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Diseño y Colocación de Tapones Balanceados
Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo
Feb - 2003
ObjetivosAl finalizar este modulo, Ud. sera capaz de:• Identificar el proposito de colocar un tapon de cemento
• Identificar las tres diferentes tecnicas de emplazamiento
• Identificar las ventajas y desventajas de cada tecnica
• Reconocer las consideraciones para ejecutar una operacion
• Seleccionar las propiedades de las lechadas dependiendo de las condiciones para cada tipo de Tapon
• Explicar paso a paso el procedimiento de ejecucion de un Tapon de cemento
• Resolver los calculos para ejecutar un Tapon Balanceado
Feb - 2003
Tapón de Cemento. Introducción.• El tapón de cemento es una operación común de campo.
• Requiere un volumen relativamente bajo de lechada.
• Se coloca en el pozo con distintos propósitos:
– Para desviar el pozo sobre un “Pescado” o para iniciar una perforación direccional
– Para abandonar una zona o abandonar un pozo
– Para curar un problema de pérdida de circulación durante lafase de perforación
– Para proveer un anclaje en caso de pruebas a hoyo abierto
Feb - 2003
“Pescados”
Feb - 2003
Perf. Lateral y Perf. Direccional
PuntoPunto dede DesvioDesvio
POZO
NUEVO
TAPON DE TAPON DE CEMENTOCEMENTO
Feb - 2003
Obturación de Zona Agotada
Zona Depletada
Tapón deCemento
Feb - 2003
Cementando durante la Vida Productiva de un Pozo
PetroleoAcuifero
Luego de algunos anos de produccion……..
Feb - 2003
Pérdida de Circulación
Drill PipeDrill Pipe
Pozo AbiertoPozo Abierto
Drill PipeDrill Pipe
ZonaZona dede PérdidaPérdidaCEMENT
PLUGTAPON DETAPON DECEMENTOCEMENTO
Feb - 2003
Abandono
tapon de cemento
tapon de cemento
tapon de cemento
Feb - 2003
Ejemplos de Paises con Regulaciones sobre Perforación y Cementación
Pais Agencia
Abu Dhabi Ministerio del PetroleoAustralia Departamento de MinasAustria Oberste BergbehordeCanada Departamento de Reservas MineralesColombia Ministerio de Minas y PetroleoFrancia Direccion General de MinasAlemania Departamento de MinasIrlanda Comite de Operaciones Costa AfueraItalia Departamento de MinasJapon Regulaciones de Seguridad de Minas y PetroleoLibia Ministerio del PetroleoMalasia Departamento de Geologia y MinasMozambique Ministerio de MinasNoruega Directorio del PetroleoTurquia Administracion PetroleraReino Unido Departamento de EnergiaVenezuela Ministerio de Energia y Minas
Feb - 2003
SartaSarta de Testde Test
ZonaZona a sera ser examinadaexaminada
FormaciónFormaciónDébilDébil
TapónTapón dedeCementoCemento
Anclaje para Test
Feb - 2003
Técnicas para colocar Tapones
Existen comunmente tres técnicas para colocar tapones decemento:
• Tapones Balanceados
• Dump bailer
• Método de los dos tapones (Plug Catcher)
Feb - 2003
Tapón Balanceado
FluidoFluido dedeDesplazDesplaz..
EspaciadorEspaciador
LechadaLechada dedeCementoCemento
BalanceoBalanceo
Feb - 2003
Tapón Balanceado
FluidoFluido dedeDesplazDesplaz..
EspaciadorEspaciador
LechadaLechada dedeCementoCemento
Altura deAltura deTapónTapón
BalanceoBalanceo Circ.Circ. InversaInversa
Feb - 2003
Método Dump Bailer
WIRELINEWIRELINE
DUMP BAILERDUMP BAILER
LECHADA DE CEMENTOLECHADA DE CEMENTO
LIBERACION ELECTRICA/LIBERACION ELECTRICA/MECANICA DELMECANICA DELDUMPDUMP
TAPON PUENTETAPON PUENTECASINGCASING
Feb - 2003
Método Dump BailerVentajas:
• Fácil control de la Profundidad del tapón de cemento.
• Costo relativamente bajo.
Desventajas:
• No es adecuado en caso de tapones profundos.
• Cantidad de cemento limitada al volumen del dump bailer.
Feb - 2003
Método de los dos Tapones
1. 1. Corriendo TuberiaCorriendo Tuberia 4. 4. Asentamiento Asentamiento deldel TapónTapón Sup Sup 2. 2. TapónTapón Inferior en el TailpipeInferior en el Tailpipe 5.5. Circulación InversaCirculación Inversa y y SacadaSacada3.3. LimpiezaLimpieza del Tail Pipe dedel Tail Pipe de AluminioAluminio de de Tuberia Tuberia de de PerforacionPerforacion
Feb - 2003
Método de los dos tapones: Plug Catcher
Ventajas de este método:
• Aislamiento por delante y por detras del cemento.
• La tuberia es limpiada hasta el fondo del la tuberia de cola.
• Tuberia de cola (Tail pipe) frangible (puede abandonarse si seatora).
Feb - 2003
Tecnica de Cementacion con Coiled Tubing
Cemento
Sistema de Lodo para suspender la lechada
Coiled Tubing
Feb - 2003
Consideraciones de diseño• Por qué se está colocando un tapón de cemento?
• A qué profundidad se está colocando el tapón?
• A través de que tipo de formaciones será colocado el tapón?
• A qué densidad debería ser mezclada la lechada?
• Cuál es la temperatura de fondo de pozo BHT?
• Qué volumen debería ser bombeado?
• Cuál es el tiempo de espesamiento requerido (TT) ?
• Cómo asegurar que el cemento no se contaminara con lodo?
• Son necesarias la centralización y rotación de la cañería?
• Tiempo de espera de cemento?
Feb - 2003
Propiedades de la lechada• Densidad – Liviana para perdidas de circulacion
• Densidad – Alta para Desviar
• Densidad – Homogénea - Mezcla por tandas
• Reologia – Alta para Pérdidas de Circulación
• Reologia – Baja cuando usamos Coiled Tubing
• Resistencia a la Compresion – Mas Alta para Desviacion
• Resistencia a la Compresion – Menos Importante para Perdidas de Circulacion
• Resistencia a la Compresion – Minimo 500 psi
• Tiempo de Espesamiento – Entre 1.5 y 2 horas para colocacion
Feb - 2003
Tiempo de Frague y Resistencia a la Compresión
Conc D81Rgal/sk
None
0.04
0.08
Conc D81Rgal/sk
None
0.04
0.08
Prof.(ft)
10,000
10,000
10,000
Prof.(ft)
10,000
10,000
10,000
BHCT(oF)
144
144
144
BHST(oF)
228
228
228
BHST(oF)
228
228
228
THICKENING TIME(hrs:min)
1:20
2:25
3:40
8hrs
3050
2500
1200
Resist. a la Compresión (psi)
16hrs
3500
3000
2200
24hrs
4100
3700
3800
CementoCemento APIAPI Clase Clase GG mezcladomezclado a 15.8a 15.8 ppgppg
Feb - 2003
Contaminac. por Lodo vs Rest. a Compresión
** ResistenciaResistencia a laa la Compresión esCompresión es 18hr a 230F18hr a 230F**** Contiene dispersanteContiene dispersante
Cemento Clase H 16.5 lb/gal
Efecto de la Contaminacion con lodo
Contaminacion (% by Volume)
Compressive Strength (psi at 170°F)
Contaminacion
(%)
Lechada Estandar
15.6 lb/gal
Lechada Agua
Reducida17.5 lb/gal
0 5
10 20 50
4,647 3,512 2,619 2,378
245
5,862 5,300 4,538 2,331
471
0 10 40 60
4,082 psi 2,950 psi 2,426 psi
593 psi
8,600 psi 8,237 psi 3,850 psi 2,967 psi
8 hr 16 hr
Feb - 2003
Razones de fallas en Tapones de Cemento
• Fraguado insuficiente (Desviaciones).
• Aislamiento pobre (Obturación, abandono).
• Profundidad incorrecta (todos los tapones).
• Fuera de emplazamiento por hundimiento hacia el fondo (todos los tapones).
• Fuera de emplazamiento por zona de pérdida (pérdida decirculación).
Feb - 2003
Causas Comunes de fallas en los Tapones
• Lechada no diseñada para suficiente resist. a la compresión.
• Insuficiente tiempo de espera del cemento (WOC).
• Temperatura Estática de Fondo de Pozo imprecisa (BHST).
• Contaminación del Cemento durante el emplazamiento delcemento o el retiro de tubería.
Feb - 2003
• Lechada no diseñada específicamente para el problema(pérdida de circulación).
• Volumen de cemento insuficiente.
• Diferencia de densidad entre lechada y fluido del pozo,demasiado alta, provocando el hundimiento del tapón.
Causas Comunes de fallas en los Tapones
Feb - 2003
Tapón de Cemento - Conclusiones
• Emplazar el tapón en una formación apta (formación dura).
• Utilizar suficiente cemento.
• Utilizar un tail pipe para intervalos de obturaciones.
• Usar centralizadores en tail pipe donde el pozo no sufre excesivos desmoronamientos.
• Utilizar drill pipe plug y un plug catcher.
Feb - 2003
Tapón de Cemento - Conclusiones
• Acondicionar pozo antes de comenzar trabajo, usando lodos debaja PV y bajo YP, pero suficiente peso para controlar el pozo.
• Antes del cemento enviar un colchón viscoso compatible con el lodo (así se previene que el cemento decante en el fondo delpozo)
• Usar espaciador/lavador para combatir efecto decontaminación por lodo. Son útiles las lechadas densificadascon dispersante.
• Permitir suficiente tiempo de frague a la lechada.
Feb - 2003
Diverter Tool (Desviación)
8 holes phased at 458 holes phased at 4500
Bull PlugBull Plug
Feb - 2003
Centralización de Drill Pipe & Diverter Tool
DRILLPIPEDRILLPIPECENTRALZADOCENTRALZADO
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
ESPACIADORESPACIADOR
LODO 9.0PPGLODO 9.0PPG
CEMENTO 16.0 PPGCEMENTO 16.0 PPGDIVERTER TOOLDIVERTER TOOL
9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL9.1 lb/gal VISCOUS BENTONITE PILL
Feb - 2003
Colocacion Incorrecta de Lechada
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
LODO 9.0 PPGLODO 9.0 PPG
ESPACIADORESPACIADOR
13.8lb/gal 13.8lb/gal 15.8 lb/gal15.8 lb/gal17.5 lb/gal17.5 lb/galCEMENTOCEMENTO
BENTONITE PILLBENTONITE PILL
Feb - 2003
Exceso de Cemento en Inversa
HH
LL
Feb - 2003
Procedimiento - Tapón Balanceado
• Prueba de líneas de tratamiento.
• Bombear espaciador/lavador químico delante de lechada.
• Mezclar y bombear la lechada de cemento.
• Bombear espaciador/lavador químico detrás de la lechada.
• Desplazar la cantidad calculada de fluido dedesplazamiento.
Feb - 2003
Procedimiento - Tapón Balanceado
• Desplazar 1/2-1 bbl menos de lo especificado, por seguridad.
• Abrir retornos hacia tanques de desplazamiento de la unidad, y permitir que tapón se equilibre por sí mismo (ya sea por flujo de retorno o por vacio).
• Levantar drill pipe o tubing por sobre el tapón.
• Circular por inversa si las condiciones lo permiten.
• Levantar la sarta del pozo y esperar el frague de cemento.
Feb - 2003
Cálculo de Volumen de Lechada
7000 7000
75007500
TapónTapón finalfinal TapónTapón al final deal final de desplazamientodesplazamiento
LodoLodo
EspaciadorEspaciador
CementoCemento
DrillpipeDrillpipe / tubing/ tubing
Lsp2
Lcmt
L
Feb - 2003
Ejercicio
– 12 1/4” O.H. + 20% exceso– 5” 19.5 lb/ft Tuberia de perforacion– Tapon desde 7500’ a 7000’– 30 bbl de agua por delante, como espaciador
Feb - 2003
Cálculo de Volumen de Lechada
• Volumen de Lechada, Vcmt
Vcmt = L x Ch x factor de exceso
donde,L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).
Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada• Volumen de Lechada, Vcmt
Vcmt = L x Ch x factor de excesodonde,L = altura de columna de lechada en pozo abierto (ft).Ch = capacidad del pozo abierto (de tablas) (ft3/ft).
• Altura del Tapón Balanceado (con sarta de trabajo en el pozo)
donde,Can = Capacidad anular entre el tubing o drill pipe y el pozo
abierto(ft3ft).Ctbg = Capacidad del tubing o drill pipe (ft3/ft).
Lcmt = VcmtCan + Ctbg
Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen de Espaciador detrás de la lechada
Vsp1 = Volumen del espaciador delante de lalechada
Vsp2 = Vsp1
Canx Ctbg
Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada
• Volumen de Espaciador detrás de la Lechada
Vsp1 = Volumen de espaciador delante de laLechada
• Altura del Espaciador
CtbgVsp
Lsp2
2 =
xCtbgCanVsp
Vsp1
2 =
Feb - 2003
Cálculo del Volumen de Lechada• Volumen del Espaciador detrás de la Lechada
– Vsp1 = Volumen de espaciador delante de la Lechada
• Altura del Espaciador
• Volumen de DesplazamientoVd = Ctbg x [D - (Lcmt + Lsp2)]
Lsp2= length of spacer behind (ft) = Vsp2 / Ctbg
xCtbgCanVsp
Vsp1
2 =
– D = prof. de sarta de trabajo (fondo del tapón de cemento) (ft)