Tema Cementacion -Itp

7/30/2019 Tema Cementacion -Itp

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Capacitacin: Operador Perforacin -2012

Tema: Cementaciones Primarias

AUTOR: Ing. Cervera Jorge

Neuqun2012

I-121

IncorporadoalaEnseanzaOficial


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CementacinOperador de Perforacin

2012

Autor: Jorge Cervera 2 de 18

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INDICE

CEMENTACIONES PRIMARIAS ............................................................................................. 3Cementos .............................................................................................. ......................................................................... 3Aditivos ................................................................................................. ......................................................................... 5Accesorios de la caera ...................................................................................... ....................................................... 10Presiones durante la cementacin (FIGURA 5) ........................................................................................................ 11Cementacin en etapas ................................................................................. .............................................................. 12Anexo Figuras ............................................................................... .............................................................................. 16


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CEMENTACIONES PRIMARIASSe llaman cementaciones primarias a aquellas que se efectan inicialmente para fijar

y aislar las caeras de revestimiento. Consiste en colocar cemento entre el pozoabierto y la caera durante toda o en una parte de su longitud. Los objetivosfundamentales de la cementacin son:

Aislar las distintas formaciones entre s, evitando el movimiento de los fluidosentre ellas y con la superficie.

Establecer un medio de fijacin de la caera.

Prevenir la contaminacin de las capas freticas.

Evitar la corrosin del casing.

Normalmente las caeras conductoras, gua y/o de seguridad se cementan hasta la

superficie, ya que es necesario aislar totalmente de la superficie los terrenos menosconsolidados que se encuentran cercanos al nivel del suelo y tambin se debenproteger las capas de agua potable, evitando su contaminacin. Las caerasintermedias en cambio, solo se cementan en su parte inferior y en los tramos en loscuales se deban aislar zonas problema. La caera final se cementa en toda lalongitud necesaria para dejar aisladas las formaciones de inters productivo yaquellas que puedan interferir con la futura produccin de los hidrocarburos.

Para colocar el cemento en el espacio anular entre casing y pozo, es necesariobombearlo hasta su lugar de colocacin, por lo que el cemento debe estar en formafluida. Esto se consigue preparando una mezcla de cemento mas agua denominadalechada de cemento. A esta lechada se le agregan productos que le otorgan alcemento las caractersticas requeridas para cada caso. A estos productos los

denominamos genricamente aditivos.Por lo tanto una lechada de cemento est compuesta por:

Agua + cemento + aditivos.

Cementos

El cemento es una mezcla compleja de caliza (u otros materiales con alto contenidode carbonato de calcio), slice, hierro y arcillas, molidos y calcinados, que al entrar encontacto con el agua forman un cuerpo slido. Esta mezcla de ingredientes se muele,se calcina en hornos horizontales con corriente de aire y se convierten en clinker, elcual contiene todos los componentes del cemento, excepto el sulfato de calcio, que

se le agrega como ingrediente final.De todos los cementos, el cemento Portland es el ms importante en trminos decalidad. Es el material idneo para las operaciones de cementacin de pozos.

Algunos cementos Portland son de fabricacin especial, debido a que las condicionesde los pozos difieren entre s al variar su profundidad.

El cemento fraguado tiene baja permeabilidad y es insoluble en agua, de modo queexpuesta a sta no se alteran sus propiedades. Tales atributos son esenciales paraque un cemento obtenga y mantenga el aislamiento entre las zonas del subsuelo.


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Clasificacin API y ASTM de los cementos

Las normas API se refieren a clase de cemento, las normas ASTM a tipo de cemento.

1. Cemento clase A o tipo I

Est diseado para emplearse hasta 1830 m de profundidad como mximo, contemperatura de hasta 77C y donde no se requieran propiedades especiales.

2. Cemento clase B o tipo II

Diseado para emplearse hasta 1830 m de profundidad con temperatura de hasta77C y en donde se requiera moderada resistencia a los sulfatos.

3. Cemento clase C o tipo IIIDiseado para emplearse hasta 1830 m de profundidad con temperatura de hasta77C y en donde se requiera alta resistencia a la compresin temprana. Se fabrica enmoderada y alta resistencia a los sulfatos.

4. Cemento clase D

Este cemento se emplea de 1830 m hasta 3050 m de profundidad con temperaturasde hasta 110C y presin moderada. Se fabrica en moderada y alta resistencia a lossulfatos.

5. Cemento clase E

Este cemento se emplea de 1830 m hasta 4270 m de profundidad con temperaturasde hasta 143C y alta presin. Se fabrica en moderada y alta resistencia a lossulfatos.

6. Cemento clase F

Este cemento se emplea de 3050 m hasta 4880 m de profundidad con temperaturasde hasta 160C y alta presin. Se fabrica en moderada y alta resistencia a lossulfatos.

7. Cemento clase G y H

Comnmente conocidos como cementos petroleros, son bsicos para emplearsedesde la superficie hasta 2240 m tal como se fabrican. Pueden modificarse conaceleradores y retardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones depresin y temperatura.


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En cuanto a su composicin qumica son similares al cemento API clase B. Estnfabricados con especificaciones ms rigurosas tanto fsicas como qumicas, por elloson productos ms uniformes.

8. Cemento clase J

Se qued en fase de experimentacin y fue diseado para usarse a temperaturaesttica de 351F (177C) de 3660 m a 4880 m de profundidad, sin necesidad delempleo de harina slica, que evite la regresin de la resistencia a la compresin.

Aditivos

Los aditivos cumplen las siguientes funciones principales:

Aceleradores

Retardadores del fraguado del cemento

Extendedores

Densificantes

Dispersantes.

Controladores de filtrado.

Controladores de prdidas de circulacin.

Aditivos especiales.

Categoras de los aditivos y sus funciones

Aceleradores

Son productos qumicos que reducen el tiempo de fraguado de los sistemas decemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia compresiva.

Retardadores

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

Extendedores

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

Densificantes

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


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Dispersantes

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

Controladores de filtrado

Son materiales que controlan la prdida de la fase acuosa de los sistemas decemento frente a zonas permeables.

Controlador de prdida de circulacin

Son materiales que controlan la prdida de cemento hacia zonas dbiles de laformacin o fracturas.

Aditivos especialesEs la miscelnea de aditivos complementarios para la cementacin, tales comoantiespumantes, controladores de la regresin de la resistencia compresiva,bloqueadores de gas, etc.

Clases de Aceleradores

Estos aditivos qumicos acortan el tiempo de bombeo e incrementan el desarrollo deresistencia compresiva, disminuyendo el tiempo equipo de perforacin.

Los aceleradores de mayor aplicacin son:

Cloruro de calcio (CaCI2)

Esta sal se dosifica del 2 al 4 % por peso de cemento, dependiendo del tiempo debombeo que se desea obtener. Es el producto que exhibe mayor control en el tiempode bombeabilidad.

Cloruro de sodio (NACI)

Acta como acelerador en concentraciones de hasta un 10 % por peso de agua, entreel 10 y 18 % produce un tiempo de bombeo similar al obtenido con agua dulce. Aconcentraciones mayores del 18 % causa retardamiento. La tpica concentracin de

acelerador es del 2 al 5 % por peso de agua.

Sulfato de calcio (CaSO,)

Es un material que por s mismo posee caractersticas cementantes y tiene fuerteinfluencia en expandir el cemento fraguado; como acelerador se dosifica basndoseen el tiempo que se desea y la temperatura a la cual va a trabajar. Su concentracinvara del 50 al 100% por peso del cemento.


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Retardadores del fraguado del cemento

Son aditivos qumicos que incrementan el tiempo de fraguado inicial y brindan laposibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de temperatura y presin.

Los retardadores ms conocidos son los lignosulfonatos de calcio y loscromolignosulfonatos de calcio, as como otros que son mezclas qumicas. Unostrabajan a temperaturas bajas y otros a temperaturas altas. Su dosificacin es de 0.1a 2.5% por peso de cemento.

Los retardadores ms empleados son:

Lignosulfonatos

Se componen de sales de cidos lignosulfnicos de sodio y calcio. Son polmerosderivados de la pulpa de la madera. Usualmente son compuestos no refinados y

contienen varias cantidades de compuestos sacaroides con un peso promediomolecular que vara de 20,000 a 30,000.

Debido a que los lignosulfonatos purificados pierden mucho poder retardante, laaccin retardante de esos aditivos se atribuye a la presencia de carbohidratos de bajopeso molecular.

Los retardadores de lignosulfonatos son efectivos con todos los cementos Portland yse dosifican de 0.1 a 1.5 % por peso de cemento.

Son efectivos hasta 250F (122 'C) de temperatura de pozo (BHCT) y hasta 600'F(315C) cuando se mezcla con borato de sodio.

Hasta el momento se ha comprobado que los retardadores de lignosulfonatos afectan

principalmente la cintica de la hidratacin de silicato diclcico; sin embargo, susefectos sobre la hidratacin del aluminato triclcico no son significativos.

cidos hidroxilcarboxlicos

Los cidos hidroxilcarboxlicos contienen grupos hidroxlicos (OH) y carboxlicos(CHn) en su estructura molecular. Son retardadores poderosos y se aplican en unrango de temperatura de 200F (93C) a 300F (149C).

Otro cido hidroxilcarboxlico con un fuerte efecto retardante, es el cido ctrico. stetambin es efectivo como dispersante de cemento y normalmente se usa enconcentraciones de 0.1 a 0.3% por peso de cemento.

Los cidos de hidroxilcarboxlico de manera similar que los lignosulfonatos actanms eficientemente con cementos de bajo contenido de aluminato triclcico.

Compuestos sacridos

Los sacridos son excelentes retardadores del cemento Portland.

Se usan ocasionalmente en la cementacin de pozos, por ser muy sensibles apequeas variaciones en sus concentraciones.


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Derivados de la celulosa

Los polmeros de la celulosa son polisacridos derivados de la madera o de otrosvegetales. Son estables a las condiciones alcalinas de la lechada de cemento.

El retardador celulsico ms comn es el carboximetil hidroxietil celulosa (CMHEC).Es efectivo a temperaturas superiores de 250F (120C).

Tambin la CMHEC se usa como agente de control de prdida de fluido; ademsincremento significativamente la viscosidad de la lechada.

Organofosfonatos

Se aplican a temperaturas de circulacin tan altas como 400F (204C). Presentaninsensibilidad a variaciones sutiles en la composicin del cemento, y tienden a bajarla viscosidad de lechadas densificadas.

Reductores de friccin (dispersantes)Son productos que ayudan a obtener, con gastos bajos de bombeo, el rgimenturbulento. Reducen la friccin entre granos, y entre stos y las paredes.

Generalmente son sales de cidos grasos y se dosifican del 0,2 al 2,5% por peso decemento.

En la tabla de la (FIGURA 1) pueden verse los efectos producidos por algunosaditivos a las propiedades fsicas de la mezcla.

Figura 1


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Dado que el objetivo de una cementacin es aislar las formaciones y stas de lasuperficie, es muy importante que el cemento llene totalmente el espacio anular pozo-caera y que quede adherido tanto a las formaciones como al casing. En algunos

casos, si esta adherencia no es completa puede producirse una va de comunicacinque atentara contra la aislacin buscada. Por esta razn es necesario asegurar stacon un flujo en el espacio anular que asegure un completo llenado del espacio y unamuy buena limpieza de las paredes del pozo y del exterior de la caera para que laadherencia sea efectiva. Esto se consigue con los llamados colchones lavadores,que se bombean por delante de la lechada de cemento y estn destinados a efectuaresa limpieza.

Existen dos tipos de estos colchones: los de barrido mecnico y los qumicos. Losprimeros consisten en fluidos de alta viscosidad que barren el espacio anular enforma mecnica, es decir actan por su capacidad de empujar a su paso el lodo y losrevoques haciendo una limpieza mecnica. Los colchones qumicos, que actan conelementos de ataque cido, estn destinados a disolver y remover el revoque de lasparedes del pozo.

En algunos casos se agrega una llamada lechada removedora, que es una lechadaliviana de cemento, con adicin de bentonita para agregarle viscosidad, y que actacomo una lechada de sacrificio para evitar la contaminacin de la lechada principal.

La lechada principal se bombea con dos separadores, tapones, cuyo propsito esevitar la contaminacin del cemento con el lodo de perforacin. El primero de estostapones es fusible, es decir que al asentar en el extremo de la caera debido a lasobrepresin que se produce, se rompe una membrana delgada y permite el pasajede la lechada principal de cemento. El segundo tapn es slido y al asentar sobre elprimero convierte a la caera en un recinto cerrado.

En la (FIGURA 2) se muestra un esquema de una cementacin primaria para el casode una sola etapa:

Figura 2


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Accesorios de la caera

Para efectuar una cementacin se requiere adicionar a la caera algunos elementos,

estos son: (FIGURAS 3 y 4)

Figuras 3 y 4

Zapato gua: Se coloca en la parte inferior del casing y su propsito es dar al extremode la caera una forma redondeada que facilite un descenso suave de la misma,evitando que su extremo pueda trabarse en irregularidades de las paredes del pozo.

Collar de asiento de los tapones: se coloca usualmente un cao arriba del zapato ytiene un asiento interior donde apoya el tapn fusible.

Zapato flotador: a la funcin mencionada precedentemente suma la inclusin de unavlvula de retencin que impedir el retorno de la lechada de cemento al interior delcasing una vez completada la cementacin.

Collar flotador: adems de la funcin anterior contiene una vlvula igual a la delzapato flotador, para evitar el retorno de la lechada de cemento.

Zapato diferencial: cumple las funciones del anterior, pero adems permite unllenado controlado de la caera.

Collar diferencial: cumple las funciones del anterior, pero adems permite unllenado controlado (diferencial) de la caera.

Centralizadores: estos elementos se colocan en la parte exterior de la caera y suobjetivo es mantener centralizada la caera en el pozo. De esta forma se consigue laformacin de un anillo de cemento de espesor constante y se obtiene un flujo anularque evite la canalizacin del cemento.

Rascadores: se colocan en la parte exterior de la caera y su objetivo es limpiar(rascar) el revoque que deja el lodo sobre las paredes del pozo. Constan de uncollar que rodea el casing con alambres que actan como un cepillo sobre lasparedes del pozo. El movimiento alternativo que se imprime a la caera durante lacementacin (se denomina reciprocar) facilita la accin de estos elementos.

Canasta retenedora: es un elemento que se coloca en un punto determinado de lacolumna de casing y cuya funcin es evitar que la lechada de cemento decante pordebajo de ese punto. Se utiliza en general en la cementacin en etapas, cuandoexisten tramos de cemento en posiciones intermedias del casing.


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Cuando se ha producido este cierre, si la o las vlvulas de retencin colocadas en elzapato y/o collar funcionaron correctamente, la lechada de cemento quedar retenidaen el espacio anular sin posibilidad de retorno al interior del casing. En caso que

hubieran fallado y el cemento tienda a retornar debido a la columna hidrosttica demayor densidad en el espacio anular, se debe mantener la presin en la caera paraimpedirlo hasta que el cemento endurezca.

Si bien este procedimiento es necesario en el caso de fallas en la retencin, lapresurizacin de la caera durante el frage no es recomendable, ya que al relevar lapresin con el cemento ya fraguado, al contraerse la caera puede producirse unpequeo espacio sin cemento entre pozo y caera, llamado micro anillo, quecomprometa la aislacin.

Cementacin en etapas

Sabemos que la cementacin realizada para asegurar la caera y aislar lasdiferentes capas del subsuelo, se efecta circulando una lechada de cemento hastacolocarla en el espacio anular desde el zapato hasta la altura deseada, es decircubriendo la longitud que es necesario aislar.

En algunos casos, debido a la ubicacin de las formaciones que se desea aislar, si sepretendiera aislar todo el conjunto con un solo tramo de anillo de cemento, su granlongitud podra acarrear algunos problemas que es necesario evitar.

El principal inconveniente es que, salvo que la inyeccin con la cual se est operandotenga un peso especfico similar al de la lechada de cemento, una columna delechada ms pesada que el lodo originar en el espacio anular una sobrepresinconsiderable.

Supongamos por ejemplo que se desea levantar un anillo de cemento de 1000metros de altura en un pozo de 3000 metros, y que la inyeccin que se estabausando tiene una densidad de 1, 250 Kg/dm3. Una lechada comn tendr un pesoespecfico, digamos de 1,850 g/dm3. En este caso la presin hidrosttica total que seejercer sobre el fondo del pozo ser de:

Ph = [2000 m x 1,250 kg/dm3 + 1000 m x 1,850 kg/dm3] x 10 dm3/m. cm2

Ph = 435 kg/cm2

Esta presin est alrededor de 100 kg/cm2 por sobre lo que sera una presin normal

de formacin en 3000 m, que es de alrededor de 300 kg/cm2

) y puede llegar afracturar esa u otras formaciones menos resistentes, con la consiguienteconsecuencia de que no se alcanzara el objetivo de aislar y podra daarse algunacapa.

Es necesario por lo tanto en muchos casos limitar la altura de los anillos de cemento,pero como al mismo tiempo se necesita aislar capas distantes, se debe recurrir a unaforma especial de cementacin primaria que se denomina CEMENTACION ENETAPAS.


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En las (FIGURAS 7 E, F y G) puede observarse con ms detalle el dispositivo mismo,una camisa superior (CS) est retenida en su posicin por los pernos fusibles (PFS).Por otra parte la camisa inferior (CI) est tambin retenida por los pernos fusibles

(PFI). Las lumbreras (L) que permitirn comunicar el interior de la caera con elespacio anular se hallan selladas por la camisa inferior Cl que, al igual que la superiortienen empaquetaduras E que aseguran la estanqueidad.

Para efectuar la apertura del dispositivo se utiliza un tapn slido especial que, por suformato, se denomina "torpedo". Se deja caer en el pozo y luego de pasar librementepor todo el interior de la caera y tambin por las camisas superior CS quedarretenido contra el asiento de la camisa inferior CI. Al bombear inyeccin al pozo lapresin ejercida vence la resistencia de los pernos fusibles inferiores PFI y la camisainferior CI se desplazar hasta hacer tope en el asiento inferior del dispositivo, talcomo se ve en las (FIGURA 6 C y 7F). Las, lumbreras L han quedado abiertas y porlo tanto es posible circular primero inyeccin y luego la lechada de cemento alespacio anular.

Al final de la lechada va un tapn que al llegar a la camisa superior CS del dispositivohace tope y por la tanto la presin de bombeo cortar los pernos fusibles superioresPFS, permitiendo el desplazamiento de la camisa superior CS que obturar laslumbreras L, evitando as el retorno de la lechada de cemento tal como se ve en las(FIGURA 6 D y 7G). De esta forma queda concluida la segunda etapa y lacementacin completa.

Las cementaciones pueden hacerse tambin en 3 etapas, para lo cual es necesarioun segundo dispositivo colocado en la parte inferior del tercer anillo a completar.Bsicamente la operatoria es similar, debiendo tener el segundo dispositivo pasajesuficiente para que puedan pasar por l sin afectarlo, los tapones para la primera ysegunda etapas.

Detalle del dispositivo de 2 etapa

Fig.1 Fig.2 Fig.3


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Fig.1: El dispositivo se baja intercalado en el casing con sus camisas A y B sujetaspor los pernos fusibles

Fig.2: Luego de concluida la primera etapa, se lanza el torpedo desde la superficie el

cual cae por gravedad, asienta sobre la parte inferior de la camisa A y al bombear lapresin genera una fuerza suficiente para cortar los pernos fusible inferiorespermitiendo a la camisa A delirar hacia abajo y dejar descubiertas las lumbreras.Pueden entonces bombearse los colchones lavadores y la lechada principal de lasegunda etapa al espacio anular.

Fig.3: Al final de la lechada principal se lanza el tapn ciego, el cual al llegar a lacamisa B cierra el interior del casing, generando una presin suficiente para que lafuerza resultante sobre la camisa B produzca el corte de los pernos fusiblesuperiores, haciendo que esta camisa deslice hacia abajo y obture las lumbreras.


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Anexo Figuras


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