REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITECNICA DE LAS FUERZAS ARMADAS.
TUCUPITA, ESTADO: DELTA AMACURO.
FACILITADOR: BACHILLER:
CHAVEZ, ALEJANDRO. GONZALEZ, YAISMAR.
TUCUPITA, 2015
Introducción
Durante la construcción de un pozo de petróleo el proceso de
cementación es de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente
operación de cementación traería drásticas consecuencias; tales como
incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el
ambiente y a la seguridad. Por tal motivo al momento de diseñar y cementar
un pozo petrolero se deben
tomar en cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas
operacionales dirigidas al proceso de cementación. La efectividad de
cualquier trabajo de cementación depende de llevar a cabo una preparación
meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, así como del
diseño y las pruebas del trabajo. Los ensayos realizados en laboratorios para
el cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características
químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo
ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de
los componentes de las lechadas antes de ser mezclada.
Pruebas de laboratorio.
Prueba de Bombeabilidad
El tiempo de espesamiento es el tiempo que la lechada de cemento
permanecerá bombeable bajo condiciones del pozo. También se define el
tiempo requerido para que la lechada alcance 100 unidades Bearden de
consistencia. Es importante tomar en cuenta que el tiempo de espesamiento
debe de ser mayor que el tiempo que va a durar el trabajo de cementación,
para evitar cementación en la superficie de la tubería, en la cabeza de
cementación y/o dentro del revestidor. Por lo tanto, este tiempo se debe
estimar como el tiempo total del trabajo de cementación más un factor de
seguridad de una a dos horas tal vez sea ésta la prueba de laboratorio más
usada en el campo; determina durante cuánto tiempo la lechada permanece
en estado fluido, (y por consiguiente bombeable) bajo una serie de
condiciones dadas en el laboratorio. (Presión y temperatura). El aparato que
se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es el consistómetro, que
puede ser atmosférico o presurizable. Este último, tal vez sea el aparato más
caro de un laboratorio de cementación, pero es necesario a fin de poder
simular las condiciones del pozo.
Prueba de Resistencia a la Compresión.
La fuerza compresiva es la cantidad de fuerza requerida para soportar
el peso de la tubería de revestimiento. La fuerza compresiva provee la base
regular del tiempo de espera del cemento (WOC). El API recomienda que
esta fuerza después de 24 horas de fraguado no deba ser menor de 500 psi.
La prueba para determinar el esfuerzo compresivo, nos indica el tiempo de
espera necesaria, entre la colocación de una lechada y la siguiente
operación a desarrollar en el pozo como seguir perforando o realizar
completaciones.
La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas
de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la
resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida
entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en mega
pascales (MPa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la
compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28
MPa y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se
especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más.
Pruebas de Viscosidad.
La habilidad de la lechada de fluir en el espacio poroso es
proporcional a su fluidez. Una lechada muy viscosa, es útil cuando se realiza
una cementación primaria a través del espacio anular, la misma no fluirá
hacia los espacios porosos pequeños, a menos que se apliquen presiones
diferenciales altas. Las presiones aplicadas están limitadas por la presión de
fractura de formación, por consiguiente, es recomendable utilizar en los
procedimientos de forzamiento lechadas de baja viscosidad las cuales
contienen aditivos dispersantes.
El viscosímetro de Fann, es un aparato de tipo rotacional, movido por
un motor sincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener
velocidades rotacionales de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM. Un cilindro
exterior o rotor, gira a una velocidad constante para cada ajuste de RPM, que
es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y ésta, a su vez, produce
un cierto torque en un cilindro interior o bob sobre el que actúa un
resorte. La torsión que adquiere el resorte puede relacionársela con la
viscosidad de la lechada y medirla de esta manera.
Prueba de Agua Libre.
Una vez que se ha preparado la lechada en el mezclador, se le agita
en un consistómetro a presión atmosférica; se vuelve a pasar por el
mezclador, y luego se le deja en un cilindro de vidrío graduado de 250 ml,
perfectamente tapado para evitar la evaporación. Al cabo de dos horas de
reposo, se habrá acumulado agua en la parte del recipiente, ese volumen de
agua expresado en mililitros, es el contenido de agua libre de la lechada. Las
características del agua usada para preparar la mezcla ó lechada de
cemento, contiene sales minerales cuya influencia sobre el tiempo de
bombeo y la resistencia a la compresión del cemento es directa, razón por la
cual se recomienda que las pruebas de tiempo de bombeo se realicen con el
agua que se utilizará para mezclar el cemento evitando con esto fraguados
prematuros.
Prueba de Filtrado.
El filtrado es la pérdida de agua de la lechada hacia la formación, a
medida que la lechada pierde agua la densidad y la viscosidad se
incrementan disminuyendo el tiempo de bombeo. El cemento sin aditivos
pierde agua en exceso razón por la cual es indispensable el uso de
controladores de filtrado para asegurar una buena cementación.
Se realiza con el fin de estimar la cantidad de filtrado que tendrá la
lechada en estudio. Para esto se utiliza el filtro prensa de alta presión y alta
temperatura el cual posee una celda que contiene una malla de filtrado
donde se vierte la lechada previamente acondicionada en el consistometro
atmosférico, luego esta celda se introduce en la camisa de calentamiento y
se le conecta la manguera de presión que suministra 1000 psi por la parte
superior del equipo. Al instante que se transfiere la presión a la celda se
pone en marcha el cronometro por 30 minutos (tiempo de duración del
ensayo), luego se mide el volumen de filtrado recolectado y se multiplica por
2 para obtener el valor resultante a la prueba.
Otras Pruebas API
Las pruebas que hemos visto están determinadas por la norma API
RP 10B pero en ocasiones, se necesita información específica para un
cemento en especial, o para una lechada en particular.
Procedimiento para realizar una lechada de cemento 1. Se pesa la
cantidad de agua, cemento y aditivos en una balanza electrónica. 2. Se
mezcla el agua, cemento y aditivo en una mezcladora API. La mezcla se
realiza de la siguiente manera: •Por 15 segundos a 4000 rpm se mezclan los
aditivos. Y luego por 35 segundos a 12000 rpm toda la lechada. 3. Se mide la
densidad de la lechada en una balanza presurizada. 4. Después de mezclar
la lechada en la mezcladora API se pasa al consistómetro atmosférico para
simular las condiciones de mezclado que soportará la lechada antes de ser
bombeada al pozo. 5. Se mide la reología de la mezcla en el viscosímetro
FANN donde se le determina el punto de cedente y la viscosidad plástica de
la lechada.
Cementación Primaria.
En esta operación se coloca la lechada de cemento en el espacio
anular que está comprendido por la tubería de revestimiento y la formación
expuesta del agujero, de tal forma que realiza un sello completo y
permanente proporcionando aislamiento entre las zonas del pozo que
contienen gas, aceite y agua.
Una de las principales funciones de la cementación primaria es evitar
derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas, dar soporte a la
tubería de revestimiento y proporcionar una reducción en el proceso
corrosivo de esta con los fluidos del pozo y con los fluidos inyectados en
casos de estimulación.
Propósito de la Cementación Primaria.
Entre los propósitos principales de la cementación se pueden
mencionar los siguientes:
Proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo.
Aislar zonas de diferentes fluidos.
Aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las mismas por
el fluido de perforación o por los fluidos del pozo.
Evitar o resolver problemas de pérdida de circulación y pega de tuberías.
Reparar pozos por problemas de canalización de fluidos.
Reparar fugas en el revestidor.
Cementación de Tubería de Revestidores.
Son tuberías especiales que se introducen en el hoyo perforado y que
luego son cementadas para lograr la protección del hoyo y permitir
posteriormente el flujo de fluidos desde el yacimiento hasta superficie.
También son conocidas como: Revestidores, Tubulares, Casing. La
cementación de pozos se realiza de diferente forma para cada tipo de
tubería, debido a las condiciones mecánicas que presentan los diferentes
tipos, el objetivo principal es presentar la secuencia operativa que se debe
seguir en las cementaciones de las tuberías con el fin de mejorar la eficiencia
en la operación de campo, disminuir los problemas que se presenten,
teniendo siempre en mente los aspectos ambientales y económicos.
Cementación de Revestidores de Superficie.
La principal función de la cementación en las tuberías superficiales, es
aislar formaciones no consolidadas y evitar la contaminación de mantos
acuíferos que se encuentren a profundidades someras, mantener el agujero
íntegro y evitar una probable migración de aceite, agua o gas de alguna
arena productora superficial, además de permitir la continuación de la
segunda etapa de perforación. Cabe mencionar que la tubería conductora
está incluida en las tuberías de revestimiento superficiales, su función
principal es permitir circulación y evitar derrumbes de arenas poco
consolidadas, además de ser el primer medio de circulación de lodo a la
superficie. Esta tubería de revestimiento tiene la opción de cementarse o
incarse según sean las condiciones del terreno.
Cementación de Tubería de Intermedio.
Esta tubería es indispensable para mantener la integridad del pozo al
continuar con la perforación. Sus rangos de diámetro varían de 6 5/8” a 13
3/8” y su profundidad de asentamiento varia de 300 a 4,600 ft. Generalmente
es la sección más larga de las tuberías en el pozo y van corridas hasta la
superficie, por lo que los preventores deben instalarse en estas tuberías para
continuar perforando las siguientes etapas.
Las tuberías intermedias normalmente son empleadas para cubrir
zonas débiles que pueden ser fracturadas con densidades de lodo mayores,
que son necesarias al profundizar el pozo y así evitar pérdidas de circulación,
también aíslan zonas de presiones anormales y la cementación puede ser
realizada con una sola lechada o con dos diseños si el gradiente de fractura
y el pozo así lo requieren.
Cementación cañería de producción.
Esta cañería presenta un diámetro exterior de 2 3/8” a 9 5/8” y su profundidad
llega hasta la zona productora. Esta cañería puede ser cementada
parcialmente o en algunos casos totalmente según criterio técnico
Propósitos de la cementación de cañería de producción.
i. Aislar zonas de gas, petróleo, agua, sal y shale (lutitas).
ii. Provee control de pozo en la cabeza del pozo (durante la
producción & control de presión).
iii. Aísla las zonas de interés de fluidos indeseables.
iv. Provee la oportunidad de cambiar el lodo por el fluido de
completación.
Cementación de Liner.
Una zapata de Liner usualmente incluye una zapata y un collar
flotador, junto con una tubería de revestimiento más larga y un colgador de
Liner, colocado hidráulica y mecánicamente, para asegurar la parte superior,
todo el ensamblaje es corrido con tubería de perforación y luego se coloca un
colgador a unos 300 a 500 pies dentro de la tubería de revestimiento
anterior.
Cálculo del volumen de la lechada.
Uno de los aspectos importantes de las operaciones de cementación,
es tener la cantidad de agua disponible para formar la lechada de cemento.
Para dicho cálculo, se requiere conocer la densidad y el volumen de la
lechada de cemento y el rendimiento. Posteriormente se aplican las
siguientes fórmulas:
Dónde:
Va = Volumen de agua para la cementación, en Lt. /saco.
P = Peso de un saco de cemento, en Kg.
D = Densidad de la lechada de cemento, en gr/cm3.
l V = Volumen de la mezcla de cemento y agua (lechada), en Lt/saco
(Rendimiento).
Vs = Volumen de un saco de cemento, en lt/saco.
Ns = Nro. de sacos de cemento.
V = Volumen total de la lechada, en Lt.
Da = Densidad del agua, en gr/cm3.
Aplicación de las fórmulas:
Densidad de lechada – 1.89 gr/cm3.
Volumen de lechada total – 19,600 Lt *
Sacos de cemento de 50 kg.
Operaciones:
Cantidad de agua necesaria = 22.472 lt/saco x 511 saco = 11,483 Lt. » 11.5
m3
* El cálculo del volumen de la lechada de cemento se realiza con base a las
capacidades anulares, en donde se requiere la cementación de la T.R.,
fórmulas que se han aplicado en el manual del perforador.
Cálculos de Agua.
El volumen calculado de cemento fue de 150 bbl y la fórmula de la mezcla es como se muestra abajo: Cemento Clase G 35% Arena Sílica 0.2 gps de Aditivo A 0.6 gps de Aditivo B 0.9 gps de Aditivo C Densidad requerida de la Lechada = 15.9 ppg Volumen absoluto de cada componente. Cemento clase g = 0.0382 gal/lb Arena Sílica = 0.0456 Gal/Lb Aditivo A = 0.0974 gal/lb Aditivo B = 0.103 gal/lb
Aditivo C = 0.112 gal/lb Determinar la cantidad total de cemento y el agua requerida para preparar 150 barriles de Lechada. Volumen = Peso x Volumen Absoluto Donde: Volumen en gal/saco Peso en lb/saco Volumen Absoluto en gal/lb Construimos la Tabla de los Componentes de la Mezcla
Peso (lb/sack) Volumen.Absoluto (gal/lb)
Volumen (Gal/sack)
01 Saco de Cemento Clase G
94 0.0382 94 x 0.0382 = 3.591
35% Arena.Sílica
0.35 x 94 = 32.9 0.0456 32.9 x 0.0456 = 1.5
Aditivo A 0.1 ÷ 0.0974 = 1.0267 0.0974 0.2
Aditivo B 0.6 ÷ 0.103 = 5.825 0.0103 0.6
Aditivo C 0.9 ÷ 0.112 = 8.036 0.112 0.9
AGUA 8.33 x K 1/8.33 K
Total 94+32.9+1.0267+5.825+8.036 + (8.33K)
3.591+1.5+0.2+0.6+ 0.9 + K
K es la variable del Requerimiento de Agua.
Peso Total por Saco de Cemento = 94 +32.9 +1.0267 +5.825 +8.036 +8.33k
= 141.7877 + 8.33K
Volumen Total de Lechada por Saco de Cemento = 3.591 + 1.5 + 0.2 + 0.6 +
0.9 + K = 6.791 + K
Densidad del Cemento = Peso Total por Saco de Cemento ÷
Volumen Total de Lechada de Cemento
15.9 lpg = (141.7877 + 8.33K) ÷ (6.791 + K)
--> K = 4.466 gal/saco
REQUERIMIENTO DE AGUA= 4.466 gal/saco
RENDIMIENTO DEL CEMENTO = 6.791+4.466 = 11.257 gal/saco
Si el volumen Total de cemento es 150 bbl.
Convertir Barriles a Galones multiplicando por 42 (1 bbl = 42 galones)
150 bbl = 150 x 42 = 6300 galones
Cálculos de Espaciadores
Determinar Volumen del Espaciador Según el Programa, el
Espaciador debe llegar a Superficie, por lo tanto:
Volumen del Espaciador = Capacidad Anular entre Rev 9-5/8” y Rev
7” x longitud del Espaciador
Capacidad Anular Rev 9-5/8” / Rev 7”= (8.852-72) ÷ 1029.4 = 0.02849 bbl/pie
Longitud del Espaciador= Volumen Anular hasta el Tope del Cemento.
Tope del Cemento @2000 pies dentro de la Zapata 9-5/8" = 6.500' – 2.000' =
4.500 pies
Volumen del Espaciador = 0.02849 x 4.500 pies = 128.2 bbl
Cementación por etapas.
Esta operación se efectúa en pozos donde se requiere cubrir con
cemento una gran longitud, cementar una TR demasiado larga, o se tienen
zonas de interés con separaciones muy grandes o
con problemas de pérdida de circulación debido al bajo gradiente de fractura.
Se utiliza la herramienta “cople de cementación múltiple” (CCM), la cual tiene
integrado un juego de camisas deslizables. La secuencia operativa de la
primera etapa es la misma que la previamente descrita. La segunda etapa
consiste en lanzar un tapón llamado torpedo, que se utiliza para romper los
tornillos de corte en el CCM, deslizando la primera camisa, haciendo la
apertura y estableciendo comunicación entre el interior de la TR y el EA. Se
establece circulación y se procede a la operación de la segunda etapa como
una cementación normal. Al arribar el tapón de desplazamiento al CCM, la
segunda camisa del cople se desliza sellando los orificios de comunicación,
observándose un incremento de presión, señal de que el sello es efectivo
Conclusión
Las Pruebas de Laboratorio nos permite predecir que materiales
serían los idóneos para realizar el trabajo de cementación así como evitar
trabajos de arreglos o malas cementaciones que podrían provocarse en
cualquier pozo. Estas pruebas se hacen con el fin de tener resultados más
cercanos a los reales y así tener la seguridad de utilizar o no una
determinada lechada en el pozo, Para realizar dichas pruebas se debe
recopilar la información necesaria para diseñar la lechada de cemento idónea
para el pozo a cementar. Los ensayos realizados en laboratorios para el
cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características
químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo
ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de
los componentes de las lechadas antes de ser mezclada.
FUENTE: INGENIERIADEPETROLEO / PRUEBAS PARA MEDIR LA
COMPRESIÓN.
FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO
FUENTE: 55408904-PRUEBAS-DE-LABORATORIO
FUENTE:
HTTPS://PROFESORMARIO.FILES.WORDPRESS.COM/2010/04/CEMENT
ACION-DE-POZOS.PDF