Cementación por sarta interna para casing de diámetros grandes Contenido: Prefacio Introducción Ventajas Disponibilidad Capítulo 1 Métodos de Cementación por sarta interna Método 1 – Collar flotador Super Seal IITM con sello de

manga

Método 2 - Collar flotador Super Seal IITM con sello de manga y asiento para tapón con pistillo de enganche

Método 3 – Collar flotador estándar Equipos adicionales Recomendaciones Capítulo 2 Lineamientos previa instalación e instrucciones de

operación

Lineamientos previa instalación Instrucciones de operación Capítulo 3 Hidráulica de cementación por sarta interna Situación Parámetros del trabajo Problema Solución Cálculos Capítulo 4 Accesorios para cementación por sarta interna Adaptadores de sello de manga Tapón con pistillo de enganche Sello adaptador de cara plana Introducción Los equipos de cementación por sarta interna le permiten cementar sartas de casing de gran diámetro a través de tubería de perforación insertada y sellada dentro del equipo de flotación. Este método algunas veces es menos costoso que el método de cementación mediante desplazamiento de un tapón convencional. Ventajas Además del potencial de ahorro, el método de cementación por sarta interna ofrece las siguientes ventajas: • No se requieren tapones de cementación de grandes diámetros. • Al bombear a través de la sarta interna más pequeña, se reduce la

contaminación del cemento que resulta de la canalización dentro del casing.

• La descarga del cemento fuera del casing es más rápida luego de la mezcla lo que reduce el riesgo que la lechada de cemento dentro del casing tenga un tiempo de fraguado acelerado.

• La cementación por sarta interna reduce la cantidad de cemento que debe ser perforado del casing de gran diámetro.

• Cuando se corre el casing con un tapón de contrapresión o ]latchdown, se puede desprender la sarta interna una vez asentado el tapón y retirado del casing mientras se prepara para perforar más adelante.

Disponibilidad La mayoría de los equipos de flotación para cementación por sarta interna se fabrica contra pedido. Se debe permitir el tiempo suficiente de fabricación luego de colocada la orden. Capítulo 1: Métodos de Cementación por sarta interna Método 1 – Collar flotador Super Seal IITM con sello de manga El Método 1 aplica cuando se utiliza un adaptador de sello de manga y *special baffle collar, collar o zapata flotadora con sello de manga incorporada para suministrar un receptáculo para el adaptador de la sello de manga para cementación por sarta interna. FIGURA 1.1 Conjunto Método 1:

1) Sarta de trabajo 2) Adaptador de la sello de manga 3) Sarta del casing 4) Sello de manga 5) Collar Flotador Super Seal IITM 6) Válvula Super Seal IITM

El concreto retiene la sello de manga y la válvula dentro del equipo de flotación. La parte superior del cemento del equipo de flotación es inclinada para guiar el adaptador dentro de la sello de manga. Cuando se utiliza este método, se debe correr un centralizador en la sarta interna directamente encima del adaptador para asegurar que el adaptador entre dentro de la sello de manga correctamente. Luego de colocar el casing en el pozo, correr la sarta interna con el adaptador instalado en la parte inferior. Luego insertar el adaptador en la sello de manga del equipo de flotación y bombear el cemento fuera del casing a través de la sarta interna y el equipo de flotación. Luego de asegurar que la válvula de contrapresión se mantiene, recuperar el adaptador y la sarta interna. Para instrucciones más detalladas para preinstalación y operación, ver el Capítulo 2 de este manual. Se debe calcular la hidráulica de cementación (Capítulo 3) antes de realizar las operaciones de cementación para evitar que la sarta de trabajo se bombee fuera del equipo de flotación.

Método 2 – Collar flotador Super Seal IITM con sello de manga y asiento para tapón con pistillo de enganche Utilice el Método 2 cuando se utiliza un adaptador para sello de manga y un *baffle collar especial, collar o zapata flotadora con sello de manga y un asiento para el pistillo de enganche. (Figura 1.2) FIGURA 1.2: Conjunto Método 2

1) Sarta de trabajo 2) Adaptador de la sello de manga 3) Sarta del casing 4) Conjunto de tapón con pistillo de enganche 5) Sello de manga con asiento para el pistillo de enganche 6) Collar flotador Super Seal IITM 7) Válvula Super Seal IITM

El sello de manga funciona como un receptáculo para el adaptador del sello de manga de la sarta interna por la parte superior y tiene un hoyo para enganchar y sellar la nariz del tapón con pistillo de enganche inferior. Esta combinación de camisa se moldea dentro del cemento del equipo de flotación. El cemento es inclinado en la parte superior para servir de guía para el adaptador del sello de manga de la sarta interna. Al utilizar este método, siga los procedimientos descritos en el Método 1, excepto que se utiliza un tapón con pistillo de enganche para desplazar el cemento dentro de la sarta interna. La nariz del tapón está diseñada para asentar y enganchar en la manga del equipo de flotación inmediatamente después de pasar a través del adaptador del sello de manga de la sarta interna. La nariz retiene la presión de ambos lados una vez enganchada. Una vez que se recupera la sarta interna, el tapón con pistillo de enganche sirve como respaldo a cualquier válvula de contrapresión ubicada en la sarta del casing. Aunque una válvula de contrapresión no es absolutamente necesaria cuando se utiliza el tapón con pistillo de enganche, ofrece una doble protección contra el reflujo del cemento. Se puede aplicar presión dentro del casing inmediatamente después de asentado el tapón con pistillo de enganche y retirar el adaptador del sello de la manga. Utilice este método de cementación por sarta interna para cementar la primera etapa, donde el equipo, como el *full-opening cementer, requiere presión dentro del casing. Para instrucciones más detalladas para preinstalación y operación, ver el Capítulo 2 de este manual. Se debe calcular la hidráulica de cementación (Capítulo 3) antes de realizar las operaciones de cementación para evitar que la sarta de trabajo se bombee fuera del equipo de flotación. Método 3 – Collar flotador Super Seal IITM Estándar El Método 3 (Figura 1.3, Página 1-4) se utiliza cuando un sello adaptador de cara plana que sella en cualquier equipo de flotación tiene una superficie

plana de cemento. Se puede utilizar este método para realizar cementación por sarta interna en cualquier equipo de flotación estándar, incluyendo Super Seal, PDF, Super Seal IITM que tengan válvulas de 2 ¾ o 4 ¼. Instalar el equipo de flotación según los procedimientos estándar. Sin embargo, en este caso, los adaptadores sellan en la superficie plana del concreto en lugar del stab-in del sello de manga. Ver el Capítulo 3 de este manual para instrucciones más detalladas sobre la pre-instalación y operaciones de los tres métodos de cementación por sarta interna. Equipos Adicionales Tapones con pistillo de enganche o *ball catchers con indicadores pueden ser utilizados en la sarta interna para suministrar mayor limpieza o indicadores mientras se realiza el trabajo de cementación por sarta interna. Ver la Sección 9 del Manual de Ventas de Casing para más información sobre *ball catchers. Figura 1.3 – Conjunto Método 3

1) Sarta del casing 2) Centralizador 3) Adaptador para sello de manga 4) Collar Flotador Super Seal IITM 5) Válvula Super Seal IITM

Recomendaciones Independientemente del método que elija, considere las siguientes recomendaciones al planificar un trabajo de cementación por sarta interna: • Instalar un centralizador justo encima del adaptador y en la parte

superior de la primera junta de la sarta de trabajo. La centralización de la tubería a la altura el adaptador permitirá alinear el adaptador de sarta interna con el equipo de flotación.

• Si utiliza el Método 3, utilice al menos 15000 lbs de peso para crear un sello en el equipo de flotación. Aunque aproximadamente 40.000 lbs aplanaría completamente el sello, un máximo de 100.000 lbs. se pueden *be slacked off sin dañar el equipo de flotación.

• Siempre calcule la hidráulica de la cementación antes de realizar las operaciones de cementación, independientemente del método seleccionado.

Capítulo 2: Lineamientos previa instalación e instrucciones de operación Lineamientos previa instalación 1) Seleccionar el equipo de flotación necesario. Las tres combinaciones d

equipos y las páginas correspondientes con su descripción son: • Método 1 – Adaptador para sello de manga y equipo de flotación

especial con un sello de manga incorporado. (Página 1-X)

• Método 2 – Adaptador para sello de manga y equipo de flotación especial con tapón con pistillo de enganche y sello de manga (Página 1-X)

• Método 3 – Sello adaptador de cara plana con equipo de flotación estándar.

2) Seleccionar el adaptador apropiado. (Ver Tabla 4.1 en el Capítulo 4 de este manual).

Nota: Otros adaptadores para sello de manga están disponibles por pedido especial. Favor permitir tiempo de fabricación de pedidos especiales. 3) Seleccionar la cantidad y tipo adecuados de centralizadores. Utilizar al

menos un centralizador justo encima del adaptador para equipos de flotación con superficie inclinada con entrada al sello de manga.

Nota: Para pedir centralizadores, suministre el tamaño requerido de tubería de perforación y el ID del casing. Los centralizadores deben tener un diámetro externo de arco igual o ligeramente mayor que el ID del casing a ser cementado. 4) Seleccionar el cabezal de cementación adecuado. Ver la Sección 3,

*plug containers, del Manual de Ventas de Casing para más información sobre cabezales de cementación. Si es necesario, se puede obtener *surface packoff con un cabezal *Quick-Pak.

5) Calcular las fuerzas hidráulicas que actuarán sobre la sarta interna durante el trabajo para evitar que el adaptador sea bombeado hacia fuera o la sobrecarga del casing. Ver el Capítulo 3 de este manual para ejemplos de cálculos de hidráulica para cementación por sarta interna.

6) Al correr el equipo de flotación con pistillo de enganche, asegúrese que no existen obstrucciones en la sarta de la tubería de perforación que pudieran atascar o detener el tapón.

La nariz de los tapones con pistillo de enganche se puede atascar en un borde que sea mayor que el ángulo de la nariz. Esto ocurre comúnmente en la parte superior de los crossover.

7) Revisar el indicador del *plug container para asegurarse de que está operando libremente. Si no, se debe retractar dentro del receso en el cuerpo del *plug container para que no impida el paso del tapón con pistillo de enganche.

8) Revisar la tubería de perforación o sarta de la tubería para asegurarse de que todos los adaptadores, *bumper subs o cualquier otro equipo utilizado en la sarta interna permitan el paso del tapón.

Precaución: No empuje la nariz del tapón con pistillo de enganche dentro del asiento del equipo de flotación. No se puede retirar si el aro de cierre se engancha.

Instrucciones de Operación 1) Instalar el equipo de flotación en la sarta del casing y correr en el hoyo

con el casing. Seguir los procedimientos normales de instalación. 2) Antes de correr la sarta interna, instalar el adaptador para el sello en la

sarta interna instalar los centralizadores en la primera junta encima del adaptador. Instalar centralizadores con dispositivos limitantes para no variar su ubicación y espaciamiento.

3) Correr la sarta interna en el casing. Precaución: Bajar la sarta interna lentamente cerca del equipo de flotación para evitar impacto repentino que pudiera dañar el equipo de flotación o el adaptador para el sello de manga. 4) Si el casing es llenado desde la superficie con fluidos que contienen

sólidos cortantes, circular los sólidos de la superficie del equipo de flotación antes de insertar el adaptador para el sello de manga.

Nota: Asegúrese de que la circulación se establece a través de la sarta interna antes de insertar el adaptador para el sello de manga en el equipo de flotación. Precaución: Cerrar la circulación antes de insertar o retirar el adaptador para el sello de manga para evitar daños a los sellos. 5) Insertar el adaptador para el sello de manga y determinar si se ha

establecido el sello. Precaución: Monitorear la presión del espacio anular entre la sarta interna y el casing para evitar bombear el adaptador fuera del equipo de flotación. Pudiera resultar en daños a los sellos. 6) Luego de asegurar que el adaptador para el sello de manga se

mantiene, circular el pozo para remover cortes y acondicionar el fluido del hoyo.

7) Mezclar y desplazar el cemento a través de la sarta de trabajo. 8) Si el equipo de flotación incluye el tapón con pistillo de enganche,

retraer el *plunger que retiene el tapón en el cabezal de cementación para liberar el tapón antes de bombear el fluido de desplazamiento.

9) Desplazar el cemento a la tasa seleccionada hasta que el tapón se acerque al equipo de flotación. Aproximadamente 2 a 3 bbl antes que el tapón llegué al equipo de flotación, disminuir la tasa de bombeo ½ a 1 bbl/min.

10) Bombear lentamente el tapón hasta que asiente. Un incremento de presión entre 500 y 1000 psi (3.4 a 6.0-mPa) indica que el tapón se ha asentado y enganchado correctamente.

11) Revisar el tapón o la válvula flotadora si hay contrapresión antes de retirar la sarta interna.

12) Una vez verificado que el tapón o la válvula se mantienen, retirar la sarta interna.

El cemento se puede reversar dentro del casing siempre y cuando la presión de circulación no exceda la presión hidrostática en la parte externa del casing. Una presión de circulación mayor que la presión externa del casing puede abrir la válvula flotadora y causar contaminación del cemento alrededor de la zapata. El cemento se puede reversar sin riesgo de que se abra la válvula de flotación si se utiliza un tapón con pistillo de enganche. Una vez asentado, este tapón sella lo suficiente para mantener la presión diferencial en ambas direcciones. Capítulo 3: Hidráulica de cementación por sarta interna Algunas variables afectan las fuerzas hidráulicas que actúan sobre una sarta interna. Los cálculos deben realizarse para determinar la influencia de las siguientes variables: • Diferentes tamaños de adaptador para sello de manga y tubería de

perforación. • Peso de los fluidos de desplazamiento y lechada de cemento. • Presión de desplazamiento del cemento. En este capítulo se presenta un cálculo típico para trabajos de cementación por sarta interna. Este cálculo puede ser utilizado como ejemplo únicamente cuando todas las condiciones especificadas existen. Si las condiciones del trabajo son diferentes en alguna de las variables, consultar el Manual de Hidráulica de Cementación de Halliburton para el método de cálculo más adecuado, o contactar al Departamento de Equipos de Cementación de Casing. Situación Las siguientes condiciones de pozo aplican para el ejemplo suministrado: • La sarta del casing es somera y mide aproximadamente 2.000 pies de

largo. • El OD del adaptador para el sello es inferior al ID de la sarta interna. • El cemento o tapón de cementación se desplaza con fluidos de

perforación. Parámetros del Trabajo El operador requiere cementar 1.000 pies (304,8 m) de casing de 20 plg., 106,5 lb/ft (508 mm/158,5 kg/m) en un hoyo de 24 pulgadas (609,6 m) utilizando el método de cementación por sarta interna. La sarta interna será de 4 ½ plg, tubería de perforación de 16,6 lb/gal (1,87 kg/dm3) con conexiones NC50 (4 ½ IF).

Cemento más gel de 8% que pesa 13,1 lb/gal (1,57 kg/dm3) se colocará de 0 a 900 pies (274,3 m) y cemento pesando 15,6 lb/gal (1,87 kg/dm3) se colocará de 900 a 1000 pies. Fluido en el hoyo es 9.0 lb/gal (1,08 kg/dm3). El cliente quiere mantener 500 psi (4,47 MPa) en el espacio anular del casing con sarta interna durante el trabajo. El operador utilizará una zapata flotadora Super Seal IITM con un sello de manga en el casing de 20 plg. Problema ¿Se puede realizar este trabajo sin bombear el stinger del sello de manga fuera de la zapata flotadora? Solución La figura 3.1 muestra las fuerzas hidráulicas sobre la tubería de perforación o de sarta interna durante el trabajo de cementación por sarta interna. Figura 3.1 – Fuerzas hidráulicas

1) Presión de la bomba de la sarta interna 2) Cambio en presión hidrostática 3) Presión de la bomba anular 4) Cambio en presión hidrostática

Cuando el OD de la sarta interna es mayor que el stinger del adaptador de la manga, el cambio de presión en el espacio anular entre el casing y la sarta interna funciona en dirección ascendente en el OD de la sarta interna al adaptador de la manga o el ID del inserto del asiento del tapón. Esto incluye la presión de la bomba, presión atrapada y cambios de la presión hidrostática. La presión de la bomba dentro de la sarta interna funciona en dirección ascendente en la parte superior de la sarta interna sobre el área efectiva igual al adaptador de la manga o el ID del inserto del asiento del tapón. Mientras el ID de la sarta interna es mayor que el OD del stinger del sello de manga, cambios en la presión hidrostática funciona en dirección descendente sobre el área del ID de la sarta interna al sello de manga o ID del inserto del asiento del tapón. Si el cemento será desplazado con el mismo peso de fluido del fluido original del pozo, no necesita tomar en cuenta la presión descendiente de la presión hidrostática adicional dentro de la sarta interna. Si está bombeando el stinger, esta presión equivale a cero porque este bombeo ocurre cuando el tapón se asienta y todo el cemento ha sido desplazado fuera de la sarta interna. La presión descendente del cambio hidrostático dentro de la sarta interna sin embargo se torna una consideración importante cuando se corre una cementación por sarta interna en mayores profundidades. Esta presión podría dañar el equipo de flotación o la sarta del casing. Si esta es una

consideración, ver el Manual General de Hidráulica de Campo de Halliburton para el método adecuado de cálculo. Cálculos El peso de la sarta interna, más o menos las tres fuerzas hidráulicas discutidas, es lo único que mantiene el adaptador del sello de manga insertado en la zapata flotadora.

1. Para determinar si el trabajo se puede realizar, calcular el peso original de la sarta interna utilizando los factores de flotabilidad para tubería de acero.

Lectura de Indicador de Peso Original = (Factor de flotabilidad) x (Peso tubería perforación) x (Profundidad) = (0,8625) x (16,6 lb/pie) x (1,000 pies) = 14,317 lb. Nota: Estos factores están descritos en el Manual de Cementación o el Manual General de Hidráulica de Campo de Halliburton. 2. Determinar el efecto de presión anular de 500 psi en el área desde el

OD de la tubería de perforación y el ID del inserto del asiento del tapón.

Área OD de la tubería de perforación = p (OD)2 / 4 = p x (4.5 plg.)2 – 4 = 15.904 plg. 2 Área ID del inserto del asiento del tapón = p (ID)2 / 4 = p x (3.35 plg.)2 / 4 = 8.814 plg2

Área Efectiva = Área OD tubería de perforación – Área ID inserto asiento del tapón = 15.904 plg2 – 8.814 plg2 = 7.090 plg.2 Fuerza ascendente resultante de la presión anular = (500 psi) x (7.090 plg2 ) = 3.545 lb Peso efectivo de la sarta de perforación = Lectura indicador Peso Original - Fuerza ascendente resultante presión

anular =(14.317 lb) – (3.545 lb)

= 10.772 lb Debido a que el cemento ha sido desplazado fuera del casing, y lodo de 9.0 lb/gal se encuentra dentro de la tubería de perforación, el cambio de presión hidrostática dentro de la tubería de perforación es cero. Esto significa que 10,772 lb es todo el peso disponible para contrarrestar la presión de bombeo de la sarta interna. 3. Para calcular la presión máxima de bombeo que puede ser aplicada sin

bombear el stinger fuera del equipo de flotación, dividir el peso disponible entre el área de OD del stinger:

Presión máxima de la sarta interna = (Peso efectivo) / (Área ID inserto del asiento del tapón) = (10,772 lb) / (8.814 plg2) = 1,222 psi La presión mínima requerida para bombear el tapón o bombear la última etapa de cemento fuera del casing es la presión necesaria para equilibrar la columna de cemento fuera del casing. La diferencia entre las columnas hidrostáticas de fluido de desplazamiento en la tubería de perforación y el cemento fuera del casing dará como resultado esta presión. 4. En vista de que se están utilizando dos pesos de cemento diferentes,

se deben calcular por separado y sumar los dos resultados.

Gradiente de fluido de cemento de 13.1 lb/gal = 0.6805 psi/pie Gradiente de fluido de lodo de 9.0 lb/gal 0.4675 psi/pie Diferencia de gradiente de fluido = 0.2130 psi/pie Diferencia de presión hidrostática en fluido de desplazamiento y cemento de 13.1 lb/gal = (0.2130 psi/pie) x (900 pies) = 191.7 psi Gradiente de fluido de cemento de 15.6 lb/gal = 0.8104 psi/pie

Gradiente de fluido de lodo de 9.0 lb/gal 0.4675 psi/pie Diferencia de gradiente de fluido = 0.3429 psi/pie Diferencia de presión hidrostática en fluido de desplazamiento y cemento de 13.1 lb/gal = (0.3429 psi/pie) x (100 pies) = 34.29 psi Diferencia total en hidráulica de lodo y cemento = (191.7 psi) + (34.29 psi) = 225.99 psi La diferencia total en hidráulica de lodo y cemento es igual a la presión mínima requerida para asentar el tapón o bombear el residuo del cemento fuera del casing. Este cálculo no contempla fricción; sin embargo, porque la presión máxima permitida de la sarta interna es 1,222 psi, o aproximadamente 1000 psi mayor que el mínimo calculado, el trabajo puede ser realizado. Asegúrese de seguir las precauciones indicadas anteriormente. Capítulo 4 – Accesorios para sarta interna Los distintos métodos de cementación por sarta interna requieren diferentes tipos de equipo. Varios adaptadores de sello, mangas y tapones con pistillo de enganche pueden ser necesarios. Las siguientes secciones suministran datos sobre estos componentes. Si se requiere un *packoff en la superficie, ver la Sección 3 del Manual de Ventas de Casing para información sobre el cabezal de cemento Quick-Pak. Adaptadores para sello de manga Figura 4.1 – Adaptador para sello de manga para sarta interna Figura 4.2 - Adaptador para sello de manga para sarta interna

Tabla 4.1 - Adaptador para sello de manga para sarta interna 1) Tipo de rosca del adaptador 2) # parte conjunto del adaptador 3) # parte O-ring 4) ID

a) Este adaptador está diseñado para el tapón con pistillo de enganche Omega de 2 7/8 plg.

Nota: Correr un centralizador encima del adaptador para asegurar que entra correctamente en el equipo de flotación. Figura 4.3 – Tapón con pistillo de enganche Tabla 4.2 – Números de parte tapones con pistillo de enganche 1) # Parte Tapón con pistillo de enganche 2) OD tubería de perforación 3) Rango de ID a través del cual se bombea el tapón

Sello adaptador de cara plana Figuras 4.3, 4.4, 4.5 – Varios sellos adaptadores de cara plana Tabla 4.3 – Sellos adaptadores de cara plana para equipos de flotación estándar

1) Válvula Super Seal II a. Figura 4.3 Válvula 2 ¾ y 4 ¼ plg en casing menor a 9 5/8 plg. b. Figura 4.4 Válvula 4 ¼ en casing 9 5/8 o mayor

2) Tipo de rosca del adaptador 3) 3 Parte conjunto del adaptador 4) # Parte O-ring 5) # Parte Sello del adaptador 6) ID adaptador 7) ID Sello 8) OD Sello 9) OD máx.

Nota: El kit del adaptador (837.06863, Figura 4.5) puede ser utilizado para adaptar el conjunto 837.00029 (Figura 4.3) para poder utilizarlo con la válvula Super Seal II de 4 ¼.