Escuela Politécnica Nacional

Cementación de Tuberías

ÍndiceCementación................................................................................................................................4

Objetivos:.................................................................................................................................4

Planificación.............................................................................................................................5

Circunstancias que requieren cementaciones..........................................................................5

Problemas comunes de cementación......................................................................................6

Advertencias de seguridad.......................................................................................................6

Tipos de cemento.....................................................................................................................7

Clasificación de las cementaciones..............................................................................................7

Cementación Primaria.............................................................................................................7

Aislamiento zonal.................................................................................................................8

Sustentación de la tubería de revestimiento........................................................................8

Protección de la tubería de revestimiento...........................................................................8

Sustentación del agujero......................................................................................................8

Procedimientos básicos de cementación.................................................................................8

Corriendo tubería de revestimiento.....................................................................................9

Circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforación...................................10

Prueba de presión..............................................................................................................11

Bombeo de lavador y espaciador.......................................................................................11

Lanzamiento del tapón inferior..........................................................................................12

Mezcla de la lechada..........................................................................................................14

Bombeo de la lechada inicial..............................................................................................14

Bombeo de la lechada de cola............................................................................................15

Lanzamiento del tapón superior.........................................................................................15

Desplazamiento de lechadas y tapones con fluidos...........................................................16

Revisión de los flujos de retorno........................................................................................17

Equipos...................................................................................................................................17

Equipo de material a granel...............................................................................................17

Unidad de bombeo de cemento.........................................................................................18

Línea de tratamiento..........................................................................................................19

Sistema de mezcla..............................................................................................................19

Mezclador por baches........................................................................................................20

Tanques de fluido...............................................................................................................20

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Sistema de aditivos líquidos...............................................................................................21

Cabezas de cementación....................................................................................................22

Equipos auxiliares para cementación.................................................................................22

Cementación primaria: Procedimiento en una etapa................................................................22

Cementación del tubo conductor...........................................................................................22

Cementación a través de tuberías de perforación.................................................................24

Cementación por encima.......................................................................................................24

Cementación de tuberías de revestimiento de superficie......................................................25

Cementación de tubería de revestimiento intermedia..........................................................26

Cementación de tubería de revestimiento de producción.....................................................28

Cementación de liner.............................................................................................................29

Cementación de conexiones de liner a superficie..................................................................30

Cementación primaria: Procedimientos con múltiples etapas...................................................31

Propiedades de Cementación....................................................................................................33

Cementación Secundaria.......................................................................................................35

Cementaciones de Reparación...............................................................................................36

Objetivos de una cementación forzada..................................................................................36

Técnicas de cementación forzada de reparación...................................................................40

Tapones de Cementación...........................................................................................................42

Cálculos de cementación............................................................................................................42

Bibliografía:................................................................................................................................42

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CementaciónLa cementación es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor.

El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las zonas críticas (alrededor del fondo de la zapata, espacio anular, formación permeable, hoyo desnudo, etc.). Luego se deja fraguar y endurecer, formando una barrera permanente e impermeable al movimiento de fluidos detrás del revestidor.

Los principales tipos de cementación incluyen:

la cementación de los liners y las tuberías de revestimiento, la colocación de tapones de cementación y la realización de trabajos de reparación de cemento.

El proceso de cementación incluye la preparación de la lechada, que se compone de cemento en polvo, agua, y aditivos químicos para controlar las propiedades del cemento. Para conseguir una densidad determinada de la lechada se utilizan equipos especiales; la densidad se mide como la cantidad de masa por unidad de volumen (por ejemplo, lbm/galUS, kg/m3, etc.). Luego de mezclada, la lechada se bombea al pozo mediante bombas de alta presión.

Objetivos: 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. Reparar fugas en el revestidor.

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.

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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.

Evitar el colapso del pozo.

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 caos 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 cemente 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.

PlanificaciónLa planificación para un trabajo de cemento consiste en evaluar cierta cantidad de características, incluyendo:

Avalúo de condiciones del agujero abierto (limpieza de agujero, tamaño, desgastes del agujero, temperatura).

Propiedades del lodo Diseño de Lechada Posicionamiento de la Lechada Equipo Adicional (equipo de flotación, centralizadores, ECP’s)

Circunstancias que requieren cementaciones Cementaciones durante la ejecución del sondeo. A lo largo de la perforación del

sondeo puede ser necesario realizar operaciones de cementación de determinados tramos por problemas de estabilidad, pérdida de circulación de lodos, etc.

Presencia de formaciones o niveles "no deseables" (formaciones que interesa aislar del resto del sondeo porque plantean problemas hidroquímicos, por la presencia de fracciones finas, mala estabilidad, etc.).

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Cementaciones del fondo del sondeo o entre tramos de distinto diámetro en columnas telescópicas, cuyo objetivo es asegurar físicamente las columnas de entubación.

Sellado de captaciones. Se recomienda en casos de sondeos con fuertes surgencias, difíciles de controlar, sondeos con emanaciones naturales de gas, focos de contaminación, sondeos de inyección de residuos (tóxicos, radiactivos), etc.

Problemas comunes de cementaciónProblemas 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).

Pérdida de Circulación Presión Anormal Presión Subnormal Presión Alta

Advertencias de seguridadEl entrenamiento práctico requiere una supervisión apropiada. Solicite ayuda a su supervisor si no está seguro de algún proceso o del funcionamiento de algún equipo. Antes de llevar a cabo ninguna de las actividades que se describen en este documento, asegúrese de que todos los equipos de seguridad estén instalados y en perfecto estado de funcionamiento.

Deje siempre el tiempo suficiente para poder realizar de forma correcta las comprobaciones previas y posteriores a los trabajos. La omisión de cualquiera de los pasos de un proceso puede afectar a los equipos o al trabajo.

Antes de realizar el STEM 1 de la unidad, asegúrese de llevar el siguiente equipo de protección:

overoles NOMEX botas con puntera de acero casco de seguridad anteojos de seguridad.

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Puede que también sea necesario llevar los siguientes elementos:

Guantes Antiparras Máscara antipolvo Protección auditiva.

Tipos de cemento

La API define 9 diferentes clases de cemento (de A a H) dependiendo de la proporción de los cuatro componentes químicos fundamentales (C3, C2S, C3A, C4AF siendo C = calcio, S = silicato, A = aluminato y F = fluoruro).

Clasificación de las cementacionesCementación Primaria

Es la realizada cuando es corrido por primera vez el revestidor o camisa (liner). Se realiza al cementar los revestidores del pozo (conductor, superficial, intermedio, producción, etc.) durante la perforación. Entre los objetivos principales de esta cementación se pueden mencionar los siguientes:

Adherir y fijar la sarta de revestimiento. Restringir el movimiento de fluidos entre las formaciones productoras y el

confinamiento de los estratos acuíferos. Proteger la sarta contra la corrosión. Reforzar la sarta contra el aplastamiento debido a fuerzas externas y reforzar la

resistencia de la sarta a presiones de estallido. Proteger la sarta durante los trabajos de cañoneo (completación). Sellar la pérdida de circulación en zonas "ladronas".

El objetivo de la cementación primaria es asegurar la integridad del agujero, lo cual implica los siguientes aspectos: aislamiento zonal, sustentación, protección de la tubería de revestimiento, y sustentación del agujero.

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Aislamiento zonalEl aislamiento zonal consiste en sellar unas zonas con respecto a otras. Esto evita el desplazamiento de líquidos y gases entre las zonas de la formación a través del anular. En la Figura 2-1 vemos un ejemplo del cemento para evitar que el gas y el petróleo se mezclen con el agua de la zona superior.

Sustentación de la tubería de revestimientoLa capa de cemento proporciona soporte axial a la tubería de revestimiento de la superficie, así como a cualquier otra tubería de revestimiento que se instale luego (por ejemplo, los liners).

Protección de la tubería de revestimientoEl cemento sirve como soporte y protección contra las formaciones plásticas (por ejemplo, sales) y fluidos corrosivos de la formación (por ejemplo, H2S y CO2).

Sustentación del agujeroEl cemento actúa como soporte para el agujero en formaciones plásticas, sensibles al agua o no consolidadas.

Procedimientos básicos de cementaciónEn las siguientes secciones, se describe el procedimiento básico de una cementación primaria. El proceso incluye los siguientes pasos:

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corrida de tubería de revestimiento circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforación prueba de presión bombeo de lavador y espaciador mezcla de lechada bombeo de la lechada inicial o de llenado bombeo de la lechada de cola lanzamiento del tapón superior desplazamiento de las lechadas y tapones con fluido comprobación de retorno de fluidos

Corriendo tubería de revestimientoLa tubería de revestimiento se corre en el pozo tramo por tramo; las conexiones (roscadas) se realizan mediante llaves de potencia.

Normalmente, la corrida de la tubería se realiza a cabo por cuadrillas de trabajadores especializadas de empresas como Weatherford y Franks, aunque a veces también los pueden llevar a cabo las propias cuadrillas de perforación.

Schlumberger no ofrece este tipo de servicios, pero sus trabajadores deben conocer el proceso y los pasos a seguir. Durante el proceso de introducción de la tubería de revestimiento, podría ocurrir algo que afectara de forma negativa al trabajo de cementación.

Una vez corrida, la tubería de revestimiento se asienta sobre el fondo o justo encima del fondo. El primer tramo de la tubería de revestimiento tiene una zapata de flotación o zapata guía en el extremo. Esta zapata sirve para proteger el extremo de la tubería de revestimiento y ayuda a guiarla en su paso hacia el fondo del pozo.

Después del primer o segundo tramo, se instala un collar de flotación. El espacio situado entre el collar de flotación y la zapata se denomina recorrido de zapata y suele tener unos 80 pies de largo.

Normalmente, el recorrido de zapata se deja lleno de cemento al final del trabajo de cementación.

Nota: Es importante que la cuadrilla de cementación revise la zapata guía y la zapata de flotación. A veces, estos elementos son suministrados por Schlumberger; otras veces, es el propio cliente quien se encarga de su suministro.

Cuando el revestimiento alcanza la profundidad deseada, hay que realizar unas conexiones especiales en el cabezal de pozo: este proceso es lo que se llama conexión niplear.

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Según la locación y el cliente, la cuadrilla de cementación puede estar presente en el lugar antes de la introducción de la tubería de revestimiento o durante el proceso, o bien puede acudir una vez que se haya completado la inserción de la tubería, cuando se está circulando el lodo de perforación antes de la cementación.

Circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforaciónAntes de bombear la lechada en el pozo, se lleva a cabo otro proceso: utilizando la bomba del equipo de perforación se hace circular lodo de perforación (también conocido como fluido de perforación) en el pozo, con el fin de acondicionar el lodo y lavar el pozo (Figura 2-2). Este proceso recibe el nombre de acondicionamiento de lodo.

Acondicionar el lodo significa conseguir que fluya sin problemas. Si no se lleva a cabo el acondicionamiento del lodo, el paso de fluido por el anular puede verse dificultado por la presencia de sectores con lodo gelificado.

Nota: Mucho antes de que se inicie el proceso de circulación, la cuadrilla de cementación debe asegurarse de que la conexión de la reducción de circulación o de la cabeza de cementación sea compatible.

El acondicionamiento consiste en circular el lodo, que baja por la tubería de revestimiento, y retorna por el anular. En el tramo superior de la tubería de

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revestimiento puede instalarse una reducción de circulación; a veces, también se usa una cabeza de cementación.

Prueba de presiónAntes de iniciar la cementación, se debe hacer una prueba de presión a las líneas de tratamiento de alta presión que van desde la unidad de cementación hasta el pozo. Se debe reparar cualquier fuga que se detecte y repetir la prueba de presión hasta conseguir el resultado adecuado. Los resultados de la prueba de presión deben registrarse y documentarse en un gráfico.

Las pruebas de presión se realizan tal y como se indica a continuación:

PASO 01 Arme las líneas desde la unidad de cementación a la conexión del pozo.

PASO 02 Cebe la unidad de cementación y las líneas de cemento con agua para llenar todas las líneas.

PASO 03 Cierre la válvula del cabezal de pozo y asegúrese de que no haya nadie cerca de las líneas.

PASO 04 Aumente la presión hasta el nivel predeterminado haciendo que la unidad bombee agua.

PASO 05 Mantenga la presión durante 5 minutos y compruebe si hay fugas.

PASO 06 Libere la presión y ajuste las válvulas para llevar a cabo la mezcla y bombeo del cemento.

PASO 07 Inicie el trabajo.

Bombeo de lavador y espaciador Antes de bombear la lechada de cementación, por lo general, se bombea un lavador químico o un espaciador densificado, o ambos, para que actúen como buffer entre el fluido de perforación y el cemento. Los lavadores químicos son fluidos base agua que pueden utilizarse en espacios anulares pequeños con geometría del agujero regular. Estos fluidos pueden utilizarse cuando se puede lograr turbulencia en todas las secciones del espacio anular. Los espaciadores son fluidos densificados que se bombean en flujos turbulentos o laminares. Estos productos sirven para eliminar completamente los fluidos de perforación del anular antes de inyectar la lechada de cementación.

Nota: Es muy importante mantener la densidad y la jerarquía de la reología del lodo, el espaciador, la lechada inicial y la lechada de cola. La única excepción es cuando se utiliza un lavador químico en un flujo turbulento.

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Los lavadores y espaciadores se preparan antes del trabajo de cementación y se bombean antes de empezar la mezcla del cemento (Figura 2-3).

Lanzamiento del tapón inferiorEn los trabajos de cementación primaria, antes y después de la inyección de la lechada de cementación, se lanzan tapones limpiadores.

Estos elementos sirven para separar la lechada de los fluidos de perforación, limpiar las paredes interiores de la tubería de revestimiento y obtener una indicación positiva (presión) de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento.

Hay dos tapones. El primero, el tapón inferior, es hueco y tiene una membrana de caucho en la parte superior. Esta membrana estalla cuando el tapón llega a la parte superior del collar de flotación, en la zona inferior de la sarta de revestimiento, y se aplica presión diferencial.

El tapón inferior se lanza desde la cabeza de cementación antes de bombear la lechada de cementación por la tubería de revestimiento, y su misión es mantener separada la lechada del lodo y limpiar el interior de la tubería de revestimiento

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(Figura 2-4). El tapón inferior se carga en la cabeza de cementación, que está instalada en la parte superior de la tubería de revestimiento. En algunos casos, el tapón superior se carga en la cabeza de cementación también en esta fase.

Nota: Los tapones limpiadores deben cargarse en la cabeza de cementación en presencia de un representante del cliente, ya que cualquier error puede tener consecuencias catastróficas.

Antes de bombear el cemento, se llevan a cabo los siguientes procesos: las válvulas de la cabeza de cementación se colocan en la posición correcta, el mecanismo de lanzamiento del tapón (situado en la cabeza de cementación) se activa y, por último, se bombea algo de fluido para empujar el tapón limpiador desde la cabeza hacia la tubería de revestimiento. Un testigo (tattletale) colocado en la cabeza de cementación indica el lanzamiento. Las válvulas de la cabeza de cementación se vuelven a colocar en su posición para la cementación, y puede iniciarse la mezcla y el bombeo de la lechada de cementación.

Mezcla de la lechadaLa lechada de cementación se forma combinando cemento seco, agua y los aditivos necesarios en un mezclador. Este proceso puede realizarse en continuo o por baches. El fluido de mezcla (agua más los aditivos del cemento) puede prepararse

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antes o al vuelo mediante un sistema de aditivos líquidos. En algunas locaciones, los aditivos se mezclan en seco con el cemento.

Nota: Los equipos de mezclado y bombeo, todos los fluidos y equipos de cemento a granel deben estar correctamente preparados y revisarse antes de iniciar el trabajo.

Bombeo de la lechada inicialLa lechada inicial es un tipo de lechada de baja densidad y alto rendimiento diseñada para llenar y cubrir la sección superior del anular. Este material se bombea después del lavador y el espaciador y antes de la lechada de cola (Figura 2-5). Su densidad es superior a la del fluido de perforación y menor que la de la lechada de cola.

Bombeo de la lechada de colaLa lechada de cola es una lechada de mayor densidad, diseñada para cubrir la sección inferior del anular desde el fondo del agujero. Normalmente, la lechada de cola presenta unas propiedades superiores a las de la lechada inicial. Es esencial

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que la lechada de cementación tenga la densidad correcta para que sus propiedades sean las deseadas (Figura 2-6).

Lanzamiento del tapón superiorEl segundo tapón limpiador de cementación se denomina tapón superior y es sólido. Se bombea al final de los trabajos de cementación con el fin de separar la lechada del fluido de desplazamiento que se bombea en la siguiente etapa del proceso, y evitar así que sea contaminada por dicho fluido.

Una vez que la lechada ya se ha bombeado en la tubería de revestimiento, el tapón superior se lanza desde la cabeza de cementación (Figura 2-7).

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Cuando se ha inyectado la lechada de cola, se para el bombeo y, a continuación, las válvulas de la cabeza de cementación se cambian de posición para permitir bombear un fluido (normalmente agua o espaciador) que empuje el tapón superior desde la cabeza de cementación.

Desplazamiento de lechadas y tapones con fluidosA continuación, las lechadas de cementación y los tapones limpiadores se bombean (son desplazados) hacia el fondo del pozo mediante el fluido de perforación u otro fluido. Este fluido de desplazamiento empuja el tapón superior y la lechada hacia abajo por la tubería de revestimiento. Cuando el tapón limpiador inferior llega al collar de flotación, la membrana situada en su parte superior se rompe y la lechada es bombeada, saliendo de la parte inferior de la tubería de revestimiento y subiendo por el anular.

Cuando el tapón superior llega al tapón inferior, hay un aumento de presión. Las lechadas de cementación se encuentran en el espacio anular y en el recorrido de zapata. El proceso habrá finalizado cuando se indique un aumento de presión en la superficie y el proceso de desplazamiento haya terminado. Luego, retornarán de dos a cinco barriles y parará el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que hay fugas en el collar de flotación.

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Revisión de los flujos de retornoEl collar de flotación está equipado con una válvula de retención que evita que los fluidos regresen por la tubería de revestimiento. Si la válvula está defectuosa, la lechada puede empujar los tapones y el fluido por la tubería de revestimiento, debido al efecto de retorno de los tubos en U. Al final de un trabajo de cementación, es necesario comprobar que el collar de flotación o la zapata de flotación no presenten fugas. Para realizar esta comprobación se espera a que el fluido retorne a los tanques de desplazamiento de la unidad de cementación.

Si el collar de flotación o la zapata de flotación funcionan correctamente, dejarán que vuelvan de dos a cinco barriles y luego se interrumpirá el flujo.

Si este flujo de retorno continúa, significa que el collar de flotación tiene algún defecto.

Equipos

Los trabajos de cementación suelen realizarse con los siguientes equipos:

equipo de material a granel para el almacenamiento y la mezcla unidad de bombeo de cemento líneas de tratamiento sistema de mezclado mezclador por baches tanques de fluido sistema de aditivos líquidos cabezas de cementación.

Equipo de material a granelEn los trabajos de cementación primaria, se necesitan los siguientes equipos de material a granel para almacenar el cemento seco y transferirlo al sistema de mezclado de cemento (Figura 2-8):

Silos de cemento a presión o silos de cemento de gravedad: los distintos cementos y mezclas deben almacenarse en silos de cemento separados. Los silos deben tener la capacidad suficiente para almacenar el cemento necesario. Además, estos silos también sirven para mezclar y manipular aditivos y material a granel en seco.

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Transporte de cemento a granel: se utilizan para transportar el cemento seco hasta el pozo. También pueden utilizarse durante la cementación para transferir directamente el cemento al sistema de mezclado.

Compresor de aire: suministra el aire para presurizar los silos y llevar a cabo la transferencia de cemento.

Mangueras de caucho de 4 pulgadas: sirven para transferir el material desde el silo hasta el equipo de mezclado de cemento; también se utilizan para las líneas de ventilación.

Tanque de descarga: ayuda a controlar el flujo de cemento seco desde la planta de material a granel al sistema de mezclado.

Es esencial mantener en buen estado el equipo de material a granel, ya que para realizar adecuadamente los trabajos de cementación es crucial que este equipo funcione de forma efectiva.

Unidad de bombeo de cementoLa unidad de bombeo de cemento (Figura 2-9) desempeña las siguientes funciones:

suministra alta potencia y presión de bombeo mide los fluidos de mezcla proporciona y controla el sistema de mezclado de cemento controla el caudal y la presión de bombeo.

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Línea de tratamientoLa línea de tratamiento es un conjunto de tuberías, Tes, válvulas y uniones giratorias que se utiliza para llevar la lechada de cementación y otros fluidos bombeados desde la unidad de cementación al pozo (Figura 2-10).

En los trabajos de cementación, se utiliza una línea de tratamiento de dos pulgadas 1502. La línea de tratamiento debe armarse conforme a las instrucciones de la Norma de Seguridad 5 de Well Services: Bombeo a Presión y Seguridad en la Locación (sección ID# 3313681 de InTouch).

Las líneas de tratamiento disponen de unas estrictas instrucciones de uso, inspección y prueba. Encontrará estas indicaciones en la Norma de Seguridad 23 de WS: Pruebas e Inspección de Equipos de Tratamiento (sección ID #3313701 de InTouch).

Sistema de mezclaEl objetivo del sistema de mezcla es garantizar la proporción exacta de cemento seco y fluido de mezcla de manera que se obtenga una lechada con características predecibles, que pueda bombearse al fondo del pozo al caudal deseado.

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Se utilizan diversos tipos de sistemas de mezcla; además, estos sistemas están en continua evolución. En el Módulo JET 7 encontrará la descripción e instrucciones de uso de los sistemas de mezcla que se utilizan actualmente: Equipos de Mezclado de Cemento (sección ID# 4127834 de InTouch).

Mezclador por bachesLa mezcla por baches es un sistema simple para la mezcla de lechadas de cementación. Existen varios tipos de mezcladores por baches, con una capacidad que oscila entre 15 y 150 bbl. Normalmente, estos mezcladores están equipados con paletas, bombas centrífugas de circulación, y líneas para que la lechada circule y se mezcle en los tanques por baches durante el proceso de mezcla.

El procedimiento más común de mezcla por baches consiste en llenar el tanque con una lechada mezclada al vuelo con la densidad deseada y, luego, ajustar la densidad mediante la adición de fluido de mezcla o cemento. Otra técnica muy utilizada es la de llenar el mezclador por baches con fluido de mezcla y luego añadir el cemento seco desde el sistema de material a granel directamente al fluido de mezcla hasta conseguir la densidad deseada. Si utiliza este último método, añada el cemento poco a poco, con un caudal manejable; compruebe la densidad a intervalos regulares y deje que la lechada se homogenice antes de medir la densidad.

Tanques de fluidoLos fluidos utilizados en el proceso de cementación (fluido de mezcla para la lechada inicial y la lechada de cola, lavadores y espaciadores) deben almacenarse y prepararse en tanques de fluido.

El uso bombas centrífugas para la recirculación de la lechada debe limitarse al mínimo, ya que la energía de corte adicional que se añade al sistema puede afectar de forma negativa las propiedades de la lechada. Se recomienda que la lechada no se recircule con una bomba centrífuga durante más de 5 minutos por cada 10 bbl de lechada.

Las pruebas de cemento realizadas en el laboratorio deben tener en cuenta que la mezcla de la lechada se va a realizar por baches. Normalmente, para almacenar estos fluidos se utilizan tanques de lodo del equipo de perforación; en todo caso, la cuadrilla de cementación debe asegurarse de que:

los tanques estén limpios y no se contaminen con otros fluidos durante la preparación de los fluidos o el proceso de cementación.

haya suficientes tanques y los tanques tengan la capacidad suficiente para almacenar los distintos fluidos que se necesitan. No olvide que también debe tener en cuenta el volumen muerto del tanque.

el fluido de los tanques pueda mezclarse y circular de forma adecuada para garantizar su homogeneidad.

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no haya fugas en los tanques. el caudal de fluido desde los tanques a la unidad de cementación sea el

adecuado para poder alcanzar los caudales de bombeo y mezcla de diseño.

En algunos casos, los tanques para los fluidos utilizados durante el proceso de cementación son suministrados por Schlumberger.

En locaciones costafuera, se utilizan los tanques del equipo de perforación y, en algunos casos, la unidad de cementación se alimenta directamente con agua salada. En este último caso, es necesario asegurarse de que el agua salada se utilice en las pruebas de laboratorio y de que la toma de suministro de agua salada no se encuentre cerca del fondo del mar. Para algunos fluidos es necesario utilizar agua dulce y diésel o petróleo; antes de realizar ningún trabajo, compruebe con el representante de la Empresa si el equipo de perforación dispone de estos fluidos en cantidad suficiente.

Nota: Asegúrese de limpiar todos los tanques al final del trabajo.

Sistema de aditivos líquidosLos sistemas de almacenamiento y medición de aditivos líquidos sirven para almacenar y medir los aditivos líquidos durante las operaciones de cementación.

Inicialmente, estos sistemas se diseñaron para utilizarse en espacios confinados en equipos de perforación costa fuera; sin embargo, por su eficiencia y economía, ahora son un elemento imprescindible para cualquier trabajo de cementación en el que se utilicen aditivos líquidos.

Existen diversos tipos de sistemas de aditivos líquidos (LAS):

Sistema de control manual: cuatro tanques cerrados (1.000 galUS, 750 galUS y dos de 300 galUS) almacenan los distintos aditivos líquidos. Cuatro bombas de diafragma de accionamiento neumático envían los aditivos directamente a los tanques de almacenamiento por encima del tanque de desplazamiento de la unidad de cementación. A continuación, los aditivos líquidos se vierten en la proporción adecuada y se dispersan en el agua de mezcla.

Sistema de control automático: el sistema incluye un método para controlar de forma automática las cantidades de aditivos. El sistema está equipado con cuatro bombas de desplazamiento positivo: unos sensores magnéticos cuentan las carreras de la bomba. Esto se utiliza para medir de forma automática el volumen exacto de los aditivos que se vierte en el tanque de desplazamiento.

Sistema de aditivos líquidos computarizado: este sistema está formado por un módulo de control de medición, un caudalímetro electromagnético con válvulas de control, y un terminal remoto que permite medir los volúmenes de aditivos programados que se vierten en el tanque de desplazamiento.

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Cabezas de cementaciónEn el Módulo JET 8 se describen con detalle las cabezas de cementación: Cabezas de Cementación y Aditamentos para Tubería de Revestimiento (sección ID# 4127832 de InTouch).

Equipos auxiliares para cementaciónEn los trabajos de cementación primaria se utilizan distintos tipos de aditamentos y accesorios para tuberías de revestimiento, entre los que se pueden incluir: zapatas guía, collares de flotación, collares de múltiples etapas, centralizadores, canastas de cementación y colgadores de liner. La utilidad y el funcionamiento de estos equipos se describen en el Módulo JET 8: Cabezas de Cementación y Aditamentos para Tubería de Revestimiento.

Cementación primaria: Procedimiento en una etapa

Los trabajos de cementación primaria en una etapa incluyen la cementación de: tubo conductor, tubería de revestimiento de superficie, tubería de revestimiento intermedia, tubería de revestimiento de producción, liner y conexión de liner a superficie.

Cementación del tubo conductorEl conductor suele ser la tubería de revestimiento, que también es la más corta (Figura 2-12).

El conductor sirve para evitar que los fluidos de perforación contaminen las arenas poco profundas, así como para evitar los derrumbes, que pueden producirse fácilmente cerca de las superficies donde hay capas superficiales o lechos de grava no consolidados o sueltos.

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El tubo conductor suele tener uno de estos tres tamaños y profundidades: 30 a 20 pulgadas, soldado 20 a 16 pulgadas, roscado 30 a 300 pies (<100 pies es lo más común)

En muchos casos, el tubo conductor no necesita cementación y, en su lugar, se asienta con la ayuda de un martinete. Normalmente, es el primer tramo de la tubería de revestimiento que se corre y suele estar ya colocado cuando el equipo de perforación llega a la locación.

Aunque sea necesario cementar el tubo conductor, no se suelen utilizar tapones limpiadores de cementación. Por lo general, la cementación se realiza mediante la inserción de una tubería o tubería de perforación en el tubo conductor. Este sistema ayuda a evitar la contaminación de la lechada de cementación dentro de la tubería de revestimiento, reduce de forma significativa los volúmenes de desplazamiento, y permite detener la mezcla de cemento cuando se detecta retorno en superficie.

Si las formaciones situadas en la superficie o cerca de ella están muy poco consolidadas, pueden producirse grandes derrumbes; por ello, es normal aplicar excesos de cemento del 100% al 200%. Para cementar este tipo de tuberías de revestimiento se utilizan lechadas de cementación aceleradas. Las tuberías de revestimiento de gran diámetro están sometidas a una fuerza de flotación ascendente enorme debida a la presión que actúa en la superficie de la cabeza de cementación. Si esta área es suficientemente grande, puede

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exceder el peso sumergido de la tubería de revestimiento y expulsar la tubería fuera del agujero.

Cementación a través de tuberías de perforaciónLa cementación de revestimientos grandes (con diámetros superiores a 13-3/8 pulgadas) puede realizarse a través de una tubería de perforación. En la parte superior de la zapata guía o zapata de flotación (Figura 2-13) se instala un aditamento de conexión (stab-in).

Esta zapata o collar actúa como receptáculo del aguijón (stinger) que se conecta a la parte inferior de la tubería de perforación. La guía se prepara con sellos o empaques que actúan como un sello contra el diámetro interno (ID) de la zapata o collar de conexión.

Hecho esto, el cemento puede bombearse y desplazarse a través de la tubería de perforación hasta el anular.

El cemento se mezcla y bombea a través de la tubería de perforación y pasa al anular hasta llegar a la superficie (si este es el objetivo). Cuando se observe que el retorno es cemento de buena calidad (no contaminado), puede detenerse la mezcla y procederse al desplazamiento del volumen de la tubería de perforación. Por otra parte, si antes de que el cemento llegue a la superficie se observa una pérdida de circulación, la mezcla puede interrumpirse y desplazarse el cemento, con lo cual se evita el bombeo de grandes cantidades de cemento a las zonas de pérdida.

Cementación por encimaSi el objetivo es cementar hasta la superficie y no se consigue, bien sea por pérdidas o por bombeo de un volumen de cemento insuficiente, será necesario llevar a cabo una “cementación por encima”, con el fin de que el cemento alcance la superficie.

Para esta operación se utiliza un tubo de diámetro externo pequeño (tubería macarrón) (Figura 2-14). En el anular se pueden introducir de dos a cuatro de estas tuberías; de este modo, la lechada de cementación se puede bombear y llenar el espacio anular. Los trabajos de cementación por encima se realizan en profundidades que suelen oscilar entre los 250 y 300 pies.

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Cementación de tuberías de revestimiento de superficieEl segundo revestimiento –que también actúa como aislamiento para las formaciones no consolidadas o zonas de agua presentes a poca profundidad (Figura 2-15) se denomina revestimiento de superficie. En algunos países, la legislación impone ciertos requisitos mínimos sobre las propiedades de la tubería de revestimiento y del cemento fraguado.

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El diámetro externo de estas tuberías suele oscilar entre 9-5/8 pulgadas y 20 pulgadas para profundidades de entre 100 y 5.000 pies.

La tubería de revestimiento de superficie tiene tres objetivos primordiales:

llevar el cemento hasta la superficie

cementar la zapata y la zona circundante para desarrollar resistencia a la compresión rápidamente y minimizar así el tiempo de perforación

crear un recorrido de zapata eficaz que permita llevar a cabo la prueba de integridad de presión/límite sin necesidad de realizar trabajos de cementación de reparación (cementaciones forzadas de la zapata)

Para compensar la dificultad que implica determinar el diámetro exacto del agujero abierto, se utilizan excesos de lechada de entre el 50% y el 100%.

La cementación a través de tubería de perforación es la técnica más utilizada. El tiempo de perforación se reduce (los trabajos pueden realizarse con mayor rapidez), se ahorra cemento (el cemento se mezcla y bombea hasta que aparece en la superficie) y se consiguen trabajos de mejor calidad (menos riesgo de canalización y contaminación).

El tipo de lechada que se suele emplear es la lechada inicial y la lechada de cola. Las formulaciones de estas lechadas presentan las siguientes características:

La lechada inicial es una lechada extendida de baja densidad y con alto rendimiento. Ayuda a reducir el costo y las posibilidades de pérdida.

La lechada de cola es una lechada con cemento puro con un acelerador que contribuye a reducir el tiempo de espera para el fraguado del cemento (WOC) y que sirve como soporte de la tubería de revestimiento en la zapata.

Cementación de tubería de revestimiento intermediaA veces, conforme va a aumentando la profundidad de perforación, para mantener la integridad del pozo es necesario utilizar una tubería de revestimiento intermedia (Figura 2-16). Las tuberías de revestimiento intermedias se utilizan para separar el pozo en secciones explotables, aislar zonas de pérdida de circulación, secciones salinas, zonas de sobrepresión, secciones con lutitas y otras condiciones en el fondo o la superficie del pozo que puedan dificultar o hacer que sea peligroso continuar la perforación.

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El tamaño y la longitud de las tuberías de revestimiento intermedias varían mucho de un operador a otro y de un campo a otro, e incluso dentro de un mismo campo. Los tamaños más utilizados son: 13-3/8 pulgadas, 10-3/4 pulgadas y 9-5/8 pulgadas. La longitud puede oscilar entre 1.000 pies y 15.000 pies (305 m a 4.570 m).

Las tuberías de revestimiento intermedias pueden cementarse hasta la superficie o hasta la zapata de la tubería de revestimiento anterior, en función de las necesidades del cliente, la presión de fractura de la formación, etc.

Si el tramo que hay que cementar es muy largo y hay formaciones con una presión de fractura baja, la tubería de revestimiento puede cementarse en dos etapas (que se cubren en la siguiente sección de este documento).Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección del pozo. Las más utilizadas son la lechada inicial extendida y la lechada de cola con cemento puro.

Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fluido.

Las lechadas de cola pueden estar diseñadas con un retardador y, muchas veces, también con un dispersante y un aditivo para la pérdida de fluido. En alguno casos, cuando el cemento se va a utilizar para

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controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales.

Cementación de tubería de revestimiento de producciónLa colocación y cementación de la tubería de revestimiento de producción (Figura 2-17) es uno de los pasos más importantes en la perforación de un pozo. Además de actuar como elemento de sustentación del agujero, esta tubería cumple otras misiones:

aislar la zona productiva de otras formaciones y de los fluidos presentes en ellas

actuar como cubierta de protección de los equipos de terminación, tales como:

o equipo de bombeo artificial subterráneoo equipo de terminación en zonas múltipleso mallas de control de arena

recubrir tuberías de revestimiento intermedias dañadas o desgastadas

La longitud y tamaño de la tubería de revestimiento de producción varía mucho, pero las más usuales son: 4-1/2 pulgadas, 5 pulgadas, 7 pulgadas y 9-5/8 pulgadas. Las tuberías de revestimiento de producción pueden introducirse como una sarta completa desde el fondo del pozo (profundidad total) hasta la superficie o desde el fondo del pozo (profundidad total) hasta 100 o 200 pies

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dentro de la tubería de revestimiento anterior. Este último tipo de tubería recibe el nombre de liner.

Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección del pozo. Se suele utilizar una sola lechada de cementación o lechada inicial extendida y lechada de cola pura:

Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fluido.

Las lechadas de cola pueden llevar un retardador y, muchas veces, también un dispersante y un aditivo para la pérdida de fluido.

Cuando el cemento se va a utilizar para controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales.

El diseño de los trabajos de cementación es esencial para que los trabajos sean efectivos. Se debe prestar una especial atención al diseño de las lechadas de cementación y a la colocación del cemento.

Cementación de linerLos liner son tuberías de cementación que no llegan hasta la superficie sino que son colgadas del interior de la tubería anterior (Figura 2-18).

La superposición depende del objetivo del liner y puede oscilar entre 50 y 500 pies.

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El uso de liner (como tuberías de revestimiento de producción) permite utilizar menos tubería de revestimiento y, por tanto, reducir el costo del pozo. Las tolerancias anulares suelen ser pequeñas; debido a esto, en los trabajos de cementación puede ser necesario utilizar fluidos y técnicas de colocación especiales para reducir el riesgo de sufrir pérdidas.

Las lechadas utilizadas en la cementación de los liner están diseñadas para presentar unas propiedades de fluidez y de fraguado que garanticen una buena sustentación y aislamiento. Si el volumen lo permite, la lechada se mezclará por baches.

Los liner pueden ser liner de producción, liner de perforación o conexiones de liner a superficie (“tie-back”).

El liner de producción corre desde la última tubería de revestimiento hasta el fondo del pozo (profundidad total) y sustituye a la tubería de revestimiento de producción. Este liner está en contacto directo con los tramos de producción, de modo que la cementación en este punto es crítica.

Los liner de perforación se utilizan en las operaciones de perforación para poder aumentar la profundidad del pozo; su función es aislar las zonas de pérdida de circulación y otras zonas problemáticas.

Una conexión de liner a superficie asciende desde el tope de un liner ya existente hasta un punto superior en el interior de otra tubería de revestimiento. Se utiliza para reparar tuberías de revestimiento dañadas, desgastadas o corroídas situadas sobre otro liner ya existente. Para correr y colgar el liner dentro de una tubería de revestimiento es necesario utilizar equipos especiales. Schlumberger no suministra este tipo de equipos (entre los que se incluye la cabeza de cementación del liner).

La cuadrilla de cementación debe coordinar los trabajos de cementación junto con el cliente y el proveedor de equipos para liner.

Cementación de conexiones de liner a superficieLas conexiones de liner a superficie (complementos de liner) (Figura 2-19) salen desde superiores tope de un liner ya existente y ascienden hasta un punto determinado o hasta la superficie. Se utilizan para reparar tuberías de revestimiento dañadas, desgastadas o corroídas y para reforzar la protección contra la presión y la corrosión.

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Para instalar una conexión de liner a superficie, el liner original debe tener instalado un conector.Normalmente, se trata de un receptáculo de diámetro interno pulido que va unido a la parte superior del colgador del liner. En el extremo de la conexión de liner a superficie se coloca un aguijón (stinger) con sellos o un niple de sello. En algunos casos, también se utiliza un empacador y cuñas de anclaje.

A veces, se puede hacer la cementación a través de la conexión de liner a superficie, en el anular entre el tie-back y la tubería de revestimiento anterior.

Cementación primaria: Procedimientos con múltiples etapas

Los trabajos de cementación con múltiples etapas se utilizan para separar y aislar zonas. En primer lugar, la lechada de cementación se asienta alrededor de la sección inferior de una sarta de revestimiento con el cemento colocado hasta una profundidad determinada. A continuación, a través de los puertos del collar o collares de etapa colocados en la sarta de revestimiento, se cementan de forma sucesiva las etapas superiores. Un collar de etapa es básicamente una junta de revestimiento con puertos que se abren y cierran o sellan mediante camisas de accionamiento a presión.

La cementación de etapas múltiples se utiliza con los siguientes fines:

reducir la presión hidrostática en las formaciones que no pueden soportar la presión hidrostática ejercida por una columna larga de cemento

aislar dos zonas con problemas en una misma sección del agujero del pozo, por ejemplo, una zona de alta presión y una zona con una presión de fractura baja

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ahorrar cemento en aquellos pozos en los que sólo es necesario cementar la parte inferior y una porción superior de la tubería de revestimiento

Las tres técnicas de cementación de múltiples etapas más utilizadas son:

cementación regular en dos etapas; la cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta

cementación continua en dos etapas; ambas etapas se cementan en una sola operación continua

cementación en tres etapas; la cementación de cada una de las etapas es una operación independiente y distinta.

Con la introducción y aplicación de la familia LiteCRETE* de sistemas de cemento, se ha reducido en los últimos tiempos, el uso de cementaciones con múltiples etapas. La baja densidad y las mejores propiedades mecánicas de estos sistemas permiten cementar las sartas de revestimiento sin necesidad de utilizar collares de etapa.

Para realizar una cementación en dos etapas se siguen estos pasos:

PASO 01 Circulación y acondicionamiento del lodo.PASO 02 Pruebas de presión de las líneas.PASO 03 Bombeo del lavador y/o espaciador.PASO 04 Bombeo de la lechada de cementación inicial y/o de cola (cementación de la primera etapa).PASO 05 Lanzamiento del tapón de la primera etapa.PASO 06 Desplazamiento de la lechada de cementación de la primera etapa hasta la zapata (profundidad total).PASO 07 Bombeo del tapón de la primera etapa para verificar que ha llegado al collar de flotación.PASO 08 Purga y comprobación de los retornos.PASO 09 Lanzamiento de la bomba de apertura del collar de etapa (hasta que caiga en el collar de etapa).PASO 10 Presurización de la bomba de apertura instalada en el collar de etapa; apertura de los puertos en el collar de etapa.PASO 11 Circulación a través de los puertos del collar de etapa.PASO 12 Bombeo del lavador o espaciador antes de la inyección de la lechada de cementación de la segunda etapa.PASO 13 Bombeo de la lechada de cementación inicial y/o de cola (cementación de la segunda etapa).PASO 14 Lanzamiento del tapón de cierre.PASO 15 Desplazamiento del tapón de cierre hasta el collar de etapa.PASO 16 Presurización del tapón de cierre para cerrar los puertos del collar de etapa.PASO 17 Liberación y comprobación de los retornos.

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Propiedades de CementaciónLos cementos Portland están diseñados para utilizarse en la cementación de pozos, en muy diversas condiciones: distintas temperaturas y presiones, y formaciones y fluidos con distintas propiedades. Para poder utilizar las lechadas en estas distintas condiciones, se emplean numerosos aditivos de cemento, diseñados en condiciones simuladas.

La propiedades de la lechada y del cemento fraguado se diseñan y evalúan en un laboratorio, donde se simulan las distintas condiciones en las que van a emplearse. Los procedimientos de prueba en laboratorio se rigen por las normas incluidas en API RP 10B: Procedimiento Recomendado para la Prueba de Cementos para Pozos (Recommended Practice for Testing Well Cements).

Antes de llevar a cabo una cementación, el laboratorio suministrará al supervisor de campo un reporte como el que se muestra en la Figura 3-1. A partir de este documento, el supervisor de cementación sabe qué aditivos se necesitan, las concentraciones de los componentes y las propiedades de la lechada de cementación.

El reporte de laboratorio contiene las características de la lechada que se va a bombear al pozo. Estas características incluyen: densidad, rendimiento, tiempo de espesamiento, agua de mezcla, fluido de mezcla, resistencia a la compresión, pérdida de fluido y agua libre.

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Densidad

La densidad es el peso por unidad de volumen y suele expresarse en lbm/galUS o kg/m3. Las lechadas utilizadas en la cementación de pozos de petróleo y gas tienen una densidad entre 11,5 lbm/galUS y 19,0 lbm/galUS [1.380kg/m3 y 2.280 kg/m3].

Rendimiento

Es el volumen de lechada obtenido al mezclar un saco de cemento con la cantidad deseada de agua y otros aditivos. Se suele expresar en m3/kg o pies cúbicos/saco.

Tiempo de espesamiento

Las pruebas del tiempo de espesamiento sirven para calcular el tiempo que una lechada está en estado líquido en las condiciones de presión y temperatura simuladas del pozo. Estas condiciones se simulan mediante un consistómetro presurizado, que mide la consistencia de la lechada de prueba contenida en una copa rotativa. Los resultados de la prueba se expresan en unidades Bearden de consistencia (Bc).

La prueba del tiempo de espesamiento finaliza cuando la lechada de cementación alcanza una consistencia de 100 Bc. No obstante, 70 Bc se considera el valor máximo de consistencia bombeable.

Agua de mezcla

El agua de mezcla es la cantidad de agua, expresada en galones por saco de mezcla de cemento seco, antes de la adición de los aditivos líquidos. Normalmente se expresa en galones por saco y puede ser tanto agua dulce como agua salada.

Fluido de mezcla

El fluido de mezcla es la cantidad total de aditivos líquidos más el agua de mezcla, expresada en galones por saco de cemento seco. Normalmente se expresa en galones por saco.

Reología

La reología define las propiedades de flujo de la lechada. Estas características se controlan con el fin de facilitar la mezcla y bombeabilidad y obtener las características deseadas del caudal del fluido. Las propiedades del fluido que definen la reología son:

viscosidad plástica (PV) expresada en cP (centipoise): pendiente de la línea de esfuerzo de corte/velocidad de corte por encima del punto de cedencia

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punto de cedencia (Ty) expresado en libras de fuerza/100 pies cuadrados: mide la resistencia del fluido a fluir.

Cuantos más sólidos contenga una lechada, mayor será la viscosidad plástica. Cuanto mejor sea la dispersión entre las partículas hidratadas de cemento, menor será el punto de cedencia.

Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión del cemento fraguado indica la capacidad del cemento para no fallar en compresión. El cemento debe ser lo suficientemente resistente para sostener la tubería de revestimiento en el agujero, soportar los choques generados por las operaciones de perforación y disparo, y resistir una presión hidráulica alta sin fracturarse. La prueba de resistencia a la compresión sirve para determinar la resistencia del cemento fraguado en las condiciones del pozo. Esta propiedad se expresa en libras por pulgada cuadrada (psi).

Control de pérdida de fluido

Las pruebas de pérdida de fluido sirven para medir la deshidratación que sufre la lechada durante los trabajos de cementación e inmediatamente después de terminarlos.

La prueba consiste en someter la lechada a las condiciones simuladas del pozo en un consistómetro. Luego, la lechada se coloca en una prensa-filtro caliente. Si la lechada se deshidrata por completo en menos de 30 minutos, se anota el tiempo de deshidratación y, mediante un factor de conversión, se determina el valor de la pérdida de fluido. Los resultados se expresan en mL de fluido para 30 minutos.

Agua libre

Las pruebas de agua libre sirven para medir la tendencia del agua a separase de la lechada de cementación. Esta tendencia se mide en mL/250 mL. En primer lugar, se prepara una lechada de cementación, se la somete a las condiciones del pozo y se la deja reposar en una probeta (vertical o con una inclinación de 45°) durante dos horas: pasado este tiempo, se mide en el cilindro la cantidad de agua libre que hay en la superficie de la lechada.

Cementación Secundaria

Es el proceso de forzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se realiza principalmente en reparaciones/reacondicionamientos o en tareas de terminación de pozos. Puede ser: cementaciones forzadas y tapones de cemento.

Los propósitos principales de esta cementación son:

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Reparar trabajos de cementación primaria deficientes. Reducir altas producciones de agua y/o gas. Reparar filtraciones causadas por fallas del revestidor. Abandonar zonas no productoras o agotadas. Sellar zonas de pérdidas de circulación. Proteger la migración de fluido hacia zonas productoras

Cementaciones de ReparaciónCuando con la cementación primaria no se consiguen los objetivos deseados o cuando el cemento o la tubería de revestimiento presentan fallas debido al paso del tiempo, es necesario corregir el problema. Estos procesos de reparación reciben el nombre de cementaciones de reparación.

La técnica de reparación más común es la cementación forzada, un procedimiento en el que se fuerza a la lechada a pasar a través de agujeros o rajaduras de la tubería de revestimiento, con el fin de reparar un trabajo de cementación primaria o un problema en un pozo.

Objetivos de una cementación forzada

La cementación forzada se hace para reparar un aislamiento zonal defectuoso (Figura 5-1), eliminar la entrada de agua y reparar fugas en la tubería de revestimiento.

Reparación de un aislamiento zonal defectuosoEl objetivo principal de un trabajo de cementación primaria es cementar eficazmente el anular, sobre todo en las zonas de producción o zonas problemáticas. No obstante, este objetivo puede no lograrse, por ejemplo, si el cemento no ha desplazado bien el lodo en el anular y han quedado burbujas y canales de lodo o de cemento contaminado.Otras razones que explican la posible falla de los trabajos son: las propias condiciones del pozo; por ejemplo, la pérdida de circulación y la migración de gas, o incluso los problemas de calidad del servicio, bien sea en la ejecución y/o en el diseño.

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En estos casos, el área de la tubería de revestimiento que debe repararse se perfora y se inyecta (se fuerza) lechada de cementación a presión a través de los orificios.

La parte superior del cemento también puede estar más baja de lo deseado debido a pérdidas ocurridas durante la cementación primaria, cálculos erróneos del volumen del agujero o un desplazamiento incompleto.

La solución es forzar la lechada de cementación a través de las perforaciones justo por encima de la parte superior del cemento para extender la longitud de la columna en el anular (Figura 5-2).

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Eliminación de entrada de aguaLa entrada no deseada de agua o gas procedentes de áreas situadas por encima o por debajo de la zona de producción también se puede eliminar mediante la cementación forzada: se hacen perforaciones en estas áreas y se inyecta lechada de cementación a través de los orificios (Figura 5-3).

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Reparación de fugas en la tubería de revestimientoLas tuberías de revestimiento pueden presentar fallas por corrosión o la presencia de grietas o fallas en las uniones. Para repararlas, se corre un empacador, que se coloca encima de la tubería de revestimiento dañada. A continuación, se hace circular lechada de cementación hasta el área dañada, se fija el empacador, y se fuerza la lechada a baja presión hacia el interior y en torno a los orificios de la tubería (Figura 5-4).

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Técnicas de cementación forzada de reparaciónLa cementación forzada puede clasificarse según la técnica de colocación (presión de inyección baja o alta), el método de bombeo (continuo o por forzamiento intermitente) y el método de aplicación (mediante herramientas de cementación forzada o métodos de colocación convencionales).

ColocaciónLa lechada de cementación puede colocarse detrás de la tubería de revestimiento con presión de inyección alta o baja.

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o Colocación con baja presiónLa cementación forzada a presión baja consiste básicamente en la inyección de lechada de cementación con una presión inferior a la de fractura de la formación. Esta técnica se utiliza sobre todo para rellenar cavidades de las perforaciones o canales interconectados. Es la técnica más utilizada.

Se suelen utilizar volúmenes pequeños de lechada, ya que ésta no se inyecta en la formación. Es necesario tomar precauciones especiales para evitar que la formación se fracture. La columna máxima de lechada que puede admitir la formación se calcula mediante la siguiente fórmula:

C=[FG×H−500 ]−[0.052×H×rc ]

0.052× [rs−rc ]y

Vmáx = Vt x Cdonde

C = altura máxima de la columna de cementoH = profundidad de la perforación (pies)rc = densidad del fluido de terminación (lpg)rs = densidad de la lechada de cementación (lpg)Vmáx = volumen máximo de lechada (pies cúbicos)Vt = volumen de la tubería por unidad de longitud (pies cúbicos/pie)

o Colocación con alta presiónLa técnica de cementación forzada de alta presión se utiliza cuando no es posible inyectar la lechada a una presión inferior a la de fractura. Esto ocurre principalmente en canales aislados detrás de las tuberías de revestimiento, en micro anulares y en perforaciones obstruidas.

El cemento se coloca fracturando la formación e inyectando la lechada de cementación en la zona. Se suele utilizar un volumen relativamente alto de lechada, ya que las fracturas creadas y las perforaciones tienen que rellenarse con ella.

Como medida de precaución especial, antes de inyectar la lechada, debe bombearse un lavador o un ácido débil, con el fin de minimizar el caudal de bombeo necesario para iniciar las fracturas. Un caudal de bombeo alto puede generar fracturas grandes, con orientaciones impredecibles que no puedan controlarse.

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Tapones de CementaciónEn algún momento de la vida de un pozo de petróleo, gas o agua, puede llegar a ser necesario un tapón de cementación. Un tapón es un volumen relativamente pequeño de lechada de cementación que se coloca en el agujero con diversos fines, entre ellos:

desviar el agujero del pozo por encima de un pescado (por ejemplo una herramienta perdida en el agujero) o realizar una perforación direccional (tapón desviador)

taponar una zona o un pozo agotados (abandono) resolver un problema de pérdida de circulación durante la fase de perforación probar el anclaje

Cálculos de cementaciónLos cálculos principales requeridos para un trabajo de cemento son:

La cantidad de lechada requerida para llenar el espacio anular fuera de la tubería de revestimiento, hasta la altura programada.

La cantidad de lodo necesaria de bombear para desplazar el cemento, es decir, golpear el tapón de superficie.

En todos los cálculos de cemento es necesario conocer la resistencia por saco de cemento siendo utilizado, para poder confirmar que hay suficiente material en la locación (incluyendo material para contingencias). La resistencia/saco depende de la cantidad de aditivos en el cemento y la densidad final requerida de la lechada.

Los esquemas son invaluables para clarificar los volúmenes requeridos incluyendo detalles con respecto a las capacidades anulares (agujero descubierto y agujero descubierto con tubería de revestimiento), diferentes grados de tubería de revestimiento, longitud de las secciones, etc.

Bibliografía:https://www.e-seia.cl/archivos/Manual_de_Cementacion.pdfhttp://es.scribd.com/doc/53143744/Cementacin-Remedialhttp://es.scribd.com/doc/18686951/Cementacion-de-Pozoshttp://www.miliarium.com/proyectos/estudioshidrogeologicos/anejos/Entubacion_Cementacion/Cementacion.asphttp://industria-petrolera.lacomunidadpetrolera.com/2009/01/cementacion-de-revestidores.htmlhttps://www.e-seia.cl/archivos/Manual_de_Cementacion.pdf

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