Tecnologías Cementación de Pozos Petroleros

NUEVAS

TECNOLOGIAS PARA

LA CEMENTACIÓN DE

POZOS PETROLEROS

Academia de Formación Integral Región Occidental

Que es nuevo en Cementación?

Se ha estado avanzando en...• Sistemas de Cementos Ligeros

• Nuevos aditivos para Cemento y espaciadores

• Automatización de los equipos.

• Simuladores de “Tiempo real”

• Tratamientos para estabilización de pozos y perdidas de circulación.

• Registros para la evaluación de un cemento

• Conceptos relacionados a la migración de gas.

Se ha estado avanzando en...• Sistemas de Cementos Ligeros

• Nuevos aditivos para Cemento y espaciadores

• Automatización de los equipos.

• Simuladores de “Tiempo real”

• Tratamientos para estabilización de pozos y perdidas de circulación.

• Registros para la evaluación de un cemento

• Conceptos relacionados a la migración de gas.


TEMAS A DISCUTIR

• Re-descubrimiento del cemento espumado.

• Solución para las perdidas de circulación.

• Nuevas consideraciones para diseñar espaciadores.

• Re-descubrimiento del cemento espumado.

• Solución para las perdidas de circulación.

• Nuevas consideraciones para diseñar espaciadores.


Redescubriendo el Cemento “espumado”

En los años 80 se lanzó el cemento espumado pero su aplicación perdió fuerza por su dificultad operacional aplicando la tecnología del momento.


Que es un Cemento “espumado”?

Es un sistema conformado por una lechada de Cemento base, surfactante espumante, y un gas (usualmente Nitrógeno). Academia de Formación

Integral Región Occidental

Cemento EspumadoGenerador de Espuma

Gas Nitrógeno

Lechada de Cemento Base

Descarga de Cemento Espumado


Buscamos una “espuma” estable

• Mantenga sus burbujas separadas

• Sea porosa pero no permeable

• Su gas no migre formando canales

• Mantenga la densidad deseada

• Mantenga sus burbujas separadas

• Sea porosa pero no permeable

• Su gas no migre formando canales

• Mantenga la densidad deseada


Beneficios conocidos de los cementos espumados

• Podíamos llegar a bajas densidades• Alta resistencia según su densidad• Es una solución “Económica”

• Cementar en una etapa

• Mantener topes de cemento después de cementar

• Evitar sellar las fracturas naturales

• Facilitaba hacer forzamientos de cemento frente a formaciones débiles

• Podíamos llegar a bajas densidades• Alta resistencia según su densidad• Es una solución “Económica”

• Cementar en una etapa

• Mantener topes de cemento después de cementar

• Evitar sellar las fracturas naturales

• Facilitaba hacer forzamientos de cemento frente a formaciones débiles


Dificultades conocidas de los cementos espumados

• Dificultad operativa para mantener la relación deseada de Cemento/nitrógeno/espumante

• Era casi imposible realizar trabajos para obtener una columna de cemento con densidad constante

• No había verdadera tecnología de registros para evaluar estos cementos

• Dificultad operativa para mantener la relación deseada de Cemento/nitrógeno/espumante

• Era casi imposible realizar trabajos para obtener una columna de cemento con densidad constante

• No había verdadera tecnología de registros para evaluar estos cementos


Nuevos beneficios de un cemento espumado

Descubrimos….• Dúctil

• Aislamiento de calor

• Estable a altas temperaturas• Buena remoción de lodo.• Previene la migración de gas• Se expande (Comprensible)• Automatizando los equipos, se hace operativamente

mas factible

Descubrimos….• Dúctil

• Aislamiento de calor

• Estable a altas temperaturas• Buena remoción de lodo.• Previene la migración de gas• Se expande (Comprensible)• Automatizando los equipos, se hace operativamente

mas factible


Cemento Ultra-Ligero (4-10 ppg)

Se ha usado para cementar formaciones con bajos gradientes de fractura previniendo perdidas de circulación durante y después de cementar Academia de Formación

Integral Región Occidental

Excelente relación densidad-resistencia

Resistencias a la compresión (24 horas)

0

100

200

300400

500

600

700

800

900

Clase H

Clase A

Clase A + Econolite

PS

I

12.0 11.4 12.0 11.5 11.5 89o 90o 90o 71o 60o

Clase H + EconoliteClase H +

WG-17

Convencional

Espumado


Mejor Remoción del lodo

• Aumenta la erodabilidad del lodo gelificado o inmóvil

• Disminuye la tendencia a canalización.

• Mejora la capacidad de limpieza del pozo

• Aumenta el contraste reológico entre lodo/espaciador/cemento

• Aumenta la erodabilidad del lodo gelificado o inmóvil

• Disminuye la tendencia a canalización.

• Mejora la capacidad de limpieza del pozo

• Aumenta el contraste reológico entre lodo/espaciador/cemento

Alta Viscosidad


Previene la migración de Gas

• Flujo a través de canales irremovidos de lodo

• Flujo Microanular• Percolación del

gas en cemento sin fraguar

• Flujo a través de canales irremovidos de lodo

• Flujo Microanular• Percolación del

gas en cemento sin fraguar

GasChannel

Tipos de migración anular de gas


Percolación del gas en el Cemento sin fraguar

• Se pierde columna hidrostática

• Deshidratación del cemento

• Poca Gelificación del cemento

• Grandes tiempos entre el estado Liquido y sólido

• Se pierde columna hidrostática

• Deshidratación del cemento

• Poca Gelificación del cemento

• Grandes tiempos entre el estado Liquido y sólido

FluidLoss

GasEntry


Perdida de presión hidrostática

CementoFluido

CementoGelificando

CementoEndureciendo

Cemento fraguado

Presión de poro de la formación

Presión desobrebalance

Tiempo

Pre

sió

n H

idro

stát

ica


Cemento Espumado

CementoFluido

CementoGelificando

CementoEndureciendo

Cemento fraguado

Pre

sió

n H

idro

stát

ica

Presión desobrebalance

Presión de poro de la formación

Tiempo Academia de Formación Integral Región Occidental

9

Tiempo de estado “plástico”

12.012.0PPGPPG

12.012.0PPGPPG

00

55

1010

1515

2020

2525

3030

3535

4040

4545

Cemento EspumadoCemento Espumado

Cemento EspumadoCemento Espumado

00

0.0.55

11

1.1.55

22

2.2.55

33

3.3.55

Cemento ligero Cemento ligero convencional convencional (Bentonita)(Bentonita)Minutos vs HorasMinutos vs HorasMinutos vs HorasMinutos vs HorasT

iem

po d

e T

ran

sic

ión

- M

inu

tos

Tie

mp

o d

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ran

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- M

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ran

sis

ión

- H

ora

sTie

mp

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ran

sis

ión

- H

ora

s


Flexibilidad del CementoCemento Convencional

• Se presurizó ciclicamente varias veces hasta presentarse una fractura

• El impacto del Cañoneo puede fracturar el cemento


• No se observó fracturas

• Sólo ligera perdida de adherencia

• Se presento deformación sin fracturarse por su naturaleza elástica

El cemento espumado es más dúctil


T h e r m a l C o n d u c tiv ityo f F o a m C e m e n t

T h e r m a l C o n d u c tiv ityT h e r m a l C o n d u c tiv ityo f F o a m C e m e n to f F o a m C e m e n t

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5K

-Val

ue(D

ried

@ 2

30 °

F)

10 15.6

Density (lb/gal)

Thermal Conductivity (BTU/HR-FT-°F)Debido a que contiene burbujas de Nitrógeno, el cemento espumado tiene una menor conductividad térmica.

El cemento espumado es aislante del calor


Mejor diseño de cementos espumados

Mejor medición

de los parámetros

del pozo

Aditivos mejorados

Simuladores Mejorados

OptiCemFluid Positions

10 5 0 5 10

Cross Section (in)

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

Mea

sure

d D

epth

(ft

)

Fluids PumpedSea WaterMOBMMOBMBase Oil FlushTuned SpacerFoamed LeadTail SlurryShoe SlurryMOBMDown Hole Depth

1623.361967.6

3000.32

8799.97

(TVD)

Oil TimeBig Find - A2 OptiCem v3.0.0a0

03-Jun-99 9:43


Unidad de Nitrógeno

Unidad de Cementación Unidad de Inyección

Total Automatización e integración de los equipos


Las herramientas ultra-sónicas pueden diferenciar el contraste de impedancia de los materiales detrás de la tubería, y a través de un nuevo “software” crear imágenes detrás de la tubería

Herramientas avanzadas para evaluación de el cemento

TRAVELTRAVELTIMETIME

0 1500 150GAMMAGAMMA

0 1500 150AVZAVZ

10 10 0 0ECENECEN

0 0 1 1 0 0 20 20 0 0 6.15 6.15

CBL WAVEFORM CBL WAVEFORM IMPEDANCE IMAGE IMPEDANCE IMAGE

AMPLIFIEDAMPLIFIEDAMPLITUDEAMPLITUDE0 0 10 10AMPLITUDEAMPLITUDE0 0 60 60

FCBIFCBI1 1 0 0

X200X200

ChannelChannel

GoodGoodPipe toPipe toCementCement

BondBond

GoodGoodCement Cement

totoFormationFormation

BondBond


Limitaciones del Cemento espumado

• Coiled Tubing.

• Poco volumen de cemento

• Pozos sin información de caliper (algunos casos)

• Coiled Tubing.

• Poco volumen de cemento

• Pozos sin información de caliper (algunos casos)


Perdidas de Circulación:


5

Frecuencia de las perdidas deCirculación

* API Worldwide Cementing Practices, 1st Edition, January 1991

Revestimiento

Porcentaje de frecuencia por Pozo*

USA RNA Mundial

Superficie 24 24 21Intermedio 24 25 23Producción 24 24 24Liner 18 26 19


Perdidas de Circulación

Las causas para las perdidas de Circulación son :

• Fracturas naturales o inducidas• Formaciones con espacios vacíos• Formaciones de alta permeabilidad• Canales en zonas débiles

Las causas para las perdidas de Circulación son :

• Fracturas naturales o inducidas• Formaciones con espacios vacíos• Formaciones de alta permeabilidad• Canales en zonas débiles


Perdidas de CirculaciónSoluciones comunes

• Materiales sellantes en el lodo• “BenGum Squeeze”• Tapones de Cemento + Silicato• Revestimiento.Sus características son:• Requieren varios tratamientos• Realizar viajes adicionales• Involucran tiempo y perdida adicional de

lodo (Dinero).

• Materiales sellantes en el lodo• “BenGum Squeeze”• Tapones de Cemento + Silicato• Revestimiento.Sus características son:• Requieren varios tratamientos• Realizar viajes adicionales• Involucran tiempo y perdida adicional de

lodo (Dinero).Academia de Formación Integral Región Occidental

Perdidas de CirculaciónUna nueva Solución

Los materiales de FlexPlug son polímeros diseñados para reaccionar con cualquier lodo produciendo un material sellante en la cara del pozo o en la entrada de la fractura. La reacción instantánea permite continuar perforando tan pronto se haya finalizado el tratamiento y no requiere cambios en el ensamblaje de fondo.

Los materiales de FlexPlug son polímeros diseñados para reaccionar con cualquier lodo produciendo un material sellante en la cara del pozo o en la entrada de la fractura. La reacción instantánea permite continuar perforando tan pronto se haya finalizado el tratamiento y no requiere cambios en el ensamblaje de fondo.


Servicio de FlexPlugSM Ventajas sobre los metodos de LCM

• Puede ser bombeado a través del BHA presente - Broca y motor, MWD/LWD

• Trabaja con lodos base agua y aceite• El sello obtenido no depende de la

perdida del fluido • Reacciona instantáneamente• Se pueden sellar múltiple zonas en un

solo tratamiento sin viajes adicionales

• Puede ser bombeado a través del BHA presente - Broca y motor, MWD/LWD

• Trabaja con lodos base agua y aceite• El sello obtenido no depende de la

perdida del fluido • Reacciona instantáneamente• Se pueden sellar múltiple zonas en un

solo tratamiento sin viajes adicionales


8

Reacción del FlexPlug

10 a 60segundos

1 hora

Reacción Bengum

Servicios de FlexPlugSM Comparación de los tiempos de reacción


Los sistemas Convencionales de LC penetran mas en las fracturas

FlexPlugSM

sella con poca penetración

Técnicas deLCM

Técnicas deLCM

FlexPlug

Penetración del tratamiento


FlexPlug lodo base aguaPerfil del producto

• Se puede preparar con Diesel, Aceites Minerales y/o Sintéticos, etc..

• Reacciona con fluidos base agua• Requiere un espaciador base aceite• Se puede agregar Cemento para

mayor resistencia final.

• Se puede preparar con Diesel, Aceites Minerales y/o Sintéticos, etc..

• Reacciona con fluidos base agua• Requiere un espaciador base aceite• Se puede agregar Cemento para

mayor resistencia final.Academia de Formación Integral Región Occidental

FlexPlug lodo base aceitePerfil del producto

• Se prepara con agua

• Reacciona con fluidos base aceite

• Requiere un espaciador base agua

• Se prepara con agua

• Reacciona con fluidos base aceite

• Requiere un espaciador base agua


January 20, 1997 9

Zona dePerdida

Bombeo por elDrill Pipe

Bombeo por elAnular

FlexPlug

Espaciador

Lodo

PerforandoBombeoSimultaneopor elAnular y enDirecta.Aplicandopresión desqueeze.

Técnica de aplicación


Información para el diseño del trabajo

• Tipo de lodo• Severidad del problema• Profundidad de la(s) zona(s) de perdida• Geometría del pozo y la sarta• Historia de tratamientos previos en la

zona• Datos de Pruebas de integridad y

gradientes de fractura

• Tipo de lodo• Severidad del problema• Profundidad de la(s) zona(s) de perdida• Geometría del pozo y la sarta• Historia de tratamientos previos en la

zona• Datos de Pruebas de integridad y

gradientes de fractura


Volumen del tartamiento

Recommended Additional Reacted Treatment Volume

0

10

20

30

40

50

60

70

10 to 30 30 to 60 60 to 100 100 to 200 200 to 300 300 to 400 400 to 500 500 to 1000

Estimated Rate of Losses, bbl/hr

Ad

dit

ion

al F

inal

Pro

du

ct, b

bls

5

6.5

7

8.5

10.75

12.25

13

14.5

16

17.5

20

Rinde el doble ! Academia de Formación Integral Región Occidental

Casos Históricos

FlexPlug SM W ServiceApplication Treatment Size Results

UG Blowout - 30,000 BSW/D 82 bbls Sealed fluid exit zoneUG Blowout - 1,000 BSW/D + gas 46 bbls * Sealed influx & exit zoneLost Circulation - 60 bbl/hr 25 bbls Squeezed zone to MW + 2 ppgLost Circulation - 20 bbl/hr 19 bbls Refractured zone while POOHUG Blowout - Rate undeterminedUG Blowout - Rate undetermined

10 bbls10 bbls

Sealed gas zoneSealed 2nd gas zone

UG Blowout - Total mud loss 50 bbls Sealed zone to regain circulationLost Circulation - 10 bbl/hrLost Circulation - 10 bbl/hr

10 bbls10 bbls

No squeeze pressure - continued lossesPumped away - squeezed with cement

Lost Circulation - 20 bbl/hrLost Circulation - 10 bbl/hr

25 bbls25 bbls

Sealed multiple zones - reduced lossesSealed additional zone & drilled ahead

Lost Circulation - 15 bbl/hr 25 bbls No squeeze - No cement behind casingLost Circulation - 20 bbl/hrLost Circulation - 20 bbl/hr

25 bbls25 bbls

Squeezed zone to MW + 1 ppgSqueezed 2nd zone to MW + 1 ppg


Casos Históricos

FlexPlug SM OBM ServiceApplication Treatment Size Results


50 bbls75 bbls

Squeezed zone to MW + 2 ppgSqueezed 2nd zone to MW + 1.9 ppg

Lost Circulation - 350 bbls lostLost Circulation - 75 bbls lostLost Circulation - 85 bbls lostLost Circulation - 85 bbls lost

20 bbls20 bbls20 bbls20 bbls

Squeezed zone to MW + 0.4 ppgSqueezed 2nd zone to MW + 1.3 ppgSqueezed 3rd zone to MW + 2 ppgSqueezed 4th zone to MW + 4 ppg

Lost Circulation - 15 bbls/hrLost Circulation - 10 bbls/hr

25 bbls25 bbls

Squeezed (MW + 1 ppg) - LC on drilloutNo squeeze - continued losses to fault


15 bbls25 bbls

No squeeze pressure - continued lossesSqueezed zone to MW + 1 ppg

Lost Circulation - 10 bbl/hr 35 bbls Squeezed zone to MW + 1.5 ppgLost Circulation - 30 bbl/hrLost Circulation - 10 bbl/hr

20 bbls15 bbls

No squeeze pressure - continued lossesSqueezed zone to MW + 0.5 ppg

FlexPlug SM R ServiceApplication Treatment Size Results

UG Blowout - 30,000 BSW/D 100 bbls Sealed High pressure zoneFW Crossflow - rate unknown 20 bbls Squeezed zone to MW + 6 ppg


Fallas comunes del tratamiento

• No seguir el procedimiento recomendado

• Insuficiente volumen bombeado• Desconocimiento del mecanismo de

perdida (Formaciones vugulares)• Inducir nuevas fracturas al

incrementar el peso de lodo equivalente

• No seguir el procedimiento recomendado

• Insuficiente volumen bombeado• Desconocimiento del mecanismo de

perdida (Formaciones vugulares)• Inducir nuevas fracturas al

incrementar el peso de lodo equivalente


Consideraciones para diseñar espaciadores


• La remoción de lodos ha sido nuevamente evaluada bajo la teoria de ERODABILIDAD

• Nuevos espaciadores se han desarrollado con mejores perfiles reológicos

• Una nueva tecnología para medir la humectabilidad del agua dejada por los espaciadores al desplazar lodos base aceite.

• La remoción de lodos ha sido nuevamente evaluada bajo la teoria de ERODABILIDAD

• Nuevos espaciadores se han desarrollado con mejores perfiles reológicos

• Una nueva tecnología para medir la humectabilidad del agua dejada por los espaciadores al desplazar lodos base aceite.

Tecnologia de espaciadores


• A menudo las condiciones del pozo no permiten altas tasas de bombeo o flujo turbulento

• Las bajas tasas de bombeo no son las mas recomendadas en revestimientos excéntricos.

• La mayoría de espaciadores se diseñaban bajo reglas empíricas (10 minutos de tiempo de contacto o 1,000 ft de espaciamiento)

• A menudo las condiciones del pozo no permiten altas tasas de bombeo o flujo turbulento

• Las bajas tasas de bombeo no son las mas recomendadas en revestimientos excéntricos.

• La mayoría de espaciadores se diseñaban bajo reglas empíricas (10 minutos de tiempo de contacto o 1,000 ft de espaciamiento)

Por que nació la Erodabilidad?


• Propiedades del lodo

• Lavadores/Espaciadores

• Ejecución de la operación

• Compatibilidad de los fluidos

• Centralización

• Movimiento de la tubería

• Propiedades del lodo

• Lavadores/Espaciadores

• Ejecución de la operación

• Compatibilidad de los fluidos

• Centralización

• Movimiento de la tubería

Factores que ayudan en la remoción del lodo.


FILTRATE

Filtrado Cemento

Revestidor

Lodo “deshidratado”

Revoquedel lodo

Lodo Fluido

Formación

Que es la Erodabilidad?


Excentricidad = C / (A-B)

Eficiencia deDesplazamiento

=Area Cementada

Area Anular

AB

Formación

Lodo

Cemento

Revestidor

C

Viejos Conceptos


• Considera un esfuerzo de corte mínimo para “erodar” el lodo parcialmente gelificado o deshidratado.

• Los factores presentes son:–Velocidad del fluido (Geometría, tasa de

bombeo, excentricidad)–Reologia de los fluidos (Geles, VP/PC,

revoque del lodo, densidad).–Esfuerzo de corte del fluido a Erodar

• Considera un esfuerzo de corte mínimo para “erodar” el lodo parcialmente gelificado o deshidratado.

• Los factores presentes son:–Velocidad del fluido (Geometría, tasa de

bombeo, excentricidad)–Reologia de los fluidos (Geles, VP/PC,

revoque del lodo, densidad).–Esfuerzo de corte del fluido a Erodar

Consideraciones de la Erodabilidad


• Reducir el esfuerzo de corte del fluido a remover (Dilución, bajar reologias, tiempo estático)

• Mejorar la velocidad de los fluidos (Tasa, centralización)

• Aumentar la reologia del fluido removedor (no siempre buscar turbulencia)

• Reducir el esfuerzo de corte del fluido a remover (Dilución, bajar reologias, tiempo estático)

• Mejorar la velocidad de los fluidos (Tasa, centralización)

• Aumentar la reologia del fluido removedor (no siempre buscar turbulencia)

Técnicas para facilitar la Erodabilidad


FLUID TO BE REMOVED(1)

Required Shear Stress20.00 lbf/100 ft^2

Description 7" liner - La Ceiba 5X

WELL GEOMETRY Hole Diameter Pipe OD Avg Standoff Ratio(2)

11.500 inches 7.000 inches 60 %

CIRCULATING FLUID drilling fluid spacer cement Diesel other 2Viscosity (cp) 25.00 24.00 95.50 1.00 57.00

Yield Point(3)

lbf/100 ft^2 18.00 18.00 21.50 33.00Density lb/gal 9.80 11.50 16.40 7.00 15.70

Rate for Turbulence in Conc. Annulus 22.9 20.5 27.8 0.5 26.8

Minimum(4)

Flow Rate(5)

- 100% 28.1 26.7 3.0 49.7 ~2vs % Hole Cleaning 80% 18.0 20.6 2.2 39.2 ~2(check ecd from Cjobsim ) 60% 11.1 11.6 ~2 28.9 ~2

bbl/min 40% 5.5 5.7 ~2 18.7 ~2

Calculo de la Erodabilidad


• Diseñar la reologia del espaciador de acuerdo a cada aplicación (Usando simuladores o modelos de erodabilidad)

• Preparar un espaciador con características similares al laboratorio bajo las condiciones de fondo

• Simplificar el diseño del espaciador según los requerimientos de erodabilidad

• Diseñar la reologia del espaciador de acuerdo a cada aplicación (Usando simuladores o modelos de erodabilidad)

• Preparar un espaciador con características similares al laboratorio bajo las condiciones de fondo

• Simplificar el diseño del espaciador según los requerimientos de erodabilidad

Un Nuevo Espaciador (Tuned Spacer)


• No existía un método directo para medir la humectabilidad al agua.

• Los surfactantes y sus concentraciones eran definidos por pruebas de compatibilidad

• Algunas veces se usaba mas espaciador del necesario, o no se lograba cambiar a un 100% humectabilidad al agua (Pobre adherencia de cemento y mala interpretación de registros)

• No existía un método directo para medir la humectabilidad al agua.

• Los surfactantes y sus concentraciones eran definidos por pruebas de compatibilidad

• Algunas veces se usaba mas espaciador del necesario, o no se lograba cambiar a un 100% humectabilidad al agua (Pobre adherencia de cemento y mala interpretación de registros)

Humectabilidad


11.0 ppg PetroFree Mud

-10

40

90

140

190

240

30 40 50 60 70

% Spacer by Total Volume

Met

er R

ead

ing

Análisis de la Humectabilidad


Análisis de la Humectabilidad

PRUEBA DE MOJABILIDAD

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

VOLUMEN DE SURFACTANTES

MO

JA

BIL

IDA

D (

Hn

)

TUNED SPACER


• Permite calentar los fluidos

• Medida directa• Simple

• Permite calentar los fluidos

• Medida directa• Simple

Equipo para medir la Humectabilidad


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Tecnologías Cementación de Pozos Petroleros