Índice
1.0 Introducción
7
1.1
Objetivos del entrenamiento
7
1.2
Advertencias de seguridad
7
2.0 Cementación Primaria
9
2.1
Procedimientos básicos de cementación
9
2.1.1
Corriendo tubería de revestimiento
10
2.1.2
Circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforación
10
2.1.3
Prueba de presión
11
2.1.4
Bombeo de lavador y espaciador
11
2.1.5
Lanzamiento del tapón inferior
12
2.1.6
Mezcla de la lechada
13
2.1.7
Bombeo de la lechada inicial
13
2.1.8
Bombeo de la lechada de cola
13
2.1.9
Lanzamiento del tapón superior
14
2.1.10 Desplazamiento de lechadas y tapones con fluidos
14
2.1.11 Revisión de los flujos de retorno
14
2.2
Equipos
14
2.2.1 Equipo de material a granel
15
2.2.2 Unidad de bombeo de cemento
15
2.2.3 Línea de tratamiento
15
2.2.4 Sistema de mezcla
16
2.2.5 Mezclador por baches
16
2.2.6 Tanques de fluido
16
2.2.7 Sistema de aditivos líquidos
17
2.2.8 Cabezas de cementación
18
2.2.9 Equipos auxiliares para cementación
18
2.3 Cementación primaria: Procedimiento en una etapa
18
2.3.1 Cementación del tubo conductor
19
2.3.2 Cementación de tuberías de revestimiento de superficie
20
2.3.3 Cementación de tubería de revestimiento intermedia
21
2.3.4 Cementación de tubería de revestimiento de producción
21
2.3.5 Cementación de liner
22
3.0 Propiedades de Cementación
27
3.1
Densidad
28
3.2
Rendimiento
28
3.3
Tiempo de espesamiento
28
3.4
Agua de mezcla
28
3.5
Fluido de mezcla
28
3.6
Reología
28
3.7
Resistencia a la compresión
29
3.8
Control de pérdida de fluido
29
3.9
Agua libre
29
4.0 Requerimientos Claves de Calidad de Servicio
31
5.0 Cementaciones de Reparación
33
5.1
Objetivos de una cementación forzada
33
5.1.1
Reparación de un aislamiento zonal defectuoso
33
5.1.2
Eliminación de las intrusiones de agua
34
5.1.3
Reparación de fugas en la tubería de revestimiento
34
5.2
Técnicas de cementación forzada de reparación
35
5.2.1 Colocación
35
5.2.2 Bombeo
36
5.2.3 Aplicación
37
5.2.4 Cálculos de cementación forzada
43
5.3
Herramientas y equipos de superficie en la cementación forzada
43
6.0 Tapones de Cementación
45
6.1
Volumen de cemento
45
6.2
Taponamiento de una zona agotada
45
6.3
Pérdida de circulación
46
6.4
Abandono
46
6.5
Anclaje para prueba
47
6.6
Técnicas de colocación de tapones
47
6.6.1 Método del tapón equilibrado
47
6.6.2 Método de la cuchara vertedora
48
6.7
Consideraciones de diseño
49
6.7.1
Volumen de cemento
49
6.7.2
Propiedades del cemento
49
6.7.3
Tapón de cementación
50
6.7.4
Circulación inversa
50
6.7.5
Herramienta de colocación de tapones
51
6.7.7
Módulo de CemCADE para colocación de tapones
52
6.8
Procedimiento de colocación de tapones de cementación
52
6.9
Cálculo del volumen de lechada
53
6.9.1 Ejercicio de cálculo del volumen de lechada
53
6.9.2 Cálculos del volumen de lechada
53
7.0 Procedimientos Previos al Trabajo, Preparación
y Ejecución del Trabajo
55
7.1
Procedimientos previos al trabajo
55
7.1.1
Asignación del trabajo
55
7.1.2
Equipos y suministros estándar
55
7.1.3
Mezcla de material a granel
55
7.1.4
Carga de vehículos
56
7.1.5
Reunión previa al viaje
56
7.1.6
Desplazamiento hasta la locación
57
7.1.7
Ejecución del trabajo
57
7.1.8
Llegada a la locación
57
7.1.9
Armado
58
7.1.10 Mezcla de fluidos
58
7.1.11 Cemento a granel
59
7.2
Preparación del equipo
60
7.2.1
Aditamentos para tubería de revestimiento
60
7.2.2 Cabeza de cementación
60
8.0 Compruebe Sus Conocimientos
73
La cementación de pozos es el proceso por el cual se inyecta en un pozo una lechada de cementación con el fin de lograr ciertos objetivos Los principales tipos de cementación incluyen: la cementación de los liners y las tuberías de revestimiento, la colocación de tapones de cementación y la realización de trabajos de reparación de cemento.
El proceso de cementación incluye la preparación de la lechada, que se compone de cemento en polvo, agua, y aditivos químicos para controlar las propiedades del cemento. Para conseguir una densidad determinada de la lechada se utilizan equipos especiales; la densidad se mide como la cantidad de masa por unidad de volumen (por ejemplo, lbm/galUS, kg/m3, etc.). Luego
de mezclada, la lechada se bombea al pozo mediante bombas de alta presión.
1.1 Objetivos del entrenamiento
Tras el estudio del presente módulo, usted podrá:
enumerar los tipos de trabajos de cementación primaria;
explicar los distintos tipos de trabajos de cementación primaria;
definir los siguientes términos: collar de zapata, zapato, collar de flotación, tiempo de espesamiento, resistencia a la compresión; explicar el proceso de cementación por encima del anular (top-out) y cuándo se realiza;
enumerar los pasos del proceso de cementación en dos etapas;
explicar cuándo debe llevarse a cabo una cementación en dos etapas;
• • • • • •
detallar y explicar los tipos de trabajos de cementación forzada.
1.2 Advertencias de seguridad
El entrenamiento práctico requiere una supervisión apropiada. Solicite ayuda a su supervisor si no está seguro de algún proceso o del funcionamiento de algún equipo.Antes de llevar a cabo ninguna de las actividades que se describen en este documento, asegúrese de que todos los equipos de seguridad estén instalados y en perfecto estado de funcionamiento.
Deje siempre el tiempo suficiente para poder realizar de forma correcta las comprobaciones previas y posteriores a los trabajos.
La omisión de cualquiera de los pasos de un proceso puede afectar a los equipos o al trabajo.
Antes de realizar el STEM 1 de la unidad, asegúrese de llevar el siguiente equipo de protección:
overoles NOMEX
botas con puntera de acero casco de seguridad
anteojos de seguridad.
Puede que también sea necesario llevar los siguientes elementos: guantes antiparras máscara antipolvo protección auditiva. • • • • • • • • •
1.0 Introducción
Cuando lleve a cabo el mantenimiento rutinario de los equipos, esté alerta ante las posibles situaciones de riesgo. La seguridad tiene que ver principalmente con el sentido común y el entrenamiento; además, hay que tener en cuenta que cada situación tiene sus propias peculiaridades, que no siempre están previstas en las normas. El entrenamiento y la experiencia le ayudarán a garantizar la seguridad en el entorno de trabajo. Vigile cualquier peligro y tome las medidas necesarias para evitar riesgos de forma inmediata.
Respete las siguientes indicaciones para garantizar la seguridad en los trabajos:
No lleve ropa suelta o joyas, ya que podrían engancharse en los controles. Cuando monte y desmonte la unidad, utilice los escalones y barandas disponibles.
Conozca el significado de las señales manuales, así como al responsable de realizarlas
Antes de arrancar los equipos, retire a todas las personas del área de máquinas. Antes de arrancar el motor, asegúrese de haber retirado todas las herramientas y cables eléctricos.
Arranque el motor sólo en áreas bien ventiladas.
Compruebe el funcionamiento de los equipos de seguridad: luces, bocinas y frenos.
Revise con frecuencia los indicadores del motor. Esté atento a ruidos inusuales. Aplique los procedimientos LOTO (lockout/ tagout, sellado) cuando se realicen trabajos de mantenimiento en cualquier equipo. • • • • • • • • •
La cementación primaria consiste en la colocación de cemento en el anular (espacio existente entre la tubería de revestimiento y el agujero abierto o la tubería de revestimiento anterior).El objetivo de la cementación primaria es asegurar la integridad del agujero, lo cual implica los siguientes aspectos: aislamiento zonal, sustentación, protección de la tubería de revestimiento, y sustentación del agujero. Aislamiento zonal
El aislamiento zonal consiste en sellar unas zonas con respecto a otras. Esto evita el desplazamiento de líquidos y gases entre las zonas de la formación a través del anular. En la Figura 2-1 vemos un ejemplo de e cemento para evitar que el gas y el petróleo se mezclen con el agua de la zona superior.
Figura 2-1. Aislamiento Zonal
Cementación Primaria Lodo de Perforación Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento Tubería de Revestimiento Capa de Cemento en el Anular Collar de Flotación Zapata de Revestimiento Capa de Cemento en el Anular Agua
Sustentación de la tubería de revestimiento La capa de cemento proporciona soporte axial a la tubería de revestimiento de la superficie, así
como a cualquier otra tubería de revestimiento que se instale luego (por ejemplo, los liners). Protección de la tubería de revestimiento
El cemento sirve como soporte y protección contra las formaciones plásticas (por ejemplo, sales) y fluidos corrosivos de la formación (por
ejemplo, H2S y CO2).
Sustentación del agujero
El cemento actúa como soporte para el agujero en formaciones plásticas, sensibles al agua o no consolidadas.
2.1 Procedimientos básicos de
cementación
En las siguientes secciones, se describe el procedimiento básico de una cementación primaria. El proceso incluye los siguientes pasos:
corrida de tubería de revestimiento
circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforación
prueba de presión
bombeo de lavador y espaciador mezcla de lechada
bombeo de la lechada inicial o de llenado bombeo de la lechada de cola
lanzamiento del tapón superior
desplazamiento de las lechadas y tapones con fluido
comprobación de retorno de fluidos • • • • • • • • • •
2.0 Cementación Primaria
2.1.1 Corriendo tubería de revestimiento
La tubería de revestimiento se corre en el pozo tramo por tramo; las conexiones (roscadas) se realizan mediante llaves de potencia.
Normalmente, la corrida de la tubería se realiza a cabo por cuadrillas de trabajadores especializadas de empresas como Weatherford y Franks, aunque a veces también los pueden llevar a cabo las propias cuadrillas de perforación. Schlumberger no ofrece este tipo de servicios, pero sus trabajadores deben conocer el proceso y los pasos a seguir. Durante el proceso de introducción de la tubería de revestimiento, podría ocurrir algo que afectara de forma negativa al trabajo de cementación.
Una vez corrida, la tubería de revestimiento se asienta sobre el fondo o justo encima del fondo. El primer tramo de la tubería de revestimiento tiene una zapata de flotación o zapata guía en el extremo. Esta zapata sirve para proteger el extremo de la tubería de revestimiento y ayuda a guiarla en su paso hacia el fondo del pozo.
Después del primer o segundo tramo, se instala un collar de flotación. El espacio situado entre el collar de flotación y la zapata se denomina recorrido de zapata y suele tener unos 80 pies de largo. Normalmente, el recorrido de zapata se deja lleno de cemento al final del trabajo de cementación.
Nota:
Es importante que la cuadrilla de cementación revise la zapata guía y la zapata de flotación. A veces, estos elementos son suministrados por Schlumberger; otras veces, es el propio cliente quien se encarga de su suministro.
Cuando el revestimiento alcanza la profundidad deseada, hay que realizar unas conexiones especiales en el cabezal de pozo: este proceso es lo que se llama conexión niplear.
Según la locación y el cliente, la cuadrilla de cementación puede estar presente en el lugar antes de la introducción de la tubería de revestimiento o durante el proceso, o bien puede acudir una vez que se haya completado la
inserción de la tubería, cuando se está circulando el lodo de perforación antes de la cementación.
2.1.2 Circulación de lodo mediante la
bomba del equipo de perforación
Antes de bombear la lechada en el pozo, se lleva a cabo otro proceso: utilizando la bomba del equipo de perforación se hace circular lodo de perforación (también conocido como fluido de perforación) en el pozo,
con el fin de acondicionar el lodo y lavar el pozo (Figura 2-2). Este proceso recibe el nombre de acondicionamiento de lodo. Acondicionar el lodo significa conseguir que fluya sin problemas. Si no se lleva a cabo el acondicionamiento del lodo, el paso de fluido por el anular puede verse dificultado por la presencia de sectores con lodo gelificado.
Figura 2-2. Circulación de Lodo
Cementación Primaria
Lodo de Perforación
Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Circulación de Lodo
Antes de bombear la lechada en el pozo, se lleva a cabo otro proceso: mediante la bomba del equipo de perforación se hace circular lodo de perforación (también conocido como fluido de perforación) en el pozo, con el fin de acondicionar el lodo y limpiar el pozo.
Tubería de Revestimiento
Nota:
Mucho antes de que se inicie el proceso de circulación, la cuadrilla de cementación debe asegurarse de que la conexión de la reducción de circulación o de la cabeza de cementación sea compatible.
El acondicionamiento consiste en circular el lodo, que baja por la tubería de revestimiento, y retorna por el anular. En el tramo superior de la tubería de revestimiento puede instalarse una reducción de circulación; a veces, también se usa una cabeza de cementación.
Precaución:
El acondicionamiento de lodo debe diseñarse con el mismo cuidado que el proceso de eliminación de lodo; un diseño defectuoso puede provocar una canalización, la cual dificultaría e incluso podría llegar a imposibilitar la eliminación del lodo.
2.1.3 Prueba de presión
Antes de iniciar la cementación, se debe hacer una prueba de presión a las líneas de tratamiento de alta presión que van desde la unidad de cementación hasta el pozo. Se debe reparar cualquier fuga que se detecte y repetir la prueba de presión hasta conseguir el resultado adecuado. Los resultados de la prueba de presión deben registrarse y documentarse en un gráfico.
Las pruebas de presión se realizan tal y como se indica a continuación:
PASO
01
Arme las líneas desde la unidad de cementación a la conexión del pozo.PASO
02
Cebe la unidad de cementación y las líneas de cemento con agua para llenar todas las líneas.PASO
03
Cierre la válvula del cabezal de pozo y asegúrese de que no haya nadie cerca de las líneas.PASO
04
Aumente la presión hasta el nivel predeterminado haciendo que la unidad bombee agua.PASO
05
Mantenga la presión durante 5 minutos y compruebe si hay fugas.PASO
06
Libere la presión y ajuste las válvulas para llevar a cabo la mezcla y bombeo del cemento.PASO
07
Inicie el trabajo.2.1.4 Bombeo de lavador y espaciador
Antes de bombear la lechada de cementación, por lo general, se bombea un lavador químico o un espaciador densificado, o ambos, para que actúen como buffer entre el fluido de perforación y el cemento. Los lavadores químicos son fluidos base agua que pueden utilizarse en espacios anulares pequeños con geometría del agujero regular. Estos fluidos pueden utilizarse cuando se puede lograr turbulencia en todas las secciones del espacio anular. Los espaciadores son fluidos densificados que se bombean en flujos turbulentos o laminares. Estos productos sirven para eliminar completamente los fluidos de perforación del anular antes de inyectar la lechada de cementación.
Nota:
Es muy importante mantener la densidad y la jerarquía de la reología del lodo, el espaciador, la lechada inicial y la lechada de cola. La única excepción es cuando se utiliza un lavador químico en un flujo turbulento.
Los lavadores y espaciadores se preparan antes del trabajo de cementación y se bombean antes de empezar la mezcla del cemento (Figura 2-3).
Figura 2-3. Bombeo de Lavador y Espaciador
Cementación Primaria
Lodo de Perforación
Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Bombeo de Lavador y Espaciador
A continuación, se bombea un lavador químico y un espaciador. El lavador químico es un fluido que ayuda a diluir y dispersar el lodo de perforación en el agujero y el anular.
Un espaciador también es un fluido. Su misión es mantener separados el lodo de perforación y la lechada durante el proceso de desplazamiento.
El lavador y el espaciador también pueden estar diseñados para inducir flujo turbulento que ayude a la lechada a desplazar de forma eficaz el lodo de perforación en el anular.
Tubería de Revestimiento
Anular
2.1.5 Lanzamiento del tapón inferior
En los trabajos de cementación primaria, antes y después de la inyección de la lechada de cementación, se lanzan tapones limpiadores. Estos elementos sirven para separar la lechada de los fluidos de perforación, limpiar las paredes interiores de la tubería de revestimiento y
obtener una indicación positiva (presión) de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento.
Hay dos tapones. El primero, el tapón inferior, es hueco y tiene una membrana de caucho en la parte superior. Esta membrana estalla cuando el tapón llega a la parte superior del collar de flotación, en la zona inferior de la sarta de revestimiento, y se aplica presión diferencial.
El tapón inferior se lanza desde la cabeza de cementación antes de bombear la lechada de cementación por la tubería de revestimiento, y su
misión es mantener separada la lechada del lodo y limpiar el interior de la tubería de revestimiento (Figura 2-4). El tapón inferior se carga en la cabeza de cementación, que está instalada en la parte superior de la tubería de revestimiento. En algunos casos, el tapón superior se carga en la cabeza de cementación también en esta fase.
Figura 2-4. Lanzamiento del Tapón Inferior
Cementación Primaria
Lodo de Perforación
Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Lanzamiento del Tapón Inferior
El tapón inferior es un tapón limpiador de caucho. Se lanza antes de bombear la lechada de cementación.
El tapón sirve para mantener la lechada separada del lodo de perforación y ayuda a limpiar el interior de la tubería de revestimiento. Tubería de Revestimiento Anular
Nota:
Los tapones limpiadores deben cargarse en la cabeza de cementación en presencia de un representante del cliente, ya que cualquier error puede tener consecuencias catastróficas.
Antes de bombear el cemento, se llevan a cabo los siguientes procesos: las válvulas de la cabeza de cementación se colocan en la posición
correcta, el mecanismo de lanzamiento del tapón (situado en la cabeza de cementación) se activa y, por último, se bombea algo de fluido para empujar el tapón limpiador desde la cabeza hacia la tubería de revestimiento. Un testigo (tattletale) colocado en la cabeza de cementación indica el lanzamiento. Las válvulas de la cabeza de
cementación se vuelven a colocar en su posición para la cementación, y puede iniciarse la mezcla y el bombeo de la lechada de cementación.
2.1.6 Mezcla de la lechada
La lechada de cementación se forma combinando cemento seco, agua y los aditivos necesarios en un mezclador. Este proceso puede realizarse en continuo o por baches. El fluido de mezcla (agua más los aditivos del cemento) puede prepararse antes o al vuelo mediante un sistema de aditivos líquidos. En algunas locaciones, los aditivos se mezclan en seco con el cemento.
Precaución:
Los equipos de mezclado y bombeo, los fluidos y los equipos de cemento a granel deben estar correctamente preparados y
revisarse antes de iniciar el trabajo.
Nota:
Los equipos de mezclado y
bombeo, todos los fluidos y equipos de cemento a granel deben estar correctamente preparados y
revisarse antes de iniciar el trabajo.
2.1.7 Bombeo de la lechada inicial
La lechada inicial es un tipo de lechada de baja densidad y alto rendimiento diseñada para llenar y cubrir la sección superior del anular. Este material se bombea después del lavador y el espaciador y antes de la lechada de cola (Figura 2-5). Su densidad es superior a la del fluido de perforación y menor que la de la lechada de cola.
Figura 2-5. Bombeo de la Lechada Inicial
Cementación Primaria
PULSE EL BOTÓN DE REPRODUCCIÓN PARA INICIAR LA ANIMACIÓN
Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Bombeo de la Lechada Inicial
Una vez que la lechada se ha mezclado (con la densidad correcta), se bombea desde la unidad de cementación hasta la tubería de revestimiento a través de la cabeza de cementación y luego se desplaza al anular. Cuando la mezcla se realiza en continuo, el mezclado puede continuar al mismo tiempo que el bombeo, según los requisitos del trabajo. La cabeza de cementación es un contenedor montado en la tubería de revestimiento. Está unida a la unidad de cementación y sirve para inyectar los fluidos y tapones según una secuencia predeterminada. La lechada empuja el lavador, el espaciador y el tapón inferior hacia el interior de la tubería de revestimiento. Cuando el tapón inferior llega al collar de flotación, el diafragma del tapón estalla y el lavador, el espaciador y la lechada continúan hacia la zapata de revestimiento.
Hay dos tipos de lechada: la lechada inicial y la lechada de cola. La lechada inicial tiene una densidad baja y sirve para cubrir la sección superior del anular.
Tubería de Revestimiento Anular Collar de Flotación Zapata de Revestimiento Lodo de Perforación
2.1.8 Bombeo de la lechada de cola
La lechada de cola es una lechada de mayor
densidad, diseñada para cubrir la sección inferior del anular desde el fondo del agujero. Normalmente, la lechada de cola presenta unas propiedades superiores a las de la lechada inicial. Es esencial que la lechada de cementación tenga la densidad correcta para que sus propiedades sean las deseadas (Figura 2-6).
Figura 2-6. Bombeo de la Lechada de Cola
Cementación Primaria Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Bombeo de la Lechada de Cola
Hay dos tipos de lechada: la lechada inicial y la lechada de cola. La lechada de cola tiene mayor densidad y cubre la zapata. Tubería de Revestimiento Anular Collar de Flotación Zapata de Revestimiento Lodo de Perforación
2.1.9 Lanzamiento del tapón superior
El segundo tapón limpiador de cementación se denomina tapón superior y es sólido. Se bombea al final de los trabajos de cementación con el fin de separar la lechada del fluido de desplazamiento que se bombea en la siguiente etapa del proceso, y evitar así que sea contaminada por dicho fluido.
Una vez que la lechada ya se ha bombeado en la tubería de revestimiento, el tapón superior se lanza desde la cabeza de cementación (Figura 2-7).
Figura 2-7. Lanzamiento del Tapón Superior
Cementación Primaria Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Paso: Lanzamiento del Tapón Superior
El tapón superior se lanza después de bombear la lechada en la tubería de revestimiento. El tapón superior separa la lechada del fluido de desplazamiento que se inyecta en el siguiente paso del proceso y evita así que éste contamine la lechada.
Tubería de Revestimiento
Anular Lodo de Perforación
Cuando se ha inyectado la lechada de cola, se para el bombeo y, a continuación, las válvulas de la cabeza de cementación se cambian de posición para permitir bombear un fluido (normalmente agua o espaciador) que empuje el tapón superior desde la cabeza de cementación.
2.1.10 Desplazamiento de lechadas y
tapones con fluidos
A continuación, las lechadas de cementación y los tapones limpiadores se bombean (son desplazados) hacia el fondo del pozo mediante el fluido de perforación u otro fluido. Este fluido de desplazamiento empuja el tapón superior
y la lechada hacia abajo por la tubería de
revestimiento. Cuando el tapón limpiador inferior llega al collar de flotación, la membrana situada en su parte superior se rompe y la lechada es bombeada, saliendo de la parte inferior de la tubería de revestimiento y subiendo por el anular.
Cuando el tapón superior llega al tapón inferior, hay un aumento de presión. Las lechadas de cementación se encuentran en el espacio anular y en el recorrido de zapata. El proceso habrá finalizado cuando se indique un aumento de presión en la superficie y el proceso de desplazamiento haya terminado. Luego, retornarán de dos a cinco barriles y parará el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que hay fugas en el collar de flotación.
2.1.11 Revisión de los flujos de retorno
El collar de flotación está equipado con una válvula de retención que evita que los fluidos regresen por la tubería de revestimiento. Si la válvula está defectuosa, la lechada puede empujar los tapones y el fluido por la tubería de revestimiento, debido al efecto de retorno de los tubos en U. Al final de un trabajo de cementación, es necesario comprobar que el collar de flotación o la zapata de flotación no presenten fugas. Para realizar esta comprobación se espera a que el fluido retorne a los tanques de desplazamiento de la unidad de cementación. Si el collar de flotación o la zapata de flotación funcionan correctamente, dejarán que vuelvan de dos a cinco barriles y luego se interrumpirá el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que el collar de flotación tiene algún defecto.
2.2 Equipos
Los trabajos de cementación suelen realizarse con los siguientes equipos:
equipo de material a granel para el almacenamiento y la mezcla
unidad de bombeo de cemento •
líneas de tratamiento sistema de mezclado mezclador por baches tanques de fluido
sistema de aditivos líquidos cabezas de cementación.
2.2.1 Equipo de material a granel
En los trabajos de cementación primaria, se necesitan los siguientes equipos de material a granel para almacenar el cemento seco y transferirlo al sistema de mezclado de cemento (Figura 2-8):
Silos de cemento a presión o silos de
cemento de gravedad: los distintos cementos y mezclas deben almacenarse en silos de cemento separados. Los silos deben tener la capacidad suficiente para almacenar el cemento necesario. Además, estos silos también sirven para mezclar y manipular aditivos y material a granel en seco.
Figura 2-8. Equipo de Material a Granel
Transporte de cemento a granel: se utilizan para transportar el cemento seco hasta el pozo. También pueden utilizarse durante la cementación para transferir directamente el cemento al sistema de mezclado.
Compresor de aire: suministra el aire para presurizar los silos y llevar a cabo la transferencia de cemento. • • • • • • • • •
Mangueras de caucho de 4 pulgadas: sirven para transferir el material desde el silo hasta el equipo de mezclado de cemento; también se utilizan para las líneas de ventilación. Tanque de descarga: ayuda a controlar el flujo de cemento seco desde la planta de material a granel al sistema de mezclado. Es esencial mantener en buen estado el equipo de material a granel, ya que para realizar
adecuadamente los trabajos de cementación es crucial que este equipo funcione de forma efectiva.
2.2.2 Unidad de bombeo de cemento
La unidad de bombeo de cemento (Figura 2-9) desempeña las siguientes funciones:
suministra alta potencia y presión de bombeo mide los fluidos de mezcla
proporciona y controla el sistema de mezclado de cemento
controla el caudal y la presión de bombeo.
Figura 2-9. Unidades de Bombeo de Cemento
Skid de Bombeo de Cemento(CPS-361) Camión de Bombeo
de Cemento
2.2.3 Línea de tratamiento
La línea de tratamiento es un conjunto de tuberías, Tes, válvulas y uniones giratorias que se utiliza para llevar la lechada de cementación y otros fluidos bombeados desde la unidad de cementación al pozo (Figura 2-10).
• • • • • •
Figura 2-10. Línea de Tratamiento
En los trabajos de cementación, se utiliza una línea de tratamiento de dos pulgadas 1502. La línea de tratamiento debe armarse conforme a las instrucciones de la Norma de Seguridad 5 de Well Services: Bombeo a Presión y Seguridad en la Locación (sección ID# 3313681 de InTouch)..
Las líneas de tratamiento disponen de unas estrictas instrucciones de uso, inspección y prueba. Encontrará estas indicaciones en la Norma de Seguridad 23 de WS: Pruebas e Inspección de Equipos de Tratamiento (sección ID #3313701 de InTouch).
2.2.4 Sistema de mezcla
El objetivo del sistema de mezcla es garantizar la proporción exacta de cemento seco y fluido de mezcla de manera que se obtenga una lechada con características predecibles, que pueda bombearse al fondo del pozo al caudal deseado.
Se utilizan diversos tipos de sistemas de mezcla; además, estos sistemas están en continua evolución. En el Módulo JET 7 encontrará la descripción e instrucciones de uso de los sistemas de mezcla que se utilizan actualmente: Equipos de Mezclado de Cemento (sección ID# 4127834 de InTouch).
2.2.5 Mezclador por baches
La mezcla por baches es un sistema simple para la mezcla de lechadas de cementación. Existen varios tipos de mezcladores por baches, con una capacidad que oscila entre 15 y 150 bbl. Normalmente, estos mezcladores están equipados con paletas, bombas
centrífugas de circulación, y líneas para que la lechada circule y se mezcle en los tanques por baches durante el proceso de mezcla.
El procedimiento más común de mezcla por baches consiste en llenar el tanque con una lechada mezclada al vuelo con la densidad deseada y, luego, ajustar la densidad mediante la adición de fluido de mezcla o cemento. Otra técnica muy utilizada es la de llenar el mezclador por baches con fluido de mezcla y luego añadir el cemento seco desde el sistema de material a granel directamente al fluido de mezcla hasta conseguir la densidad deseada. Si utiliza este último método, añada el cemento poco a poco, con un caudal manejable; compruebe la densidad a intervalos regulares y deje que la lechada se homogenice antes de medir la densidad.
2.2.6 Tanques de fluido
Los fluidos utilizados en el proceso de
cementación (fluido de mezcla para la lechada inicial y la lechada de cola, lavadores y
espaciadores) deben almacenarse y prepararse en tanques de fluido.
El uso bombas centrífugas para la recirculación de la lechada debe limitarse al mínimo, ya que la energía de corte adicional que se añade al sistema puede afectar de forma negativa las propiedades de la lechada. Se recomienda que la lechada no se recircule con una bomba centrífuga durante más de 5 minutos por cada 10 bbl de lechada.
Las pruebas de cemento realizadas en el
laboratorio deben tener en cuenta que la mezcla de la lechada se va a realizar por baches.
Normalmente, para almacenar estos fluidos se utilizan tanques de lodo del equipo de perforación; en todo caso, la cuadrilla de cementación debe asegurarse de que:
los tanques estén limpios y no se contaminen con otros fluidos durante la preparación de los fluidos o el proceso de cementación. haya suficientes tanques y los tanques tengan la capacidad suficiente para almacenar los distintos fluidos que se
necesitan. No olvide que también debe tener en cuenta el volumen muerto del tanque. el fluido de los tanques pueda mezclarse y circular de forma adecuada para garantizar su homogeneidad.
no haya fugas en los tanques.
el caudal de fluido desde los tanques a la unidad de cementación sea el adecuado para poder alcanzar los caudales de bombeo y mezcla de diseño.
En algunos casos, los tanques para los fluidos utilizados durante el proceso de cementación son suministrados por Schlumberger.
En locaciones costafuera, se utilizan los
tanques del equipo de perforación y, en algunos casos, la unidad de cementación se alimenta directamente con agua salada. En este último caso, es necesario asegurarse de que el agua salada se utilice en las pruebas de laboratorio y de que la toma de suministro de agua salada no se encuentre cerca del fondo del mar. Para algunos fluidos es necesario utilizar agua dulce y diésel o petróleo; antes de realizar ningún trabajo, compruebe con el representante de la Empresa si el equipo de perforación dispone de estos fluidos en cantidad suficiente.
Nota:
Asegúrese de limpiar todos los tanques al final del trabajo.
•
•
•
• •
2.2.7 Sistema de aditivos líquidos
Los sistemas de almacenamiento y medición de aditivos líquidos sirven para almacenar y medir los aditivos líquidos durante las operaciones de cementación.
Inicialmente, estos sistemas se diseñaron para utilizarse en espacios confinados en equipos de perforación costafuera; sin embargo, por su eficiencia y economía, ahora son un elemento imprescindible para cualquier trabajo de
cementación en el que se utilicen aditivos líquidos.
Existen diversos tipos de sistemas de aditivos líquidos (LAS):
Sistema de control manual: cuatro tanques cerrados (1.000 galUS, 750 galUS y dos de 300 galUS) almacenan los distintos aditivos líquidos. Cuatro bombas de diafragma de accionamiento neumático envían los aditivos directamente a los tanques de almacenamiento por encima del tanque de desplazamiento de la unidad de cementación. A continuación, los aditivos líquidos se vierten en la proporción adecuada y se dispersan en el agua de mezcla.
Sistema de control automático: el sistema incluye un método para controlar de forma automática las cantidades de aditivos. El sistema está equipado con cuatro bombas de desplazamiento positivo: unos sensores magnéticos cuentan las carreras de la bomba. Esto se utiliza para medir de forma automática el volumen exacto de los aditivos que se vierte en el tanque de desplazamiento.
Sistema de aditivos líquidos computerizado: este sistema está formado por un módulo de control de medición, un caudalímetro
electromagnético con válvulas de control, y un terminal remoto que permite medir los volúmenes de aditivos programados que se vierten en el tanque de desplazamiento. •
•
Figura 2-11. Sistema de Aditivos Líquidos Computerizado
En el tanque de desplazamiento se utilizan mezcladores de aligeramiento (lightening mixers) para ayudar a mezclar los aditivos y el agua de mezcla.
Nota:
Asegúrese de limpiar todas las bombas y tuberías con agua dulce al final del trabajo.
2.2.8 Cabezas de cementación
En el Módulo JET 8 se describen con detalle las cabezas de cementación: Cabezas de Cementación y Aditamentos para Tubería de Revestimiento (sección ID# 4127832 de InTouch).
2.2.9 Equipos auxiliares para cementación
En los trabajos de cementación primaria se utilizan distintos tipos de aditamentos y accesorios para tuberías de revestimiento, entre los que se pueden incluir: zapatas guía, collares de flotación, collares de múltiples etapas, centralizadores, canastas de
cementación y colgadores de liner. La utilidad y el funcionamiento de estos equipos se describen en el Módulo JET 8: Cabezas de Cementación y Aditamentos para Tubería de Revestimiento.
2.3 Cementación primaria:
Procedimiento en una etapa
Los trabajos de cementación primaria en una etapa incluyen la cementación de: tubo conductor, tubería de revestimiento de superficie, tubería de revestimiento intermedia, tubería de revestimiento de producción, liner y conexión de liner a superficie.2.3.1 Cementación del tubo conductor
El conductor suele ser la tubería de revestimiento, que también es la más corta (Figura 2-12).
El conductor sirve para evitar que los fluidos de perforación contaminen las arenas poco profundas, así como para evitar los derrumbes, que pueden producirse fácilmente cerca de las superficies donde hay capas superficiales o lechos de grava no consolidados o sueltos.
Figura 2-12. Tubo Conductor
Tubo Conductor
El tubo conductor es la tubería de revestimiento más ancha que se corre en un pozo. El diámetro oscila entre 30 y 16 pulgadas. La función principal del tubo conductor es:
• Evitar los derrumbamientos debajo del equipo de perforación.
• Proporcionar una elevación para el niple, para permitir que el flujo de retorno de lodo vuelva a los tanques del equipo de perforación.
Los tubos conductores se asientan en zonas poco profundas, con profundidades de entre 30 y 200 pies (normalmente a 100 pies).
El tubo conductor suele tener uno de estos tres tamaños y profundidades:
30 a 20 pulgadas, soldado 20 a 16 pulgadas, roscado
30 a 300 pies (<100 pies es lo más común) En muchos casos, el tubo conductor no
necesita cementación y, en su lugar, se asienta con la ayuda de un martinete. Normalmente, es el primer tramo de la tubería de revestimiento que se corre y suele estar ya colocado cuando el equipo de perforación llega a la locación.
• • •
Aunque sea necesario cementar el tubo conductor, no se suelen utilizar tapones limpiadores de cementación. Por lo general, la cementación se realiza mediante la inserción de una tubería o tubería de perforación en el tubo conductor. Este sistema ayuda a evitar la contaminación de la lechada de cementación dentro de la tubería de revestimiento, reduce de forma significativa los volúmenes de
desplazamiento, y permite detener la mezcla de cemento cuando se detecta retorno en superficie.
Si las formaciones situadas en la superficie o cerca de ella están muy poco consolidadas, pueden producirse grandes derrumbes; por ello, es normal aplicar excesos de cemento del 100% al 200%. Para cementar este tipo de tuberías de revestimiento se utilizan lechadas de cementación aceleradas. Las tuberías de revestimiento de gran diámetro están sometidas a una fuerza de flotación ascendente enorme debida a la presión que actúa en la superficie de la cabeza de cementación. Si esta área es suficientemente grande, puede exceder el peso sumergido de la tubería de revestimiento y expulsar la tubería fuera del agujero.
2.3.1.1 Cementación a través de tuberías
de perforación
La cementación de revestimientos grandes (con diámetros superiores a 13-3/8 pulgadas) puede realizarse a través de una tubería de perforación. En la parte superior de la zapata guía o zapata de flotación (Figura 2-13) se instala un aditamento de conexión (stab-in). Esta zapata o collar actúa como receptáculo del aguijón (stinger) que se conecta a la parte inferior de la tubería de perforación. La guía se prepara con sellos o empaques que actúan como un sello contra el diámetro interno (ID) de la zapata o collar de conexión. Hecho esto, el cemento puede bombearse y desplazarse a través de la tubería de perforación hasta el anular.
Figura 2-13. Cementación a Través de Tubería de Perforación
Cementación a través de Tubería de Perforación
Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Lodo de Perforación
El cemento se mezcla y bombea a través de la tubería de perforación y pasa al anular hasta llegar a la superficie (si este es el objetivo).
Cuando se observe que el retorno es cemento de buena calidad (no contaminado), puede detenerse la mezcla y procederse al desplazamiento del volumen de la tubería de perforación. Por otra parte, si antes de que el cemento llegue a la superficie se observa una pérdida de circulación, la mezcla puede interrumpirse y desplazarse el cemento, con lo cual se evita el bombeo de grandes cantidades de cemento a las zonas de pérdida.
2.3.1.2 Cementación por encima
Si el objetivo es cementar hasta la superficie y no se consigue, bien sea por pérdidas o por bombeo de un volumen de cemento insuficiente, será necesario llevar a cabo una “cementación por encima”, con el fin de que el cemento alcance la superficie.
Para esta operación se utiliza un tubo de diámetro externo pequeño (tubería macarrón) (Figura 2-14). En el anular se pueden introducir de dos a cuatro de estas tuberías; de este modo, la lechada de cementación se puede bombear y llenar el espacio
anular. Los trabajos de cementación por encima se realizan en profundidades que suelen oscilar entre los 250 y 300 pies.
Figura 2-14. Tuberías Macarrón
Tubería de Revestimiento Tubería Macarrón insertada
2.3.2 Cementación de tuberías de
revestimiento de superficie
El segundo revestimiento –que también actúa como aislamiento para las formaciones no consolidadas o zonas de agua presentes a poca profundidad (Figura 2-15) se denomina revestimiento de superficie. En algunos
países, la legislación impone ciertos requisitos mínimos sobre las propiedades de la tubería de revestimiento y del cemento fraguado.
Figura 2-15. Tubería de Revestimiento de Superficie
Tubería de Revestimiento de Superficie
La tubería de revestimiento de superficie se corre con el fin de evitar que los fluidos de perforación contaminen las formaciones de agua dulce. Este tipo de revestimiento sirve para aislar zonas situadas cerca de la superficie no consolidadas o donde se producen pérdidas de circulación, y actúa como soporte de las siguientes tuberías de revestimiento. Además, el revestimiento de superficie ayuda a controlar la presión primaria al soportar el preventor de reventones (BOP).
El diámetro externo de estas tuberías suele oscilar entre 9-5/8 pulgadas y 20 pulgadas para profundidades de entre 100 y 5.000 pies.
La tubería de revestimiento de superficie tiene tres objetivos primordiales:
llevar el cemento hasta la superficie cementar la zapata y la zona circundante para desarrollar resistencia a la
compresión rápidamente y minimizar así el tiempo de perforación
crear un recorrido de zapata eficaz que permita llevar a cabo la prueba de integridad de presión/límite sin necesidad de realizar trabajos de cementación de reparación (cementaciones forzadas de la zapata) Para compensar la dificultad que implica determinar el diámetro exacto del agujero abierto, se utilizan excesos de lechada de entre el 50% y el 100%.
La cementación a través de tubería de perforación es la técnica más utilizada. El tiempo de perforación se reduce (los trabajos pueden realizarse con mayor rapidez), se ahorra cemento (el cemento se mezcla y bombea hasta que aparece en la superficie) y se consiguen trabajos de mejor calidad (menos riesgo de canalización y contaminación).
El tipo de lechada que se suele emplear es la lechada inicial y la lechada de cola. Las formulaciones de estas lechadas presentan las siguientes características:
La lechada inicial es una lechada extendida de baja densidad y con alto rendimiento. Ayuda a reducir el costo y las posibilidades de pérdida. La lechada de cola es una lechada con cemento puro con un acelerador que contribuye a reducir el tiempo de espera para el fraguado del cemento (WOC) y que sirve como soporte de la tubería de revestimiento en la zapata. • • • • •
2.3.3 Cementación de tubería de
revestimiento intermedia
A veces, conforme va a aumentando la profundidad de perforación, para mantener la integridad del pozo es necesario utilizar una tubería de revestimiento intermedia (Figura 2-16). Las tuberías de revestimiento intermedias se utilizan para separar el pozo en secciones explotables, aislar zonas de pérdida de circulación, secciones salinas, zonas de sobrepresión, secciones con lutitas y otras condiciones en el fondo o la superficie del pozo que puedan dificultar o hacer que sea peligroso continuar la perforación.
Figura 2-16. Tubería de Revestimiento Intermedia
Tubería de Revestimiento Intermedia
La tubería de revestimiento intermedia se utiliza para separar el pozo en las siguientes secciones explotables: • Zonas salinas • Zonas con sobrepresión • Zonas con pérdidas de
circulación aisladas • Otras condiciones en el fondo
o la superficie que pueden dificultar o hacer peligroso proseguir la perforación
El tamaño y la longitud de las tuberías de revestimiento intermedias varían mucho de un operador a otro y de un campo a otro, e incluso dentro de un mismo campo. Los tamaños más utilizados son: 13-3/8 pulgadas, 10-3/4 pulgadas y 9-5/8 pulgadas. La longitud puede oscilar entre 1.000 pies y 15.000 pies (305 m a 4.570 m).
Las tuberías de revestimiento intermedias pueden cementarse hasta la superficie o hasta la zapata de la tubería de revestimiento anterior, en función de las necesidades del cliente, la presión de fractura de la formación, etc.
Si el tramo que hay que cementar es muy largo y hay formaciones con una presión de fractura baja, la tubería de revestimiento puede cementarse en dos etapas (que se cubren en la siguiente sección de este documento).
Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección del pozo. Las más utilizadas son la lechada inicial extendida y la lechada de cola con cemento puro.
Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fluido.
Las lechadas de cola pueden estar diseñadas con un retardador y, muchas veces, también con un dispersante y un aditivo para la pérdida de fluido. En alguno casos, cuando el cemento se va a utilizar para controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales.
2.3.4 Cementación de tubería de
revestimiento de producción
La colocación y cementación de la tubería de revestimiento de producción (Figura 2-17) es uno de los pasos más importantes en la perforación de un pozo. Además de actuar como elemento de sustentación del agujero, esta tubería cumple otras misiones:
aislar la zona productiva de otras formaciones y de los fluidos presentes en ellas
actuar como cubierta de protección de los equipos de terminación, tales como:
- equipo de bombeo artificial subterráneo - equipo de terminación en zonas múltiples - mallas de control de arena
recubrir tuberías de revestimiento intermedias dañadas o desgastadas •
•
•
•
Figura 2-17. Tubería de Revestimiento de Producción
Tubería de Revestimiento de Producción
La tubería de revestimiento de producción se corre a través de la tubería intermedia y se cementa en la zona o zonas de producción. La razones principales para correr y cementar una tubería de revestimiento de producción son las siguientes:
• Aislar las zonas de producción, y los fluidos que contienen, de otras zonas
• Actuar como cubierta de protección de los equipos de producción subterráneos (terminaciones) • Recubrir las tuberías de
revestimiento intermedias dañadas o desgastadas
La longitud y tamaño de la tubería de revestimiento de producción varía mucho, pero las más usuales son: 4-1/2 pulgadas, 5 pulgadas, 7 pulgadas y 9-5/8 pulgadas.
Las tuberías de revestimiento de producción pueden introducirse como una sarta completa desde el fondo del pozo (profundidad total) hasta la superficie o desde el fondo del pozo (profundidad total) hasta 100 o 200 pies dentro de la tubería de revestimiento anterior. Este último tipo de tubería recibe el nombre de liner.
Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección del pozo. Se suele utilizar una sola lechada de cementación o lechada inicial extendida y lechada de cola pura:
Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fluido.
•
Las lechadas de cola pueden llevar un retardador y, muchas veces, también un dispersante y un aditivo para la pérdida de fluido.
Cuando el cemento se va a utilizar para controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales.
El diseño de los trabajos de cementación es esencial para que los trabajos sean efectivos. Se debe prestar una especial atención al diseño de las lechadas de cementación y a la colocación del cemento.
2.3.5 Cementación de liner
Los liner son tuberías de cementación que no llegan hasta la superficie sino que son colgadas del interior de la tubería anterior (Figura 2-18). La superposición depende del objetivo del liner y puede oscilar entre 50 y 500 pies.
Figura 2-18. Liner
Liner Sistemas de Mezcla y Bombeo de Cemento
Lodo de Perforación
El uso de liner (como tuberías de revestimiento de producción) permite utilizar menos tubería de revestimiento y, por tanto, reducir el costo del pozo. Las tolerancias anulares suelen
ser pequeñas; debido a esto, en los trabajos de cementación puede ser necesario utilizar fluidos y técnicas de colocación especiales para reducir el riesgo de sufrir pérdidas.
Las lechadas utilizadas en la cementación de los liner están diseñadas para presentar unas propiedades de fluidez y de fraguado que garanticen una buena sustentación y aislamiento. Si el volumen lo permite, la lechada se mezclará por baches.
Los liner pueden ser liner de producción, liner de perforación o conexiones de liner a superficie (“tie-back”).
El liner de producción corre desde la última tubería de revestimiento hasta el fondo del pozo (profundidad total) y sustituye a la tubería de revestimiento de producción. Este liner está en contacto directo con los tramos de producción, de modo que la cementación en este punto es crítica.
Los liner de perforación se utilizan en las operaciones de perforación para poder aumentar la profundidad del pozo; su función es aislar las zonas de pérdida de circulación y otras zonas problemáticas.
Una conexión de liner a superficie asciende desde el tope de un liner ya existente hasta un punto superior en el interior de otra tubería de revestimiento. Se utiliza para reparar tuberías de revestimiento dañadas, desgastadas o corroídas situadas sobre otro liner ya existente.
Para correr y colgar el liner dentro de una tubería de revestimiento es necesario utilizar equipos especiales. Schlumberger no
suministra este tipo de equipos (entre los que se incluye la cabeza de cementación del liner). La cuadrilla de cementación debe coordinar los trabajos de cementación junto con el cliente y el proveedor de equipos para liner.
2.3.6 Cementación de conexiones de liner
a superficie
Las conexiones de liner a superficie
(complementos de liner) (Figura 2-19) salen desde superiores tope de un liner ya existente y ascienden hasta un punto determinado o hasta la superficie. Se utilizan para reparar tuberías de revestimiento dañadas, desgastadas o corroídas y para reforzar la protección contra la presión y la corrosión.
Figura 2-19. Cementación de Conexiones de Liner a Superficie
Para instalar una conexión de liner a superficie, el liner original debe tener instalado un conector. Normalmente, se trata de un receptáculo de diámetro interno pulido que va unido a la parte superior del colgador del liner. En el extremo de la conexión de liner a superficie se coloca un aguijón (stinger) con sellos o un niple de sello. En algunos casos, también se utiliza un empacador y cuñas de anclaje.
A veces, se puede hacer la cementación a través de la conexión de liner a superficie, en el anular entre el tie-back y el tubería de revestimiento anterior.
2.4 Cementación primaria:
Procedimientos con múltiples etapas
Los trabajos de cementación con múltiples etapas se utilizan para separar y aislar zonas. En primer lugar, la lechada de cementación se asienta alrededor de la sección inferior de una sarta de revestimiento con el cemento colocado hasta una profundidad determinada. Acontinuación, a través de los puertos del collar o collares de etapa colocados en la sarta de revestimiento, se cementan de forma sucesiva las etapas superiores. Un collar de etapa es básicamente una junta de revestimiento con puertos que se abren y cierran o sellan mediante camisas de accionamiento a presión.
La cementación de etapas múltiples se utiliza con los siguientes fines:
reducir la presión hidrostática en las formaciones que no pueden soportar la presión hidrostática ejercida por una columna larga de cemento
aislar dos zonas con problemas en una misma sección del agujero del pozo, por ejemplo, una zona de alta presión y una zona con una presión de fractura baja ahorrar cemento en aquellos pozos en los que sólo es necesario cementar la parte inferior y una porción superior de la tubería de revestimiento
Las tres técnicas de cementación de múltiples etapas más utilizadas son:
cementación regular en dos etapas; la cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta cementación continua en dos etapas; ambas etapas se cementan en una sola operación continua
cementación en tres etapas; la
cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta. • • • • • •
Con la introducción y aplicación de la familia LiteCRETE* de sistemas de cemento, se ha reducido en los últimos tiempos, el uso de cementaciones con múltiples etapas. La baja densidad y las mejores propiedades mecánicas de estos sistemas permiten cementar las sartas de revestimiento sin necesidad de utilizar
collares de etapa.
Para realizar una cementación en dos etapas se siguen estos pasos:
PASO
01
Circulación y acondicionamiento del lodo.PASO
02
Pruebas de presión de las líneas.PASO
03
Bombeo del lavador y/o espaciador.PASO
04
Bombeo de la lechada decementación inicial y/o de cola (cementación de la primera etapa).
PASO
05
Lanzamiento del tapón de la primera etapa.PASO
06
Desplazamiento de la lechada de cementación de la primera etapa hasta la zapata (profundidad total).PASO
07
Bombeo del tapón de la primera etapa para verific*ar que ha llegado al collar deflotación.
PASO
08
Purga y comprobación de los retornos.PASO
09
Lanzamiento de la bomba de apertura del collar de etapa (hasta que caiga en el collar de etapa).PASO
10
Presurización de la bomba de apertura instalada en el collar de etapa; apertura de los puertos en el collar de etapa.PASO
11
Circulación a través de los puertos del collar de etapa.PASO
12
Bombeo del lavador o espaciador antes de la inyección de la lechada decementación de la segunda etapa.
PASO
13
Bombeo de la lechada decementación inicial y/o de cola (cementación de la segunda etapa).
PASO
14
Lanzamiento del tapón de cierre.PASO
15
Desplazamiento del tapón de cierre hasta el collar de etapa.PASO
16
Presurización del tapón de cierre para cerrar los puertos del collar de etapa.PASO
17
Liberación y comprobación de los retornos.Los cementos Portland están diseñados para utilizarse en la cementación de pozos, en muy diversas condiciones: distintas temperaturas y presiones, y formaciones y fluidos con distintas propiedades. Para poder utilizar las lechadas en estas distintas condiciones, se emplean numerosos aditivos de cemento, diseñados en condiciones simuladas.
La propiedades de la lechada y del cemento fraguado se diseñan y evalúan en un
laboratorio, donde se simulan las distintas condiciones en las que van a emplearse. Los procedimientos de prueba en laboratorio se rigen por las normas incluidas en API RP 10B: Procedimiento Recomendado para la Prueba de Cementos para Pozos (Recommended Practice for Testing Well Cements).
Reporte de Prueba de Cemento en Laboratorio – Lechada de Cola 9 5/8" GB
Datos del pozo
Composición
Reología (lecturas promedio)
Tiempo de espesamiento
Fluido libre
Resistencia a compresión UCA – Resultados registrados
Pérdida de fluido
Comentarios
Firmas
Nº fluido : NLA 27805002 Cliente :X Locación / Equipo de perforación : XZ Fecha : 18-03-2006 Nombre del pozo : 995 #2 Campo : XY
Tipo de trabajo Lechada de cola de 9 5/8" Profundidad 6500,0 pies TVD 6500,0 pies
BHST 145 ºF BHCT 110 ºF BHP 3850 psi
Temperatura inicial 80 ºF Tiempo hasta temp. 00:35 hr:mn Velocidad de calentamiento (ºF/min) Presión inicial 475 psi Tiempo hasta presión 00:35 hr:mn Programa CemCADE
Densidad 16,40 lpg Rendimiento 1,07 pies cúbicos/sk Fluido de mezcla 4,418 galones/sk
Porosidad 55,3 % Fracción sólida 44,7 % Tipo de lechada Convencional
H Mezcla Muestra campo
Agua dulce 3,368 gals/sk Fluido base
Pv: 88,947 cP Pv: 86,386 cP Ty: 5,50 lbf/100 pies2 Ty: 39,76 lbf/100 pies2 D047 0,020 gals/sk ANTIESPUMANTE D500 1,000 gals/sk GASBLOK LT D177 0,010 gals/sk RETARDADOR 1008933 D080 0,020 gals/sk DISPERSANTE
Código Concentración Componente Número de lote
(rpm) (deg) (deg) 300 93,0 125,0 200 66,0 98,0 100 36,0 70,0 60 24,0 58,0 30 14,0 46,0 6 6,0 32,0 3 5,0 28,0 Temperatura 80 ºF 110 ºF Consistencia Tiempo n m : r h 1 5 : 4 0 c B 0 3 n m : r h 5 3 : 5 0 c B 0 7 n m : r h 9 3 : 5 0 c B 0 0 1 0,0 mL/250 mL En 2 hrs A 110 ºF y 0º incl. Sedimentación Ninguna Tiempo CS 12:00 hr:mn 1502 psi 12:00 hr:mn 2522 psi Pérdida de fluido API 20 mL 10 mL en 30 min a 110 ºF y 1000 psi Lechada con 0,02 gals/sk de D177 demoró 6:19 para llegar a 70 Bc.
Figura 3-1. Reporte de Prueba de Cemento en Laboratorio
Antes de llevar a cabo una cementación, el laboratorio suministrará al supervisor de campo un reporte como el que se muestra en la Figura 3-1. A partir de este documento, el supervisor de cementación sabe qué aditivos se necesitan, las concentraciones de los componentes y las propiedades de la lechada de cementación.
El reporte de laboratorio contiene las características de la lechada que se va a bombear al pozo. Estas características incluyen: densidad, rendimiento, tiempo de espesamiento, agua de mezcla, fluido de
mezcla, resistencia a la compresión, pérdida de fluido y agua libre.
3.1 Densidad
La densidad es el peso por unidad de volumen y suele expresarse en lbm/galUS o kg/m3.
Las lechadas utilizadas en la cementación de pozos de petróleo y gas tienen una densidad entre 11,5 lbm/galUS y 19,0 lbm/galUS [1.380 kg/m3 y 2.280 kg/m3].
3.2 Rendimiento
Es el volumen de lechada obtenido al mezclar un saco de cemento con la cantidad deseada de agua y otros aditivos. Se suele expresar en m3/kg o pies cúbicos/saco.
3.3 Tiempo de espesamiento
Las pruebas del tiempo de espesamiento sirven para calcular el tiempo que una lechada está en estado líquido en las condiciones de presión y temperatura simuladas del pozo. Estas condiciones se simulan mediante un consistómetro presurizado, que mide la consistencia de la lechada de prueba contenida en una copa rotativa. Los resultados de la prueba se expresan en unidades Bearden de consistencia (Bc).
La prueba del tiempo de espesamiento finaliza cuando la lechada de cementación alcanza una consistencia de 100 Bc. No obstante, 70 Bc se considera el valor máximo de consistencia bombeable.
3.4 Agua de mezcla
El agua de mezcla es la cantidad de agua, expresada en galones por saco de mezcla de cemento seco, antes de la adición de los aditivos líquidos. Normalmente se expresa en galones por saco y puede ser tanto agua dulce como agua salada.
3.5 Fluido de mezcla
El fluido de mezcla es la cantidad total de aditivos líquidos más el agua de mezcla, expresada en galones por saco de cemento seco. Normalmente se expresa en galones por saco.
3.6 Reología
La reología define las propiedades de flujo de la lechada. Estas características se controlan con el fin de facilitar la mezcla y bombeabilidad y obtener las características deseadas del caudal del fluido. Las propiedades del fluido que definen la reología son:
viscosidad plástica (PV) expresada en cP (centipoise): pendiente de la línea de esfuerzo de corte/velocidad de corte por encima del punto de cedencia
punto de cedencia (Ty) expresado en libras de fuerza/100 pies cuadrados: mide la resistencia del fluido a fluir.
Cuantos más sólidos contenga una lechada, mayor será la viscosidad plástica. Cuanto mejor sea la dispersión entre las partículas hidratadas de cemento, menor será el punto de cedencia.
•
3.7 Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión del cemento fraguado indica la capacidad del cemento para no fallar en compresión. El cemento debe ser lo suficientemente resistente para sostener la tubería de revestimiento en el agujero, soportar los choques generados por las operaciones de perforación y disparo, y resistir una presión hidráulica alta sin fracturarse. La prueba de resistencia a la compresión sirve para determinar la resistencia del cemento fraguado en las condiciones del pozo. Esta propiedad se expresa en libras por pulgada cuadrada (psi).3.8 Control de pérdida de fluido
Las pruebas de pérdida de fluido sirven para medir la deshidratación que sufre la lechada durante los trabajos de cementación e inmediatamente después de terminarlos. La prueba consiste en someter la lechada a las condiciones simuladas del pozo en un consistómetro. Luego, la lechada se coloca en una prensa-filtro caliente. Si la lechada se deshidrata por completo en menos de 30 minutos, se anota el tiempo de deshidratación y, mediante un factor de conversión, sedetermina el valor de la pérdida de fluido. Los resultados se expresan en mL de fluido para 30 minutos.
3.9 Agua libre
Las pruebas de agua libre sirven para medir la tendencia del agua a separase de la lechada de cementación. Esta tendencia se mide en mL/250 mL. En primer lugar, se prepara una lechada de cementación, se la somete a las condiciones del pozo y se la deja reposar en una probeta (vertical o con una inclinación de 45°) durante dos horas: pasado este tiempo, se mide en el cilindro la cantidad de agua libre que hay en la superficie de la lechada.