinalidad de darle características hidráulicas al clinker y retardar su tiempo deendurecimiento, 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


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- 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 responsablede la mayoría de las reacciones hidráulicas en el estado inicial. Se encuentrapresente 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 tiposde 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 , notiene 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 primerasreacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componenteminoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en laresistencia 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 cementosque tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los


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cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm desulfatos se llaman sulfatadas – Cuidado en la elección del cemento )

AFC 4

No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en elcemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indicaque la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener unamáxima 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 comoproducto la TOBERMARITA . 3 CaO.SiO2 3 H2O , QUE ES UN GELCOMPUESTO DE PARTICULAS MUY FINAS., QUE TIENEN UN GRAN AREASUPERFICIAL POR LO TANTO MEDIANTE FUERZAS ATRACTIVAS SE

ABSORBEN SOBRE TODOS LOS CRISTALES PRESENTES Y LOS UNE.


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

, hace que el cemento fraguado pierda su resistencia, lo hace mas poroso ypermeable. Siempre debemos buscar que la lechada de cemento tenga la densidad

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


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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 dela bentonita, el incremento del ph a valores > a 12, lo que resulta negativopara los polímeros que tiene el lodo.

Si se reperfora cemento con lodos base aceite, la presencia de alta concentraciónde 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, quedeben usar para conocer a partir del análisis la cantidad de los cuatrocomponentes 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


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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 conyeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso , esto porque el clinker tiene una velocidad rápida dehidratación al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energía Hidráulica ,esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores ,el yesopara 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 laConsolidación de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambiosquímicos debido a la hidratación de sus componentes produciéndose una

cristalización de los mismos que generan una resistencia en los cementos en elestado de frague.En el proceso de hidratación – frague ocurre lo siguiente. Veamos desde el puntode vista químico y físico el frague.

Desde punto de vista químico.

La hidratación del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos alPrincipio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Cálcicosdonde 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 elproceso empieza la hidratación del AC3 cristalizando junto con el remanente deCaO, mientras que el SC2 , menos básico y el hidrato de silicio forman un gelcoloidal . La hidratación del SC3 no se completa hasta los 28 días, donde en estetiempo ya empieza a cristalizar.


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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 sedebe a la hidratación continua del SC3 y SC2 que continua hasta que el cementollega 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 rotano pueden formar una masa homogénea cuando se la pone en contacto intimo. Laplasticidad 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 lahidratación, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayordureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como lacondición que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una agujapenetración de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat.Todos los alumnos deben buscar como se mide la consistencia de la lechadaen este aparato)

Tercera etapa.

Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 días, y comoconsecuencia de nuevos ajustes químicos que dan como resultado un aumentogradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de endurecimiento,este periodo es muy importante en las operaciones de cementar cañerías, mientrasmás largo este tiempo más antieconómico es para la operadora, para acortar estostiempos se han diseñado los aditivos, para bajar este periodo a horas.


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Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunoscompuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados

- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia , hayque aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor áreasuperficial ( mayor molienda)

- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC 3 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 contienensales disueltas , las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles apequeños % de esta sales , por ejemplo :

- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho más quelas de ClNa.

- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague,aunque a veces lo aceleran.


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- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual maneracualquier aditivo que en solución genere iones OH-

- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos térreos además de afectar eltiempo 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 elcemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone encontacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo unhinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado unacristalización con expansión originando disgregación del cemento. Se tieneigual 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 espor el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4

= , CO=3 ,OH- , Cl- , CO3H

- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidascelulosa 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.


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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.


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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 lasnormas API 10, " Datos específicos para Cementos de Pozos Petroleros y Aditivosde Cemento”. Estos datos han sido publicados anualmente por el Instituto

Americano de Petróleo en Dallas, Texas, desde 1953, cuando las primeras normasnacionales sobre el cemento para su empleo en pozos fueron publicadas (emitidas).


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Estos datos específicos son repasados cada año y revisados según lasnecesidades de la industria petrolera. Las diferentes clases de Cemento API parasu empleo a temperaturas y presiones de fondo de pozo están definidas abajo. Ellosestán catalogados en las normas API de fecha 10 junio de 2004.

CLASE A.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies deprofundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Disponible sóloen el tipo ordinario (similar a ASTM C 150, tipo I).CLASE B.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies deprofundidad, cuando las condiciones requieren de moderada a alta sulfatoresistencia. 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 deprofundidad, cuando las condiciones requieren de un alto endurecimientotemprano. Disponible en los tipos: ordinario y moderadamente (similar a ASTMC 150, tipo III) y altamente resistentes al sulfato.

CLASE D.- Dirigido para el empleo desde los 6000 a los 10 000 pies deprofundidad, 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 enambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

CLASE F.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 16 000 pies deprofundidad, bajo condiciones de extremadamente altas presiones ytemperaturas. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y altamenteresistentes al sulfato.

CLASE G.- Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desde lasuperficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con aceleradoresy retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de pozos ytemperaturas. 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 delcemento para pozo Clase G. Disponibles en ambos tipos: moderadamente yaltamente resistentes al sulfato.


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CLASE H.- D Dirigido para su empleo como un cemento básico de pozo desdela superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado conaceleradores y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades depozos y temperaturas. No adicionar otros aditivos más que el sulfato de calcio oel agua, o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante lafabricación 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 lasprofundidades a las que son aplicables.

1.8.

1.8 PROPIEDADES DE LA COBERTURA DE CEMENTO SEGÚN LASESPECIFICACIONES API

En las operaciones de terminación de pozo, los cementos son casiuniversalmente usados para desplazar el lodo de perforación y para llenar elespacio anular entre la cañería y el agujero abierto. Para cumplir este propósito,los cementos deben ser diseñados para ambientes de pozo variando desdeaquellos que se usan en la superficie a aquellos que están a profundidadesexcedentes de los 30000 pies de profundidad, donde las temperaturas recorren

por debajo de la congelación en áreas congeladas a más de 700ºF en pozosperforados para la producción geotérmica a vapor. Los datos específicos nocubren todas las propiedades de cemento sobre tales amplias gamas deprofundidad y presión.


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Estos, sin embargo, catalogan las propiedades físicas y químicas de lasdiferentes clases de cemento que encajarán en la mayoría de las condicionesde pozos. Estos datos específicos incluyen el análisis químico y el análisisfísico. Estos análisis comprenden: el contenido de agua, la fineza, la fuerzacompresiva, y el tiempo de espesamiento.

Aunque estas propiedades describen los cementos para objetivos específicos,los cementos para pozos petroleros deben tener otras propiedades ycaracterísticas para asegurar las funciones necesarias en fondo de pozo.Las exigencias físicas y químicas de las clases de cemento API como sedefinieron en las Normas API 10 son mostradas en las tablas 2.6 y 2.7. Laspropiedades físicas típicas de varias clases de cemento API son mostradas enla 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 estadode acuerdo con hacer el cemento según los datos específicos perfilados en lasNormas API 10. Aunque el API defina ocho clases diferentes de cemento, sólolas clases A, B, C, G, y la H están disponibles por los fabricantes y sondistribuidos en los EE UU.


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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 necesariousar productos locales. La tabla 2.9 cataloga las clasificaciones que han sidoestablecidas en varios países para los tipos más comunes de cemento dePortland usados para la construcción.


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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 claraentre tipos, porque OC tipo II o III puede fácilmente ser confundida con elcemento 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 catalogaidentificaciones equivalentes para varios tipos de cemento Portland, usados por

algunos países comúnmente asociados con la industria petrolera


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Abajo están listadas algunas Fábricas que mantienen el monograma de la API ymercado 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 AlvaradoCemento Aratu S.A. (Lone Star Industries)

Canadá Canada Cement Lafarge Ltd.Genstar Cement Ltd.

Colombia Cementos HérculesDinamarca Aktieselskabet Aalborg Portland cement FabrikEcuador La Cemento Nacional C.E.M.Inglaterra Blue Circle Industries Ltd.Francia Lafarge

Alemania Dyckerhoff Zementwerke Ag.Grecia Titan CementItalia 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 CementSingapur 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 lacementación de pozos, no están dentro de una Clasificación específica de la API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo unaespecificación reconocida, sus calidades y uniformidad están generalmentecontroladas por el distribuidor.


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Estos materiales incluyen:

1. Cementos Puzzolanos Portland2. Cementos Puzzolano – Cal3. Cementos de Resina o Plástico

4. Cementos de yeso5. Cementos diesel – petróleo6. Cementos Expansivos7. Cementos Refractarios8. Cementos de Látex9. Cementos para ambientes de congelación permanente

Cementos Puzzolánicos.- Los Puzzolánicos incluyen cualquier material consilicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de caly agua desarrollen características cementantes. Estos pueden estar divididos en

Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormentede origen volcánico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos mediantes eltratamiento 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 enla industria petrolera como una Puzolana. Este es la única puzolana respaldadopor 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 delagua y puede ser removido mediante la lixiviación. Cuando el Fly Ash estápresente en el cemento, se combina con el hidróxido de calcio, amboscontribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.

El Fly Ash tiene una gravedad específica de 2.3 a 2.7, dependiendo de lafuente, comparado con la gravedad específica del los Cementos Portland de 3.1a 3.2. Esta diferencia en gravedad específica da como resultado una lechada decemento Portland de peso más liviano que las lechadas de consistencia similarhechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la

API para el Fly Ash).


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Cementos Puzzolánicos con Cal.- Los cementos puzzolánicos con cal o cal – silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, ypequeñas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con

agua para producir formas de Silicato de Calcio. A bajas temperaturas susreacciones son más lentas que reacciones similar con Cementos Portland, yademás generalmente son recomendadas para cementaciones primarias atemperaturas superiores a los 140 ºF.

Las características de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores dela retardación, peso liviano, económicos, y poseen una dureza estable a altastemperaturas.

Cementos Plásticos o con Resina.- Los cementos plásticos o con resinas sonmateriales especialmente usados selectivamente para taponamientos deagujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementación paradisposición 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 únicapropiedad de estos cementos es que cuando la presión es aplicada a la lechadala fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un


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sello dentro de la formación. Estos cementos son especialmente usados enpozos con volúmenes relativamente pequeños. Son efectivos a temperaturasque 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) y2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 *

2H2O).

Las únicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarserápidamente, 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 pozossomeros para minimizar los recursos de emergencia después de sudesplazamiento (Ver figura 3.16).

Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un materialde taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo dondeno hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la pérdida de circulación,los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volúmenes iguales decementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble ypermanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen

propiedades de ubicación muy rápidas y pueden ubicarse prematuramentedurante el desplazamiento. (Ver sección 3.6, concerniente a la pérdida decirculación).

Cementos Diesel – oil.- Para controlar el agua en la perforación o en laproducción de pozos, las lechadas de Cementos Diesel – Oil sonfrecuentemente usadas. Estas lechadas están básicamente compuestas deCementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosén con unagente activo en superficie. Los cementos diesel – oil tienen tiempos debombeabilidad 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 cementodenso y duro.

La función del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario parahumedecer las partículas de cemento. Algunas composiciones de cementodiesel – oil contienen un anión surfactante cuyo efecto es extender la reacción o


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tiempo de espesamiento para permitir una penetración adicional a la formación.El cemento diesel – oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo deagua, pero también puede ser usado para reparar fugas en la cañería, paracombatir algunos problemas de pérdida de circulación, para taponar canalesdetrás 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 esdeseable tener un cemento que se expandirán a través del filtrado de lodo y dela tubería. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composicionesque se expanden ligeramente cuando se ubican. Estas reacciones que causanesta expansión son similares al proceso descrito en la literatura de cementacióncomo Ettringite. Ettringite es el proceso de formación de un cristal que tomalugar entre los sulfatos y el aluminato tricálcico componente en el CementoPortland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 *

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


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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 comocomponente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de losfabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, lareacción creada por la hidratación de expansión es aproximadamente de0.05 a 0.20%.

2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cementode alto C3 Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un10 a 15% de yeso. Las características expansivas son similares aaquellas del tipo K.

3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la añadidura de pequeñascantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producirfuerzas expansivas.

Hay otras formulaciones de cemento expansivo:

a) API Clase A (cemento Portland) conteniendo de un 5 a 10% de formassemihidratadas de yeso. (Las características expansivas de los cementos

API Clase A y Clase H contienen yeso – sulfato de calcio – soncomparadas en la Tabla 2.12)


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b) Cemento API Clase A, G, o H conteniendo cloruro de sodio enconcentraciones que van de un rango de 5% a la saturación.La expansión es causada por las reacciones del silicato de cloro (VerSección 3.9 para una discusión de otros beneficios de la sal.)

c) Cementos Puzzolánicos. Fuerzas expansivas son creadas cuando elálcali reacciona con un cemento Clase A, G, o H para formar cristales deSulfoaluminato.

En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificaciónen 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 unmolde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento. La fuerza expansiva esmedida cortamente después de la ubicación del cemento por una base de

referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansiónmáxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidráulica también han sidousadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos.

Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementoscon alto contenido de alúmina fabricados con la mezcla de bauxita

(aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertoscon crisol hasta que esté licuado. Dos de los más ampliamente usadoscementos con alto contenido de alúmina son los llamados Lumnite (fabricadopor Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra yFrancia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star


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Lafarge Inc.). los análisis de estos materiales difieren de los cementos Portlandporque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricación delCemento Portland.

Los análisis típicos de estos cementos refractarios muestras que contienen

aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeñas cantidades de Silicato yHierro. Los Aluminatos de Calcio en estos cementos producen unendurecimiento rápido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque dequímicos corrosivos.

Los cementos con alto contenido de alúmina son usados en pozos concombustión in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 ºFdurante el proceso de quemado.

Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer lascondiciones individuales de cada pozo, pero las características de retardaciónse diferenciarán de los cementos Portland. La adición de Cemento Portland alos Cementos refractarios causarán una ubicación rápida además, cuandoambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de formaseparada.

Cementos de Látex.- Mientras que el Cementos de látex es a veces clasificadocomo un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos APIClase A, G, o H con látex líquido o en polvo. Estos látex con químicamente

conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones defeniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtradode una lechada de cemento en los pozos. El Látex líquido es añadido enrelaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El látex en polvo nocongela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportadoal lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el látex líquido son mostradasen la tabla 2.13.


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Cementos de Congelación Permanente.- Los problemas especiales aparecenen el conductor de cementación y en la superficie de la cañería en mediosambientes congelados. A través del Ártico hay formaciones con cojinetes dehielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden serdescritos como suelos congelados en algunas áreas y en otros como bloquesde hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente convenienteusarlo para una colocación rápida, con un cemento con calor de hidrataciónbajo que no derretirá el suelo congelado (Ver sección 14.10 – AmbientesCongelados).


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FIGURA 2.7.- ÁREAS DE CONGELACIÓN PERMANENTE EN NORTEAMÉRICA.

Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso yde cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla decemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicará a los15ºF antesde su congelamiento. Para la superficie de la cañería estas lechadas sonnormalmente diseñadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, aúnasí 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 loscampos ha sido grandemente simplificada. El número de clases API ha sidoreducido 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 nocomunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dosclases. 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 lasdel Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido enCalifornia y en áreas de montañas Rocky. El resto de cemento usado en pozosson el Clase A (10%) o el Clase C (10%).

Congelación

permanente

Congelación

discontinua

Temperatura anual

Media


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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). LosCementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo elmundo.


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TEMA II

ENSAYOS BASICOS RECOMENDADOS POR EL API

Competencia :El alumno tiene el conocimiento necesario del muestreo de losaditivos, para la preparación de lechada en el laboratorio, analiza e interpreta losdiferentes ensayos sobre la lechada o el cemento fraguado. Analiza la Importanciade cada uno de los ensayos básicos y los puede modificar de acuerdo a lasnecesidades 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 1saco por cada 50 sacos de cemento.

El ASTM nos indica cual es la muestra más apropiada para el cemento. Paraefectuar ensayos simples se requiere de 11 kg de muestra, para ensayos completosse necesita 107 kg; es recomendable llevar a laboratorio por lo menos un 25% másde lo requerido.

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


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Con la muestra seleccionada realizar los ensayos, siempre debe guardarse

muestras por cualquier reclamo que exista y sea necesario repetir el trabajo en unsegundo laboratorio.

PESO DE LA MUESTRA PARA LOS ENSAYOS

Métodos de Ensayo Cantidad para EnsayoSimple Kg.

Cantidad para EnsayoDoble Kg.

Estabilidad 0.5 0.5Finura 0.5 0.5Contenido de Agua 1.1 1.1

Cantidad de Lechada 1.1 1.1

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Métodos de Ensayo Cantidad para EnsayoSimple Kg.

Cantidad para EnsayoDoble Kg.

Presión Atmosférica 1.1 42.5 A Presión 1.1 42.5Tiempo deBombeabilidad

1.1 6.8

Tiempo de 1.1 6.8Permeabilidad 1.1 1.1Pérdida de Filtrado 1.1 1.1Propiedades 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 decemento

- Los volúmenes de agua deben medirse en probetas- Mezcladora de 2 velocidades.


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- Las muestras del cemento deben ser tamizadas por una malla # 30. Todomaterial 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 deCemento %

Galón Agua por saco

A y B 46 5.19C 56 6.32

D,E,F y H 38 4.29G 44 4.97J *

*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.


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

Por ejemplo para lechadas preparadas con cemento clase A y que tiene un 6% debentonita, 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 CEMENTOVolumen

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.


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2.2.- DETERMINACIÓN DE AGUA LIBRE

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


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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 decemento 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 soportaruna cañería.

En forma resumida indicaremos como se realiza este ensayo API.

PROCEDIMIENTO:

La lechada se la prepara como se la indico anteriormente, se usa moldesrecomendados por el ASTM, una prensa hidráulica recomendada por el API, Bañospara colocar la lechada de cemento en los moldes (envejecimiento), se introducelos moldes en forma íntegra, hay dos tipos de baños:

1.- Un recipiente abierto a la presión atmosférica donde se introduce los moldes concemento, 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 temperaturashasta 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 sacalos moldes para el ensayo de resistencia a la compresión.

Si la presión de curado es mayor a la atmosférica, el periodo de curado comienzauna vez alcanzada la presión referida.


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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 cuales necesario para soportar la cañería. Muchos trabajos de investigación handemostrado que un anillo de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia ala tensión puede soportar hasta 200 pies de cañería, aun bajo condiciones de pobreadherencia 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 mayorque 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


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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 noscontestamos 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. Eningles se dice “WOC” time


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El gran problema de determinar la resistencia a la compresión en la prensahidráulica es que es destructiva y además es dificultoso que todos los moldessalgan 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 delas lechadas en forma continua una única muestra es sometida a baja presión ytemperaturas, simulando las condiciones de fondo de pozo (temperatura y presión)

Se coloca la lechada de cemento a ser ensayada, se ajusta a las condiciones defondo de pozo. Se hace pasar una señal acústica a través de la muestra delcemento. Así como la resistencia del cemento se incrementa con el tiempo defraguado, más rápida será la velocidad de la señal acústica atravesando la muestra.

Una computador con sistema Windows con el software mide los tiempos de transitode la señal en función del tiempo o interpolar los valores de la resistencia de lacompresión.

Mediante este método pueden conocer el tiempo en alcanzar el fragüe inicial (50psi), podemos alcanzar el fragüe final o cualquier otro valor intermedio quedeseemos.

Hay aparatos que permiten trabajar hasta con 8 muestras simultaneas; pero contiempo de 999 horas; 20000 psi y 400 oF.

Es importante mencionar que el software que tiene computadoras fue desarrollado apartir de ensayos distintos con la prensa hidráulica.

Señal acústica

Computador

Control presión

Manta

calefactora

Transmisor Ultrasónico

Lechada

250 cc.

Receptor

ultrasónico


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Cemento clase “H”– 35% Silica Floor (Aditivo)Densidad = 15.0 lb/galTemp. = 350 ° FPresión = 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 cementopor efecto de To


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FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTODE 2 PULGADAS.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresión, locual es necesario para soportar la cañería en el pozo.


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Para decidir cuánto tiempo se esperará para que el cemento se fragüe (paraseleccionar un tiempo WOC), es importante:

1. Conocer cuán fuerte debe ser el cemento antes de que la perforaciónpueda empezar, y

2. Entender las características de desarrollo de la dureza de los cementosen uso común.

Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8y conocer qué temperatura de curado es significativa en el desarrollo de lafuerza. Para aplicar la información de dureza o fuerza del laboratorioapropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe teneralgún conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHST´s enla mayoría de las áreas geográficas han sido razonablemente bien definidosmediante el uso de datos isotérmicos de superficie con profundidades y

gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados medianteestudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.

La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi noigualará a la temperatura de formación, de hecho, esto incluso no tiene un valorconstante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendolas temperaturas del fluido de perforación, lechada de cemento y el fluidodesplazado, 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 lacañería durante la perforación, y con un incremento de la densidad de lalechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerzacompresiva es disminuido.

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

3. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultaránun 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 serreducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas yde 6 a 8 horas en condiciones de invierno.


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TÉCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA

La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la mediciónde la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresivailimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerzacompresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por más de 40

años para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherenciadel cemento a la cañería y/o a la formación. Correlaciones comparativas hansido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerzacompresiva para producir la relación mostrada en la figura 4.9.

Una técnica más nueva y más popular para predecir la fuerza y los tiemposWOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acústicas y ultrasónicas.El analizador de cemento ultrasónico (UCA) continuamente monitorea la durezadesarrollada por cualquier composición de cemento dada (figura 4.10). Unalechada simple es desplazada en una célula que está bajo condiciones quesimulan la presión y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidadultrasónica del cemento son empezadas durante el estado fluido y continuadodurante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza parcial o finaldesarrollada.


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

FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASÓNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRÁFICOS PARAEL DESARROLLO DE LA DUREZA.

I

S I

FUERZA COMPRESIVA – PSI

No es bueno una fuerza compresivamayor a los 4 000 psi

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


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Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hastaque la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso delfraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazadorde gráficos vs. Tiempo en cualquier punto de interés (figura 4.11).

FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTOFRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASÓNICO.

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal

r

z a

r s i a ( s i )

Tiempo (días)

Cemento API Clase C – 14.8 lbm/gal

4% bentonita – 2% cloruro de calcio – 13.5 lbm/gal

r z

r s i

( s i )

Tiempo (días)


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El UCA funciona con poca atención aparte del operador desde el inicio hasta elfinal. La misma información de los estándares API sobre las pruebas paraaplastar la fuerza compresiva requeriría la curación de una multitud deespecímenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, singarantía de que la primera prueba sería lo suficiente corta o la prueba final lobastante larga para proveer con exactitud la información crítica del trabajo (verfigura 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 seanrequeridas 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 cementode 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


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2.4.- TIEMPO DE BOMBEABILIDAD O DE ESPESAMIENTO

Una de las mayores preocupaciones cuando vamos a realizar una cementación esconocer porque tiempo puede estar bombeable la lechada, para contestar a estapregunta el API, nos recomienda el ensayo de determinación del tiempo debombeabilidad, el cual se realiza el consistometro presurizado en cual podemossimular las condiciones de F.P, ( 500 °F y hasta 40000 psi)El consistometro es esencialmente un recipiente cilíndrico que contiene la lechadadentro de este cilindro hay unas paletas estacionarias, todo está encerrado en unacámara de presión, que tiene un aceite mineral recomendado por el API, estacámara 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 porla deformación de un resorte calibrado que está conectado a la paleta que está encontacto con la lechada. Mientras aplicamos calor y presión la lechada va ganandoconsistencia 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 vagraficando 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 delpozo, del volumen de lechada que se va bombear, por ejemplo cuando las cañeríasa 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 cambiootros cementaciones, por ejemplo para colocar tapones de cemento solonecesitamos 90 a 120 minuto de tiempo de bombeabilidad.(el tiempo debombeabilidad se puede modificar con aditivos).


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En la foto mostramos el consistometro presurizado.


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COLOCAR UNA COPIA DE UN TIEMPOD DE BOMBEABILIDAD

Importante es saber que la temperatura para la determinación del tiempo de bombeabilidades la temperatura de circulación y no la estática de fondo de pozo, lo que se hace esconocer la temperatura estática de fondo de fondo pozo y luego de graficas que relacionanla temperatura estática y la de circulación calculamos de la circulación para realizar elensayo 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 menosunas 6 horas como mínimo y esto hace que la temperatura en el fondo de pozo sea la decirculación, ver grafico a en la parte inferior).


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2.5.- AGUA PARA PREPARAR LA LECHADAS

La función principal del agua en una lechada de cemento es humedecerlo ytransportar la lechada al EA. Muchos trabajos de cementación han salido mal porlas impurezas que tenía el agua. Idealmente el agua para preparar la lechadadebería estar limpia y clara libre de químicos solubles , arena ,limo , material


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orgánico soluble , material alcalino o cualquier otro contaminante ; esto no siemprees posible dado que las fuentes de agua en los pozos es de distintas fuentes , sinembargo aguas hasta con 500 ppm de sólidos suspendidos puede ser utilizadasin problemas.

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

- , SO4= , OH- )

,pueden acelerar el frague del cemento , la velocidad de aceleración dependede la concentración .

El agua de mar como contiene de 30000 a 43000 ppm de sólidos solubles acelera elfrague , esto puede ser neutralizado usando aditivos para retardar el frague.

Las impurezas del agua originan en las lechadas espuma lo que dificultadalcanzar la densidad requerida. El agua potable es lo recomendado siempreque las condiciones lo permitan.

Por ser tan importante el agua RECORDAR QUE LOS ENSAYOS QUE SE REALIZANEN LOS LABORATORIOS DEBEN REALIZARSE CON EL CEMENTO QUE TENEMOSEN CAMPO Y CON EL AGUA QUE VAMOS A UTILIZAR PARA PREPARAR LALECHADA EN EL POZO.

CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA

En la cementación primaria, la lechada de cemento debe tener una viscosidad ocedencia que permita el desplazamiento del lodo más efectivo del EA y nospermita una buena adherencia entre la formación y la cañería.. Para alcanzaresto, la mayor parte de las lechadas son mezcladas con una cantidad de aguaque proporcionará un volumen fraguado igual al volumen de mezcla sin laseparación libre de agua. El tamaño de partícula, área de superficie, y todos losaditivos influencian en la cantidad de agua requerida para que la mezclaalcance una viscosidad particular en una lechada dada. Hay rangos deviscosidad para lechadas de cemento dadas y rangos de viscosidad que indicancuán espesa puede ser una mezcla y permanecer bombeable bajo condicionesde pozo dadas para el fraguado. Estas cantidades de agua son dadas entérminos específicos, definidas como sigue:


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Agua Máxima.- es la cantidad de agua para la mezcla de cualquiercomposición de cemento que dará un volumen al fraguado igual al volumen dela lechada con más de 1½% de agua libre separada. Esto es medido medianteuna prueba de asentamiento (figura 4.5) con unos 250 ml graduados despuésque la lechada ha sido agitada en un probador de tiempo de espesamiento

atmosférico. El agua máxima es la cantidad usada para la mayoría de lascementaciones porque el máximo rendimiento o “fill-up” (llenado) es necesariopara 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 unaconsistencia de 11 Bc´s (unidad de consistencia) medida en un probador detiempo de espesamiento atmosférico después de 20 minutos de agitación. La

API usa unidades de consistencia porque los valores obtenidos no sonverdaderos valores de viscosidad (poise). Bc´s están basados en un torque oresistencia 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 de30 Bc´s luego de 20 minutos de agitación. Esta nos dará una lechada bastanteespesa que puede ser usada, por ejemplo, para controlar pérdidas decirculación.

Cemento API Clase A


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La relación agua – cemento, volumen de la lechada, y volumen del fraguadoestán cercanamente relacionadas al tamaño de partícula o área superficial deun cemento (ver tabla 4.6). Para la mayoría de las Clases API, el tamaño departícula 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 lacantidad de agua mezclada y el agua libre deducida, la cual es controlablemediante el grado de fineza del cemento.

En una columna de cemento, el exceso o agua libre puede juntarse encavidades en lugar de separarse y migrar a la cima de la columna. Las pruebasrealizadas en una columna de cemento de 16 pies, con 1 pulgada en el espacioanular mostró que un cemento con un área superficial de 1 500 cm 2/g, mezcladocon 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 deagua limpia cuyo diámetro era de ½ a 1½ pulgadas. Las cavidades empiezan aformarse alrededor de 15 minutos después de que la lechada de cemento fueintroducida a la tubería.


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Esto debe ser enfatizado ya que un incremento en el contenido de aguapermitirá un tiempo de bombeabilidad más largo y aumenta el asentamientodel cemento, el agua nunca debe ser incrementada a menos que el cementosea mezclado con bentonita o un material similar para justificar el exceso deagua. 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


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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

SEDIMENTACIONMétodo 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


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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 fraguadodepende la superficie de reacción que aumenta a medida que disminuye el tamañode la partícula del cemento.

Estudios de investigación han mostrado que una partícula se hidrata a solo0.1 mm, esto significa que partículas de cemento con diámetros mayores a 0.2mm, en el centro de la partícula no ocurrirá la hidratación del cemento por lotanto esto es como un material inerte.


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Es importante entender lo del tamaño de la partícula, porque noshace entender que no debemos utilizar cementos que presentanbolas, terrones etc, dado que no podremos tener una buenalechada.

2.7.- DENSIDAD DE LAS LECHADAS

La densidad de la lechada es una propiedad muy importante, debemos medirla enel campo de la manera más exacta posible. Las lechadas de cemento puedenprepararse en gran rango de densidad, va depender de cada situación de los pozos( principalmente, sí la cañería a cementar estará en formaciones con presionesporales subnormales, o anormales). En nuestro país en un mismo pozo se utilizalechadas más livianas que el agua y lechadas densificadas con baritina y/ohematita.( los mega campos San Alberto , Sábalo , Margarita )


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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

19.0 4.0 Dispersante +baritina

1+28


1+46


1+71

ES IMPORTANTE INDICAR QUE YPFB EN EL AÑO 1988 EN EL CAMPO PARAPETY ,CON LA COMPAÑÍA DOWEL SCHLUMBERGER INTENTO PREPARAR UNA LECHADACON DENSIDAD DE 23 LB /GAL , DENSIFICADO CON HEMATITA , LA OPERACIÓNFUE UN FRACASO POR QUE NO SE LOGRO TENER UNA DENSIDAD PERMANENTELE FALTABA GELES A LA LECHADA PARA SUSPENDER A LA HEMATITA.


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La densidad se puede medir con la balanza de lodo , con la balanza presurizada deHalliburton , los camiones tienen un densímetro Nuclear.

Cuando medimos la densidad de la Lechada con la balanza de lodos, tenemos unamedición por defecto, esto se debe a que las lechadas atrapan mucho aire cuandose las está preparando. La balanza presurizada de Halliburton nos da una lecturamás real de la lechada de cemento, en realidad es una variante de la balanza delodos, con la salvedad que con una bomba manual se llena la tasa de la balanzaobligando a desalojar el aire de la lechada, sin embargo es más dificultoso su uso. (ver fotos )


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Los camiones de las compañías de servicios de cementación tienen un densímetroNuclear incorporado al camión, que puede medir la densidad a medida que sé estabombeando la lechada al pozo ( Da una medida más exacta de la densidad que losotros instrumentos ya mencionados, ver la tabla de la parte inferior )

La densidad de la lechada durante la cementación se la muestra en unapantalla digital y la registra en una cinta, esto trabajo con una fuenteradiactiva de Cesio -137, el cual está fijado en la línea de descarga donde lalechada está sometida a altas presiones, el aire entrampado es minimizado yde 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 comomidamos la densidad.


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Densidad teórica

en lb/gal

Balanza de lodo

Lb/gal

Balanzapresurizada lb/gal

DensímetroNuclear

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 pozosprofundos, durante la cementación de Liner, para efectuar cementaciones a presiónSQUEZZE, o cuando vamos a cementar la cañería de producción, la lechada queesta frente a la zona potencialmente productora de hidrocarburos debe tener unbajo filtrado.

La perdida de filtrado de una lechada en una zona permeable puede originar debidoa la perdida de agua, que la lechada levante su reología, va originarinmediatamente un revoque grueso, que puede cambiar el tipo de flujo de lalechada. 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 serealiza el ensayo de filtración para el lodo HPHT

El filtrado es el volumen de agua que se obtiene, después de 30 minutos quela lechada a sido sometida en la celda de filtración a 1000 psi, y latemperatura fijada por nosotros.

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


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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 unoaplica los 1000 psi a la lechada que está en la celda esta se deshidratacompletamente en menos de un minuto.

Se acepta la siguiente formula empírica para estimar la perdida de filtrado de unalechada en un determinado tiempo.

FT x 5.477

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

T1/2

F30 = Filtrado a 30 minutos

FT = Filrado en un tiempo T


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El control de filtrado se lo realiza agregando a la lechada aditivos que sellaman 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 esde 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 adispersar y generar finos, lo q trae como consecuencia el daño a la formaciónproduciendo baja producción de hidrocarburo

CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado en la lechada de cemento es muy importante en lacementación de liners profundos y en cementaciones Squeeze. La pérdida defiltrado a través de un medio permeable causarán un incremento en laviscosidad de la lechada y una rápida disposición del revoque de lodo,restr

Documents

Libro de Cementos Petroleros