UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ANÁLISIS TÉCNICO DETALLADO E INTERPRETACION DE LOS
REGISTROS DE CEMENTACIÓN CBL (CEMENT BOD LOG) Y
VDL (VARIABLE DENSITY LOG)
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS
David Andrés Bravo Corrales
Director: Msc. Patricio Jaramillo
DECLARACIÓN
Yo DAVID ANDRÉS BRAVO CORRALES, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de lo derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institución vigente.
_________________________ David Bravo
CERTIFICACIÓN
Certifico, que el presente trabajo que lleva por título “Análisis técnico detallado e interpretación de los registros de cementación CBL (cement
bond log) y VDL (variable density log)”, que, para aspirar al título de Tecnólogo de Petróleos fue desarrollado por David Bravo, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
____________________________ Msc. Patricio Jaramillo DIRECTOR DEL TRABAJO
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a Dios por haberme guiado por el camino de la felicidad hasta ahora; en segundo lugar a cada uno de los que son parte de mi familia a mi madre Rosario y mis hermanos y hermanas Edgar, Wilder, Janina, Paulina, por haberme dado la fuerza y apoyo incondicional que me han llevado hasta donde estoy ahora.
A la Familia Calderón Urbina por brindarme todo su apoyo y consejos durante mi carrera universitaria.
DEDICATORIA
Es un poco difícil realizar una dedicatoria, ya que es mucha gente la que me ayudado para llegar a este punto de mi trayectoria universitaria, sin embargo esta tesis va en especial dedicación a mi madre Rosario por su temple de soportar y apoyo sin restricciones.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN x
ABSTRACT xi
INTRODUCCIÓN 1
1 INTRODUCCIÓN 1
1.1 OBJETIVOS 2
1.1.1 GENERAL 2
1.1.2 ESPECÍFICOS 2
1.2 JUSTIFICACIÓN 3
1.3 HIPÓTESIS 3
1.4 IDEA A DEFENDER 4
1.5 VARIABLES 4
1.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE 4
1.5.2 VARIABLES INDEPENDIENTES 5
1.6 METODOLOGÍA 5
1.6.1 MÉTODOS 5
1.6.2 TÉCNICAS 6
MARCO TEÓRICO 7
2 INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN 7
2.1 CLASIFICACIÓN DE LA CEMENTACIÓN 8
2.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA 8
2.1.2 CEMENTACIÓN FORZADA 9
ii
2.2 TIPOS DE CEMENTO 10
2.2.1 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND 11
2.2.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN API 11
2.2.3 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS CEMENTOS 13
2.2.4 ADITIVOS DEL CEMENTO Y SU FUNCIÓN 15
2.2.5 ESPACIADORES 20
2.2.5.1 Características del Espaciador 21
2.2.6 LECHADA DE CEMENTO. 21
2.3 TÉCNICAS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA 23
2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO. 24
2.4.1 TUBERÍA CONDUCTORA 25
2.4.2 TUBERÍA SUPERFICIAL 27
2.4.3 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO INTERMEDIA 28
2.4.4 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN 29
2.4.5 EQUIPOS DE CEMENTACIÓN 30
2.4.6 HERRAMIENTAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO 30
2.4.6.1 Zapata guía 32
2.4.6.2 Equipo de flotación 34
2.4.6.3 Equipo de auto llenado 38
2.4.6.4 Válvulas de charnela u orificio de llenado 40 2.4.6.5 Válvula de acción vertical o válvula de tapón 40
2.4.6.6 Equipo de llenado diferencial 41
2.4.6.7 Equipo de Cementación denominado Inner String o Sarta Interior. 45
iii
2.4.6.9 Raspadores 49
2.4.6.10 Tapones de cementación 49
2.4.6.11 Cabezal de cementación 50
2.5 PROCEDIMIENTOS PARA LA COLOCACIÓN DE CEMENTO 51
2.5.1 CEMENTACIÓN EN UNA ETAPA 51
2.5.2 CEMENTACIÓN POR ETAPAS 53
2.5.3 CEMENTACIÓN CON TUBERÍA INTERNA 54
2.5.4 CEMENTACIÓN CON LINER 54
2.6 PROBLEMAS OPERACIONALES DE LA CEMENTACIÓN 55
2.6.1 FRAGUE PREMATURO 55
2.6.2 EL COLLAR NO SE ASIENTA EN LA ZAPATA 56
2.6.3 MEZCLA DE CEMENTO INCOMPLETA 56
2.6.4 CANALIZACIÓN DE CEMENTO EN EL LODO 56
2.6.5 FRAGUE DEL CEMENTO MUY RÁPIDA 57
2.6.6 FUGA O PÉRDIDA DE GAS EN EL ANILLO 57
METODOLOGÍA 58
3 ONDAS SONORAS 58
3.1 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS 58
3.1.1 ONDAS INTERNAS 58
3.1.1.1 Ondas p 59
3.1.1.2 Ondas P de segunda especie 60
3.1.1.3 Ondas S 60
3.2 ONDAS SUPERFICIALES 62
iv
3.2.2 ONDAS LOVE 62
3.2.3 ONDAS RAYLEIGH 63
3.3 ACÚSTICA DE POZO 63
3.4 ONDAS STONELEY 71
3.5 ANISOTROPÍA 77
3.6 REGISTROS DE EVALUACIÓN DE LA CEMENTACIÓN 86
3.6.1 MEDIDAS DE LOS REGISTROS ACÚSTICOS 87
3.6.1.1 Medición de Repetitividad 90
3.6.1.2 Propiedades Acústicas 91
3.6.2 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LAS FORMACIONES 94
3.6.3 PROPIEDADES ACÚSTICAS DE LOS CEMENTOS 96
3.6.4 CBL/VDL (REGISTRO DE ADHERENCIA DE CEMENTO) 98 3.6.4.1 Medidas Acústicas del Registro de Adherencia 99 3.6.5 DESCRIPCIÓN DE LA ONDA ACÚSTICA DESPLEGADA POR EL VDL
102
3.7 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL CBL Y VDL 104
3.7.1 DATOS CUALITATIVOS TOMADOS DE LA ONDA ACÚSTICA 106
3.7.2 RANGO DE ATENUACIÓN DEL CBL 109
3.8 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL CBL 110
3.8.1 FORMATO DE PRESENTACIÓN DEL REGISTRO DE ADHERENCIA 114
3.9 CONTROL DE CALIDAD DEL CBL Y VDL 116
3.10 PARÁMETROS DEL POZO QUE INFLUENCIAN AL CBL 117
v
3.12 MICROANILLOS 120
ANÁLISIS Y RESULTADOS 121
4 ANÁLISIS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN CBL Y VDL EN EL
POZO AUCA SUR 11D 121
4.1 CORRIDA DEL REGISTRO DE EVALUACIÓN DE CEMENTACIÓN EN EL
POZO AUCA SUR 11D 125
4.1.1 INTERPRETACIÓN CUALITATIVA DEL REGISTRO CORRIDO EN
AUCA SUR D11 129
4.1.2 INTERPRETACIÓN CUANTITATIVA DEL REGISTRO CORRIDO EN
AUCA SUR D11 130
4.1.2.1 Descripción para utilizar la tabla 132
4.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS REGISTROS DE CEMENTACIÓN
CBL Y VDL 138
4.2.1 VENTAJAS 138
4.2.2 DESVENTAJAS 138
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 139
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 139
5.1 CONCLUSIONES 139
5.2 RECOMENDACIONES 140
GLOSARIO 142
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla 1. Características acústicas de formaciones y fluidos comunes 94 Tabla 2. Propiedades acústicas de las formulaciones de varios cementos 97
Tabla 3. Características del pozo Auca sur 11D 121
Tabla 4. Características de los fluidos para la cementación del Liner del
pozo Auca sur 11D 122
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1. Interacción de las partículas 22
Figura 2. Ensamblaje de una tubería de revestimiento conductora 26 Figura 3. Tubería de revestimiento superficial soportando el equipo de prevención
de reventones 27
Figura 4. Equipos de cementación primaria 31
Figura 5. Zapatas Guía 33
Figura 6. Equipo de Flotación 35
Figura 7. Zapatas y collares de llenado automático y válvulas tipo movimiento
vertical 39
Figura 8. Zapata y collares de llenado diferencial 42
Figura 9. Operación de Válvula Diferencial 44
Figura 10. Equipo de cementación Inner String 46
Figura 11. Centralizadores 48
Figura 12. Ondas de cuerpo y de superficie 61
Figura 13. Frentes de onda en un pozo con fluido 66
Figura 14. Reflexión y refracción de ondas y ley de Snell 68
Figura 15. Técnica de razado de rayos 70
Figura 16. Ondas Stoneley 74
Figura 17. Formas de ondas típicas de un transmisor monopolar 76
Figura 18. Ejes TVI y TIH 79
Figura 19. Dirección de propagación de las ondas 80
Figura 20. División de ondas de corte en un pozo THI 82 Figura 21. Respuesta de receptores en línea y fuera de línea. 84
Figura 22. Diagrama de flujo del registro acústico 89
Figura 23. Cuadro de impedancia acústica en diferentes materiales 92
Figura 24. Configuración de la herramienta CBL/VDL 99
viii Figura 26. Presentación de la forma de la señal de onda completa de la
herramienta CBL 103
Figura 27. Nomenclatura de forma de onda sónica 106
Figura 28. Extensión del tiempo de transito de una tubería de revestimiento
bien adherida 108
Figura 29. Relación entre el porcentaje de adherencia y el porcentaje de
atenuación del CBL 111
Figura 30. Carta de interpretación CBL 113
Figura 31. Formato estándar de las tres trayectorias del registro de
adherencia 115
Figura 32. Diagrama del pozo Auca sur 11D 123
Figura 33. Diagrama de la Herramienta CBL VDL 124
Figura 34. Corrida del registro CBL Y VDL en el pozo Auca sur 11D 128
Figura 35. Aislamiento Hidráulico 131
Figura 36. Nomenclatura de las diferentes tuberías de revestimiento 133 Figura 37. Interpretación cuantitativa del intervalo 9380 y 9390 por medio
ix
ÍNDICE DE ECUACIONES
Página
Ecuación 1 Fórmula del sílice 23
Ecuación 2 Velocidad máxima de la tubería de revestimiento 37
Ecuación 3 Velocidad de propagación de la onda P 59
Ecuación 4 Velocidad de propagación de la onda S 61
Ecuación 5 Diferencia de velocidad de ondas P y S 64
Ecuación. 6 Impedancia acústica 93
Ecuación. 7 Atenuación de la señal acústica 93
Ecuación. 8 Rango de atenuación del CBL 110
Ecuación. 9 Índice de adherencia 111
x
RESUMEN
Dada la importancia que tiene la cementación en la vida de un pozo, la evaluación de un trabajo de cementación representa un paso crítico en la completación del mismo. Por ello es de vital importancia conocer las herramientas disponibles para evaluar la calidad de un trabajo de cementación, su funcionamiento, las mediciones que éstas realizan y la manera en que son afectadas sus mediciones bajo diferentes condiciones que se pueden presentar en el entorno de un pozo, con la finalidad de realizar un adecuado análisis de la información suministrada por las distintas herramientas y de esta manera dar una interpretación apropiada de la condición del cemento dispuesto en el anular.
La evaluación de la cementación es un paso crítico en la construcción de un pozo y de ella dependerán las decisiones a tomar para la planificación de trabajos futuros que van desde las siguientes fases a perforar hasta la puesta en producción.
Actualmente la industria petrolera sólo cuenta con la pericia de los expertos de las compañías de servicios para la interpretación y evaluación de la integridad del cemento, quedando a criterio de las compañías las decisiones a tomar. Distinguir entre los patrones de respuesta de cada herramienta, para las variadas condiciones de adherencia, se dificulta debido a la gran cantidad de combinaciones de lecturas con diferentes características y comportamientos de la onda.
xi
ABSTRACT
Given the importance of cementing in the life of a well, the evaluation of a cement job represents a critical step in the completion thereof. It is therefore vital to know the tools available to assess the quality of a cement job, operation, measurements that they perform and how they are affected by their measurements under different conditions that may occur in the vicinity of a well, in order to perform an adequate analysis of the information provided by the various tools and thus give a proper interpretation of the condition of the concrete provisions of the annular space.
The cement evaluation is a critical step in building a well and it will depend on the decisions to be made for planning future work ranging from the steps of drilling to start production.
Currently the oil industry has only the expertise of experts from the utility companies for the interpretation and evaluation of the integrity of the cement, leaving to the discretion of the decisions companies make. Distinguish between the responses patterns of each tool, for different conditions adhesion is difficult because of the large number of readings with different combinations of characteristics and behaviors of the wave.
1
INTRODUCCIÓN
1 INTRODUCCIÓN
El trabajo de evaluación de la cementación consiste verificar si todos los objetivos de la cementación primaria se cumplieron a lo acordado. No evaluar el trabajo de cementación será eficiente si los objetivos no están bien claros. En adición al primer objetivo, el cual es dar un soporte a la tubería de revestimiento, se encuentran otros trabajos dependiendo de la naturaleza de cada trabajo de cementación.
Para una tubería de revestimiento conductora la intención esencial del trabajo de cementación es de prevenir la erosión parando la circulación de los fluidos de perforación fuera de la tubería de revestimiento. La tubería de revestimiento superficial debe ser cementada para sellar y proteger las formaciones de agua, y para dar soporte a tuberías de revestimiento mas profundas. Las sartas de revestimiento intermedias son cementadas para sellar formaciones con presiones anormales, para sellar formaciones incompetentes, y para eliminar zonas de circulación. Los revestidores de producción son cementados para prevenir la migración de fluidos anulares y para asegurar un aislamiento de la zona de interés. La cementación también brinda a todas las sartas revestidoras una protección ante la corrosión. Para la cementación remedial, el principal objetivo es de perfeccionar la calidad de la cementación primaria.
2 El método de evaluación debe ser seleccionado de acuerdo a los objetivos a ser alcanzados. El propósito de esta tesis es de cubrir las técnicas actualmente disponibles para evaluar los trabajos de cementación.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 GENERAL
• Determinar la importancia que tienen los registros eléctricos CBL Y VDL para establecer la calidad de la cementación primaria en verificación de la adherencia del cemento a la tubería de revestimiento y a la formación.
1.1.2 ESPECÍFICOS
• Estudiar los procesos y herramientas que se utilizan para realizar la cementación primaria.
• Analizar los mecanismos de presión involucrados durante la colocación de la lechada de cemento.
• Identificar los equipos usados para realizar la corrida de los registros de cementación.
• Interpretar los registros de cementación
3
1.2 JUSTIFICACIÓN
La cementación es el método que consiste en colocar cemento en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta al agujero, asegurando un sello completo y permanente.
La exitosa cementación de tuberías de revestimiento y camisas es una operación difícil que requiere el apropiado planeamiento del trabajo, el cual está en función de las condiciones del pozo y un conocimiento básico de los mecanismos de presión involucrados durante la colocación de la lechada de cemento.
El aislamiento vertical de la zona seleccionada de un pozo es de primordial importancia y eso se logra mediante una buena cementación del revestidor que garantiza ese propósito. La determinación de la presencia del cemento entre el revestidor y la formación ha sido ensayada desde los años de 1930 con el Registro de Temperatura determinando el tope del cemento. Actualmente existen registros acústicos que permiten evaluar con cierta confiabilidad cualitativamente la calidad de la cementación. Así se constata que no existe comunicación a través del espacio anular comprendido entre el revestidor y la formación. El Registro CBL y VDL es uno de los registros de cementación que se emplea en la industria para evaluar el estado de la cementación en la tubería.
1.3 HIPÓTESIS
4 registro de evaluación de cementación permitirá que se realicen buenos trabajos de cementación en los pozos aledaños.
1.4 IDEA A DEFENDER
Los registros de evaluación de cemento se utilizan en cada pozo para evaluar las propiedades de sellado o la calidad de adherencia de cemento entre el revestimiento y la formación antes de que este pozo entre en proceso de producción.
La utilidad principal de cualquier registro de la evaluación de cemento es tratar de mejorar el trabajo de cementación primaria en el siguiente pozo de la misma especie en lugar de decidir, sobre la base exclusiva de un registro, para realizar un trabajo de cementación correctiva en el bienestar actual.
1.5 VARIABLES
1.5.1 VARIABLE DEPENDIENTE
• Calibración
• Presión y Temperatura del pozo • Atenuación del lodo
5 1.5.2 VARIABLES INDEPENDIENTES
• Aditivos de la lecha del cemento • Aditivos del lodo de perforación
• Material de la tubería de revestimiento • Geometría del pozo
1.6 METODOLOGÍA
1.6.1 MÉTODOS
• Método descriptivo
Por medio de este método vamos a describir detalladamente en que consiste el registro de evaluación de cementación y el proceso que se realiza para poder interpretar los mismos.
• Método analítico
6 1.6.2 TÉCNICAS
• Revisión de documentos en el departamento de exploración y producción de “EP PETROECUADOR”
• Revisión de literatura especifica • Manuales de cementación de pozos • Libros
7
MARCO TEÓRICO
2 INTRODUCCIÓN A LA CEMENTACIÓN
La cementación primaria es el proceso de colocar cemento en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta al pozo. Desde su inicio en 1903 el mayor objetivo de la cementación primaria siempre ha sido de proveer un aislamiento a la zona de interés de petróleo, gas y acuíferos. Para excluir fluidos tales como el agua o gas en una zona de petróleo en otra zona. Para lograr este objetivo un sello hidráulico debe ser obtenido entre la tubería de revestimiento y el cemento, y entre el cemento y la formación, mientras al mismo tiempo prevenir la canalización de fluidos en el cemento.
8
2.1 CLASIFICACIÓN DE LA CEMENTACIÓN
Se clasifican de acuerdo con los objetivos que se persiguen en: • Cementación Primaria
• Cementación forzada • Tapones de cemento
2.1.1 CEMENTACIÓN PRIMARIA
La cementación primaria es la técnica que consiste en colocar lechada de cemento en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la formación. El cemento se endurece para formar un sello hidráulico en el pozo previniendo la migración de los fluidos de formación en el espacio anular. El proceso de la cementación primaria es por lo tanto una de las etapas más críticas durante la perforación y competición de un pozo.
Los objetivos de la cementación primaria son:
• Proporcionar aislamiento entre las zonas del pozo que contienen gas, aceite y agua
• Soportar el peso de la propia tubería de revestimiento
• Reducir el proceso corrosivo de la tubería de revestimiento con fluidos del pozo y con los fluidos inyectados de estimulación
• Evitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas
9 desplazamiento del lodo de perforación del tramo del espacio anular que se va a cementar, consiguiendo así una buena adherencia sobre las caras de la formación y de la tubería de revestimiento, sin canalizaciones en la capa de cemento y con un llenado completo.
2.1.2 CEMENTACIÓN FORZADA
La cementación forzada es definida como el proceso de forzar lechada de cemento, bajo presión, a través de agujeros o fisuras en la tubería de revestimiento o espacio anular. Cuando la lechada de cemento es forzada hacia una formación permeable, las partículas sólidas se infiltran en la cara de la formación, la fase acuosa entra en la matriz de la formación. Un diseño apropiado de cementación forzada hace como resultado que el cemento rellene las aberturas entre la formación y la tubería de revestimiento.
Los objetivos de la cementación forzada son:
• Mejorar el sello hidráulico entre dos zonas que manejan fluidos.
• Corregir la cementación primaria en la boca de tubería corta, o en la zapata de una tubería cementada.
• Eliminar la intrusión de agua al intervalo productor. • Reducir la relación gas-aceite.
• Sellar un intervalo explotado.
• Sellar parcialmente un intervalo que se seleccionó incorrectamente. • Corregir una canalización en la cementación primaria.
• Corregir una anomalía en la tubería de revestimiento.
10 2.1.3 TAPONES DE CEMENTO
Los tapones comprenden de cierto volumen de lechada de cemento, colocado en el agujero o en el interior de la tubería de revestimiento.
Los objetivos de los tapones de cemento son:
• Desviar la trayectoria del pozo arriba de un pescado o para iniciar la perforación direccional.
• Taponar una zona del pozo o taponar el pozo.
• Resolver un problema de pérdida de circulación en la etapa de perforación. • Proporcionar un amarre en la prueba del pozo.
2.2 TIPOS DE CEMENTO
El cemento es una mezcla compleja de caliza, sílice, y arcilla, molida y calcinada, que al entran en contacto con el agua forma un cuerpo sólido. Esta mezcla de ingredientes se muele, se calcina en hornos horizontales con corriente de aire y se convierte en Clinker, el cual contiene todos los componentes del cemento, excepto el sulfato de calcio, que se le agrega como ingrediente final.
Los componentes que forman el cemento son óxidos superiores de oxidación lenta. Esto significa que termina su grado de oxidación al estar en contacto con el aire al enfriarse.
11 condiciones ambientales durante operaciones de construcción. El cemento Portland es, además, el ejemplo típico de un cemento hidráulico: fragua y desarrolla resistencia a la compresión como resultado de la hidratación, la cual involucra reacciones químicas entre el agua y los componentes presentes en el cemento (Schlumberger, 2006).
2.2.1 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
El cemento Portland es manufacturado para alcanzar ciertos estándares químicos y físicos que dependerán de su aplicación. Para fomentar el entendimiento entre los fabricadores de cemento, un sistema de clasificación ha sido establecido por varios grupos de usuarios. El mejor sistema conocido son aquellos del American Society for Testing and Materias (ASTM) y el American Petroleum Institute (API).
2.2.2 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN API
12 • Cemento clase A: Está diseñado para emplearse a 6,000 pies (1,830 m) de profundidad como máximo, con temperatura de 77oC, y donde no se requieren propiedades especiales.
• Cemento clase B: Diseñado para emplearse hasta los 6,000 pies (1,830 m) de profundidad, con temperatura de hasta 77oC, y en donde se requieren moderada resistencia a los sulfatos.
• Cemento de clase C: Está diseñado para emplearse hasta los 6,000 pies (1,830 m) de profundidad como máximo, con temperaturas de 77oC, donde se requiere alta resistencia a la compresión temprana; se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
• Cemento clase D: Este cemento se usa desde los 6,000 pies (1,830 m) hasta los 10,000 pies (3,050 m) de profundidad con temperatura de hasta 110oC y presión moderada. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
• Cemento clase E: Este cemento se usa desde los 6,000 pies (1830 m) hasta los 14,000 pies (4,270 m) de profundidad con temperaturas de 143oC y alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a lo sulfatos.
13 en donde existe alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
• Cementos clase G y H: Comúnmente conocidos como cementos petroleros, son básicos para emplearse desde la superficie hasta los 8,000 pies (2,440 m) tal como se fabrican. Pueden modificarse con aceleradores y retardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión y temperatura.
En cuanto a su composición química son similares al cemento API Clase B. Están fabricados con especificaciones más rigurosas tanto físicas como químicas, por ello son productos más uniformes.
2.2.3 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS CEMENTOS
Los cementos de clasificación API tienen propiedades físicas específicas para cada clase de cemento, mismas que básicamente definen sus características. Las principales propiedades físicas de los cementos son:
14 • Densidad: Denota el volumen por unidad de masa. Se toma en consideración el aire contenido entre los granos de cemento: sus unidades son el gr/cm3, kg/lt y ton/m3.
• Blaine. Fineza de los granos de cemento: Indica el tamaño de los granos de cemento. Su mayor influencia se da sobre el requerimiento de agua para la preparación de la lechada. Esta característica es un factor determinante, pero no único, para la clasificación de los cementos. Sus unidades son cm2/gr, m2/kg representa el área expuesta al contacto con el agua y se determina como una función de permeabilidad al aire.
• Distribución del tamaño de la partícula: Indica la eficiencia con la que se llevó a cabo la selección, la molienda y el resto del proceso de fabricación sobre la homogeneización de los materiales crudos molidos.
• Tamaño promedio de las partículas: Es el tamaño de grano que ocupa el 50% de un peso determinado de cemento, dentro e la gama de tamaños de grano que integran el cemento.
15 • Requerimiento de agua mínima: denota el agua necesaria para la lechada de cemento. Debe dar 30 Uc a los 20 minutos de agitarse en el consistómetro de presión atmosférica a temperatura ambiente, se expresa en por ciento por peso de cemento.
• Densidad de la lechada: Es el peso de la mezcla del cemento con agua y esta en función de la relación de agua por emplear. Sus unidades son gr/cm3, kg/lt y ton/m3.
• Ángulo de talud natural del cemento: Es el ángulo que forma el material granulado cuando se deposita en una superficie plana horizontal; sirve para el diseño de la planta dosificadora de cemento y para recipientes a presión.
2.2.4 ADITIVOS DEL CEMENTO Y SU FUNCIÓN
• Aceleradores: Son productos químico que reducen el tiempo de fraguado de los sistemas de cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia compresiva.
16 • Densificantes: Son materiales que incrementan la densidad de los
sistemas de cemento.
• Dispersantes: Son productos químicos que reducen la viscosidad de las lechadas de cemento.
• Controladores de filtrado: Son materiales que controlan la pérdida de la fase acuosa de los sistemas de cemento, frente a zonas permeables.
• Controladores de pérdida de circulación: Son materiales que controlan la pérdida de cemento hacia zonas débiles de la formación o fracturas.
• Aditivos especiales: Es la miscelánea de aditivos complementarios para la cementación, tales como antiespumantes, controladores de la regresión de la resistencia compresiva, etc.
17 • Cloruro de calcio (CaCl2): Esta se dosifica del 2 al 4% por peso de cemento, dependiendo del tiempo de bombeo que se desea obtener. Es el producto que exhibe mayor control en el tiempo bombeable.
• Cloruro de sodio (NaCl): Actúa como acelerador en concentraciones de hasta un 10% por peso de agua, entre el 10 y 18% produce un tiempo de bombeo similar al obtenido con agua dulce. A concentraciones mayores del 18% causa retardamiento. La típica concentración de acelerador es del 2 al 5% por peso de agua.
• Sulfato de calcio (CaSO4): Es un material que por si mismo posee características cementantes y tienen fuerte influencia en expandir el cemento fraguado; como acelerador se dosifica basándose en el tiempo que se desea y la temperatura a la cual va a trabajar. Su concentración varía del 50 a 100% por peso del cemento.
• Retardadores del fraguado de cemento: Son aditivos químicos que incrementa el tiempo de fraguado inicial y brinda la posibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de temperaturas y presión. Como la aceleración, los mecanismos para retardar el fraguado del cemento Portland son aún material de controversia. Así han surgido varias teorías que intentan explicar el proceso retárdate. Éstas son: de la adsorción, la precipitación, la naturaleza química del retardador y la fase del cemento sobre la cual actúa el retardador (Schlumberger, 2006).
18 trabajan a temperaturas bajas y otros a temperaturas altas. Su dosificación es de 0.1 a 2.5 % por peso de cemento.
• Lignosulfonatos: Se componen de sales de ácidos lignosulfonicos de sodio y calcio. Son polímeros derivados de la pulpa de madera. Usualmente son compuestos no refinados y contienen varias cantidades de compuestos sacaroides con un peso promedio molecular que varia de 20,000 a 30,000.
• Debido a que los lignosulfonatos purificados pierden mucho poder retárdate, la acción retárdate de esos aditivos se atribuye a la presencia de carbohidratos de bajo peso molecular.
• Los retardadores de lignosulfonatos son efectivos con todos los cementos Portland y se dosifican de 0.1 a 1.5% por peso de cemento.
• Son efectivos hasta 250ºF (122oC) de temperatura de circulación en el fondo del pozo (BHCT) y hasta 600oF (315oC) cuando se mezclan con borato de sólido.
• Ácidos hidroxilcarboxílicos: Los ácidos hidroxilcarboxílicos contienen grupos hidroxílicos (OH) y carboxílicos (CHn) en su estructura molecular. Son retardadores poderosos y se aplican en un rango de temperatura de 200oF (93oC) A 300oF (149oC).
19 normalmente se usa en concentraciones de 0.1 a 0.3% por peso de cemento.
• Los ácidos de hidroxilcarboxílico de manera similar que los lignosulfonatos actúan más eficientemente con cementos de bajo contenido de C3A.
• Compuestos sacáridos: Los compuestos sacáridos excelentes retardadores del cemento Portland. Se usan ocasionalmente en la cementación de pozos, por ser muy sensibles a pequeñas variaciones en sus concentraciones.
• Derivados de celulosa: los polímeros de la celulosa son polisacáridos derivados de la madera o de otros vegetales. Son estables a las condiciones alcalinas de la lechada de cemento.
• Organofosfonatos: Se aplican a temperaturas de circulación tan altas como 400oF (204oC). Presentan insensibilidad a variaciones sutiles en la composición del cemento, y tienden a bajar la viscosidad de lechadas densificadas.
• Reductores de fricción (dispersantes): Son productos que ayudan a obtener con gastos bajos de bombeo el régimen turbulento. Reduce la fricción entre granos, y entre éstos y las paredes.
20 colchones de limpieza se desplazan a una velocidad tal que corresponda a un numero de Reynolds de 3,000 a 4,000 o mayor, en función de sus características reologicas. Generalmente, son sales de ácidos grasos y se dosifican del 0.2 al 2.5% por peso de cemento.
2.2.5 ESPACIADORES
Durante el desplazamiento parte de la lechada se contaminará con lodo residual y enjarre de la operación de la perforación. El efecto de la contaminación alterará las diferentes propiedades del cemento. Los efectos de la contaminación son minimizados al bombear varios espaciadores antes de la lechada principal.
Antes de bombear cualquier lechada, usualmente se bombearan una serie de limpiadores/espaciadores, incluyendo silbase aceite (para OBM), limpiadores detergentes, “lodo desperdicio” (para recuperar fluido de perforación valioso) y una pastilla de viscosidad. El propósito de los espaciadores es el de:
• Separar físicamente el lodo del cemento – no pueden existir problemas de compatibilidad.
• Remover lodo/enjarre de pared del espacio anular – se prefiere un régimen de flujo turbulento.
• Dejar mojada la tubería de revestimiento y la formación de agua- surfactantes
21 2.2.5.1 Características del Espaciador
• Características de pérdida de control de fluido (reducir las presiones de bombeo).
• Se prefiere un régimen de flujo turbulento para generar un desplazamiento y erosión del enjarre de pared, eficiente.
• Un mínimo de tiempo de contacto de 10 minutos, es considerado suficiente y determinará el volumen bombeado.
• Bajo condiciones de flujo laminar, la densidad y presión de fricción del espaciador debería ser mayor que la del fluido desplazado.
2.2.6 LECHADA DE CEMENTO.
22 Figura 1. Interacción de las partículas
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
23 dispersantes del cemento, también conocidos como “superplastificadores”, ajustan las cargas superficiales de las partículas para obtener las propiedades reologicas deseadas de la lechada.
La hidrólisis de algunos compuestos orgánicos e inorgánicos conduce a su ionización y, por consiguiente, a cargas superficiales. Éste caso de la sílice que forma la mayor parte de los elementos del cemento, y cuya fórmula es:
Si – OH + OH - -S – O- + H2O
Eq [1] Los iones libres de calcio en la solución reaccionarán con los grupos cargados negativamente sobre la superficie de los granos. Si-O- los cuales pueden estar en un mismo grano o en dos granos diferentes.
El puenteo entre dos granos se debe a que el área superficial del cemento es grande y compiten por los iones de calcio entre los sitios de adsorción. Una parte de los granos del cemento puede estar cargada positivamente, debido a la adsorción del calcio, mientras que otra parte está cargada negativamente; como resultado, ocurren las interacciones entre las porciones cargadas positivamente.
2.3 TÉCNICAS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA
24 Para lograr un buen desarrollo operativo en cada una de las etapas de la cementación primaria se deben conocer. Conceptos técnicos básicos del tema. Así es necesario adentrarse en temas como:
• Especificaciones de tuberías de revestimiento que se utilizan en el área de trabajo
• Diseño de tuberías de revestimiento por cargas máximas
• Accesorios y equipos de flotación para tuberías superficiales, intermedias, explotación y complementos.
• Apriete computarizado • Anclaje de las tuberías
• Lechadas de cemento para las diferentes cementaciones • Empacadores recuperables y permanentes
• Manejo de H2O y CO2 en las cementaciones • Uso de empacadores en tuberías de explotación
La información del pozo se consigue de su expediente y es la base para diseñar la sarta de la tubería de revestimiento por cementar. Con la información del diseño, el ingeniero de campo verifica en el pozo que los materiales recibidos correspondan al diseño.
2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO.
Una serie de tuberías de revestimiento son necesarias para completar un pozo y producir los fluidos necesarios eficazmente. El diseño del programa de tubería de revestimiento es contingente sobre ciertos factores tales como:
25 • El tamaño del agujero donde la tubería de revestimiento va hacer colocada • La columna de lodo y la presión de formación
• La condición de la formación • Los objetivos de la perforación
2.4.1 TUBERÍA CONDUCTORA
La tubería conductora es usualmente la primera y la más pequeña sarta de revestimiento. Su propósito es de proteger arenas superficiales de ser contaminadas por los fluidos de perforación. De prevenir derrumbes los cuales ocurren fácilmente en la superficie porque la el suelo no esta consolidado. La tubería conductora también sirve como canal para elevar los fluidos de circulación lo suficientemente alto para retornar al sistema de lodos de perforación. De acuerdo a Schlumberger, 2006Puede ser usada como un aditamento para el preventor de reventones (BOP). También sirve como protección contra la corrosión para las sartas de revestimiento subsecuentes y puede ser utilizada para soportar la carga de la cabeza del pozo cuando el apoyo de tierra no es el adecuado como se muestra en la Figura 2.
26 Figura 2. Ensamblaje de una tubería de revestimiento conductora
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
27 2.4.2 TUBERÍA SUPERFICIAL
La segunda sarta de tubería de revestimiento sirve para asegurar las formaciones no consolidadas y acuíferos encontrados a profundidades poco profundas. Además de mantener la integridad del agujero, la tubería superficial previene la contaminación de las aguas subterránea, por las aguas salmueras, gas, petróleo y los fluidos de perforación.
Figura 3. Tubería de revestimiento superficial soportando el equipo de prevención de reventones.
28 En ciertas ocasiones la tubería de revestimiento superficial es la primera sarta en la cual el preventor de reventones es conectado. Por lo tanto la tubería de revestimiento a ser seleccionada debe ser lo suficientemente fuerte para soportar el peso del preventor de reventones y de resistir la presión del gas o de los fluidos que puedan ser encontrados. La tubería de revestimiento superficial debe tener la suficiente resistencia para soportar el peso de las siguientes sartas de revestimiento y tubulares de producción, y de proveer un sólido anclaje para la cabeza del revestidor cuando el pozo es puesto a producción como se muestra en la Figura 3.
Esta tubería presenta un diámetro interior fe 7” a 20” y alcanza una profundidad de hasta 4500 pies. Esta tubería generalmente se cementa hasta la superficie.
El mayor problema asociado al cementar la tubería de revestimiento superficial es colocar la lechada de cemento a la altura deseada en el espacio anular cuando la presión hidrostática de la lechada de cemento con frecuencia puede exceder la presión de fractura de la formación. Los derrumbes son otro problema habitual.
2.4.3 TUBERÍA DE REVESTIMIENTO INTERMEDIA
29 contaminación a los lodos de perforación, o tal vez se filtra hasta tal punto como para causar pega de tubería.
Algunas veces la tubería intermedia es usada para sellar viejas formaciones de producción para poder perforar zonas productoras mas profundas. Puede ser utilizada para proteger una sección desviada, y puede también ser necesaria para sellar hidráulicamente zonas con fluidos de lata presión que pueden encontrarse muy por encima de la zona productiva muy dirigida.
Una tubería intermedia también provee de una mejor protección contra la presión del pozo que la tubería superficial, debido a su menor diámetro. Los parámetros de profundidad de una sarta de revestimiento intermedia deberán ser suficientes para alcanzar las formaciones que puedan contener el peso de lodo anticipado. Esta sarta de revestimiento puede ser cementada en una sola etapa, pero un trabajo de múltiples etapas es regularmente realizado porque una columna de lechada de cemento tan alta podría ejercer una presión hidrostática mayor que la presión de fractura de la formación.
2.4.4 TUBERÍA DE PRODUCCIÓN
30 Esta tubería presenta un diámetro exterior de 2 3 8⁄ “a 9 5 8⁄ ”. Esta tubería puede sr cementada parcialmente o en algunos casos totalmente según criterio técnico. La tubería de producciones normalmente corrida y cementada a través de la zona a ser producida luego es perforada para permitir la comunicación con la formación. Algunas veces es colocada justo por encima de la zona a ser producida, y una competición a hueco abierto es realizada. La tubería de producción normalmente el la ultima tubería de revestimiento a ser colocada. Puede ser sometida para maximizar la presión y temperatura del pozo, y debe ser diseñada para. Resistir dichas condiciones.
La cementación de la tubería de revestimiento es crítica. El sistema de cementación debe ser diseñado para mantener segura la zona bajo control.
2.4.5 EQUIPOS DE CEMENTACIÓN
Los equipos de cementación consisten en una amplia variedad de dispositivos mecánicos los cuales son utilizados para mejorar las operaciones de cementación primaria. Los equipos son permanentemente colocados sobre o por dentro de la tubería de revestimiento. Los equipos más comunes incluyen el zapato guía, equipo de flotación, tapones centralizadores
2.4.6 HERRAMIENTAS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO
31 Figura 4. Equipos de cementación primaria
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
32 barrera para separar el cemento del lodo de perforación y los fluidos de desplazamiento. Los centralizadores son colocados en secciones críticas para mejorar la centralización de la tubería de revestimiento y la colocación del cemento de acuerdo a Lagoven.
2.4.6.1 Zapata guía
Los zapatos guías son la forma más básica, no contienen válvulas check o un dispositivo de control de flujo. Son usados para proteger la parte baja de la tubería de revestimiento. Muchos tipos de zapata guía ofrece una nariz redondeada para guiar la tubería a través de las patas de perro o restricciones en el agujero. De todos modos un modelo regular de zapato guía no tiene una nariz redondeada, y no es recomendado para agujeros desviados. Simplemente refuerza los bordes inferiores de la tubería de revestimiento cuando pasa a través de una pared pesada, y provee de un bisel hacia dentro para guiar subsecuentemente herramientas de perforación (Lagoven S.A., 2001).
33 lodo de perforación y operaciones de lavado cuando la circulación es necesaria para prevenir pega de tubería.
Figura 5. Zapatas Guía
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
34 2.4.6.2 Equipo de flotación
Como una demanda de una tubería de revestimiento más pesada y de mayor tamaño incremento, de igual forma la preocupación del estrés y la fatiga de la torre de perforación. Los equipos de flotación reducen el esfuerzo de la torre de perforación ya que induce la flotación o incrementa la flotabilidad de la tubería de revestimiento.
35 Figura 6. Equipo de Flotación
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
36 Una vez que el cemento ha sido desplazado la válvula flotadora debe de prevenir el retorno de flujo hacia la tubería de revestimiento. Si la válvula flotadora falla la presión superficial y contención son necesarios. Aplicar presión superficial es indeseable, porque expande la tubería de revestimiento mientras el cemento se endurece. Cuando la presión es liberada, la tubería de revestimiento se relaja causando un microanillo entre la tubería de revestimiento y el cemento. Otras razones para elegir un equipo de flotación:
• Las válvulas flotadoras son simples. No requiere una operación de disparo para inicial las funciones de la válvula check.
• Ya que todos los fluidos desplazados deben subir por el espacio anular, el lodo debe ser agitado continuamente y condicionado.
• Los pozos desviados pueden ser claramente indicados y controlados.
• La tubería de revestimiento puede ser llenada con un lodo bien condicionado y limpio para la cementación.
La presión contra sobretensión es generada cada vez que la tubería es elevada y bajada, y es el producto de la inercia y la resistencia al flujo del fluido de desplazamiento. La presión contra sobretensión combinado con el diferencial hidrostático puede exceder el colapso de la tubería de revestimiento o la presión de fractura de la formación, causando pérdida de lodo o un daño permanente a la formación. Aditamentos externos tales como los centralizadores y raspadores pueden incrementar una resistencia al flujo, y deben ser considerados cuando se determina una velocidad de descenso segura (Schlumberger, 2006).
37 interpretados, un flujo turbulento es asumido y en el peor de los casos el factor de fricción de 0.016 es usado (Schlumberger, 2006).
= [25.6 ∙ _ ∙ ( _ℎ − _ ) ∙ ∙ ]^(0.5 ) × [(〖 _ℎ〗^2⁄ (〖 _ 〗^2) − 1])
Eq. [2] Donde:
VP =Velocidad máxima de la tubería de revestimiento para prevenir daños a la tubería y a la formación.
f = 0.016 (factor de fricción del lodo)
L = Profundidad (Pies)
ρ = Densidad (libras/galón)
Dh = Diámetro del agujero (pulgadas)
Dp = Diámetro de la tubería (pulgadas)
Ps = El valor menor de Psf o Pse (psi)
PSc = 0.5 (Pcm –0.052 ρ) Protección de la tubería de revestimiento
Psf = 0.5 L (Gf –0.052 ρ) Protección de la formación
Gf = Gradiente de fractura
Pcm = Resistencia mínima de colapso de la tubería de revestimiento (psi)
38 2.4.6.3 Equipo de auto llenado
Zapatos y collares de auto llenado contienen válvulas check similares a las usadas en el equipo de flotación. Sin embargo las válvulas check son modificadas en posición abierta para permitir el llenado y la circulación inversa como se muestra en la Figura 7. El llenado continuo de la tubería de revestimiento ahorra tiempo y reduce la presión de irrupción asociada con el equipo de flotación. Las válvulas son usualmente diseñadas para reducir el sobre flujo del fluido de control en la tubería de revestimiento mediante la regulación de la velocidad de llenado para una velocidad de introducción.
A una velocidad promedio de introducción de la tubería de un tubo por minuto, el nivel del fluido en el interior de la tubería de revestimiento debe permanecer uno o dos tubos por debajo del nivel anular. Los sobre flujos aún pueden ocurrir si se excede la resistencia de flujo anular y la resistencia interna al flujo de la válvula. Esta condición es mas probable que ocurra en condiciones de agujero esbelto, o cuando los agujeros presentan cavidades puenteadas y restricciones al flujo en el anular. Para remover o para desprender materiales adheridos, la válvula permite la circulación en cualquier dirección (Schlumberger, 2006).
39 Figura 7. Zapatas y collares de llenado automático y válvulas tipo movimiento
vertical
40 2.4.6.4 Válvulas de charnela u orificio de llenado
Estas válvulas son convertidas por la expulsión del tubo de orificio, permitiendo al resorte de carga cerrar la charnela de la válvula. Esta operación normalmente requiere del uso de pequeñas bolas metálicas que viajan al fondo. Para ahorrar tiempo, la bola es generalmente lanzada dentro de la tubería de revestimiento, permitiendo que caiga libremente, mientras se conectan e introducen lo últimos cinco tramos de la tubería de revestimiento. La velocidad de caída libre se estima en 61 m/min.
La bola puede ser bombeada al fondo; sin embargo, debe posicionarse mientras se bombea; la conversión puede ocurrir sin ninguna indicación en el manómetro. De otra manera, con la bola apropiadamente situada, en el tubo del orificio puede ser descargada por la aplicación e 300 a 800 psi, dependiendo del fabricante de la válvula. Algunos fabricantes indican un gasto de flujo opcional, para convertir la válvula sin el empleo de la bola. Esta opción es de mayor aplicación cuando la desviación del agujero es superior de 30o, debido a que se presenta la dificultad de posicionar la bola apropiadamente.
2.4.6.5 Válvula de acción vertical o válvula de tapón
41 Así dos unidades de válvulas de acción vertical (zapata y collares) y pueden ser usados para proporcionar un seguro de sello adicional.
El equipo de auto llenado es recomendado, cuando la carga al gancho de la polea viajera no sea de importancia, o cuando las condiciones del agujero puedan estar deterioradas. Se requiere entonces de la circulación en sentido inverso y de la habilidad para correr la tubería de revestimiento tan rápido como sea posible. Las válvulas de charnela y la de acción vertical no se recomiendan para usarse con fluidos de perforación que contienen grandes concentraciones de materiales obturantes para controlar pérdidas de circulación. El uso de muchos raspadores reciprocantes y otros adicionantes extremos pueden incrementar la resistencia al flujo en el anular y causar sobre flujo (Schlumberger, 2006).
Otro fenómeno es el súbito paro durante la introducción de la tubería; estos paros deben ser evitados para evitar la conversión prematura de la válvula.
2.4.6.6 Equipo de llenado diferencial
Las zapatas y collares de llenado diferencial combinan los beneficios del equipo de flotación y el de auto llenado como se muestra en la Figura 8.
42 Figura 8. Zapata y collares de llenado diferencial
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
44 Figura 9. Operación de Válvula Diferencial
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
45 siempre que la bola activadora sea compatible con ambas unidades, o el orificio pueda ser abierto con flujo. Las siguientes son algunas orientaciones adicionales y precauciones (Schlumberger, 2006).
• Para reducir el desgaste de la válvula flotadora durante largos períodos de circulación, y de acondicionamiento, la operación de conversión puede ser demorada hasta justo antes de bombear el cemento.
• A causa de las restricciones en las vías de llenado, la tubería de revestimiento debe bajarse a velocidad moderada para reducir la presión de irrupción.
• Los materiales para pérdida de circulación pueden tener un llenado lento o evitarlo, lo cual puede incrementar la irrupción o a conductor al colapso. Puede ser necesario conducir al monitoreo del indicador de peso y circulación periódica.
• La desviación de los agujeros y tamaños de las tuberías de revestimiento pueden imposibilitar el uso de bolas activadoras pesadas. Algunos fabricantes ofrecen bolas adecuadas guiadas para desviaciones sobre los 20o; otros, trampas para las bolas y bolas precargadas, las cuales deben operar en cualquier desviación. La máxima desviación de operación debe ser proporcionada por el proveedor.
2.4.6.7 Equipo de Cementación denominado Inner String o Sarta Interior.
46 El equipo de cementación con sarta interior proporciona un medio para recibir y sellar la tubería de perforación pozo abajo tal como se muestra en la Figura 10.
Figura 10. Equipo de cementación Inner String
(Schlumberger, 2006, Ingeniería de la Cementación)
Este equipo también es conocido como equipo “Stab-in”, y esta generalmente disponible con receptáculo de cantidad y sin éste. Las zapatas y collares son básicamente versiones grandes de los tipos previamente discutidos, con la adición de un receptáculo de sello y superficie biselada. Las medidas más comunes son en tubería de 10 3⁄4 pulgadas y mayores.
47 flotación puede requerir un llenado más frecuente para evitar el colapso de la tubería de revestimiento.
2.4.6.8 Centralizadores
Una de las grandes necesidades en la tecnología de las cementación es el centrado de las tuberías de revestimiento que se van a cementar, debido a la falta de eficiencia en el desplazamiento del fluido de control obtenido cuando no se tiene un centrado aceptable de la tuberías, respecto a la geometría del pozo. En tuberías no centradas se presentan áreas restringidas al flujo, que se conservan en estas bolsas de lodo de alto grado de gelificación y con alto contenido de recortes. Cuando se coloca la lechada de cemento en estas áreas, las bolsas de lodo no son removidas, aunque el cemento viaje en régimen turbulento. De acuerdo a Lagoven S.A., 2001, esto se manifiesta en la evaluación como canalizaciones de lodo en el cuerpo del cemento. La eficiencia del desplazamiento es la relación del fluido que está en movimiento mientras se circula, con respecto al volumen total del fluido en el pozo. Hay varios factores que afectan la eficiencia del desplazamiento durante el proceso de la cementación primaria.
Entre estos se puede citar la falta de acondicionamiento del pozo y del fluido de control, el acondicionamiento de la lechada y de los frentes lavador y espaciador, tendientes a entrar en turbulencia a gastos de bombeo bajos o moderados, debido a que la turbulencia se efectúa un barrido más eficiente del lodo durante el proceso de colocación del cemento en el anular, y si no se logra la turbulencia a gastos moderados, mejorar la eficiencia de colocación.
48 parte baja del agujero y si no se cuenta con equipo eficiente de centrado, la calidad de la cementación será baja, hasta llegar a los collares. En estos pozos deben emplearse centralizadores sólidos que soporten perfectamente bien el peso de la tubería de revestimiento y no restringen el área de flujo anular. Por otra parte, propician una distribución apropiada de la lechada alrededor de la tubería, sobre todo en las zonas de interés.
No debe perderse de vista que el costo de los centralizadores sólidos es alto, por lo que se recomienda su aplicación al centrado de la tubería en las zonas de interés. Figura 11 muestra fotografía de centralizadores.
Figura 11. Centralizadores
49 2.4.6.9 Raspadores
Son dispositivos externos diseñados para remover la costra del lodo del agujero, se encuentran en dos tipos generales, raspadores reciprocantes y rotativos. Los raspadores reciprocantes consisten en cables radiales en un collar, son diseñados para remover lodo por reciprocación de la tubería. Los raspadores rotatorios son barras estáticas que contienen cables similares y son adheridas a lo largo de la tubería de revestimiento para remover el lodo mientras rota la tubería (Lagoven S.A., 2001).
Los raspadores son mas efectivos cuando la tubería de revestimiento esta bien centralizada antes y después de la cementación. Para prevenir la acumulación del lodo, los raspadores deben ser espaciados para asegurar la superposición de áreas que trabajan con raspadores adyacentes; la circulación debe ser establecida antes del movimiento de la tubería.
2.4.6.10 Tapones de cementación
El tapón de cemento es una barrera entre el lodo y el cemento, el cual provee una separación física entre los dos fluidos. Las malas operaciones de cementación, especialmente alrededor del zapato de la cañería, son el resultado de lechada de cemento contaminada por el lodo. Las principales funciones de un tapón de cemento son:
• Separar el lodo del cemento
50 revestimiento de la película de cemento que queda después de que se bombeo el volumen completo del mismo
• Prevenir la canalización del cemento
• Otorgar una indicación en superficie de que la lechada fue totalmente desplazada a su lugar.
• Permitir presurizar la cañería para ser bombeada.
2.4.6.11 Cabezal de cementación
Las cabezas de cementación son contenedores de acero de alta resistencia a la presión interna y a la tensión, que albergan uno o los dos tapones, inferior y superior, un sistema mecánico o hidráulico para soltar los tapones durante la operación de cementación, en el momento que se requiera, sin parar la operación. Así no se da oportunidad a la construcción de desarrollo de la fuerza de gel en el lodo, que afecta la eficiencia de la remoción, pues éste es el principal inconveniente del empleo de las cabezas de un solo tapón, y por lo cual se desecharon (Lagoven S.A., 2001).
51
2.5 PROCEDIMIENTOS PARA LA COLOCACIÓN DE CEMENTO
La mayoría de los trabajos de cementación consiste en bombear lechada de cemento a través de la tubería de revestimiento hacia arriba del espacio anular.
2.5.1 CEMENTACIÓN EN UNA ETAPA
La cementación en una etapa requiere seguir los siguientes pasos
1. Asegurarse de que se ha realizado una simulación del trabajo de cementación para establecer velocidades de fluido, mínimas y máximas. 2. Condicionar el lodo para reducir la reología antes de la corrida final. 3. Confirmar que los tapones están correctamente colocados en el cabezal
de cementación tanto el tapón de fondo como el tapón de tope.
4. Correr la tubería de revestimiento hasta a unos cuantos pies del fondo. Romper la circulación en caso de ser requerido, durante la corrida. 5. Circular por lo menos un volumen de la tubería de revestimiento para
asegurar que no haya nada que taponee la zapata y para remover cualquier gas que se haya acumulado durante el viaje adentro del agujero.
6. Bombear espaciadores, soltar el tapón de fondo y bombear la lechada de cementación (de llenado y amarre).
7. Soltar el tapón de tope, despejar la línea de cementación y comenzar el desplazamiento.
52 flujo torrente para maximizar la remoción de lodo y reducir la contaminación del lodo.
9. Cuando el tapón de fondo llega al collar flotador, el diafragma se debería romper permitiendo el bombeo continuo.
10. El volumen de desplazamiento para colocar el tapón de tope, deberá ser calculado con anterioridad.
11. La velocidad de desplazamiento debería ser reducida cuando el golpe de tapón se esté realizando, para prevenir presiones excesivas y cualquier choque al momento que el tapón es colocado.
12. En caso de que el golpe no suceda, es práctica común, desplazar hasta la mitad de la pista de la zapata.
13. Todos los retornos de lodo deberían ser monitoreados por pérdidas, lo cual podría ser evidencia de la fractura de la formación.
14. En caso de que se observen pérdidas, la velocidad de desplazamiento puede ser ajustada para reducir el ECD, i.e. perdidas de presión en el espacio anular.
15. El tapón debería ser golpeado con aproximadamente 1000 psi de diferencial, previamente confirmado que el margen de seguridad de ruptura de menos presión de la tubería de revestimiento, no va a ser excedido.
16. En caso de ser requerido la presión puede ser incrementada en este punto y se puede realizar una prueba de presión de la tubería de revestimiento (es necesario confirmar la presión de todos los componentes antes de realizar la prueba).
53 2.5.2 CEMENTACIÓN POR ETAPAS
Utilizada en aplicaciones en donde largas secciones de tubería de revestimiento requieren cementación, pero existe preocupación por:
• Largos tiempos de bombeo • Altas presiones de bombeo
• Presión hidrostática excesiva debido a la columna de cemento ya que puede exceder la inclinación de fractura.
Primera etapa
Repetición de la cementación primaria. Segunda etapa
54 2.5.3 CEMENTACIÓN CON TUBERÍA INTERNA
Accesos de cementación convencional con tubería de revestimiento de gran diámetro, resultarán en:
• Grandes volúmenes de desplazamiento. • Duración extendida de desplazamiento.
• Un volumen significativo de cemento permanece en la pista de la zapata.
Como una alternativa, la tubería de revestimiento podría ser cementada a través de la tubería o el conducto de perforación. Se utiliza una zapata flotadora especial, la cual permite al conducto de perforación clavarse al proveer un sello hidráulico. La tubería de perforación se corre normalmente, entonces se corre la sarta interna y se clava dentro de la Zapata flotadora. El trabajo de cementación procede igual, pero utilizando tapones de tubería de perforación, más pequeños. Después del desplazamiento y confirmación de que la zapata flotadora esta conteniendo la presión diferencial, la tubería o conducto puede ser retirada.
Se necesita tener cuidado con esta técnica, ya que la posibilidad de colapso de la tubería de revestimiento, se incremente significativamente.
2.5.4 CEMENTACIÓN CON LINER
55 circulado para asegurar una vía de cemento libre de obstrucciones, alrededor del “liner”. Antes de la cementación la herramienta corrida es retraída del colgador del liner para garantizar la remoción posterior de la tubería de perforación.
Las recetas de cementación con “liner” usualmente contienen aditivos extras para control de pérdida de fluido, retardo, posible bloqueo de gas, etc. Debido a que las proporciones de mezcla son críticas y no existe lechada de relleno, es usualmente mezclado en cargas antes de llevar a cabo el trabajo. Esto garantiza la calidad y densidad del trabajo.
2.6 PROBLEMAS OPERACIONALES DE LA CEMENTACIÓN
Es muy importante considerar que si un trabajo de cementación es defectuoso puede ser muy costoso en la vida productiva del pozo y puede ocasionar que el pozo no sea rentable. A continuación se muestran algunos factores comunes que se presentan al momento de realizar un trabajo de cementación.
2.6.1 FRAGUE PREMATURO
56 2.6.2 EL COLLAR NO SE ASIENTA EN LA ZAPATA
El problema ocurre cuando la cuadrilla no se percató que el tapón de tope no salió del cabezal de cementación. O cuando el cemento no se pudo colocar totalmente en el anillo y se obtuvo un cálculo incorrecto de volumen de desplazamiento. Otro problema se debe a que la tubería de revestimiento se fisuro o tiene rajaduras.
2.6.3 MEZCLA DE CEMENTO INCOMPLETA
Ocasionada por fallas en las unidades de bombeo de cemento, o por que el agua o presión de bombeo fueron insuficientes.
2.6.4 CANALIZACIÓN DE CEMENTO EN EL LODO
57 2.6.5 FRAGUE DEL CEMENTO MUY RÁPIDA
Se debe a que no se estimó las propiedades del cemento con exactitud y se colocó un volumen de agua inapropiado o los aditivos del cemento no son adecuados para el pozo, la estimación de la temperatura del pozo fue inexacta, fallas mecánicas en los equipos de bombeo, pre flujos y/o espaciadores cemento lodo son inapropiados.
2.6.6 FUGA O PÉRDIDA DE GAS EN EL ANILLO
Ocurre cuando la presión hidrostática de cabeza no es suficiente, el cemento no cubrió las arenas gasífera, y existe una deshidratación del cemento.
58
METODOLOGÍA
3 ONDAS SONORAS
Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica consistentes en la propagación de perturbaciones temporales del campo de tensiones que generan pequeños movimientos en un medio. Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos (Haldorsen, 2005).
3.1 TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS
Hay dos tipos de ondas sísmicas: las ondas de cuerpo y las ondas superficiales como se muestra en Figura 12.
3.1.1 ONDAS INTERNAS
59 3.1.1.1 Ondas p
Las ondas P son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito (Haldorsen, 2005).
En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:
Eq. [3] Donde
K = es el módulo de incompresibilidad, = es el módulo de corte o rigidez y