Sistemas de Cementos Especiales

SISTEMAS

DE

CEMENTOS ESPECIALES

Programa de Entrenamiento AceleradoPara Supervisores de Pozo

2 Cementos Especiales

Cementos Tixotrópicosl Fluidos Tixotrópicos

– Fluidos bajo corte ( Delgados cuando se mezclan y bombean)

– Desarrollo de la estructura de gel y autosoportable cuando están estáticos

– Recobran su fluidez cuando el corte es reaplicado.

– Se comportan como fluidos Plástico de Binghan

– Grado de Tixotropía = Fuerza de Gel - Punto Cedente

l Aplicaciones– Prevenir la caida del cemento ( zonas debiles)

– Pérdidas de circulación durante la perforación

– Reparar roturas o casing corroidos

– Lechadas ligeras en trabajos de cem. forzadas

– Relleno

– Prevención de Migración de Gas


RFC ( Regulated Fill-up Cement) D053 D111

Sistema de Sulfato de Calcio Sistema sulfato de AL/Fe

Aditivo Sólido Aditivo Líquido

C3A > 5% para Tixotropía Cualquier cemento

Propiedades de Expansión No expansión

Baja vida shelf Mejor Resis. a la compresión

Resistencia a los sulfatos

Conc. de 10-12 % BWOC Conc. 0.7 - 1.2 gal/sk

Nota para ambos sistemas:

Compatibilidad limitada con otros sistemas

Bién con D29,D30,D42,D66,D74,D110,S1,D77

Abajo de 100 F BHST CaCl2 se requiere

La tixotropía se deteriora con el corte


Cementos RFC - D53 & D111l D53

– Concentracion tipica de 8-12 % BWOC, conocido como plaster de paris o sulfato cálcico hemihidratado, es el más común para preparar lechadas Tixotrópicas.

– Cuando se añada al cemento y agua lo hidrata forma yeso el cual entonces reacciona con el C3Al para formar sulfualuminato cálcico hidratado conocido como ETTRINGITE.

– La red formada por el ettringite se rompe con agitación y se forma de nuevo cuando está estático, este continúa formandose aún cuando el cemento afraguado provocando expansión del mismo, ventaja que puede ser beneficiosaen algunos casos.

l D111– Mezcla de sulfatos de aluminio y sulfatos ferrosos y ácido sulfúrico. Estos

también provoca la formación de Ettringite para impartir las propiedades deTixotropía y se desarrolla para cementos con C3A menor del 5%.

– Los sulfatos de aluminio reaccionan con COH en la lechada de cemento para formar ettringite.

– Se puede usar con cualquier cemento– No provoca expansión del cemento.


Cementos Expansivosl El volumen Bulk Incrementa después de que el cemento a cambiado (

fraguado).– El cemento neto esta dimensionalmente estable– Expansión debe ser controlada– Expansión líneal >1 % causa unsoundness– El cemento normal exhibe una contracción normal del 4-6%

l 2 Técnicas principales de Expansión.– CRECIMIENTO DE CRISTALES:

l Cristales de ettringite ( anadiendo yeso )– Cementos comerciales ( Tipos K,M,S, y mezclas de Yeso)– D53/ Cementos Tixotrópicos– Sistema de cemento SELFSTRESS I y II

l Cristales de Sal ( Sistemas salados de cemento )l Hidratacion de la adicione de MgO --------- Mg(OH)2

– GENERACION DE GAS:l Gas In-situ ( polvo de Al--------- Hidrógeno)l Sistemas espumados de cemento


Cementos Expansivos

l Cementos Ettringite– D53 RFC/Tixot. Cementos.- La expansión de éste sistema en el cemento

fraguado ocurrre ( 0.20-0.25%) después de 2-3 semanas– Cementos Comerciales.- Estos son mezclas de cemento portland, sulfato

de calcio. El cemento S es una mezcla de alto C3A con 10.5-15% deyeso.

– Cementos SELFSTRESS.- Mezcla de cemento con bajo C3A, 10% D53 ysal o dispersante(D65). Estos son cementos RFC los cuales su comportamiento tixotrópico es destruido con la adición de sal ( Tipo I) o D65 ( Tipo II).


SISTEMAS ARTICSET

l Problema de Congelamiento:– Una formación subsuperficial permanentemente congelada– Para superficies +- 3000 fts– Temperaturas desde 12-32 F– Arenas desconsolidadas con lentes de hielo

l Problemas de cementación– Congelamiento del cemento si fragua a menos de 20 F– Inacuado desarrollo de esfuerzo compresivo– Agujeros grandes ----------Volumens grandes de cemento– Casing normalmente cementados a superficie– Efectos de deshielo----------Congelamiento ciclico


Requerimentos del Cemento

l Protección del congelamiento para 15 F

l No agua Libre

l Estable al congelamiento-----ciclos de deshielo

l Bajo calor de hidratación

l Buen esfuerzo compresivo a bajo de temperaturas decongelacion + corto WOC

l Fraguado controlado a temperaturas BHCT

l Buena mezclabilidad en superficie


Sistemas de Cemento ArticsetLa base de los sistemas ARTICSET del I-IV, son mezclas de cerca

del 60% D53 + 40% Cemento G + D65 TIC (5%) + D13 retardador cuando se requiere

l ARTICSET I– Cemento puro + NaCl 15.7 ppg, sistema no extendido

l ARTICSET II– Cemento Puro + LCM + NaCl 15.2 ppg

l ARTICSET III– Extendido + NaCl 12.07 ppg

l ARTICSET IV– Extendido + LCM 11.85 ppg


Composición ArticsetM A T E R I A L C E M E N T O A R T I C S E T

I I I I I I I VC e m e n t o C l a s e G 3 0 2 7 . 5 4 4 5 . 6 3 4 5 . 6 3D 5 3 Y e s o 4 5 4 1 . 5 5 2 2 . 8 2 2 . 8 2D 4 4 ( 1 3 % B W O W ) 3 . 7 7 3 . 4 8 1 2 . 0 1 1 2 . 0 2D 6 5 D i s p e r s a n t e 0 . 3 7 0 . 3 4 0 . 6 2D 1 3 R e ta r d a d o r 0 . 2 2 5 0 . 3 1D 4 6 A n t i e s p u m a n te 0 . 1 4 0 . 1 2 0 . 1 3 7 0 . 1 3 7D 2 4 G i l s o n i te 1 0D 4 2 K o l i te 4 . 0 6D 7 9 E x te n d e d o r 0 . 9 1 1 . 1S 1 C a C l 0 . 9 1 1 0 . 9 1

P e s o p o r S a c o 7 9 . 7 7 7 . 4 8 2 . 4 7 7 9 3 . 2 3 7

D e n s i d a d ( l b s / s k ) 1 5 . 7 1 5 . 2 1 2 . 0 7 1 1 . 8 5R e n d i m i e n to ( c f / s k ) 0 . 9 3 0 . 9 3 1 . 9 4 2 . 0 9A g u a ( g a l / s k 3 . 5 9 3 . 5 1 1 . 1 1 1 1 . 1 1

A g u a L a b (m l ) 2 9 8 2 9 1 4 6 2 4 6 2


RAS- Right Angle Set Cementl Esta compuesto de una mezcla de Cemento Portland y D53. La concentración

preferida entre D53-cemento esta entre el rango de 3:2 a 2:3 por peso.

l La temperatura típica de uso es entre 32 F y 86 F. aplicaciones arriba de 122F puedeser posible pero esto causa que el tiempo de fraguado a condiciones de fondo seincremente sigifictivamente

l La densidad Típica es entre 14 a 16 ppg. Más altas densidades es posible pero debeser muy bien checada en el laboratorio.

l El tiempo de frague puede ser facilmente ajustado entre pocos minutos y a pocas horas sin variar las propiedades de ángulo recto.

l El tiempo de transicion entre 30 Bc a 100 Bc es solamente de pocos minutos usualmente no más de 5 minutos.

l Muy rápida dureza y resistencia compresiva son obtenidos, más de 500 psi en 1 a 2horas, después del frague.

l El sistema no muestra ningun encogimiento del cemento.


GasBlok

l Aditivos– Hasta 250 Fl LATEX D600 ( 300 F con D135)l Dispersantes D065, D080 o D604

– De 200 F a 370 F l LATEX D134l ESTABILIZADOR D135l DISPERSANTES D065, D080 o D121

– Densidadl Cemento API 14 a 21 ppgl TLW 13 a 14 ppgl Litefil Con Cemento API abajo de 13 ppg


Diseño de la lechada c/D600l LATEX

– Concentracion de manuall Dispersante

– D065, D080 o D604l Antiespumante

– D047, M045 o D144l Retardador

– Como sea necesario ( D13, D028, D081, D800)l Extendedores

– Ceniza, hasta 14 ppgl Agente de Peso

– Como sea necesario ( cuidar sedimentacion)l Silica

– Usar D066 si la sedimentación es problema


Propiedades de la lechada c/D600l Ty

– Clase G( 0.5-5 ), Clase H ( 0.5 - 10 ), con agua salada ( 0.5 -10 ), sobre 18ppg ( < 30 ), si el esfuerzo de Gel mínimo ( a 10 min) es 10% del Ty.

l Tiempo Bombeable– Debajo de 30 Bc para 75% del tiempo de 70 Bc, lechada delantera >

tiempo de lechada GasBlokl Agua Libre

– < 2.0 mll Sedimentación

– Mínimal Pérdida de Fluido

– < 100 ml/30 min APIl Densidad

– Pres. Hid. inicial exceda a Pformación por lo menos en 5%


Método p/Determinar Estabilidadl La lechada base latex debe ser checada para determinar su

estabilidad– Mezclar la lechada de acuerdo al procedimiento API– Agitar la lechada en un consistometro atmosférico a BHCT por 20

minutos– Anadir 10 ml de lechada a 90 ml de agua a BHCT en un cilindro graduado

de 100 ml– Agitar la mezcla vigorosamente por 30 seg– Permitir que la mezcla permanezca estática por 4 a 5 hrs a BHCT.

Cuando las temperaturas exceda a 212 F, esta prueba puede llevarse acabo en una celda Baroid de alta temperatura

l Interpretación de los resultados– LATEX ESTABLE: El cemento se asienta dejando un fluido lechoso– INESTABLE: Latex floculado aparece sobre el cemento, con fluido claro

más arriba.


Diseño de Lechada c/ D134

l Composición– LATEX Concentración del Manual– Disperasante D65, D80, D121 O D694, No sobredispersar– Estabilizador D135 ( 4% del D134 o mas para estabilizar o

evitar gelacion)– Atiespumante D047 o D144– Retardador Como sea necesario ( D28, D800, D801 ),

D121/D28> Comb. Disp/Estab a alta Temp. D80/D801> Comb. Disp/Est/Retar a baja temperatura

– Agente de Peso Como sea necesario ( Cuidar sedimentación)– Silica Usar D066 si la sedimentación es problema– Salinidad Sal total <6%, Mg< 2500 ppm


Propiedades de Lechada c/ D134

l Esencialmente las mismas que para el D600

l Tiempo de Bombeabilidad– Fraguado de ángulo recto ( POD a 100 Bc<5 min )

l Pérdida de Fluido– < 50 ml/30 min API


Estabilizador D135

l D135 Es Multifuncional– Dispersante en cualquier lechada– Ayuda en el control de filtrado– Estabilizador de Latex para alta temperatura ( requerido para lechadas

con D134 )– Estabilizador de Latex en lechadas de Sall Lechadas con D134 hasta con 18% de sal


Incompatibilidades del LATEX

l Los siguientes aditivos causan gelación debido a interferenciacon los estabilizadores.

– D20, D45, D53, D59, D60, D93, D108, D109, D110, D111, D112, D120

l Los mejores retardadores son– D133, D800, D801 Hasta 250 F– D28 y D121 por encima de 200 F


Diseño del Tratamiento GasBLOKl 650 ft por encima del tope y debajo del fondo de la zona de gas

l Remosión de Lodo– Acondicionamiento del lodo– Movimiento de la Tubería– Centralización– Separación de los fluidos– Caompatibilidades– Flujo Turbulento– 10 min de tiempo de contacto– 2 tapones superiores

l Tiempo de operación + 1 hora

l 5% de sobrebalance de presión Hidrostática


Diseño del Tratamiento GasBLOK

l Lechada delantera– Tiempo bombeable mayor que el de la lechada Gasblok– No gelación– No agua Libre– No pérdida de Filtrado– Compatible con la lechada Gasblok– Se recomienda lechada WELBOND


Ejecución del Tratamiento Gasblokl Pozo en condiciones estables antes de cementarl Tanques limpios

– No ácido, lodo Hidrocarburosl LAS Limpios

– No residuos de otros aditivosl Tipo de agua

– De acuerdo a pruebas del Laboratoriol Orden de Mezcla ( Adición de Aditivos)

– Antiespumante– Estabilizador– Dispersante– Retardador– D75– Latex– Sal


Ejecución del Tratamiento Gasblokl Control de Densidad ( Mezcla en lotes preferentemente)

– Agua Libre– Sedimentación– Porosidad– Gelación– Reología– Tiempo de bombeabilidad– Dispersion del Latex

l Mínimizar los períodos de parado

l No Contaminación con Hidrocarburos– Petroleo en los tanques de mezcla– Lodos base aceite– Espaciador base aceite


Ejecución del Tratamiento Gasblok

l Mínimo 2 tapones ( 3 preferentemente )– Tapón adicional entre lechada de cemento y espaciador

l Procedimiento de Trabajo cuidadosamente seguido– Caudal, densidad y volumenes


Evaluación de un tratamiento GasBlok

l Flujo a Superficie– Gas– Líquido– Presión en el anular

l Registro de Temperatura y sónico

l Registro Acústico– CBLl Alta amplitud a través de la zona de gasl Baja amplitud encima y debajo de la zona de gas


MIGRACION DE GAS

EL SERVICIO DE CONTROL DE MIGRACION DE GAS

Es un procedimiento simple y detallado para prevenir lamigración de gas. El esfuerzo combinado de todo el personal envuelto ( laboratorio, ventas, ingenieria,

operador de la planta de cemento, operador de equipo y supervisor de servicio ) es necesario para ejecutar en forma efectiva un servicio de tratamiento GASBLOK


WELBOND

Servicio desarrollado para mejorar la aislación de la zona deinterés por medio de una mejor adherencia.

Mejorar la adherencia cemento-tubería y cemento-formación debido a sus propiedades compensadoras de encogimiento, control de pérdidad de filtrado y adherencia.

No es la solución que cura-todo que puede usarse en cualquier cirncunstancia.


Lechadas Welbondl Cemento API: A, B, G, H

l Densidad: Desde 12 a 20 ppg

l Agua de mezcla: Dulce o salada

l Puntos Importantes– La concentración de D600 debe ser ajustada de manera que la pérdida

de fluido API sea < 100 ml/30min, no emplear otros aditivos de control depérdida

– Espaciadores y lavadores se deben usar– Debe ser preparado en un recirculador usando estranguladores

opuestos– Diseñar la reología para desplazamiento en flujo turbulento– Acondicionamiento del lodo y movimiento de la cañería deben ser

recomendadas– Sistem similar al Gasblok con propositos diferentes


Composición Welbond

l LATEX D600

l Antiespumante D047, D144

l Dispersante D80, D65

l Retardador Como sea necesario D13, D800, D801,D121,D128

l Extendedores D20, Ceniza, D75

l Agentes de Peso D131, D76

l Silica si >230 F usar D066 o D030

l Aceleradores D44 hasta 6%, S1 hasta 1%


SaltBondSistema de Cemento diseñado por Dowell para problemas

asociados con el rendimiento del cemento en un medio salino ytambién contra el pobre desempeño de aditivos en aguas demezcla saladas.

l Problemas en zonas de sal– Naturaleza reactiva de la sal (pura, asociada y derivados). Tiene efecto

deprimente en lodos y lechadas de cemento.– Alta plasticidad de la sal, hace que se deforme y fluya, esto puede

causar desbalance de cargas en el casing ( rotura-colapso )

l Aplicaciones– Zonas de sal con 10 ft o más de esxtension vertical– Presencia de salmueras de cloruro de magnesio


SaltBond Composición

l Dispersante– D080 A, D065 A o D604A

l Control de Filtrado– D603

l Atiespumante– M45


SaltBond Ventajas

l Control de pérdida de Fluido– Menor oportunidad que se originen puentes por deshidratación de la

lechada

l Tiempo de bombeabilidad controlado

l Colocación en flujo turbulento a bajos caudales de bombeo

l Esfuerzos a la compresión inicial más altos que los sistemas convencionales

l Sistema Salado de 18% a 37%

l No desarrollo de agua libre


SaltBond Limitaciones

l Diseño debe tomer en cuenta si el cemento es EDT o DTD– si ETD Usar D604 A– Si DTD Usar D80 A

l Antiespumante del tipo emulsion de silicona ( M45 o D144) ausarse en vez del D047

l Limitaciones de Temperatura 120 a 300 F


Litefil

l Aplicaciones– Cementación de tuberias conductoras y superficiales– Grouting de Baja densidad– Tapones para pérdida de circulación– Cementación de etapa simple para zonas debiles– Aislación térmica con cementos de baja densidad


Propiedades Litefil D124l Diámetro partículas

– 60 - 315 micrones

l Composición del material sólido– Al2O3 aprox 35%– SiO2 aprox 65%– Fe2O3 <4%

l Composición del Gas– N2 aprox 30%– CO2 aprox 70%

l Gravedad específica 0.7

l Densidad a granel 25 lb/ft3

l Punto de fusión 1700 - 1350 C


Diseño de la lechada Litefil

l Compatible con todos los aditivos

l Colapso bajo presión predecible deberá ser tomada en cuenta

l Necesario hacer mezcla en seco

l Usar agua mínima o tic dispersante


Cemento Espumadol Se usa N2, gas inerte

l Mayores ventajas– Bajas densidades– Amplio rango de densidad– No efectan el tiempo de bombeabilidad

l Principal aplicación– Zonas de pérdidad de circulación– Formaciones debiles en cementaciones primarias

l Otras Aplicaiones– Cementación– Aislación de zonas– Inyección térmica


Zonelok

ZONELOK, Es un servicio de Dowell empleado en caso de pérdidadde circulación durante la perforación o cementación, en zonasde alta permeabilidad o fisuras.

l Propiedades– Forma un Gel rapidamente en contacto con CaCl ( S1 )– Bajas Densidades– Fácil de disenarse

l Limitaciones– Poca penetración del gel en la matríz– Taponamiento temporal– Reacción en el fondo no fácil de controlar


ZONELOK Formulaciones

l Composición– Solución S001 9% BWOW ( 300 lb/10 bls)– Solución D075 39%BWOW ( 162 gal/ 258 gal agua dulce )

l Cantidad a Usar– Mínimo 2 bl/ft de formación, con un mínimo de 10 bls.– Duplicar esos volumenes si el pozo contien agua o salmuera– El volumen de la solución S1 es igual al vol del solución D75

l Técnica de Colocación– Tubería con punta abierta se debera de usar– Dejar D P a 100 ft sobre la zona de pérdida– Si es posible colocar un tapón limpiador detrás de cada fluido o en cada

fluido espaciador


ZONELOK Formulaciones

l Procedimiento Operativo– Bombear la solución S001– Bombear agua como espaciador 200 ft en DP ( 3 bls mínimo )– Bombear la solución con D075– Bombear agua como espaciador 200 ft en DP ( 3 bls mínimo )– Desplazar con lodo

l Usar etapas adicionales si no se obtienen resultados satisfactorios

CemCRETE*Un nuevo concepto de cemento

* Mark of SCHLUMBERGER


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3500

4000

2:20 4:00 8:00 16:00 23:59

Conv 12.0 ppg

CemCRETE 12.5 ppg

Conv 15.8 ppg

CemCRETECemCRETE** vs Lechadas Convencionalesvs Lechadas Convencionales

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