7/30/2019 Diseo de lechadas de

1/6

4.1 Preparacin de lechadas de cemento.

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA LECHADA DE CEMENTO:1. Se pesa la cantidad de agua, cemento y aditivos en una balanza electrnica.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. Despus de mezclar la lechada en la mezcladora API se pasa al consistmetroatmosfrico para simular las condiciones de mezclado que soportar la lechadaantes de ser bombeada al pozo.5. Se mide la reologa de la mezcla en el viscosmetro FANN donde se ledetermina el punto cedente y la viscosidad plstica de la lechada. Estascaractersticas nos permiten conocer que tipo de flujo nos va a permitir esalechada (flujo turbulento o flujo tapn). Por medio del computador, nos dice si va a

entrar en flujo turbulento con tantos barriles/min.6. Se mide el agua libre en un equipo para anlisis de agua libre que nos permiteevaluar la cantidad de agua libre que puede migrar a travs de la lechada.7. Se mide la cantidad de perdida de filtrado de la lechada en el filtro prensa bajocondiciones dinmicas de presin y temperatura.8. Se toma una muestra de la lechada y se coloca dentro del consistmetropresurizado, que es un equipo el cual nos permite simular las condiciones delfondo del pozo (presin y temperatura) y determinar el tiempo de espesamiento dela lechada.9. Se mide la resistencia a la compresin de la lechada: Cmara de curado: Equipo de alta presin y alta temperatura donde se elaboranbloques de muestra de las diversas lechadas de cemento diseadas, los cualessern sometidos a diversos esfuerzos. Analizador ultrasnico de cemento (UCA): Equipo diseado para evaluar laresistencia a la compresin pero a partir del mtodo snico. Puede utilizarse paraprobar la resistencia de una lechada durante un tiempo prolongado

4.2 Pruebas de laboratorio y preparacin de lechadas.

PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CEMENTACIONES:La efectividad de cualquier trabajo de cementacin depende de llevar a cabo unapreparacin meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, as comodel diseo y las pruebas del trabajo.Los ensayos realizados en laboratorios para el cemento tienen la funcin deevaluar el desempeo y las caractersticas qumicas de las lechadas, mediante lamedicin de ciertas propiedades bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y elanlisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas antes de sermezclada.

7/30/2019 Diseo de lechadas de

2/6

La norma API RP 10B delinea las prcticas recomendadas para las pruebas delaboratorio que se llevan a cabo con las lechadas de cemento para pozos depetrleo, as como sus aditivos; estas pruebas se describen a continuacin:1.- Determinacin del contenido de agua en la lechada2.- Determinacin de la densidad.

3- Pruebas de resistencia a la compresin.4.- Determinacin del tiempo de bombeabilidad.5.- Determinacin del filtrado.6.- Pruebas de permeabilidad.7.- Determinacin de las propiedades reolgicas.En el cemento seco tambin se hacen mediciones de fineza y de pureza.1. Determinacin del contenido de agua en la lechada: Agua libre: Una vez que se ha preparado la lechada en el mezclador, se le agitaen un consistmetro a presin atmosfrica; se vuelve a pasar por el mezclador, yluego se le deja en un cilindro de vidro graduado de 250 ml, perfectamente tapadopara evitar la evaporacin. Al cabo de dos horas de reposo, se habr acumuladoagua en la parte del recipiente, ese volumen de agua expresado en mililitros, es elcontenido de agua libre de la lechada. Agua normal: El contenido de agua normal de una lechada de cemento, es loque cede una lechada que tiene 11 unidades de consistencia, luego de haber sidoagitada durante 20 minutos, a 80 F de temperatura en un consistmetro a presinatmosfrica. Para determinar el contenido normal de agua de una lechada, aveces hay que hacer muchas pruebas con diferentes porcentajes de agua. Agua mnima: El mnino contenido de agua de una lechada es aquel que hacelograr a la misma, una consistencia de 30 unidades luego de haber sido agitadadurante 20 minutos en un consistmetro a presin atmosfrica y 80 F detemperatura.Por lo general, las pruebas de contenido de agua se hacen con cementos puros,ya que el agregado de aditivos puede hacer variar la consistencia de la lechada,sin cambiar el porcentaje de agua.2. Determinacin de la densidad:Se utiliza para ello un equipo llamado balanza de lodos. En el laboratorio sepondr especial cuidado en eliminar todo el aire contenido en la muestra decemento.3. Pruebas de resistencia a la compresin:Se vierte la lechada en estudio en una serie de moldes, cubos de 1 pulgada porlado y se les coloca en un bao de agua comente a la temperatura requerida porla prueba, estos pueden ser:a) Un recipiente a presin atmosfrica para muestras a temperatura hasta de 180F.b) Un recipiente presurizable para muestras a temperaturas hasta de 380 F ypresiones hasta de 3000 psi.Por supuesto que ste es ms caro, pero por otro lado es muy superior, ya quenos permite simular las condiciones del pozo durante el ensayo.Los tiempos recomendados para sacar las muestras son: 8, 12. 18, 24, 36, 48, y72 horas.

7/30/2019 Diseo de lechadas de

3/6

Por lo general, las pruebas a las 8, 24 y 72 horas son suficientes; aunque a vecesse necesita ms informacin para los tiempos de espera de fraguado, (WOC), uotros datos. Una vez que se retiran los cubos del bao se les coloca,inmediatamente en una prensa hidrulica que incrementa la carga entre 1 000 y 4000 psi por minuto. Cuando se rompe el cubo, se lee la mxima presin obtenida

en la escala y esa ser el valor de la resistencia a la compresin. Se deberrepetir la operacin con varias muestras y luego se sacar el promedio.4. Determinacin del tiempo de bombeabilidad:Tal vez sea sta la prueba de laboratorio ms usada en el campo; determinadurante cunto tiempo la lechada permanece en estado fluido, (y por consiguientebombeable) bajo una serie de condiciones dadas en el laboratorio. (Presin ytemperatura).El aparato que se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es elconsistmetro, que puede ser atmosfrico o presurizable.Este ltimo, tal vez sea el aparato ms caro de un laboratorio de cementacin,pero es necesario a fin de poder simular las condiciones del pozo.El recipiente con la lechada a probar gira a velocidad constante, (movido por unmotor elctrico) dentro de un bao de aceite, a travs del cual, se le aplica latemperatura y la presin deseada. Dentro del recipiente aislado, hay una patetaconectada a un resorte; a medida que la lechada gira, trata de arrastrar la paletaen el sentido de la corriente. Una lechada ms viscosa ejercer una fuerza mayoren la paleta, la cual a su vez, trasmitir mayor torque al resorte y ste se mide pormedio de un potencimetro, del que est dotado el aparato.El consistmetro est calibrado para poder leer directamente las unidadesBearden de consistencia (a veces llamadas Poises, por costumbre). Cuando lalechada alcanza 100 unidades de consistencia (Bc) no se puede bombear. As eltiempo de bombeabilidad, exportado por el laboratorio ser el transcurrido desdeque se introduce la mezcla en el consistmetro hasta que el aparato marca los 100Bc. La presin y la temperatura aplicadas, son aquellas que indica la norma APIRT 10B que especifica la forma en que se debe desarrollar la prueba y quecorrespondern a las condiciones aproximadas que se necesitarn en el campocuando se cemente a una determinada profundidad. Los programas(Schedules) estn especificados separadamente para cementaciones primarias,liners, cementaciones a presin y colocacin de tapones de cemento con TPfranca y con TF.5. Determinacin de la prdida de filtrado:Puede ser medida de dos maneras: Filtrado de baja presin: Se aplican 100 psi y se va leyendo la cantidad delquido que cae en el cilindro graduado a los 1/4, , 1, 2, y 5 minutos de iniciada laprueba, y luego a intervalos de 5 minutos cada uno. Si la muestra se deshidratatotalmente antes de media hora, se registra el tiempo que tard en hacerlo. Elfiltrado se reporta en cc/30 minutos a 100 psi. Filtrado de alta presin: La presin aplicada ahora ser de 1000 Psi y laslecturas se efectuarn de la misma manera. Si la muestra se deshidrata antes delos 3 minutos se extrapola para reportar cc/30 minutos. As durante el ensayo parala determinacin del filtrado se asume que hay ms lechada presente que lo querealmente tenemos en el recipiente que por otro lado es lo que sucede en el pozo.

7/30/2019 Diseo de lechadas de

4/6

El filtro prensa de alta presin, incorpora tambin un bao a una temperaturacontrolable a fin de simular las condiciones reales; la temperatura a la cual se hizola prueba, deber estar registrada en el reporte. Es debido a sta ventaja que elfiltro de alta presin se utiliza ms que el de baja, y los resultados obtenidos sonexpresados como cc de filtrado cada 30 minutos a 1000 psi.

6. Pruebas de permeabilidad:Se utiliza un aparato que mide la permeabilidad de las muestras de cementofraguado de acuerdo a la ley de Darcy, este aparato se llama permemetro.7. Determinacin de las propiedades reolgicas:El viscosmetro de Fann, es un aparato de tipo rotacional, movido por un motorsincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener velocidadesrotacionales de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM.Un cilindro exterior o rotor, gira a una velocidad constante para cada ajuste deRPM, que es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y sta, a su vez,produce un cierto torque en un cilindro interior a bob sobre el que acta un resorte.La torsin que adquiere el resorte puede relacionrsela con la viscosidad de lalechada y medirla de esta manera. Las lecturas obtenidas se emplean para ladeterminacin de las propiedades reolgicas (N y K) que son de fundamentalimportancia para el clculo de caudales crticos y determinacin del rgimen dedesplazamiento. (Turbulento, Laminar o Tapn) de las cementaciones.N= ndice de comportamientoK= ndice de consistencia.8. Otras pruebas:Las pruebas que hemos visto estn determinadas por la norma API RP 10B pero aveces, se necesita informacin especfica para un cemento en especial, o parauna lechada en particular. En esos casos, se hacen pruebas para determinarcompatibilidades entre el cemento y del espaciador con el lodo, anlisis de agua ygranulometra.

4.3 Operaciones de cementacin de pozos.

La cementacin de los pozos petroleros consiste en dos operaciones principales:la cementacin primaria y la cementacin con fines de remediacin.La cementacin primaria es el proceso de colocacin de una lechada de cementoen el espacio anular existente entre la tubera de revestimiento y la formacin. Lacementacin con fines de remediacin tiene lugar despus de la cementacinprimaria, cuando los ingenieros inyectan cementos en posiciones estratgicas delos pozos con diversos fines, incluidos la reparacin del pozo y su abandono.La cementacin primaria es un procedimiento crtico dentro del proceso deconstruccin de pozos. La cementacin proporciona un sello hidrulico queestablece el aislamiento zonal, lo que impide la comunicacin de los fluidos entrelas zonas productivas del pozo y bloquea el escape de los fluidos hacia lasuperficie. Adems, la cementacin produce el anclaje y la sustentacin de lasarta de revestimiento y protege la tubera de revestimiento de acero contra lacorrosin producida por los fluidos de formacin. Si no se logran estos objetivos, lacapacidad del pozo para explotar todo su potencial productivo puede verseseveramente limitada.

7/30/2019 Diseo de lechadas de

5/6

La mayora de las operaciones de cementacin primaria emplean un mtodo deemplazamiento del cemento que incluye dos tapones.Despus de perforar un intervalo hasta una profundidad deseada, una brigadaremueve la columna de perforacin, dejando el pozo lleno de fluido de perforacin.Luego, la brigada baja una sarta de revestimiento hasta el fondo del pozo. El

extremo inferior de la sarta de revestimiento est protegido con una zapata gua ouna zapata flotante. Ambas zapatas son dispositivos ahusados, con el extremo enforma de bala, que guan la tubera de revestimiento hacia el centro del pozo paraminimizar el contacto con los bordes rugosos o los derrumbes durante lainstalacin. La zapata gua difiere de la zapata flotante en que la primera carecede una vlvula de retencin.La vlvula de retencin impide el flujo inverso, o formacin de tubo en U, de losfluidos que pasan desde el espacio anular hacia el interior de la tubera derevestimiento. Los centralizadores se colocan a lo largo de las secciones crticasde la tubera de revestimiento para ayudar a evitar su atascamiento mientras sebaja en el pozo. Adems, los centralizadores mantienen la tubera derevestimiento en el centro del pozo para ayudar a asegurar la uniformidad de lacementacin en el espacio anular existente entre la tubera de revestimiento y lapared del pozo.

A medida que se baja la tubera de revestimiento en el pozo, el interior de latubera de revestimiento puede llenarse con fluido de perforacin. Los objetivos dela operacin de cementacin primaria son: remover del fluido de perforacin delinterior de la tubera de revestimiento y del pozo, colocar una lechada de cementoen el espacio anular y llenar el interior de la tubera de revestimiento con un fluidode desplazamiento, tal como fluido de perforacin, salmuera o agua.

Las lechadas de cemento y los fluidos de perforacin suelen ser qumicamenteincompatibles. Su mezcla puede generar en la interfase una masa espesada ogelificada difcil de remover del pozo, que posiblemente impida la uniformidad dela cementacin en todo el espacio anular. Por consiguiente, los ingenierosemplean medios qumicos y fsicos para mantener la separacin de los fluidos. Loslavados qumicos y los fluidos espaciadores pueden ser bombeados despus delfluido de perforacin y antes de la lechada de cemento.Estos fluidos presentan la ventaja adicional de limpiar las superficies de la tuberade revestimiento y la formacin, lo que ayuda a obtener una buena adherencia delcemento.Los tapones limpiadores son dispositivos elastomricos que proporcionan unabarrera fsica entre los fluidos bombeados dentro de la tubera de revestimiento.Un tapn inferior separa la lechada de cemento del fluido de perforacin, y untapn superior separa la lechada de cemento del fluido de desplazamiento. Eltapn inferior posee una membrana que se rompe cuando ste se asienta en laparte inferior de la sarta de revestimiento, generando un trayecto a travs del cualla lechada de cemento puede fluir hacia el interior del espacio anular. El tapnsuperior no posee ninguna membrana; por consiguiente, cuando se asienta sobreel tapn inferior, se anula la comunicacin hidrulica entre el interior de la tuberade revestimiento y el espacio anular. Despus de la operacin de cementacin, losingenieros esperan que el cemento se cure, frage y desarrolle resistencia;

7/30/2019 Diseo de lechadas de

6/6

proceso que se conoce como esperando fraguado de cemento (WOC). Despusdel perodo WOC, que usualmente es de menos de 24 horas, pueden comenzarlas operaciones adicionales de perforacin, disparos y de otro tipo.El proceso de construccin de pozos habitualmente consiste en la instalacin devarias sartas de revestimiento, cada una de las cuales requiere una operacin de

cementacin primaria. A medida que el pozo se profundiza, el dimetro de cadasarta de revestimiento es normalmente ms pequeo que el precedente.Casi todas las operaciones de cementacin utilizan cemento portland, consistenteprincipalmente en compuestos de silicato de calcio y aluminato de calcio que sehidratan cuando se agregan al agua. Los productos de la hidratacin,fundamentalmente los hidratos de silicato de calcio, proveen la resistencia y labaja permeabilidad requeridas para lograr el aislamiento zonal.Las condiciones a las que se expone el cemento portland en un pozo difierensignificativamente de las condiciones ambiente de superficie asociadas con losedificios, caminos y puentes. Los cementos de los pozos petroleros debenenfrentar un amplio rango de temperaturas; desde temperaturas inferiores al puntode congelamiento en las zonas de permafrost (pergelisol) hasta temperaturassuperiores a 400C [752F] en los pozos geotrmicos.En consecuencia, los fabricantes de cemento producen versiones especiales decemento portland para ser utilizadas en pozos. Adems, se dispone de ms de100 aditivos de cemento para ajustar el rendimiento del cemento, lo que permiteque los ingenieros adecuen una formulacin de cemento para un ambiente depozo en particular. El objetivo principal es formular un cemento que seabombeable durante un tiempo suficiente para la colocacin en el espacio anular,que desarrolle resistencia a las pocas horas de la colocacin y que mantenga suduracin a lo largo de toda la vida productiva del pozo.