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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALDE LOS LLANOS OCCIDENTALES
“EZEQUIEL ZAMORA”U.N.E.L.L.E.Z. BARINAS
SUB-PROGRAMA: INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Profesora: Participante:
Ing. Aris Peña Nebur J. Mijares Riera
C.I. 20.012.971
Sección: D2
Barinas, Junio de 2012
Diseño y
Cementación de
Revestidore
s
ÍNDICE
p.pINTRODUCCIÓN………………………………………………………….. 3RESUMEN…………………………………………………………………. 4a. DISEÑO DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO (T.R.) 5
i. Objetivo de la Colocación de Tuberías de Revestimiento………..ii. Tipos de Tuberías de Revestimiento en Tierra y Costa afuera…iii. Especificaciones para la Selección de Tuberías de Revestimiento……………………………………………………………iv. Fases de Diseño de T.R. (Diseño Preliminar y Diseño Detallado)…………………………………………………………………v. Factores de Diseño para Tuberías de Revestimiento……………vi. Causas del Desgaste de Tuberías de Revestimiento…………...vii. Planificación para el Control de Desgaste de Tuberías de Revestimiento……………………………………………………………viii. Influencia del Lodo de Perforación en las Tuberías de Revestimiento……………………………………………………………
b. CEMENTACIÓN DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTOix. Objetivo……………………………………………………………….x. Planificación para la Cementación de Pozos……………………..xi. Problemas durante la Cementación……………………………….xii. Clasificación API del Cemento…………………………………….xiii. Propiedades que deben controlarse en las Lechadas…………xiv. Aditivos utilizados para la Preparación de Lechadas…………..xv. Pruebas al Cemento según Especificaciones API………………xvi. Objetivo de los Espaciadores y Características…………………xvii. Equipos utilizados en la Cementación de un Pozo…………….xviii. Registros para Cementación……………………………………..xix. Determinación de: Volumen de Lechada, Volumen de Desplazamiento, Colocación de Centralizadores y Tiempo de Cementación……………………………………………………………..
CONCLUSIONES…………………………………………………………..REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………..
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333333353939414145484953
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INTRODUCCIÓN
Durante la construcción de un pozo de petróleo los procesos de
revestimiento y cementación son de vital importancia para el mismo, dado
que una deficiente selección y fallas en los cálculos traerían drásticas
consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de pérdida del
pozo, riesgos hacia el ambiente y a la seguridad. Por tal motivo al momento
de diseñar el revestimiento y cementar un pozo petrolero se deben tomar en
cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales
dirigidas hacia ambos procesos.
El diseño óptimo de un revestidor se asegura en la selección
adecuada y económica de tuberías revestidoras, así como su duración y
capacidad de resistencia a las condiciones a encontrar durante la perforación
y vida útil del pozo.
Mientras que el programa de cementación debe diseñarse para
obtener una buena cementación primaria. El trabajo debe aislar y prevenir la
comunicación entre las formaciones cementadas y entre el hoyo abierto y las
formaciones superficiales detrás del revestidor. Debe considerarse el no
fracturar alrededor de la zapata del conductor o de la sarta de superficie
durante las subsiguientes operaciones de perforación o cuando se corren las
otras sartas de revestimiento.
RESUMEN
La selección apropiada de las tuberías de revestimiento es uno de los aspectos más importantes en la programación, planificación y operaciones de perforación de pozos. La capacidad de la sarta de revestimiento seleccionada para soportar las presiones y cargas para una serie dada de condiciones de operación, es un factor importante en la seguridad y economía del proceso de perforación y en la futura vida productiva del pozo. El número de sarta de revestimiento que se colocan en un pozo es función de la naturaleza de las formaciones por atravesar y de la profundidad final de hoyo. Sus principales funciones son:
Evitar que las formaciones someras no consolidadas se derrumben dentro del hoyo.
Proporcionar una línea de flujo elevada para que el fluido de perforación circule hasta los equipos de control de sólidos y a los tanques de superficie.
Proteger formaciones de agua dulce superficiales de la contaminación por el fluido de perforación.
Permite la instalación de un sistema desviador de flujo y de un impide reventón anular.La cementación tiene por objeto obtener la unión de la tubería con la
pared del pozo para: Evitar que las aguas superficiales contaminen los acuíferos. Evitar la comunicación de un acuífero utilizable con otro u otros
contaminados o que constituyan un horizonte ladrón o que se pretendan utilizar.
Aumentar la resistencia mecánica y a la corrosión de las tuberías de revestimiento.
En casos especiales proporcionar a un tramo de pozo la hermeticidad necesaria para realizar en él inyecciones a presión, bien sea para hacer un desarrollo con dispersantes o por acidificación, o por fracturación hidráulica.No obstante, en ocasiones se pueden realizar cementaciones con
otros objetivos como formar un tapón de sellado en el fondo del pozo o corregir desviaciones (o a veces para provocarlas) durante la perforación.
El tipo de cemento y los aditivos que se utilicen dependerán de cada caso en concreto. Por ejemplo, para cerrar grandes cavidades durante la perforación se suele emplear cemento al que se le ha añadido productos colmatantes y/o expansivos.
a. DISEÑO DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO (T.R.)
i. OBJETIVO DE LA COLOCACIÓN DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO
La razón primaria de colocar una tubería de revestimiento en un pozo,
es proporcionar protección al hoyo en una forma segura, confiable y
económica.
Entre las funciones más importantes de las tuberías de revestimiento
están:
Reforzar el agujero.
Aislar formaciones inestables/fluyendo/bajo balance/sobre balance.
Proveer un sistema de control de presión.
Confinar y contener fluidos y sólidos producidos por
perforación/completación.
Actuar como conducto para operaciones asociadas (perforación,
trabajos con línea de acero, completación y más sartas de
revestimiento y tubería) con dimensiones conocidas (ID’s, etc.)
Sostiene el cabezal de pozo y sartas de tubería de revestimiento
adicionales.
Sostiene el BOP y el arbolito.
Evitar derrumbes en el pozo durante la perforación.
Evitar contaminaciones de aguas superficiales.
Suministrar un control de las presiones de formación.
Prevenir la contaminación de las zonas productoras con fluidos
extraños.
Al cementarlo, se puede aislar la comunicación de las formaciones de
interés.
Confinar la producción del pozo a determinados intervalos.
Facilitar la instalación del equipo de superficie y de producción.
ii. TIPOS DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO EN TIERRA Y COSTA
AFUERA
El número de sarta de revestimiento que se colocan en un pozo es
función de la naturaleza de las formaciones por atravesar y de la profundidad
final de hoyo.
Las diferentes sartas de revestimiento que se pueden colocar en un
pozo son:
Revestidor Conductor:
Es un tubo guía de diámetro grande (16” a 30”) que se coloca a
profundidades someras, cementada hasta superficie o lecho marino, y es la
primera tubería de revestimiento sobre la cual se montan las VIR’s. Se utiliza
para reforzar la sección superior del hoyo y evitar que la circulación de
fluidos de perforación lo lave demasiado. La profundidad de asentamiento
varía entre 150’ y 250’.
Sus principales funciones son:
−Evitar que las formaciones someras no consolidadas se derrumben
dentro del hoyo.
−Proporcionar una línea de flujo elevada para que el fluido de
perforación circule hasta los equipos de control de sólidos y a los tanques de
superficie.
−Proteger formaciones de agua dulce superficiales de la
contaminación por el fluido de perforación.
−Permite la instalación de un sistema desviador de flujo y de un impide
reventón anular.
Revestidor de Superficie:
Tiene como objetivo fundamental proteger las formaciones
superficiales de las condiciones de perforación más profundas. La
profundidad de asentamiento varía entre 300’ y 3500’ dependiendo del área
operacional y generalmente se cementa hasta superficie.
Entre sus funciones más importantes están:
−Evitar la contaminación de yacimientos de agua dulce.
−Proporcionar un gradiente de fractura suficiente para permitir la
perforación del próximo hoyo.
−Servir de soporte para la instalación del equipo de seguridad (VIR’s).
−Soportar el peso del resto de las tuberías que serán colocadas en el
pozo. Por esta razón se cementan hasta superficie.
Revestidor Intermedio:
Este tipo de revestidor proporciona integridad de presión durante las
operaciones de perforación subsecuentes. También se le llama Protectora
porque protege las formaciones de altos pesos de lodo, con profundidades
de asentamiento entre 11000’ y 12000’.
Sus funciones más importantes son:
−Facilita el control del pozo si se encuentran zonas de presiones
anormales.
−Aísla formaciones problemáticas, lutitas deleznables, flujos de agua
salada o formaciones que contaminan el fluido de perforación.
−Permite bajar la densidad del lodo para perforar zonas de presiones
normales que se encuentran debajo de zonas presurizadas.
Revestidor de Producción:
Es la sarta de revestimiento a través de la cual se completa, produce y
controla el pozo durante toda su vida productiva y en la cual se pueden llevar
a cabo muchas reparaciones y completaciones. Este revestidor se coloca
hasta cubrir la zona productiva y proporciona un refuerzo para la tubería de
producción (“tubing”) durante las operaciones de producción del pozo. Por lo
general, no se extiende hasta la superficie y es colgada en la sarta de
revestimiento anterior a ella. La profundidad de asentamiento es la
profundidad total del pozo.
Las principales funciones son:
−Aislar las formaciones o yacimientos para producir selectivamente.
−Evitar la migración de fluido entre zonas.
−Servir de aislamiento al equipo de control (cabezal) que se instalará
para manejar la producción del pozo.
Camisa o “Liner” Intermedia o Protectora:
Las camisas protectoras o intermedias son sartas que no se extienden
hasta la superficie y se cuelgan de la anterior sarta de revestimiento. El
propósito de esta sarta es prevenir problemas de pérdida de circulación
cuando se requieren altos pesos de lodo. Proporciona la misma protección
que el revestidor intermedio.
Camisa o “Liner” de Producción:
Este tipo de tubería se coloca en la sección interior del revestidor de
producción. Su uso principal se realiza en pozos exploratorios debido a que
se pueden probar las zonas de interés sin el gasto de una sarta completa.
Luego si existe una producción comercial de hidrocarburo, se puede conectar
la sarta hasta superficie. En la mayoría de los casos se corre con una
herramienta especial en el tope del mismo que permite conectar la tubería y
extenderla hasta la superficie si se requiere. Normalmente, va colgado a
unos 500’ por encima del último revestidor cementado hasta la profundidad
final del pozo.
Tie Back:
Los liners de producción generalmente se conectan hasta superficie
(en el cabezal del pozo) usando una sarta de revestimiento “tie back” cuando
el pozo es completado. Esta sarta se conecta al tope del liner con un
conector especial.
El tie back aisla revestidor usado que no puede resistir las posibles
cargas de presión si continua la perforación, proporcionando integridad de
presión desde el tope del liner al cabezal del pozo. También permite aislar un
revestimiento gastado que no puede resistir incrementos de presión o aislar
revestimientos intermedios en casos de incrementos de producción.
Tubería de Producción:
Es una tubería especial utilizada para producir el pozo y que puede
reemplazarse o repararse durante la vida del pozo.
iii. ESPECIFICACIONES PARA LA SELECCIÓN DE TUBERÍAS DE
REVESTIMIENTO
La selección apropiada de las tuberías de revestimiento es uno de los
aspectos más importantes en la programación, planificación y operaciones
de perforación de pozos. La capacidad de la sarta de revestimiento
seleccionada para soportar las presiones y cargas para una serie dada de
condiciones de operación, es un factor importante en la seguridad y
economía del proceso de perforación y en la futura vida productiva del pozo.
Uno de los aspectos más importantes en la programación, planificación y
operaciones de perforación de un pozo, es la selección apropiada de la
tubería de revestimiento del mismo.
La capacidad de la sarta de revestimiento es seleccionada para
soportar las presiones y cargas para una serie dada de condiciones de
operación como un factor importante para la seguridad y economía del
proceso de perforación y de la futura vida productiva del pozo.
iv. FASES DE DISEÑO DE T.R. (DISEÑO PRELIMINAR Y DISEÑO
DETALLADO)
Diseño Preliminar
1. determinar la profundidad de asentamiento o anclaje de la tubería
de revestimiento.
La selección inicial de profundidades de asentamiento de las tuberías
de revestimiento está basada en la presión de poros anticipada y en los
gradientes de fractura. El ingeniero de perforación es responsable de
asegurarse, lo más que sea posible, que toda la información de
compensación ha sido considerada en la estimación de la presión de los
poros y gradiente de fractura, y que para, pozos direccionales, el efecto de
ángulo de agujero en gradientes de fractura desviada, ha sido considerado.
La profundidad total del pozo, y por lo tanto la profundidad de
asentamiento de la tubería de revestimiento de producción o “liner” es
manejada por requerimientos de registro, perforación y completación. La
zapata debe ser asentada lo suficientemente profunda para dar un sumidero
o pozo adecuado para las actividades de registro, perforación y pruebas.
El estimado inicial de determinación de profundidades de
asentamiento de tubería de revestimiento, se puede determinar mejor
gráficamente, como sigue, ploteando la presión de los poros y el gradiente de
fractura, expresado en densidad equivalente contra profundidad.
1. Trace la curva del gradiente principal de presión de poros junto con
la litología, en caso de estar disponible. Note cualquier intervalo, los cuales
son potenciales áreas problema, como por ejemplo atrapamiento diferencial,
pérdida de circulación o zonas de alta presión de gas.
2. Trace la curva de peso del lodo. La curva del peso del lodo deberá
incluir un margen de viaje de alrededor de 200 a 400 psi.
3. Trace la curva de gradiente de fractura predicha. Trace una curva
de diseño de gradiente de fractura, la cual debe quedar en paralelo de la
curva de gradiente de fractura predicha, con una reducción de 0.3 hasta 0.5
ppg para influjos y ECD durante la cementación.
4. Plotee pesos de lodos desviados y LOT’s para proveer una revisión
de las predicciones depresión de poros o destaque la necesidad de mayor
investigación.
Otros factores que pueden impactar la selección de la profundidad de
la Tubería de revestimiento, en adición a la presión de los poros y las
presiones de fractura, son:
Zonas de gas de poca profundidad.
Zonas de pérdida de presión
Estabilidad de la formación, la cual es sensitiva a la exposición del
tiempo o peso del lodo.
Perfil direccional del pozo. Es importante delinear la trayectoria del
pozo antes del asentamiento de la tubería de revestimiento e intentar
conseguir una evaluación (survey) consistente, mas delante de una
sección tangente. Igualmente, secciones largas del agujero abierto,
podrían requerir tubería de revestimiento para reducir la posibilidad de
que ocurra un atrapamiento de tubería y el nivel de torsión.
Requerimientos de ventana, de la forma en que están especificados
en la Base del Diseño, por ejemplo, tubería de revestimiento de 13-3/8
deberá ser colocada alta para permitir que la tubería de revestimiento
de 9-5/8 sea corada y halada para realizar una ventana en un agujero
de 12-1/4..
Arenas de agua fresca (agua potable)
Limpieza de agujero, particularmente si una sección larga de agujero
de 17-1/2, es requerida.
Secciones salinas.
Zonas de alta presión
Litología - las zapatas deberían, en donde sea practicable, ser
colocadas en formaciones competentes impermeables.
Incertidumbre en la estimación de profundidad, debido a incertidumbre
sísmica.
2. Tolerancia de Influjos
Una vez que las profundidades iniciales de asentamiento de la tubería
de revestimiento han sido seleccionadas, la tolerancia de influjos asociada
con esas profundidades deberá ser calculada. Comenzando en TD
(Profundidad Total) hasta la superficie, la tolerancia de influjos y profundidad
de asentamiento preferida para cada tubería de revestimiento, deberá ser
calculada.
La tolerancia de influjos es el tamaño máximo de influjos que puede
ser llevada dentro del pozo y circulada hasta la zapata sin romper la
formación. La tolerancia de influjos depende del peso del lodo en uso, el
punto débil del agujero descubierto (normalmente se asume que es la zapata
anterior), la presión de la formación, el tamaño y la densidad del influjo y la
geometría del agujero.
Existen dos métodos de calcular la tolerancia de influjos. El primero
calcula la intensidad del influjo y el segundo el volumen del influjo.
Hágase notar que ambos métodos descuidan los efectos de
temperatura y asumen un gas ideal.
2.1Intensidad de Influjos
La intensidad de influjos, es una medida de cuanto puede ser
incrementado el peso del lodo para un volumen de influjo dado. En otras
palabras, si se perfora en una zona sobre presionada, en cuanto se puede
incrementar el lodo y aun así circular el influjo hacia fuera .Para propósitos
de diseño de tubería de revestimiento, el volumen de influjos se asume en 25
bbls y el y el mínimo aceptable de intensidad de influjo es de 0.5 ppg. Si la
intensidad de influjo se encuentra por debajo de este valor entonces se debe
buscar mayor aprobación.
2.2Volumen de Influjos
El volumen de influjos determina el tamaño máximo de influjos que
puede ser llevado dentro del agujero y circulado a la zapata.
3. Diseño de Profundidad de Asentamiento de la Tubería Superficial
de Revestimiento y del Tubo Conductor.
La profundidad mínima de asentamiento para tubería superficial de
revestimiento y la tubería de revestimiento conductora, es la profundidad en
la cual la presión de fondo creada por el fluido de perforación circulante
(ECD) es excedida por el valor de fractura de la formación.
El ECD puede ser significantemente afectado en agujeros de gran
diámetro con alto ROP y una limpieza pobre de pozo.
La profundidad del agua puede jugar una parte significativa y resulta
en la profundidad, que el ECD es excedido por el valor de fractura siendo
empujado más profundo y puede resultar ensartas de tubería de
revestimiento adicionales, a ser corridas.
En áreas de aguas profundas, las cargas de pandeo y axiales son
consideraciones primarias en el diseño de la tubería de revestimiento
conductora. Debido a la complejidad de la interacción delos diferentes
parámetros que afectan las cargas de pandeo y axiales, se necesita un
programa de computadora, para modelar las cargas con exactitud y el
comportamiento del conductor.
En adición, la capacidad de soporte de carga (la cual se relaciona
directamente con la fuerza del suelo debajo de la línea de lodo), debe ser
determinada.
Diseño Detallado
La etapa de diseño detallado es para determinar las cargas a las que
estará expuesta cada sarta de tubería de revestimiento, durante la vida del
pozo y la selección de tuberías con propiedades mecánicas y físicas que
puedan soportar las cargas pronosticadas.
1. Diseñar Tipos de Carga (Esfuerzos)
El diseño anticipado de tipos de carga, deberá ser calculado en el orden en
el que ocurran. Estoayuda a identificar todas las cargas a las cuales la sarta
de la tubería de revestimiento podríaestar expuesta.
Note que no todos estos casos de carga serán aplicables a cada sarta de
tubería derevestimiento. Por ejemplo las cargas durante la producción no
necesitan ser consideradas parauna sarta de tubería intermedia de
revestimiento, en un pozo exploratorio.
1.1 Cargas durante la Instalación
Las cargas típicas durante la instalación, incluyen:
Corrida de la tubería de revestimiento
Cementación
Cementación convencional, centrado, etc.
Golpe de tapón
1.2 Cargas durante la Perforación
Las cargas típicas durante la perforación, incluyen:
Prueba de presión después de WOC
Peso máximo del lodo
Control de pozos
Perdida de circulación
1.3 Cargas durante la Producción
Las cargas típicas durante la producción, incluyen:
Prueba de presión con completación o matar el peso del fluido.
Funcionamiento de herramientas DST.
Fuga de tubería cerca de la superficie
Colapso debido a perforaciones taponadas
Operaciones especiales de producción (estimulación, levantamiento
de gas, inyección).
2. Factores de Diseño
La cuenta de factores que son manejados inapropiadamente o no
fueron tomados en cuenta, las propiedades de la tubería de revestimiento
son menospreciadas por un factor de diseño, antes de ser comparadas con
los diseños de carga calculados.
Los factores de diseño típicamente utilizados, son como sigue:
Colapso 1.0
Ruptura 1.1
Tensión 1.3
Triaxial 1.25
La legislación local deberá ser revisada para asegurarse que otros
factores más estrictos no están estipulados.
3. Diseño de Colapso
Para todas las sartas de tubería de revestimiento un colapso de
cargas ocurre cuando la presión externa es mayor que la presión interna. El
diseño de colapso se enfoca en los perfiles de presión interna y externa.
Hablando de forma general, el colapso de cargas estará en su punto más
alto en la zapata guía.
3.1 Colapso de Cargas durante la Instalación
El peor caso de colapso de cargas durante la instalación, ocurre
durante la cementación. Para trabajos de cementación convencionales el
peor caso ocurre con la columna de cemento en el exterior de la tubería de
revestimiento.
3.2 Colapso de Cargas durante la Perforación
El peor caso de colapso de cargas durante la perforación ocurre si se
encuentra perdida de circulación y disminuye la presión hidrostática interna.
Por convención el fluido externo es forzado a ser el lodo que estaba
en sitio cuando se corrió la tubería de revestimiento. Esto es debido a la
incertidumbre del aislamiento completo del cemento alrededor de la tubería
de revestimiento causado por acanalados o deslaves.
El nivel del fluido interno cae hasta cualquier medida, desde cientos de
pies de evacuación total de la tubería de revestimiento y depende del peso
interno del lodo en uso y la presión de poros de la zona de perdida.
3.3 Colapso de Cargas durante la Producción
Los colapsos de carga a los que estarán expuestos las tuberías de
revestimiento de producción y los “liners”, necesitan ser considerados para la
vida entera del pozo. Esto depende del uso que se le dará al pozo, pero se
deberá dar consideración a lo siguiente, según sea aplicable:
Operaciones DST
Técnicas de Estimulación
Levantamiento de Gas
Abatimiento
Por convención el fluido externo es forzado a ser el lodo que estaba
en sitio cuando se corrió la tubería de revestimiento.
La presión hidrostática interna variara, dependiendo de la posición del
empacador y las consideración de colapso, deberán ser separadas en, sobre
el empacador y debajo del empacador.
3.4 Seleccionar una Tubería de Revestimiento que cumpla con los
Colapsos de Carga
De los colapsos netos de carga generados al observar varios de los
tipos de cargas durante instalación, perforación y producción, el peor caso de
colapso de carga que la tubería de revestimiento va a tener que tolerar,
puede ser determinado.
De las tablas de tubería de revestimiento es entonces posible elegir
una tubería de revestimiento o una serie de tuberías de revestimiento que
apliquen al peor caso de colapso de cargas. Esta etapa es muchas veces
ignorada hasta que las cargas de ruptura hayan sido calculadas.
Las figuras de colapso de la tubería de revestimiento que están
representadas en la mayoría delas tablas de tubería de revestimiento son
generadas de una serie de ecuaciones detalladas en el boletín 5 C3 de API y
son función del OD de la tubería de revestimiento, el grosor de la pared y la
fuerza de resistencia de la tubería de revestimiento.
3.5 Carga Biaxial
Las figuras de colapso determinadas utilizando el boletín 5 C3 de API
son para tuberías de revestimiento que están bajo cero cargas axiales. En la
práctica, debido al peso de la tubería de revestimiento o debido a la acción
combinada de presiones internas y externas, es raro para una tubería de
revestimiento estar bajo cero cargas axiales.
El efecto de la carga axial es el de disminuir la fuerza de colapso de la
tubería de revestimiento.
Para efectos de diseño de la tubería de revestimiento, a menos que la
fuerza de colapso sea critica, la reducción de la fuerza de colapso debido a
carga axial, es normalmente ignorada.
3.6 Otras Consideraciones para el Diseño de Colapso
Desgaste de la Tubería de Revestimiento
En caso de que se anticipe que el desgaste de la tubería de
revestimiento se convierta en un tema importante (es decir, altas fuerzas de
las paredes laterales, sarta de perforación extendida al contacto de la tubería
de revestimiento, patas de perro localizadas, banda dura dañada abrasiva en
uso, etc., entonces esto necesita ser considerado.
Como la fuerza de colapso de la tubería de revestimiento está
relacionada con el grosor de la pared, entonces y si el desgaste de la tubería
de revestimiento estima que 20% del grosor de la pared será consumido
durante la perforación, entonces la fuerza de colapso residual de la tubería
de revestimiento será de 80% de esa tubería de revestimiento nueva.
4. Diseño de Ruptura
Para todas las sartas de tubería de revestimiento una carga de ruptura
ocurre cuando la presión interna es mayor que la presión interna.
Con respecto al colapso, el diseño de ruptura se enfoca en los fluidos
internos y externos y las y las presiones hidrostáticas que ejercen.
4.1 Cargas de Ruptura durante la Instalación
El peor caso de ruptura de carga de instalación ocurre durante la
cementación.
Dos casos necesitan ser considerados en este punto:
Durante el desplazamiento, inmediatamente antes de que el
espaciador salga de la zapata.
Golpeando el tapón.
4.2 Cargas de Ruptura durante la Perforación
El peor caso de ruptura de cargas de perforación ocurre, ya sea
durante la prueba de presión o durante un evento de control de pozos.
4.3 Cargas de Ruptura durante la Producción
Las cargas de ruptura que necesitan ser consideradas durante la
producción incluyen pruebas de presión con una completación o fluido para
matar el pozo, una fuga de tubería cerca de la superficie.
La carga interna es la presión hidrostática del fluido más cualquier
presión adicional. La carga externa será como la de Ruptura de Cargas de
Perforación.
4.4 Seleccionar una Tubería de Revestimiento que cumpla con las
Cargas de Ruptura
De las cargas de ruptura netas generadas al vigilar los tipos de cargas
durante instalación, perforación y producción, el peor caso de carga de
ruptura, que la tubería de revestimiento deberá tolerar, podrá ser
determinado.
Desde las tablas de tubería de revestimiento, es entonces posible
elegir una tubería de revestimiento o una serie de tuberías de revestimiento
que coincidan y puedan soportar el peor caso de cargas de ruptura y el peor
caso de cargas de colapso.
Es necesario recordar que la ruptura o resistencia interna de la tubería
de revestimiento debe ser menos valuada por el Factor de Diseño.
4.5 Otras Consideraciones para el Diseño de Ruptura
Desgaste de la Tubería de Revestimiento
Con respecto al colapso, si se anticipa que el desgaste de tubería de
revestimiento podría ser un problema, entonces esto debe ser tomado en
consideración.
5. Diseño de Tensión
Utilizando la tubería de revestimiento seleccionada, que concuerda
con las cargas de colapso y ruptura, es entonces necesario confirmar que
esta tubería de revestimiento también cumple los requisitos del diseño de
tensión.
5.1 Cargas de Tensión durante la Instalación
Esta etapa incluye evaluar la conveniencia de la tubería de
revestimiento seleccionada, para soportar cargas durante la corrida, cargas
durante la cementación y cualquier prueba de presión.
Se asume que la tubería de revestimiento está sujeta en la superficie,
pero libre para moverse, en la zapata.
Las cargas que deben considerarse, son las que siguen:
Peso en el aire
El peso de la tubería de revestimiento en el aire es simplemente el
peso nominal de la tubería de revestimiento multiplicada por la profundidad
vertical real de la tubería de revestimiento.
Fair = W x TVD
Donde W = Peso nominal de la TR (lb. / pies)
TVD = TVD debajo del punto de interés hasta la zapata (pies)
Flotación
La flotación puede ser calculada utilizando el método de presión de
área y es normalmente la presión hidrostática multiplicada por las áreas
seccionales cruzadas de la tubería de revestimiento.
Se necesita tener cuidado en caso de que se utilicen sartas de tubería
de revestimiento disminuidas, ya que la fuerza de flotación cambiara,
dependiendo de la profundidad y los diámetros internos y externos. La
flotación es siempre restada.
Cuando el mismo fluido se encuentra en el interior y en el exterior de
la tubería de revestimiento(es decir, cuando la tubería se está corriendo), la
siguiente ecuación, puede ser utilizada:
Fbuoy = Pe x (Ao – Ai)
Donde Pe = Presión hidrostática en el fondo de la TR (psi)
Ao = área del diámetro exterior (in 2)
Ai = área del diámetro interior (in 2)
Cuando existen diferentes fluidos en el interior y el exterior de la tubería de
revestimiento (es decir, durante la cementación), la siguiente ecuación puede
ser utilizada:
Fbuoy = (Pe x Ao) – (Pi x Ai)
Donde Pe = Presión hidrostática externa en el fondo de la TR
Ao = área de diámetro externo (in2)
Pi = Presión hidrostática interna en el fondo de la TR
Ai = área de diámetro interno (in 2)
Doblado
Cuando la tubería es forzada alrededor de un doblaje o curva en el
pozo, ocurrirá una fuerza de doblado. La fuerza de doblado es una carga de
tensión que ocurre en la pared externa y cargas de compresión que ocurren
en la pared interna, de la tubería de revestimiento.
Las fuerzas de doblado son calculadas utilizando la siguiente formula:
Fbend = 64 x DLS x OD x W
Donde DLS = Severidad de las patas de perro (º / 100 pies)
OD = Diámetro exterior de la TR (in)
En pozos verticales nominales, podemos asumir que el DLS es de 1º /
100 pies. Para pozos desviados, la fuerza de doblado únicamente aplica al
punto en donde existen curvaturas, es decir secciones internas.
Arrastre
El arrastre es el resultado de resistencia de deslice entre el agujero del
pozo y la tubería. Ocurre en pozos desviados y en agujeros apretados y con
atrapamiento. No es fácil de computar manualmente y es mejor dejarlo para
las simulaciones por computadora.
Choque
La carga de choque es la carga que resulta del movimiento de la
tubería de revestimiento mientras está siendo corrida en el agujero, o cuando
las cuñas son colocadas o cuando la tubería de revestimiento encuentra una
capa en el fondo del agujero. Las cargas de choque son calculadas utilizando
la siguiente formula:
Fshock = 1780 x V x As
Donde V = velocidad instantánea (pies / seg.)
As = Ao- Ai (in 2)
Se deberá cuidar que la velocidad instantánea usada en estos
cálculos no sea excedida durante las operaciones del equipo de perforación.
Prueba de Presión
El propósito de una prueba de presión es el de verificar que la sarta de
tubería de revestimiento puede resistir las cargas de ruptura máximas
anticipadas. Es por esto que debe exceder las mayores cargas predichas,
durante ambas operaciones, perforación y producción.
Fptest = P ptest x Ai
Donde Pptest = Presión del golpe de tapón o prueba de presión aplicada
(psi)
5.2 Cargas de Tensión durante la Perforación y Producción
Esta etapa incluye la evaluación apropiada de la tubería de
revestimiento seleccionada para soportar las cargas que pudieran ser
ejercidas a la tubería de revestimiento, después de que el cemento se ha
asentado. Se asume que la tubería de revestimiento esta fija en la superficie
y fija en el tope del cemento en el espacio anular. Las cargas que necesitan
ser consideradas, son las que siguen:
Anclaje de la Tubería de Revestimiento
Cualquier tensión adicional aplicada a la tubería de revestimiento
después de esperar por el cemento (WOC). Esto está normalmente
restringido a operaciones de autoelevables o plataformas, en donde la
tensión es aplicada antes de colocar las cuñas en el cabezal de pozo.
Pandeo
El potencial de pandeo existe, cuando ocurre cualquiera de los
siguientes escenarios:
Se incrementa la densidad interna del lodo
Se incrementa la presión interna de superficie
Se remueve el fluido anular o se reduce la densidad del lodo del
espacio anular
La tubería de revestimiento es anclada con menos del peso completo
de colgada
Se incrementa la temperatura de la tubería de revestimiento.
En caso de que alguno de los anteriores ocurriera, esto resulta en el
balonamiento de la porción no-cementada de la sarta de la tubería de
revestimiento, lo cual podría resultar en pandeamiento.
El pandeamiento en sí, no significa que la tubería de revestimiento ha
fallado. Sin embargo, y a medida que el pandeamiento se desarrolla en una
forma helicoidal, esto puede promover una severidad incrementada de patas
de perro y restringir la longitud de desviación y puede promover el deterioro
de la tubería de revestimiento.
En general, y para todos los pozos más profundos que 10,000 pies,
los diseños de tubería de revestimiento deben ser evaluados en el impacto
de pandeo.
Los efectos de pandeo pueden ser reducidos elevando el tope del
cemento (reduciendo la cantidad de tubería no-cementada) o (en caso de ser
practico), incrementando la cantidad de tensión aplicada, antes de colocar
las cuñas.
5.3 Confirmar que la Tubería de Revestimiento Seleccionada cumpla
con las Cargas de Tensión
De las cargas de tensión generadas, después de observar varios
casos de cargas durante la instalación, perforación y producción, el peor
caso que la tubería de revestimiento tendrá que tolerar, puede ser
determinado.
La capacidad tensora de la tubería de revestimiento esta menos
valuada por el Factor de Diseño y si esta excede el peor caso de cargas de
tensión, entonces la tubería de revestimiento seleccionada, es aceptable
para el servicio.
Si la capacidad tensora, después de ser menos valuada por el factor
de diseño, es menor al peor caso de cargas de tensión, entonces la tubería
de revestimiento, no es aceptable para el servicio. El próximo peso yo grado
hacia arriba, que aun concuerde con las cargas de colapso y ruptura es
entonces seleccionado y las cargas de tensión son recalculadas (cambiar el
peso dela tubería de revestimiento afecta el diámetro interno de la tubería de
revestimiento y estas dos propiedades afectan todas las cargas que
conforman la carga de tensión). Este proceso es repetido hasta que una
tubería de revestimiento adecuada, es seleccionada.
5.6 Diseño Triaxial
Las cargas de colapso, ruptura y tensión calculadas hasta ahora, han
todas asumido que los esfuerzos se encuentran en una dirección simple o
uniaxial. En la práctica, las cargas de servicio generan esfuerzos triaxiales.
v. FACTORES DE DISEÑO PARA TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO
El diseño óptimo de un revestidor se asegura en la selección
adecuada y económica de tuberías revestidoras, así como su duración y
capacidad de resistencia a las condiciones a encontrar durante la perforación
y vida útil del pozo.
Para diseñar la tubería de revestimiento deben conocerse los
esfuerzos a la cual estará sometida y las diferentes características del tipo de
tubería a usarse.
Al introducir una tubería en el hueco, estará sometida
simultáneamente a tres esfuerzos principales, los cuales son:
a) Esfuerzo a la Tensión, originado por el peso que ejerce la sarta. La
mayor parte de la tensión axial proviene del mismo peso del revestidor. Para
el diseño se considera un factor de seguridad por tensión de 1,8.
ESFUERZO POR TENSIÓN
b) Esfuerzo al Colapso, originado por la presión de la columna
hidrostática ejercida hacia la tubería. Generada por la columna del lodo de
perforación, que actúa sobre el exterior del revestidor; a medida que la
profundidad aumenta la presión de colapso es mayor.
PRESIÓN DE COLAPSO
Suposiciones:
No existe fluido dentro del revestidor.
Presión interna en el revestidor es cero.
La presión externa del revestidor es ejercida por la columna de lodo.
c) Esfuerzo al Estallido, originada por la presión del fluido en el interior
de la tubería. Se refiere a la máxima presión de formación que resulta al
ocurrir un influjo del pozo.
PRESIÓN DE ESTALLIDO
Suposiciones:
En el tope del hueco, la presión exterior ejercida por la columna
de lodo es cero, consecuentemente la presión interna deberá ser
soportada por la propia resistencia de la tubería.
La presión de estallido será máxima en la zapata, y su efecto
mayor en el tope del revestidor, debido a que la carga hidrostática es
cero.
El influjo de gas aligera el peso de la columna de fluido dentro
del revestidor a medida que asciende dentro del pozo.
Habrá que tomar en cuenta además los factores de diseño, conocidos
como factores de seguridad, y que varían según el área y el criterio del
diseñador. Lo que se debe tener siempre en mente es que por lo menos el
diseño sea seguro. El rango de valores usados en la industria como factores
de diseño es:
• Para tensión de 1.6 a 2.0
• Para colapso de 1.1 a 1.33
• Para estallido de 1.0 a 1.25
Usar un factor para la tensión de 2.0 previene al diseñador de
cualquier esfuerzo de tensión que se presenta en el momento de introducir la
Tubería de Revestimiento.
Efecto de Flotación
Cuando se diseña por tensión, basado en el peso de la tubería en el
aire, se desprecia el efecto de la flotación que ayuda con el peso de la
tubería. La flotación reduce el peso de la tubería en un 15 al 17%, por
consiguiente cualquier factor de diseño no es real, sin embargo, es más
seguro. El factor de flotación está dado por:
F.F. = 1 - 0.015 x densidad del fluido
vi. CAUSAS DEL DESGASTE DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO
Inapropiada selección del tubo para la profundidad y las presiones
encontradas.
Insuficiente inspección del cuerpo del tubo o roscas.
Daños durante el manipuleo y/o transporte.
Mala práctica de operación de bajada de los tubos del pozo.
Roscas mal maquinadas.
Uso de acoples de reemplazo de fabricantes no acreditados.
Uso de grasas no adecuadas, diluidas o sucias.
Torque en exceso para forzar la bajada del revestidor al pozo.
Rotación en el interior de la tubería de revestimiento. El fijado de la
tubería de revestimiento con una tensión inadecuada luego de
cementar es una de las causas más comunes de desgaste.
Pandeo de la tubería en zonas no cementadas.
La pérdida de fluido en las conexiones debido a una presión interna o
externa es causa común y puede deberse a las siguientes
condiciones:
Roscas mal maquinadas o sucias, exceso de enrosques y
desenrosques, alta ovalidad, ubicación incorrecta de llaves, entre
otras.
La rotación de la tubería de perforación durante el giro del taladro,
puede desgastar la tubería de revestimiento, en el caso de perforación
direccionada.
Corrosión; tanto en loa parte interna como la parte externa de la
tubería puede ser dañada a causa de la corrosión, la cual puede ser
reconocida por la presencia de picaduras o pequeños orificios en el
tubo.
La corrosión en la parte externa de la tubería de revestimiento
puede ser causada por la presencia de fluidos corrosivos o
formaciones en contacto con la tubería de revestimiento o por
corrientes eléctricas que fluyen fuera de la tubería de
revestimiento dentro de estos fluidos o formaciones de su
alrededor.
La corrosión interna es causada por fluidos corrosivos
producidos dentro del pozo. Pero el daño puede ser
incrementado por los efectos abrasivos de los equipos de
bombeo y por las altas velocidades de los fluidos, como los
causados por el bombeo por gas – lift.
vii. PLANIFICACIÓN PARA EL CONTROL DE DESGASTE DE TUBERÍAS
DE REVESTIMIENTO
Ciertas áreas han sido identificadas y que requieren ser consideradas
durante la planificación de pozo para minimizar el desgaste de tubería de
revestimiento. En el campo se puede correr un registro MFCT antes y
después de que el desgaste predicho, mida la extensión del daño.
1. Material de la Tubería de Revestimiento
No se puede asumir que mientras más alta sea la fuerza para resistir colapso
y ruptura, mayor será la resistencia al desgaste. Los materiales deben ser
observados de cerca en caso de que un desgaste de tubería de
revestimiento significante, sea de esperarse.
2. Bujes, Combinaciones, Centralizadores y Cementación
La inspección regular de los bujes es importante basado únicamente en la
cantidad de veces que han estado expuestos a juntas viajando hacia adentro
y hacia fuera del agujero.
Cuando se realiza una combinación entre dos diferentes pesos y
grados de tubería de revestimiento, esta sección necesita ser soportada
debido a la diferente inflexibilidad de las dos secciones. El soporte puede
venir, ya sea del cemento o centralización adecuada, de otra manera ser
podría desarrollar una pata de perro local. La pared interna de la
combinación es doblada y experimentara desgaste de las juntas de la tubería
de perforación, el doblez deberá ser sostenido, lo más posible.
Es prudente localizar el tope planificado del cemento, lejos de una
zona de altas fuerzas laterales de pared, debido a que es posible que se
desarrolle una pata de perro local, inmediatamente por encima de la tubería
cementada.
Los centralizadores deberán colocarse través del cuerpo de la tubería,
en vez de colocarlos en los coples. El alejamiento adicional provisto por los
centralizadores podría resultar en una pata de perro local, estableciéndose
por encima de los coples.
3. Banda Dura de Tubería de Perforación
Hoy en día la vasta mayoría de las bandas durazno “una aleación resistente
al desgaste”. Tales como Armador M y Arnco 200 XT, las cuales exhiben una
dureza uniforme de superficie en vez de necesitar carburo de tungsteno. No
obstante aun es importante revisar lo que se está recibiendo, para así
asegurarse de que sea “amigable al uso”.
4. Protectores de la Tubería de Perforación
Estos son colocados en el cuerpo de la tubería de perforación, a unos
cuantos pies por encima de la junta para proveer espacio entre la junta y la
tubería de revestimiento. Ellos son un elastómero y son fabricados para ser
½” más largos que el OD de la junta. Durante su uso requieren calibramiento
regular por desgaste y su subsiguiente renovación. Una alternativa es la de
agregar substitutos rotantes de casquillo dentro de la sarta de perforación
viii. INFLUENCIA DEL LODO DE PERFORACIÓN EN LAS TUBERÍAS DE
REVESTIMIENTO
Lodos Base Agua
Desgaste adhesivo severo con fricción. Causado por la falta de
barreras sólidas en el lodo.
Lodos Base Aceite
Fricción reducida. Potencial para desgaste de la tubería de
revestimiento dependiendo del bandeo duro de la tubería de perforación y las
presiones de contacto de paredes laterales.
Lodos Sin Peso/Pesados
Incorporar el material de peso, proveerá sólidos al sistema de lodo,
que actuara como una material particular entre la junta y la tubería de
revestimiento, proveyendo una capa entre las superficies rodantes. El
tamaño y la dureza de las partículas son relevantes; una partícula grande
proveerá mejor espaciamiento y un material más suave, se desempeñará
mejor. Por ejemplo la baritina se desempeña mejor que las adiciones de
hematina y cuarzo.
B. CEMENTACIÓN DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO
ix. OBJETIVO
Tiene por objeto obtener la unión de la tubería con la pared del pozo
para:
Evitar que las aguas superficiales contaminen los acuíferos.
Evitar la comunicación de un acuífero utilizable con otro u otros
contaminados o que constituyan un horizonte ladrón o que se
pretendan utilizar.
Aumentar la resistencia mecánica y a la corrosión de las tuberías de
revestimiento.
En casos especiales proporcionar a un tramo de pozo la hermeticidad
necesaria para realizar en él inyecciones a presión, bien sea para
hacer un desarrollo con dispersantes o por acidificación, o por
fracturación hidráulica.
No obstante, en ocasiones se pueden realizar cementaciones con
otros objetivos como formar un tapón de sellado en el fondo del pozo o
corregir desviaciones (o a veces para provocarlas) durante la perforación.
El tipo de cemento y los aditivos que se utilicen dependerán de cada
caso en concreto. Por ejemplo, para cerrar grandes cavidades durante la
perforación se suele emplear cemento al que se le ha añadido productos
colmatantes y/o expansivos.
Asimismo, es posible jugar con la velocidad de fraguado del cemento
mediante productos retardadores o acelerantes. Por ejemplo, en el caso de
que se quiera limitar la penetración del cemento en las formaciones, puede
acelerarse el fraguado mediante combinaciones de cemento/silicato o
cemento/bentonita/gas.
En el caso de cementaciones parciales de la tubería si se intenta aislar
una capa "contaminante", la elección del tipo de cemento debe realizarse en
función de parámetros físico-químicos tales como la litología del terreno, la
composición química del agua, etc., pero también de las propias limitaciones
de los equipos de cementación en cuanto a capacidades (volumen y presión)
de inyección de la lechada.
x. PLANIFICACIÓN PARA LA CEMENTACIÓN DE POZOS
Introducción
de la tubería
El pozo se puede llenar de cemento bien por gravedad
desde la boca o introduciendo una tubería de
de
revestimiento
con el pozo
lleno de la
suspensión
de cemento
aproximadamente 2'' hasta unos 30-40 cm del fondo de
pozo y vertiendo por ella (también por gravedad) la
suspensión de cemento.
Si el sondeo se ha perforado mediante percusión y está
lleno de lodo, el cemento desplazará a éste debido a su
mayor densidad. Lo mismo ocurría si la perforación está
llena de agua.
A continuación se desciende la tubería de revestimiento con
el fondo tapado por un tapón hecho con material que
resulte fácilmente perforable. La tubería deberá estar
provista de centradores para mantener la verticalidad de la
entubación y que el anular de cemento sea uniforme. Si la
tubería no desciende por su propio peso se lastra con agua.
Antes de reanudar los trabajos de perforación se suelen
dejar 72 horas para el fraguado y endurecimiento de la
suspensión de cemento, tiempo que puede reducirse si se
emplean acelerantes de fraguado aunque no es
conveniente la reanudación de los trabajos sin que el
endurecimiento haya tenido lugar con seguridad. Por el
contrario, cuando se ha utilizado un revestimiento auxiliar
como entubación provisional, su recuperación debe hacerse
antes de que se inicie el fraguado.
Este procedimiento de cementación está especialmente
indicado para pequeñas profundidades (de unos 50 m) ya
que la introducción de la tubería y su soldadura por tramos
de 3 ó 4 m, o del doble, si previamente se ha soldado en el
suelo cada dos, requiere un tiempo que no es compatible
con el de fraguado del cemento.
Inyección a
presión por el
interior de la
tubería con
tapón perdido
En este procedimiento se cierra con chapa el extremo
superior de la tubería que se va a cementar y se la
suspende al menos 30-40 cm sobre el fondo.
Interponiendo previamente un tapón de material fácilmente
perforable, se inyecta la suspensión de cemento con bomba
(puede servir la misma de la sonda si se ha perforado
a rotación), desplazándose el lodo o agua contenido en el
interior de la tubería hasta hacerlo salir a la superficie por el
anular comprendido entre aquella y el terreno. Se continúa
la inyección de la suspensión de cemento hasta un volumen
previamente calculado (que es el anular que se pretende
cementar, con cierta holgura) y después se continúa
inyectando agua o lodo hasta que el cemento sale a la
superficie. Una vez conseguido esto, se cierra la llave de la
tubería de inyección para que el peso de la suspensión de
cemento no desplace al agua o lodo de la tubería, que es
de menor densidad y se vacíe el anular. La operación se
lleva a efecto calculándola para que la parte inferior de la
tubería quede rellena de cemento en una longitud de 2-3 m,
que después se reperforan al continuar el trabajo.
Este procedimiento es muy utilizado en la cementación de
pozos para agua, y también en los de petróleo, donde se
usan tapones más complicados, generalmente sujetos a
alguna patente.
Inyección a
presión por el
interior de la
Procedimiento muy similar al anterior, con la diferencia que
en éste no existe interposición del tapón. La suspensión de
cemento se inyecta poniéndola en contacto directamente
tubería con el agua o lodo que rellena la tubería y el anular.
Ambos medios apenas si se mezclan (sólo lo hacen
parcialmente en una pequeña zona) y la suspensión de
cemento sale a la superficie por el espacio anular
comprendido entre la tubería y la pared de la perforación.
La última fase de la inyección se hace también con agua o
lodo para terminar de hacer circular el cemento. Una vez
que éste ha subido hasta la superficie, se cierra la llave de
la tubería de inyección a fin de que no retorne el cemento.
Procedimiento muy empleado en la cementación de pozos
para agua.
Inyección con
tubería por el
espacio
anular
La inyección se hace a través de una tubería de pequeño
diámetro (1 1/2-2") que se introduce por el anular entre el
revestimiento y la perforación, dejándola suspendida a unos
30-40 cm del fondo.
Como, en general, la diferencia de diámetros entre
entubación y perforación es pequeña, se emplea poco este
procedimiento, ya que no suele ser posible la introducción
de la tubería de inyección.
Inyección a
presión con
tubería de
inyección por
el interior del
revestimiento
y válvula en el
fondo
Este procedimiento es muy empleado en la cementación de
pozos de petróleo y menos en pozos de agua.
La inyección se hace a través de una tubería de pequeño
diámetro alojada en el interior de la entubación.
Una válvula que hace solidaria a ambas permite el paso de
la suspensión de cemento que impulsa la bomba, al
espacio anular entre revestimiento y perforación, e impide
su retorno.
La inyección se da por terminada cuando se ha introducido
el volumen de la suspensión, previamente calculado. A
continuación se desenrosca y extrae la tubería de
inyección, quedando perdida la válvula, la cual es destruida
al continuar con la perforación, lo que debe permitir
fácilmente el material.
Inyección a
presión con
tubería de
inyección por
el interior del
revestimiento
sin válvula en
el fondo
Procedimiento similar al anterior con la salvedad de que en
éste se suprime la válvula.
La suspensión del cemento y el agua o lodo de la tubería y
el anular se ponen en contacto. Para que el cemento
ascienda por el anular es preciso llenar previamente de
agua o lodo la tubería de revestimiento y cerrar con una
tapa su extremo superior. En la zona de contacto de la
suspensión de cemento y el agua o lodo, la cementación es
imperfecta por haber una zona de mezcla, por lo que igual
que se indicó para el procedimiento de "inyección a presión
por el interior de la tubería con tapón perdido" es
conveniente dejar los 2-3 últimos metros de la tubería de
revestimiento rellena de cemento, que luego se perfora,
para asegurar una buena cementación del anular en esa
zona. Este procedimiento es también muy usado en la
cementación de pozos de agua.
xi. PROBLEMAS DURANTE LA CEMENTACIÓN
Problemas comunes que afectan todos los trabajos de cemento
incluyen:
Condición pobre del agujero (patas de perro, estabilidad del agujero
descubierto, desgastes, llenado del agujero, cama de recortes, etc.)
Condición pobre del lodo (altas fuerzas de gel y punto de resistencia,
alta perdida de fluido o filtración, enjarre grueso, alto contenido de
sólidos, perdida de material de circulación, incompatibilidad de
lodo/cemento).
Centralización pobre (el cemento no se coloca uniformemente
alrededor de la tubería de revestimiento, dejando lodo en el sitio).
Perdida de Circulación
Presión Anormal
Presión Subnormal
Presión Alta
xii. CLASIFICACIÓN API DEL CEMENTO
Las normas API se refieren a clase de cemento; las Normas ASTM a
tipo de cemento. Por ello en la perforación de un pozo se toma en cuenta un
parámetro como temperatura debido a que las formaciones encontradas
omiten diversidades de ella a mayor profundidad, por tal motivo la API a
desarrollado una clasificación de cemento utilizado bajo las condiciones que
pueda presentar el agujero.
1. Cemento clase A o tipo l; Está diseñado para emplearse a
profundidades menores de 6000 ft, con temperaturas de 77°C. Posee un
requerimiento de agua de 5.2 gal/saco y una densidad normal de 15.6
lbs/gal.
2. Cemento clase B o tipo II; Está diseñado para emplearse a
profundidades menores o igual a los 6000 ft, presenta de altas a moderadas
resistencia a los sulfatos con temperaturas de 77°C. Posee un requerimiento
de agua de 5.2 gal/saco y una densidad normal de 15.6 lbs/gal.
3. Cemento clase C o tipo III; Está diseñado para emplearse a
profundidad de hasta 6000 ft, como máximo, con temperaturas de 77°C. su
requerimiento de agua es de 6.3 gal/saco y una densidad normal de 14.8
lbs/gal.
4. Cemento clase D; Este cemento debe emplearse de 6000 ft hasta
12000 ft, de profundidad con temperaturas de hasta 110°C y presión
moderada. Es de mediana a alta resistencia a los sulfatos, su requerimiento
de agua es de 4.3 gal/saco y su densidad normal es de 16.4 lbs/gal.
5. Cemento clase E; Este cemento se emplearse de 6000 hasta
14000 ft, sirviendo a altas temperaturas y presiones, hasta 143°C. Su
requerimiento de agua es de 4.3 gal/saco y su densidad normal es de 16.4
lbs/gal.
6. Cemento clase F; Este cemento se usa en pozos que están
expuestos a extremas condiciones de presión y temperaturas, donde sus
profundidades pueden alcanzar los 16000 ft, presentan un requerimiento de
agua de 4.3 gal/saco y una densidad normal de 16.2 lbs/gal.
7. Cemento clase G y H; Comúnmente conocidos como cementos
petroleros, son básicos para emplearse desde la superficie hasta 2240m tal
como se fabrican. Pueden modificarse con aceleradores retardadores para
usarlos en un alto rango de presión y temperatura. Su requerimiento de agua
es de 5.0 gal/saco y una densidad normal de 15.8 lbs/gal.
8. Cemento clase J; Se quedó en fase de experimentación y fue
diseñada para usarse a temperaturas estática de 351°F (177°C) de 3660a
4880m de profundidad.
xiii. PROPIEDADES QUE DEBEN CONTROLARSE EN LAS LECHADAS
La mayoría de las lechadas de cementación contendrán algunos
aditivos para mejorar las propiedades individuales, dependiendo del trabajo.
Los aditivos podrían ser requeridos para:
Variar la densidad de la lechada
Cambiar la fuerza de compresión
Acelerar o retardar el tiempo de asentamiento
Controlar la filtración y la pérdida de fluido
Reducir la viscosidad de la lechada
xiv. ADITIVOS UTILIZADOS PARA LA PREPARACIÓN DE LECHADAS
La mayoría de las lechadas de cementación contendrán algunos
aditivos para mejorar laspropiedades individuales, dependiendo del trabajo.
Los aditivos podrían ser requeridos para:
Variar la densidad de la lechada
Cambiar la fuerza de compresión
Acelerar o retardar el tiempo de asentamiento
Controlar la filtración y la pérdida de fluido
Reducir la viscosidad de la lechada
Los aditivos podrían ser secos/granulares o líquidos o podrían estar
mezclados con el cemento.
Las cantidades de aditivos secos normalmente son expresados en
términos de porcentaje por peso de cemento (% BWOC). Los aditivos
líquidos normalmente son expresados en términos de volumen por peso de
cemento (gal/sx)
Aceleradores
Reduce el tiempo de WOC (tiempo para alcanzar 500 psi de fuerza de
compresión) Usado en pozos poco profundos (someros) con bajas
temperaturas.
Aditivos comunes:
Cloruro de Calcio 1.5 – 2.0%
Cloruro de Sodio 2.0 – 2.5%
Agua de Mar.
Estos actuaran con retardadores en concentraciones más altas.
Retardadores
Utilizado en secciones más profundas en donde las altas temperaturas
promueven un asentamiento más rápido. Si el BHT estático es mayor de
alrededor de 260F, el efecto del retardador debería ser medido por una
prueba piloto.
Calcio Lingo sulfanato 0.1 – 1.5%
Solución Salina Saturada.
Reducción de Densidad
Utilizado para reducir el peso de la lechada en donde exista una
preocupación por exceder la inclinación de la fractura.
También reduce la fuerza de compresión e incrementa el tiempo de
fraguado.
Permite mayor uso de agua de mezcla (crea un mayor volumen de
lechada – y por lo tanto son denominados “prolongadores”)
2-20% de Bentonita pre hidratada, reduce la fuerza compresiva y la
resistencia del sulfato.
Mezcla 50:50 de Pozolan con cemento Portland reduce en fuerza
compresiva e incrementa en resistencia de sulfato.
Diatomeas 10-40%.
Incremento de Densidad
Utilizado cuando se cementas en zonas sobre-presurizadas. Baritina
BaSO4. Utilizado para densidades de hasta 18ppg.
Hematites Fe2O3 Densidades de hasta 22ppg.
Arena Clasificada 40 – 60 malla. Da un incremento de densidad de 2ppg.
Aditivo para Control de Filtrado
Utilizado para prevenir la deshidratación de la lechada y fraguado prematuro.
También reduce el contenido de agua libre.
Celulosa CMHEC 0.3 – 1%.
Dispersantes (Reducción de Fricción)
Adicionado para mejorar las propiedades de flujo. Reduce la
viscosidad permitiendo alcanzar flujo turbulento a una presión circulante
menor – menor riesgo de incurrir en pérdidas o filtrados.
Polímeros 0.3 – 0.5lbs/sx de cemento
Sal 1 – 16lbs/sx de cemento
Calcio Lingosulfanato 0.5 – 1.5lbs/sx.
Para las cementaciones se usan, casi exclusivamente, suspensiones
de cemento o suspensiones de cemento y bentonita, ambas en agua.
Las suspensiones de cemento tienen más facilidad para decantar, es
decir, son menos estables que las que contienen bentonita. Además, son
tanto más estables cuanto mayor es la dosificación de éste.
Aun cuando la adición de bentonita disminuye algo la resistencia,
reduce sin embargo la retracción y favorece la manejabilidad de la
suspensión, por lo cual, resulta muy conveniente el empleo de suspensiones
de cemento-bentonita.
En las suspensiones de cemento para cementaciones de pozos, debe
utilizarse una relación cemento/agua, comprendida entre 1,80-2,25, lo que
equivale aproximadamente a emplear entre 27 y 22 litros de agua para cada
saco de 50 kg de cemento. Con cantidades mayores de agua, la suspensión
es muy inestable, produciéndose una rápida sedimentación.
Con la adición de bentonita, aparte de las ventajas ya citadas, se
consigue una suspensión más estable. Las cantidades de bentonita que
deben añadirse son pequeñas, en general comprendidas entre 1,5-3,0 kg por
cada 50 kg de cemento, es decir entre el 3-6% del peso de éste. cuando se
añade bentonita es preciso aumentar la cantidad de agua, pudiéndose utilizar
entonces una relación cemento/agua comprendida entre 1,4 y 1,8.
En la tabla de abajo se indican las densidades aproximadas de la
suspensión resultante, para distintas dosificaciones de cemento y bentonita.
Cálculo de cementaciones
Relación bentonita/cement
o
Densidad
Agua por saco de cemento de 50 kg (litros)
Suspensión resultante por saco
de cemento de 50 kg (8 litros)
0
1,75 28,5 451,80 26,5 42,51,85 24,5 40,51,86 23,75 39,51,88 23 38,751,90 22 381,95 20 362,02 17,5 33,5
2
1,76 29 45,51,80 27 43,51,85 24,5 40,751,90 22,5 38,5
4
1,69 33,75 511,75 30,75 47,251,80 27,5 441,82 26,5 43
6
1,64 37,5 551,70 33,75 511,75 30,5 47,751,77 29,5 46,5
Es conveniente batir primero la bentonita y el agua y después añadir el
cemento. Es buena práctica que la bentonita esté mojada unas 24 horas o
más antes de su empleo. Las aguas que se utilicen deben cumplir las
condiciones normales para ser empleadas en morteros y hormigones,
especialmente en cuanto se refiere al contenido en sulfatos. Cuando el
terreno o el agua de las formaciones contenga sulfatos, deben utilizarse
cementos resistentes a éstos.
xv. PRUEBAS AL CEMENTO SEGÚN ESPECIFICACIONES API
Las recetas de cemento deben ser probadas en concordancia con las
10 especificaciones API. Inicialmente, se diseñará una formulación que se
adapte el trabajo de cemento propuesto, es decir, una lechada de agujero de
superficie (conductor) diferiría de una receta con “leer” en términos de sus
requisitos de perdida de agua o filtrado, tiempo de asentamiento, etc.
Una muestra mezclada fresca, que incluya cemento, agua de mezcla y
químicos del equipo de perforación, será entonces probada en el laboratorio
antes de que el trabajo en si se realice para asegurar que no existan
problemas de contaminación. Puesto que el trabajo de prueba requiere un
mínimo de 24 horas para completarse, es importante que las muestras
frescas sean despachadas al laboratorio desde el equipo de perforación, lo
antes posible.
1. Fuerza de Compresión
Esto solía ser la presión no-confinada requerida para aplastar un cubo
de cemento de 2”. Se realizaran una serie de cubos de cemento utilizando
moldes y permitiendo el asentamiento. Periódicamente, uno de los cubos
será sustraído y probada su destrucción. Una prueba más reciente incluye el
uso de ondas acústicas y ultrasónicas. El Analizador Ultrasónico de Cemento
(UCA) continuamente monitorea el desarrollo de la fuerza de una muestra de
cemento asentado bajo condiciones simuladas de temperatura y presión
dentro del pozo. Una impresión de la gráfica plasma la historia de
asentamiento.
2. Contenido de Agua
Idealmente, una lechada de cementación debería tener una viscosidad
(consistencia) que le permita desplazar lodo de manera eficiente mientras
que permite que se forme una fuerte unificación entre el cemento y la tubería
de revestimiento. Esto significa que la lechada debe ser asentada sin que se
forme ningún agua libre. Agua libre es agua que es forzada fuera del
cemento que se asienta, creando bolsas o una capa superficial encima del
cemento.
Cantidad Máxima de Agua
– proveerá un volumen de asentamiento con máximo de 1.5% de agua libre.
El agua libre es determinada al permitir a una muestra de lechada recién
mezclada (20 minutos) descansar en un cilindro medido.
Cantidad Normal de Agua
– proveerá una lechada con una consistencia de 11 Bc’s (Unidades Beardon
– unidades de consistencia) después de 20 minutos de mezclado.
Cantidad Mínima de Agua
– proveerá una lechada con una consistencia de 30 Bc’s después de 20
minutos de mezclado. Nota: Las pruebas de cemento utilizan unidades
Beardon para medir la viscosidad, porque estas están basadas en torque y
arrastre.
3. Tiempo de Fraguado
Esto es medido utilizando un probador de tiempo de fraguado de alta
presión/alta temperatura (consistómetro).Comprende un contenedor cilíndrico
rotativo de lechada con un remo estacionario, siendo todo ello te encerrado
en una cámara de presión. Es capaz de simular condiciones de pozo con
BHST’s de hasta 500 F y un exceso de 25,000 psi. El contenedor de la
lechada rota a una velocidad estándar hasta que se incremente la
temperatura y la presión, a una velocidad determinada El torque creado en el
mango del remo, y debido al cemento que se asienta, es medido en un
grabador de banda. El límite de bombeo o tiempo de fraguado es alcanzado
cuando la consistencia de la lechada alcanza 70-100 Bc’s.
4. Densidad de la Lechada
Esto es típicamente medido utilizando un balance presurizado. Una
muestra de cemento es decantada dentro de la cámara de muestreo y una
tapa es atornillada a la misma. Más adelante se puede inyectar más lechada
a través de la válvula sin retorno que se encuentra en la tapa, con una
bomba de mano. Esto somete a la lechada a suficiente presión para eliminar
las burbujas de aire atrapadas.
5. Perdida de Agua o Filtrado
La prueba de perdida de fluido mide el filtrado generado en un lapso
de 30 minutos a través de un filtro de prensa revestido con una malla medida
de 325. La prueba puede ser conducida a 100 o 1000 psi y a temperaturas
de hasta 400 F y con ya sea mezcla de lechada fresca o una que haya
estado en el probador de fraguado por un rato. Sin aditivos, todas las
lechadas de cementación puras, tienen una pérdida de fluido en exceso de
1000 mls. Con largas cadenetas de polímeros aditivos en concentraciones de
0.6 a 1% por peso de cemento (bwoc), la perdida de fluido puede ser
reducida a 50-150 mls.
6. Permeabilidad
Puede ser medida utilizando un equipo medidor de permeabilidad,
pero por lo general no es parámetro principal en el diseño de la lechada de
cementación.
7. Reología
La reología de cementación es determinada utilizando un reómetro de
seis velocidades equipado con la manga de rotor apropiada y el muelle de
torsión y “bob”. Después de grabar las lecturas de dial correspondientes a las
seis velocidades rotarias preseleccionadas (600, 300, 200, 100, 6 y 3 rpm),
los diferentes parámetros reológicos pueden ser calculados – valores PV,
YP, n y K.
xvi. OBJETIVO DE LOS ESPACIADORES Y CARACTERÍSTICAS
Objetivos
Durante el desplazamiento parte de la lechada se contaminara con
lodo residual y enjarre de la operación de la perforación. El efecto de la
contaminación alterara las diferentes propiedades del cemento. Los efectos
de la contaminación son minimizados al bombear varios espaciadores antes
de la lechada principal. Antes de bombear cualquier lechada, usualmente se
bombearan una serie de limpiadores/espaciadores, incluyendo silbase aceite
(para OBM), limpiadores detergentes, “lodo desperdicio” (para recuperar
fluido de perforación valioso) y una pastilla de viscosidad. El propósito de los
espaciadores es el de:
Separar físicamente el lodo del cemento – no pueden existir
problemas de compatibilidad.
Remover lodo/enjarre de pared del espacio anular – se prefiere un
régimen de flujo turbulento.
Dejar mojada la tubería de revestimiento y la formación de agua-
sulfatantes
Proveer menos hidrostática de cabeza, es decir, reducir las presiones
de bombeo – aceite o agua.
Características
Características de pérdida de control de fluido (reducir las presiones
de bombeo).
Se prefiere un régimen de flujo turbulento para generar un
desplazamiento y erosión del enjarre de pared, eficiente.
Un mínimo de tiempo de contacto de 10 minutos, es considerado
suficiente y determinara el volumen bombeado
Bajo condiciones de flujo laminar, la densidad y presión de fricción del
espaciador debería ser mayor que la del fluido desplazado.
xvii. EQUIPOS UTILIZADOS EN LA CEMENTACIÓN DE UN POZO
Zapata de Revestimiento
Correr el fondo de la tubería de revestimiento. Perfil redondeado para
asistir la corrida den 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 dela 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 (o flujo de retorno) 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 5 juntas). 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 centralizar la tubería de revestimiento en el
hueco.
Ventajas de una tubería centralizada:
- Mejora la eficiencia de desplazamiento (excentricidad mínima)
- Reduce el riesgo diferencial de atrapamiento
- Previene problemas clave de asentamiento
- Reduce el arrastre en pozos direccionales
Raspadores
Cepillos de acero que pueden ser amordazados a la tubería de
revestimiento y aseguradas con collares de parada. Utilizados para remover
físicamente el enjarre, 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 y prevenir la contaminación. En corridas
de tubería 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 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 en el collar flotador, el diafragma se ruptura cuando una
presión diferencial predeterminada es alcanzada. Normalmente se lanza
antes del espaciador o del cemento. El tapón de fondo tiene un centro sólido.
xviii. REGISTROS PARA CEMENTACIÓN
Registro de radiación: rastreadores térmicos pueden ser adicionados
al cemento antes de que el mismo sea bombeado (Carnolite, por
ejemplo).
Registro de mezcla/unión del cemento (CBL): este es un registro
sónico capaz de detector el tope del cemento y determinar la calidad
de la capa de cemento. Es corrido con registros eléctricos, emite
señales sónicas y debe ser centralizado para generar resultados
creíbles. Esto pasa por la tubería de revestimiento y es recogido por
un receptor a unos 3 pies de distancia. Ambos, el tiempo de tránsito y
la amplitud de la señal son utilizadas para indicar la calidad de la
mezcla del cemento. Debido a que la velocidad del sonido es mayor
dentro de la tubería de revestimiento que en la formación o el lodo, las
primeras señales en retornar son las que provienen de la tubería de
revestimiento. Si la amplitud de esta señal (E1) largues grande, esto
indica que la tubería esta libre (mezcla pobre). Cuando el cemento
está firmemente unido a la tubería de revestimiento y a la formación la
señal es atenuada (debilitada) y es característico dela formación
detrás de la tubería de revestimiento. La señal también puede indicar
en donde el cemento está unido a la tubería de revestimiento pero no
a la formación. El efecto de canalización también puede ser detectado.
Un registro de adherencia del cemento (CBL, Registro de Adherencia
de Cemento o Cement Bond Log) se ejecuta para inspeccionar la integridad
del cemento de sellado de la envoltura y la formación. Esto garantizará que
los fluidos de la formación fluirán en la cubierta cuando la zona productiva
esté perforada y no hacia la parte exterior del casing.
La herramienta CBL es similar en funcionamiento a la herramienta
Sónica (sonic tool) a hueco abierto. Consta de un transmisor y dos
receptores a distancias de 3 y 5 pies del transmisor. Al igual que con la
herramienta Sonic las ondas compresionales u ondas P se utilizan para
medir el tiempo de viaje desde el transmisor al receptor. La herramienta CBL
no es compensada a diferencia de la herramienta Sonic a hueco abierto. La
centralización de la CBL es esencial para garantizar su operación. Con este
fin, un centralizador Gemoco de diámetro exterior que coincida con el
diámetro interior de la carcasa debe estar siempre colocado en la
herramienta CBL.
La señal 3-pie (3-foot signal) desde el emisor hacia el primer receptor,
principalmente medirá la adherencia del cemento al casing. Si hay poco o
ningún vínculo, la amplitud de la señal será muy grande. Si hay buena
adherencia, la amplitud será muy pequeña. Esto se conoce comúnmente
como el TT3 (Tiempo de viaje de 3 pies) o señal CBL (Registro CBL de
Adherencia del cemento).
Una onda de compresión similar se medirá con la señal de 5-pie
desde el emisor hasta el segundo receptor. La señal sin embargo leerá más
profundamente en la formación. Predominante medirá la adherencia del
cemento a la formación. Al igual que para el TT3, una amplitud grande de la
onda indicará una mala adherencia mientras que una amplitud lo contrario.
Se conoce comúnmente como el TT5 (Tiempo de viaje de 5 pies) o señal
VDL (Registro de Densidad Variable VDL).
El CBL usualmente da una curva de amplitud y un Registro de
Densidad Variable (VDL), el cual indica la fuerza de las señales por medio de
la intensidad de las líneas oscuras y claras. Las señales de la tubería de
revestimiento aparecen como líneas paralelas. Una buena mezcla es
representada por líneas onduladas. No hay una escala estándar de API para
medir la efectividad del CBL y muchos factores pueden resultar en malas
interpretaciones:
Durante el proceso de asentamiento, la velocidad y amplitud de las
señales varía significantemente. Es recomendable no correr el CBL
hasta 24-36 horas después del trabajo de cementación, para
obtener resultados reales.
La composición del cemento afecta la transmisión de la señal.
El espesor del cemento causara cambios en la atenuación de la
señal.
El CBL reaccionara a la presencia de un micro-espacio anular (un
pequeño espacio entre la tubería de revestimiento y el cemento). Esto
usualmente se solventa con el tiempo y no es un factor crítico. Algunos
operadores recomiendan correr el CBL bajo presión para eliminar este efecto
(la tubería de revestimiento sufrirá el efecto de “balonamiento” y ocupara
cualquier micro-espacio anular.
USI (Dispositivo de Captación de Imágenes ultrasónicas):
Proporciona imágenes con alta resolución, compresivo, respuesta de
tiempo real sobre la calidad de la adherencia de la tubería y el
cemento y agujero abajo.
La combinación de registros USI y CBL ayuda a diagnosticar
problemas en zonas aisladas en las interfaces cemento-TR y cemento-
formación.
El registro CBL-VDL: indica la adherencia entre el cemento y la
formación. El Registro de densidad variable (VDL) es opcional y
complementa la información proporcionada por el CBL.
xix. DETERMINACIÓN DE: VOLUMEN DE LECHADA, VOLUMEN DE
DESPLAZAMIENTO, COLOCACIÓN DE CENTRALIZADORES Y TIEMPO
DE CEMENTACIÓN
Volumen de la lechada
VLc = cemento (ton) * 20* rendimiento (lts/sc)
Es una función directa de la geometría del pozo, del diámetro de la
tubería que se va a cementar y de la longitud del espacio anular. Con el
diámetro promedio del pozo, determinado de acuerdo con el punto anterior, y
el diámetro externo de la tubería que se va a cementar, se puede calcular la
capacidad del espacio anular por unidad de longitud, por medio de la
fórmula:
Volumen (lts) = 0.785 x (D2 agujero – D2 Ext. tubo) x h
Para determinar el volumen en la longitud que se desea cubrir con
cemento:
Volumen (lts)= Capacidad E. A. (lt/m) x longitud a cubrir (m)
Para calcular el volumen de lechada que queda dentro de la tubería de
revestimiento, del cople a la zapata, se emplea la siguiente fórmula:
Volumen (lts)= Capacidad interior T.R. (lt/m) x Longitud entre cople y
zapata (m)
Para determinar el volumen de lechada entre tuberías, se debe
calcular con el diámetro interior de la tubería cementada con anterioridad y el
diámetro exterior de la tubería por cementar, con la siguiente fórmula:
Volumen (lts) = Capacidad entre tuberías (lt/m) x Longitud a cubrir (m)
Volumen desplazado
Vd = CTR * LTR (lts)
Donde CTR = Capacidad de la TR (lt/m)
LTR = Longitud de la TR hasta el cople flotador (m)
Vd = 0.00972 * ID2TR * hTR
IDTR = Diámetro interno de la TR
hTR = Altura de TR
Colocación de centralizadores
Cc = (Altura del cemento – 40)/ 2 * Longitud del T.R.
CONCLUSIONES
La cementación es un proceso petrolero que tiene por objeto endurecer
las paredes del pozo para conservar las mejores cualidades de la formación,
contando con técnicas y practicas operaciones que provienen de una
planificación para un plan de trabajo supervisado por especialistas con el fin de
orientar al desarrollo y aplicación para explotar, transportar, procesar, y tratar los
hidrocarburos .
La cementación tiene una gran importancia en la vida del pozo, ya que
los trabajos de una buena completación dependen directamente de una buena
cementación. Los propósitos principales de la cementación son Proteger y
asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo, aislar zonas de diferentes
fluidos, aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las mismas
por el fluido de perforación o por los fluidos del pozo, evitar o resolver problemas
de pérdida de circulación y pega de tuberías, Reparar pozos por problemas de
canalización de fluidos y Reparar fugas en el revestidor entre otras, e allí la gran
importancia de la cementación.
La completación de un pozo representa la concreción de muchos
estudios que, aunque realizados por separado, convergen en un mismo objetivo:
la obtención de hidrocarburos. La Ingeniería Petrofísica, Ingeniería de
Yacimientos y de las ciencias de producción y construcción de pozos; han
venido realizando, en los últimos años, un trabajo en equipo permitiendo una
interacción de las ramas que conforman la ingeniería de petróleo.
La elección y el adecuado diseño de los esquemas de completación de
los pozos perforados, constituyen parte decisiva dentro del desempeño
operativo, productivo y desarrollo de un Campo. La eficiencia y la seguridad del
vínculo establecido entre el yacimiento y la superficie dependen de la correcta y
estratégica disposición de todos los parámetros que lo conforman, de esta
manera podría hablarse de la productividad del pozo en función de la
completación, que incluye un análisis de sus condiciones mecánicas y la
rentabilidad económica que justifique su existencia.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Dowell, Well Cementing (Paris: Schlumberger Oil Field, 1988) Capítulo 16
D. Barragán, “Planificación, Evaluación Técnica y Análisis de Costos en
Operaciones de Cementación Primaria en los Pozos pertenecientes a
Petroproducción en el Distrito Amazónico” (Tesis, Facultad de Ingeniería
de Petróleo, ESPOL, 1997).
S. Gandara, “Diseño de Tubería de Revestimiento” (Tesis, Facultad de
Ingeniería de Petróleo, ESPOL, 1990).
C. Gatlin, Petroleum Engineering: Drilling and Well Completions, Prentice –
Hall Inc., USA, 1965.
Schlumberger Drilling School. Tecnología de perforación. Diseño de tubería
de revestimiento y Cementación. Sección 7 y 8.
