Investigación de la exposición de cementación.

Reología de las lechadas de cemento.

La reología de las lechadas se enfoca básicamente al estudio del flujo y la formación de la lechada, se evalúa la mezcla y bombeabilidad de las lechadas, se determinan tazas de desplazamiento apropiados para una remoción de lodo efectiva y colocación de la lechada, se estiman las pérdidas de presión por fricción y la potencia requerida para el bombeo.

Considerando que la lechada de cemento no es un fluido newtoniano, no es posible definir sus propiedades reológicas por medio del factor de viscosidad, ya que la relación de velocidad esfuerzo/corte no es constante y por lo tanto se determinan dos parámetros de flujo para el conocimiento de los cálculos de flujo. Para la lechada de cemento, el tamaño y la distribución de las partículas afectan de manera directa, ya que la velocidad de deshidratación depende de la finura del cemento. Las lechadas de cemento como ya se mencionó se comportan de manera a un fluido no-newtoniano y normalmente son fluidos pseudoplásticos con punto de cedencia, para los cuales la viscosidad disminuye con la velocidad de corte.

Mediante la caracterización del comportamiento reológico de la lechada de cemento se puede determinar de manera más precisa las caídas de presión por fricción y obtener un adecuado desplazamiento del lodo de perforación en el agujero, esto se puede obtener mediante el uso de los modelos de Casson y Hershel-Bulkley caracterizándolos de manera más exacta mediante un amplio rango de velocidades de corte.

En cuanto a la dependencia de las propiedades reológicas de las lechadas de cemento con respecto a la presión, se considera mínima o despreciable ya que éstas son base agua (debido a su baja compresibilidad y poca variación de la viscosidad aparente con la presión), esto representa la condición de los sistemas de lechadas de cemento, excepto los que muestran una alta relación sólido-líquido. Se tiene alta compresibilidad de la fase líquida, respecto a la fase sólida, esto al aumentar la relación sólido-líquido. Además la temperatura juega también un papel importante.

Las propiedades reológicas de la lechada de cemento son dependientes no sólo de la velocidad de corte sino también del tiempo.

Pruebas de laboratorio para cementos.

Antes de que sea bombeada una lechada de cemento a un pozo, se efectúan pruebas de laboratorio, para asegurar una correcta colocación del cemento, prediciendo el rendimiento y el comportamiento de la lechada cuando es bombeada y posterior a su colocación.

Es necesario analizar los componentes de la lechada antes de ser mezclada contemplando aditivos y fluidos de mezcla. Posteriormente se evalúan los baches lavador y espaciador para valorar el efecto de la limpieza del agujero, compatibilidad con el cemento, y también se contemplan los efectos sobre el lodo. Se analiza el desempeño de la lechada bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y posteriormente se prepara el material mezclado.

Procedimientos y equipos de laboratorio.

Solicitud de análisis de laboratorio: aquí se designan los aditivos necesarios para la lechada y se solicitan parámetros específicos como son: densidad, reología, pérdida de fluido, tiempo de espaciamiento y agua libre. Se suministra toda la información sobre los parámetros del pozo (tipo de trabajo, profundidad, tipo de agua de mezcla, etc.).

Cálculo de la muestra: el volumen de la muestra de la lechada debe de ser de 600ml, se mezcla con un equipo de alto esfuerzo de corte, el cual tiene dos velocidades de rotación (400RPM y 12000RPM).

El agua y los aditivos líquidos se mezclan primero, se añade el cemento y aditivos sólidos a una velocidad de 4000 RPM durante 15 segundos y posteriormente se eleva a una velocidad de 12000 RPM por 35 segundos.

Este procedimiento de mezclado no es conveniente para los casos en que la lechada de cemento sea de micro esferas o contenga nitrógeno.

Pruebas de la lechada.Medición de la densidad: es realizada con una balanza presurizada, que tiene un brazo graduado y aplican el principio de una balanza de contrapeso para medir la densidad. Debido que en ocasiones los fluidos o la mezcla de cemento contienen cantidades significativas de aire o gas, se debe utilizar una balanza presurizada, para medir la densidad de la copa bajo presión, reduciendo la cantidad de aire o gasa y asi lograr un valor comparable al obtenido en el pozo.

Prueba de agua libre: la prueba indica que la lechada es colocada en una probeta de vidrio graduada de 250ml, done el agua libre es medida en mililitros después de dos horas de reposo.

Prueba de pérdida de fluido: ésta prueba simula la cantidad de filtrado perdido bajo presión frente a una formación permeable. Existen 2 tipos de prensas filtro, de baja presión (100 PSI) y de alta presión (1000 PSI) y alta temperatura, éste simula las condiciones de fondo del pozo.

Reología; es importante para determinar la capacidad del cemento o lodo a levantar recortes hasta la superficie, para analizar la contaminación de lodo por acción de sólidos, químicos o temperatura y para determinar los cambios de presión en el pozo durante una maniobra de sacar y bajar herramienta. Las propiedades fundamentales son la viscosidad y la fuerza del gel.

Una medición de las propiedades reológicas del fluido se obtiene utilizando un viscosímetro Fann, el cual utiliza una camisa que rota alrededor de un cilindro ajustado a tensión clástica interna y que posibilita lecturas comúnmente directas o digitales de la resistencia de circulación de los fluidos.

La lectura se realiza a 300 y 600 rpm para determinar la viscosidad plástica (VP) y el punto de cedencia del fluido.El viscosímetro también se usa para determinar la resistencia del gel que es la habilidad del fluido para desarrollar una estructura gelatinosa rígida o semirrígida cuando el fluido está en los 10 segundos y a los 10minutos después.

Tiempo de espesamiento: el tiempo de fraguado de la lechada de cemento, es el dato más importante, se requiere un tiempo mínimo e indispensable para bombear la lechada de una manera eficiente. Una vez posicionada comienza a desarrollar una resistencia compresiva, asimismo permite un tiempo suficiente para el bombeo completo del cemento, ya que será necesario perforar el cemento remanente en la tubería de revestimiento.

El consistómetro está diseñado para determinar el tiempo de espesamiento a condiciones de fondo de pozo (presión y temperatura), las unidades de medición es la unidad de consistencia Bearden (Bc).

Fuerza compresiva: método no destructivo para medir la resistencia compresiva es el instrumento “Analizador Ultrasónico de Cemento” UCA, que mide el cambio en la velocidad de una señal acústica en función del tiempo.

Lo que hace el Analizador Ultrasónico de Cemento, es la forma en que la unidad analiza la onda y la frecuencia a la cual opera la señal acústica.Estas dos condiciones operativas combinadas resultan en una clara señal, que permite lecturas exactas.