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EL CEMENTO
El cemento es una mezcla compleja de caliza (u otros materiales con
alto contenido de carbonato de calcio), sílice, hierro y arcilla, molidos y
calcinados, que al entrar en contacto con el agua forma un cuerpo sólido. Esta
mezcla de ingredientes se muele, se calcina en hornos horizontales con
corriente de aire y se convierte en clinker, el cual contiene todos los
componentes del cemento, excepto el sulfato de calcio, que se le agrega
como ingrediente final.
Los componentes que forman el cemento son óxidos superiores de
oxidación lenta. Esto significa que terminan su grado de oxidación al estar en
contacto con el aire al enfriarse.
De todos los cementos, el Portland es el más importante en cuanto a
términos de calidad. Es el material idóneo para las operaciones de
cementación de pozos.
Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El
nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran
en la isla de Portland, en el condado de Dorset. Aspdin llevó una búsqueda de
un material que pudiera ser una alternativa al cemento natural o romano
(derivado de la ceniza volcánica y de otros minerales), sus experimentaciones
llevaron al descubrimiento y patentado de este cemento.
Algunos cementos Portland son de fabricación especial, debido a que las
condiciones de los pozos difieren significativamente entre sí al variar su
profundidad. En la solución de algunos problemas específicos de pozos se
utilizan cementos de menor uso.
El cemento Portland es, además, el ejemplo típico de un cemento
hidráulico: fragua y desarrolla resistencias a la compresión como resultado de
la hidratación, la cual involucra reacciones químicas entre el agua y los
componentes presentes en el cemento.
El fraguado y endurecimiento no solamente ocurre si la mezcla de
cemento y agua se deja estática al aire, también se presenta si la mezcla se
coloca en agua. El desarrollo de resistencia es predecible, uniforme y
relativamente rápido.
El cemento fraguado tiene baja permeabilidad y es insoluble en agua, de
tal forma que expuesto a ésta no se destruyen sus propiedades.
Tales atributos son esenciales para que un cemento obtenga y mantenga el
aislamiento entre las zonas del subsuelo.
Los principales compuestos del cemento y sus funciones son:
Silicato tricálcico (3CaO.SiO2) habitualmente conocido como C3S.: Es el
componente más abundante en la mayoría de los cementos y, además, el
factor principal para producir la consistencia temprana o inmediata (1 a 28
días). Generalmente, los cementos de alta consistencia inmediata contienen
en mayor concentración este compuesto; más que el Portland común y los
retardados.
Silicato dicálcico (2CaO.SiO2) habitualmente conocido como C2S.:
Compuesto de hidratación lenta que proporciona la ganancia gradual de
resistencia. Ocurre en un período largo: después de 28 días.
Aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3) habitualmente conocido como C3A.:
Tiene influencia en el tiempo de espesamiento de la lechada. Es
responsable de la susceptibilidad al ataque químico de los sulfatos sobre los
cementos. Esta susceptibilidad se clasifica en moderada y alta resistencia al
ataque químico, cuando contienen este compuesto en 8 y 3%
respectivamente.
Alúmino ferrito tetracálcico (4CaO.Al2O3 .Fe2O3) habitualmente
conocido como C4AF.: Este compuesto es de bajo calor de hidratación y no
influye en el fraguado inicial.
Clasificación API Y ASTM de los cementos:
Las Normas API se refieren a clase de cemento; las Normas ASTM a tipo
de cemento.
Cemento clase A o tipo I : Está diseñado para emplearse a 1830 m de
profundidad como máximo, con temperatura de 77°C, y donde no se
requieran propiedades especiales.
Cemento clase B o tipo II: Diseñado para emplearse hasta a 1830 m de
profundidad, con temperatura de hasta 77°C, y en donde se requiere
moderada resistencia a los sulfatos.
Cemento clase C o tipo III : Está diseñado para emplearse hasta 1830 m
de profundidad como máximo, con temperatura de 77°C, donde se
requiere alta resistencia a la compresión temprana; se fabrica en
moderada y alta resistencia a los sulfatos
Cemento clase D: Este cemento se emplea de 1830 hasta 3050 m de
profundidad con temperatura de hasta 110°C y presión moderada. Se
fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Cemento clase E: Este cemento se usa de 1830 hasta 4270 m de
profundidad con temperatura de 143°C y alta presión. Se fabrica en
moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Cemento clase F: Este cemento se usa de 3050 hasta 4880 m de
profundidad con temperatura de 160°C, en donde exista alta presión. Se
fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Cementos clase G Y H: Comúnmente conocidos como cementos
petroleros, son básicos para emplearse desde la superficie hasta 2240
m tal como se fabrican. Pueden modificarse con aceleradores y
retardadores para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión
y temperatura. En cuanto a su composición química son similares al
cemento API Clase B. Están fabricados con especificaciones más
rigurosas tanto físicas como químicas, por ello son productos más
uniformes.
Cemento clase J: Se quedó en fase de experimentación y fue diseñado
para usarse a temperatura estática de 351°F (177°C) de 3660 a 4880
metros de profundidad, sin necesidad del empleo de harina sílica, que
evite la regresión de la resistencia a la compresión.
TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN
Cementación de una etapa
En el caso de una operación de cementación de una sola etapa, se corre
en el pozo la cañería de revestimiento con todos los accesorios requeridos
(como son collar flotador, centralizador, etc.) hasta la zapata se ubica a pocos
pies del fondo del pozo, entonces se conecta la cabeza de cementación con el
tope de la cañería a cementar. Es esencial que la lechada de cemento sea
colocada correctamente en la cabeza de cementación.
Entonces se realiza una circulación de limpieza en la cañería antes de
empezar la operación de cementación (por lo menos se debe circular el
equivalente al volumen de la cañería). Luego se procede a bombear el tapón
inferior de cemento por delante de la lechada para limpiar el interior de la
cañería.
Entonces se bombea el fluido espaciador dentro de la cañería. El
espaciador es seguido por la lechada de cemento y este a su vez es seguido
por el tapón superior de cemento. Cuando el tapón inferior llega hasta el collar
flotador, se rompe el diafragma de goma, permitiendo fluir a la lechada de
cemento a través del tapón, hacia la zapata y de ahí hacia el espacio anular.
En esa etapa los espaciadores proveen una barrera que evita que el lodo y la
lechada se mezclen.
Entonces el tapón superior (el cual es sólido) llega hasta el collar flotador
y este se aloja sobre el tapón inferior lo que detiene todo el proceso de
desplazamiento. El caudal de bombeo deberá ir reduciendo a medida que el
tapón superior va llegando al collar flotador y es acoplado sobre el tapón
inferior. A menudo la cañería se prueba a presión en este punto de la
operación.
Entonces la presión se purga lentamente para asegurarse que la válvula
flotadora, en el collar flotador y en el zapato flotador esté funcionando.
El desplazamiento del tapón superior es estrictamente monitoreado. El volumen
de fluido de desplazamiento necesario para bombear el tapón debe ser
calculado antes de empezar cualquier trabajo de cementación.
La secuencia operativa para una operación de cementación de una sola
etapa se puede resumir:
1) Realizar una circulación de limpieza de la cañería de
revestimiento y el espacio anular (se debe bombear el volumen
total de la cañería).
2) Liberar el Tapón Inferior.
3) Bombear el Espaciador.
4) Bombear la Lechada de Cemento.
5) Liberar el tapón Superior.
6) Desplazar con el fluido desplazador (generalmente es lodo),
hasta que el tapón superior se aloje sobre el collar flotador.
7) Probar a presión la cañería de revestimiento (mantener la
presión por 5 a 10 min.).
8) Desfogar y observar funcionamiento del equipo de flotación,
cerrar pozo y esperar fragüe.
Cementación por etapas
Cuando se va a cementar una sarta de cañerías de revestimiento
intermedia larga a veces es necesario dividir la cantidad de cemento dentro del
espacio anular en dos, con una cantidad de cemento que vaya desde el zapato
de cañería a algún punto sobre cualquier formación problemática en el fondo
del agujero abierto, y la segunda etapa de cemento situada sobre formaciones
problemáticas superficiales. A esta operación de desplazamiento de cemento
se lo conoce como “Cementación Por Etapas”.
Las razones para realizar una cementación en dos etapas son:
1. Se tienen tiempos demasiados largos de bombeo en relación al
tiempo de bombeabilidad de la lechada.
2. Se requieren presiones de bombeo demasiado grandes, que las
proporcionadas por el equipo.
3. Presión hidrostática excesiva sobre formaciones débiles.
4. Las formaciones del fondo del pozo no son capaces de soportar la
presión hidrostática generada por una columna de cemento
grande (debido a los altos valores de densidad de la lechada).
5. No se requiere cementar entre intervalos ampliamente separados.
El procedimiento para llevar a cabo una operación de cementación
por etapas es como sigue:
Primera Etapa
El procedimiento para la operación de cementación de la primera etapa
es similar al descrito en la sección anterior, excepto que el tapón inferior no se
usa y solo se bombea un fluido espaciador delante de la lechada de cemento.
El tapón superior de cemento convencional se reemplaza por un Tapón
(dardo) más flexible. Se usa este tipo de tapón porque el mismo tiene que
pasar a través del collar doble etapa.
Cabe señalar que se usa un volumen más pequeño de lechada, ya que
solo se cementa la parte inferior del espacio anular. El tamaño del anillo de
cemento en el anular dependerá del gradiente de factura de las formaciones
encontradas (una altura de 3.000 – 4.000 pies sobre el zapato es común).
Segunda Etapa
La segunda etapa de esta operación involucra el uso de una herramienta
especial conocida como “Collar de Doble Etapa”, el cual se arma dentro de la
cañería de revestimiento en una posición pre-determinada. Esta posición a
menudo corresponde a la profundidad de la cañería anterior. Los asientos
dentro del collar de doble etapa inicialmente están sellados por una camisa
interna. Esta camisa se mantiene es su posición gracias a unos pines. Después
de que la primera etapa esta completa un dardo especial se libera desde
superficie el cual se asienta sobre las camisa interna en el collar de doble
etapa. Luego se aplica una presión de aproximadamente 1.000 – 1.500 psi a la
cañería y sobre el dardo, lo que fuerza al dardo a romper los pines de sujeción
de la camisa interna y mueven la misma hacia abajo. Esto abre los puertos de
los mandriles externos. Se establece la circulación a través del collar de doble
etapa antes de bombear la segunda etapa de lechada de cemento.
El procedimiento normal para la segunda etapa de cementación en una
operación de cementación por etapas es como sigue a continuación:
1. Dejar caer el dardo de apertura.
2. Levantar la presión para romper los pines.
3. Sin embargo circular mientras la primera etapa es colocada en su
posición.
4. Bombear el fluido espaciador.
5. Bombear la segunda etapa de la lechada de cemento.
6. Liberar el tapón (dardo) de cierra.
7. Desplazar el tapón (dardo) y la lechada con lodo.
8. Presurizar sobre el tapón para cerrar los puertos dentro del collar
dobles etapa y realizar una prueba de presión a la cañería.
PREFLUJOS
Son los fluidos que se bombean antes que la lechada su función de
estos es de sacar el revoque del lodo que hay en las paredes del pozo y de
sacar el lodo que hay en el EA. Para que entre la lechada. Los preflujos pueden
tener un costo en la cimentación de esta un 40% del total.
Equipos de cementación de pozos
Zapata de revestimiento: Su principal función es correr el fondo de la
tubería de revestimiento. Tiene un perfil redondeado para asistir la
corrida del agujero. Se le conoce como zapata flotadora cuando es
corrida con una válvula de bola.
Cuello flotador: Usualmente localizado 2 o 3 juntas sobre la zapata y
actúa como un alto para los tapones de cemento. El cuello flotador
asegura que habrá cemento sellando las últimas juntas de la tubería de
revestimiento cuando cese el bombeo, es decir, cuando el tapón sea
“golpeado”. Algunos programas de perforación permiten un
desplazamiento adicional hasta un máximo de la mitad de la pista de la
zapata, en un intento por corregir un error de eficiencia de bombeo y
observar un golpe de tapón. Esto también minimiza el volumen de
cemento a ser perforado después. El cuello flotador también contiene
una válvula de bola, la cual previene que el cemento que se encuentra
en el espacio anular fluya de regreso a la tubería de revestimiento,
cuando el desplazamiento haya terminado. Una prueba de flujo es
conducida después de bombear, para confirmar el soporte correcto.
Cuando se corre la tubería de revestimiento y ya que el flotador
prevendrá el flujo de retorno, es usual el tener que llenar periódicamente
la tubería de perforación (cada 5juntas). En caso de que esto no se haga
se podría llegar a colapsar la tubería de revestimiento completa.
Centralizadores: estos son ya sea de tipo de fleje con bisagra o sólidos
de tipo espiral o rígido y ambas sirven para centralizarla tubería de
revestimiento en el hueco.
Ventajas de la tubería centralizada:
1. Mejora la eficiencia del desplazamiento.
2. Reduce el riesgo diferencial de atrapamiento.
3. Previene problemas clave de asentamiento.
4. Reduce el arrastre en pozos direccionales.
5. Existen efectos de empate o desplazamiento del lodo, los
centralizadores están amordazados a la tubería de revestimiento
utilizando un mecanismo de bisagra o de clavado, mientras que
un collar de parado sirve para colocarlos en posición. El
espaciado y cantidad de centralizadores depende del ángulo del
agujero, pero de la tubería de revestimiento y pero del lodo. Los
suplidores pueden proveer un programa óptimo para el uso de los
espaciadores, utilizando el criterio recomendado por API.
Típicamente los centralizadores se concentrarían en las
secciones críticas, de mayor ángulo, la zapata y justo debajo del
colgador, mientras que el resto de la tubería de revestimiento los
espaciara muy esporádicamente.
Raspadores: son cepillos de acero que pueden ser amordazados a la
tubería de revestimiento y aseguradas con collares de parada. Utilizados
para remover físicamente el revoque, lodo gelificado y escombros.
Cabezales de cementación: El cabezal de cemento conecta a la línea de
descargue de la unidad de cemento hacia la parte superior de la tubería
de revestimiento.Para una aplicación completa al agujero, la tubería de
revestimiento es corrida de regreso al piso del equipo de perforación y
los tapones son cargados a la superficie del cabezal de cementación. El
lanzamiento incluye remover el retén y bombear el tapón adentro del
hueco.
Tapones de cemento: Los tapones de cemento son utilizados para
separar la lechada de cementación del espaciador o lodo para prevenir
la contaminación. En corridas de tuberías de revestimiento largas,
tapones adicionales son bombeados antes y entre el tren de
espaciadores para minimizar la contaminación causada por varios
regímenes dentro de diferentes espaciadores y para maximizar su
efectividad cuando salgan hacia el espacio anular.
Los tapones son normalmente fabricados de goma. Varios aparatos
propios son utilizados para “enganchar” los tapones unos a los otros
para permitir una perforación más fácil (muchas veces denominado
perforable PDC). El tapón de fondo tiene un delgado diafragma en su
centro. Después de que aterriza el collar flotador. El diafragma se
ruptura cuando una presión diferencial predeterminada es alcanzada.
Normalmente se lanza antes del espaciador o del cemento.
Espaciadores: No se podrían calificar como equipos, ni tampoco como
aditivos. Antes de bombear cualquier lechada, usualmente se
bombearan una serie de limpiadores espaciadores, incluyendo silbase
aceite, limpiadores detergentes, lodo desperdicio, y una pastilla de
viscosidad.
El propósito de los espaciadores es el de:
1. Separar físicamente el lodo del cemento.
2. Remover lodo, revoque de la pared del espacio anular.
3. Dejar mojada la tubería de revestimiento y la formación agua
sulfactantes.
4. Proveer menos hidrostática de cabeza, es decir, recudir las
presiones de bombeo.
Características del espaciador:
1. Se prefiere un régimen de flujo turbulento para generar un
desplazamiento y erosión de revoque de pared, eficiente.
2. Un mínimo de tiempo de contacto de 10 minutos, es considerado
suficiente y determinara el volumen bombeado.
3. Bajo condiciones de flujo laminar, la densidad y presión de fricción
del espaciador debería ser mayor que la del fluido desplazado.
Tipos de Migración de Fluidos en el proceso de Cementación
En la actualidad se conocen tres formas de migración de gas a través
del cemento o hacia la superficie.
La primera es a través de la columna del lodo (revoque), que haya
quedado en el cemento. Una vez que éste haya fraguado, como resultado de
una mala remoción del mismo.
La segunda forma de migración puede ocurrir a través de los anillos que
se forman entre el revestidor y el cemento o entre el cemento y la formación.
Estos micro anillos se originan por el encogimiento que sufre el cemento al
fraguar, pudiendo las variaciones presión y temperatura agravar problema. La
presencia de revoque adherido al revestidor puede también ocasionar la
formación de micro anillos, como una geometría irregular en el fondo del hoyo.
En este tercer caso, la intrusión de gas en la matriz del cemento ocurre
por la disminución en la presión hidrostática debido a las pérdidas de fluido que
ocurren mientras el cemento desarrolla resistencia (gel estático). Estas
pérdidas ocasionan una reducción en el volumen, la presión en consecuencia
disminuye y el gas puede penetrar. Hay que destacar que esto varía de
acuerdo con el tipo de mezcla y las condiciones del pozo, ya que el desarrollo
del gel estático varía con las mismas. Esto, en principio, no parece lógico, y
que si el pozo está primero lleno con fluido de perforación y éste es
reemplazado por el cemento, el cual suministra la presión hidrostática
adecuada, debería mantener el gas atrapado. La gran dificultad que aquí se
presenta es el cambio de estado que sufre el cemento con el tiempo, de un
estado líquido a gel, luego a un sólido permeable, y por ultimo, a un estado
sólido casi permeable.
Entre los factores que influyen en la migración de gas, se tienen que las
mezclas de cemento cambian de estado, comento pierde la capacidad de
trasmitir presión, y se requiere de cierto tiempo para que la lechada adquiera
una resistencia adecuada (aproximada mente de 500 lbs/100 pie2 el tiempo de
un estado líquido, donde trasmite totalmente la presión, a un estado sólido en
el cual no la trasmite. Este tiempo es el denominado tiempo de transito, y
constituye un factor importante en la migración de gas.
Cementación: la cementación de un pozo se define como el
procedimiento mediante el cual se mezcla y se bombea cemento y agua en la
tubería de revestimiento, o en algunos casos a la tubería de producción, dicha
mezcla de coloca desde el fondo de la zapata de la tubería revestidora, en el
espacio anular, en el hoyo no revestido (desnudo).
Funciones: Excluir agua de las formaciones productoras, Sellar las
zonas no productoras, Sellar las zonas de fluidos no deseables, Evitar
derrumbes, Controlar la pérdida de circulación, Proteger el revestimiento de las
presiones externas.
Tipos de Cementación:
Cementación Primaria : se realiza a presiones suficiente, para que la
mezcla de cemento sea bombeada hasta el interior de la sarta revestidora y
sea desplazada a través de la zapata que lleva el extremo inferior de la sarta.
La zapata siempre se deja a cierta distancia del hoyo y se cementa hasta la
superficie o lo calculado!
Funciones: Protege la Sarta contra la corrosión, Protege la sarta durante
los cañoneos, Evita la migración de fluidos entre las formaciones.
Operaciones más comunes en la cementación:
Cementación de todo el espacio anular entre el hoyo y la tubería de
revestimiento, cuando estas son relativamente corta (revestimiento
superficiales),
Cementación del espacio anular, solamente en una sección inferior
(revestimiento, intermedio o de producción),
Cementación de intervalos de espacio anular en pozos relativamente
profundos (cementación por etapas).
Cementación secundaria: consiste en forzar la mezcla del cemento a
alta presión hacia las formaciones para corregir ciertas anomalías en puntos
determinados a través de orificios que por cañoneo (perforación a bala o a
chorro) son abiertos en los revestidores.
Trabajos Extras de cementación:
Cementación en zonas bien definidas para excluir la producción de agua
o gas.
Cementación de zonas de producción depletadas para abandonar el
pozo.
Cementación de partes que quedaron mal cementadas en la
cementación primaria.
Equipos de cementación:
Zapata Guía: es simplemente un nipple que se coloca en la parte inferior
del primer tubo para permitir una libre introducción del tubo en el hoyo. Su
forma esférica en la parte inferior hace que el contacto con la pared del hoyo
sea lo más suave posible, evitándose así cualquier derrumbe de las paredes
del hoyo, la longitud de la zapata es de 1 pie.
Zapata diferencial (zapata flotadora): Tiene doble función, sirve de
zapata guía y de flotador. Al primer tubo que va en el hoyo se le enrosca y se le
fija por soldadura en su extremo inferior. La zapata sirve para guiar la tubería
en su descenso hasta la profundidad donde se va a cementar.
Cuello flotador: Tiene como función impedir el regreso del fluido del
interior del revestidor por intermedio de una válvula mecánica de retención.
Normalmente se coloca entre el segundo y tercer tubo desde el fondo hacia
arriba. El cuello tiene un asiento que sirve para que el tapón que se coloca
después de bombear la lechada de cemento (tapón superior), al llegar a ese
nivel no pueda pasar y al aumentar la presión es indicativo de que todo el
cemento pasó por ahí y que el desplazamiento ha finalizado.
Cabezal de cementación: Esta pieza se coloca en la parte superior del
tubo que se asoma en la superficie. Se une por medio de mangueras de acero
a los sistemas de mezclado y bombeado del cemento. Posee dos cámaras de
alojamiento para los tapones de cementación y un juego de válvula que permite
las operaciones de cementación.
Tapones de Cementación: Son dispositivos que se introducen en la
tubería de revestimiento durante la operación de bombeo del cemento. Se usan
2 tapones, las cuales separan al fluido de perforación dentro del pozo y a la
mezcla agua cemento, y a su vez a esta con el fluido de desplazamiento.
Centralizadores: Son herramientas que son colocadas en la tubería de
revestimiento para mantenerla centralizada en el hoyo y para evitar que se
recueste contra la pared del hoyo. La centralización de la tubería permite que el
espesor del cemento sea uniforme alrededor de toda la tubería.
Raspadores: Son herramientas que se colocan en la tubería de
revestimiento con el objeto de limpiar el revoque que se ha formado en la pared
del hoyo con el objetivo de lograr adhesión entre el cemento y la pared del
hoyo.
Procedimiento para meter el revestimiento y cementarlo:
Metiendo el revestimiento:
1. Verifique q la tubería q se va a introducir esté colocada de
acuerdo con el diseño programado.
2. Revise que la zapata guía y el cuello flotador sean los
recomendados.
3. Mida tubo a tubo la primera camada y ordena colocar los anillos
para los raspadores de acuerdo a lo programado.
4. Asegúrese que los tubos tengan sus protectores de rosca y que
estén libres en su interior.
5. Verifique que los centralizadores y raspadores están siendo
colocados de acuerdo al programa
6. Continúe midiendo tubo por tubo hasta que la sumatoria sea la
profundidad programada. Asegúrese que la tubería se vaya
colocando de acuerdo a las secciones del programa.
7. Al alcanzar la profundidad programada, ordene color el cabezal
de cementación y circular.
Cementando:
1. Revise q los tapones de cementación estén bien colocados en el
cabezal de cementación.
2. Revise con el operador de la compañía de cementación el
programa de cementación.
3. Suelte el tapón de abajo y comience a mezclar y a bombear
cemento.
4. Revise la densidad de la mezcla y avise al operador si no es la
densidad programada. Haga esto varias veces durante las
operaciones de cementación.
5. Al terminal con la mezcla agua-cemento, suelte el tapón de arriba
y empiece a desplazar con agua. Asegúrese que durante la
operación haya buena circulación.
6. Manténgase verificando el volumen de agua desplazante, cuando
se acerque al volumen calculado, notifique aloperador para q
reduzca la presión de bombeo.
7. Cuando el tapón de arriba llegue al flotador, la cementación ha
terminado. Revise que al quitar la presión, no haya circulado al
reverso. Si hay circulación al reverso, quiere decir que la válvula
del cuello flotador falló y está entrando cemento a la tubería. En
este caso circula nuevamente el fluido desplazante y cierre el
pozo con la presión de asentamiento del tapón de arriba cuando
llegue al flotador y espera el fraguado del cemento.
8. Prepare su informe bien detallado sobre toda la cementación.
Aditivos: Los aditivos tienen como función adaptar los diferentes
cementos petroleros a las condiciones específicas de trabajo. Pueden ser
sólidos y/o líquidos (solución acuosa).
Entre ellos tenemos:
Aceleradores: Se usan en pozos donde la profundidad y la temperatura
son bajas. Para obtener tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a
la compresión en corto tiempo. Pueden usarse: cloruro de calcio (CaCl2, más
usado), silicato de sodio (Na2SiO3), cloruro de sodio (NaCl), ácido oxálico
(H2C2O4), etc.
Retardadores: Hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de
resistencia a la compresión del cemento sean más lento. Los más usados son:
lignitos, lignosulfonato de calcio, ácidos hidroxicarboxílicos, azúcares,
derivados celulósicos, etc.
Extendedores: Se añaden para reducir la densidad del cemento o para
reducirla cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado,
con el fin de reducir la presión hidrostática y aumentar el rendimiento
(pie3/saco) de las lechadas. Entre los más usados se tienen: bentonita, silicato
de sodio (Na2SiO3), materiales pozzolánicos, etc.
Densificantes: Aditivos que aumentan la densidad del cemento o que
aumentan la cantidad de cemento por unidad de volumen del material
fraguado, con el fin de aumentar la presión hidrostática. Los más usados:
barita, hematita, ilmenita, etc.
Controladores de Filtrado: Aditivos que controlan la pérdida de la fase
acuosa del sistema cementante frente a una formación permeable. Previenen
la deshidratación prematura de la lechada. Los más usados son: polímeros
orgánicos, reductores de fricción, etc.
Antiespumantes: Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la
preparación de la lechada. Los más usados son: éteres de poliglicoles y
siliconas.
Dispersantes: Se agregan al cemento para mejorar las propiedades de
flujo, es decir, reducen la viscosidad de la lechada de cemento. Entre ellos
tenemos: poli naftaleno sulfonado, polimelamina sulfonado, lignosulfonatos,
ácidos hidrocarboxilicos, polimeros celulósicos.
El programa de cementación debe diseñarse para obtener una buena
cementación primaria, al planificar una cementación independientemente del
tipo de revestidor se debe considerar aspectos relacionados con los pozos
vecinos tales como: geometría del hoyo, diámetro y forma, problemas
presentados durante la perforación, tipos de fluidos presentes en el sistema, el
tipo de cemento y aditivos utilizados y los equipos y herramientas utilizados.
Condiciones óptimas de una cementación.
Tener la densidad apropiada.
Ser fácilmente mezclable en superficie.
Tener propiedades reológicas óptimas para remover el lodo.
Mantener sus propiedades físicas y químicas mientras se está
colocando.
Debe ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente.
Desarrollar esfuerzo lo más rápido posible una vez que ha sido
bombeado.
Desarrollar una buena adherencia entre revestidor y formación.
Tener una permeabilidad lo más baja posible.
Mantener todas sus propiedades bajo condiciones severas de
presión y temperatura.
Tapones de Cemento:
Es una operación que consiste en colocar una columna de cemento en
un hoyo abierto o revestido, con cualquiera de los siguientes objetivos:
Aislar una zona productora agotada.
Pérdida de control de circulación o Abandono de pozo seco o
agotado cuando se hace una perforación direccional.
Nota: El método más común para probar la calidad de la resistencia de un
tapón de cemento es bajar una mecha, con tubería de perforación, el tiempo de
fraguado después de la colocación de un tapón varía de 8 a 72 horas,
dependiendo del uso de aceleradores o el tipo de pozo.
El tiempo de fraguado puede ser de 2 a 3 horas.
Tiempo de endurecimiento de 18 a 24 horas
Tiempo de solidificación de 24 horas en adelante todo depende de los aditivos.
Diseño de lechada de cemento:
Para determinar el tiempo durante el cual se bombeará la lechada, es
necesario conocer las condiciones del pozo, así como la potencia hidráulica
requerida, caudal de desplazamiento, volumen de lechada y relación entre el
diámetro del pozo y el revestimiento. Los datos de resistencia del cemento
están basados en las temperaturas y presiones a que esta expuesta la lechada
en el fondo del pozo, e indican el tiempo requerido para que el cemento resulte
suficientemente fuerte para soportar el revestimiento.
Más detalladamente, algunos de esos parámetros necesarios para el
diseño son:
Tiempo de cementación: Es el tiempo mínimo requerido para el
endurecimiento de la lechada por la deshidratación del cemento; este tiempo es
1.5 veces mayor que el tiempo de duración de las operaciones de cementación;
es decir si las operaciones duran 5 horas, el tiempo de fraguado del cemento
será 7.5 horas.
Tiempo de espesamiento: Es el tiempo que se le da a una lechada para
que permanezca lo suficientemente fluida para poder bombearse en el hoyo
bajo determinadas condiciones de temperatura y presión.
Tiempo mezclando y bombeado: Es el tiempo mínimo para mezclar y
bombear la lechada de cemento dentro del pozo hasta el espacio anular. Las
consideraciones técnicas. Dependen del tiempo de bombeabilidad depende del
tipo de trabajo, condiciones de pozo y el volumen de cemento que se desea
bombear.
Tiempo soltando los tapones: Es el tiempo requerido para soltar los
tapones antes y después de la lechada de cemento para iniciar el
desplazamiento. El tiempo que dura colocando cada tapón es de
aproximadamente 10 minutos.
Tiempo de desplazamiento: Es el tiempo requerido para que la columna
de cemento se desplace dentro del revestimiento hasta llegar al fondo del hoyo.
Este factor esta en función de la profundidad de la sección a cementar, el
caudal de bombeo y las propiedades del revestidor.
Que es una Lechada
La lechada de cemento puede definirse como un fluido que rellena el
espacio anular entre el revestidor y la formación.
Propiedades de la Lechada.
Tiempo de espesamiento o bombeabilidad.
Resistencia a la compresión.
Aditivos.
Materiales de pérdida.
Propiedades del flujo.
Calidad de agua de la mezcla.
Densidad de la lechada.
Perdida de fluido.
Consideraciones Para Una Lechada de Cemento:
Para el diseño de la lechada de cemento se siguen los siguientes pasos:
1. Determinar la geometría del hoyo perforado, el peso del lodo, el
tipo de lodo, la altura de la columna de cemento y los tipos de
formaciones expuestas.
2. Determinar la presión de fractura en el fondo para seleccionar la
densidad máxima de la lechada y la tasa de bombeo máxima.
3. Determinar la temperatura estática y circulante de fondo (BHST,
BHCT).
4. Determinar si existen condiciones especiales que requieran del
control de la pérdida de fluido, prevención de la migración de gas,
etc.
5. Estimar el tiempo de bombeo, el factor de seguridad y régimen de
flujo.
6. Seleccionar el diseño inicial de la lechada para la prueba.
Geometría del hoyo Perforado : El hoyo perforado debe reunir ciertos
requisitos para que sea cementable y se logren los objetivos deseados.
Esta porción de la planificación del trabajo de cementación, comienza
mucho antes de que el pozo sea perforado. De mayor importancia en
todas las decisiones con respeto a la planificación y perforación, es el
objetivo de obtener un aislamiento zonal completo dentro del hoyo
perforado.
Tipos de Lechada Usada Para El Proceso de Cementación
Lechada de Llenado:
La lechada o cemento de llenado es un cemento de menor resistencia
utilizado en la parte superior del pozo para aislar las zonas y las paredes del
hoyo.
Lechada de Cola:
La lechada o cemento de cola es un cemento de alta resistencia
fraguado alrededor de las uniones de las zapatas y a través de zonas
productivas potenciales a fin de anclar y soportar la tubería de
revestimiento.
Diferencia Entre Una Lechada De Cola Y Lechada De Llenado:
La diferencia consiste en que cada unos de ellas van estar sometidas a
diferentes condiciones de fondo. La lechada de cola va a estar ubicada en la
parte mas profunda del hoyo, específicamente entre cuello y zapata y en el
espacio anular cercano al fondo del hoyo, por lo tanto esta estará sometida a
condiciones extremas de presión y temperatura, lo que no ocurre con la
lechada de llenado que esta ubicada por encima de la lechada de cola, por lo
tanto podría esta sometida a condiciones no tan severas.
