CEMENTACION1
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DESARROLLO
I. Cementaciones
II. Tapones de cemento
III. Preparación para una cementación
IV. Calculo de la cementación de la Tr. de 20” a 500 m
V. Programa operativo
VI. Procedimiento para la cementación de una Tr. y de una Tr. corta (Liner)
VII. Volumen y tiempo para desplazar un tapón
VIII. Programa de operación
IX. Problemas más frecuentes y como prevenirlos
X. Finalidad de la cementación
XI. Condiciones óptimas de una cementación.
XII. Lechadas para cementación
XIII. Preparación de la lechada
XIV. Densidad que deben tener las lechadas
XV. Densidad normal de los cementos
XVI. Clasificación de los cementos según su grado api
XVII. Tipos de cementos
XVIII. Procedimientos de cementación
XIX. Inyección a presión por el interior de la tubería con tapón perdido
XX. Inyección a presión por el interior de la tubería
XXI. Inyección con tubería por el espacio anular
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XXII. Inyección a presión con tubería de inyección por el interior del revestimiento y
válvula en el fondo
XXIII. Inyección a presión con tubería de inyección por el interior del revestimiento sin
válvula en el fondo
XXIV. Aditivos para cementos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
Este presente trabajo busca ampliar los conocimientos del personal estudiante para
poner en práctica dichos conocimientos adquiridos en el tema de las cementaciones
ya que presenta ciertas dificultades importantes al momento de realizar una perfecta
planificación de todas las operaciones de cementación que se llevarán a cabo. Por
ello, ejecutante deberá presentar un plan de estudio detallado que será supervisado
por especialistas en dicha materia. En el plan de estudio se detallaran las operaciones
y se relacionarán los medios técnicos con que se va a contar.
En las cementaciones de tuberías, éstas deben estar correctamente centradas en la
perforación, existiendo suficiente margen de diámetro entre tubería y perforación al
momento del cementado.
Ya que el anular debe estar ausente de sustancias contaminantes, y dichas La tubería
debe estar limpia, sin grasas, de modo que facilite la adherencia del cemento.
Para esta adecuada preparación de la lechada de cemento en composición, volumen y
tiempo, es necesario tener en cuenta los ingredientes que se usaran para los
diferentes tipos de pozos petroleros.
DESARROLLO
CEMENTACIONES
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Durante la construcción de un pozo de petróleo el proceso de cementación es de vital
importancia para el mismo, dado que una deficiente operación de cementación traería
drásticas consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de perdida del
pozo, riesgos hacia el ambiente y a la seguridad.
Por tal motivo al momento de diseñar y cementar un pozo petrolero se deben tomar en
cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas al
proceso de cementación. Por lo tanto este curso esta diseñado para cumplir estos
objetivos.
En las cementaciones es importante realizar una perfecta planificación de todas las
operaciones que se llevarán a cabo. Por ello, la empresa ejecutante deberá presentar
un plan de trabajo detallado que será supervisado por técnicos especialistas. En el
plan de trabajo se detallaran las operaciones y se relacionarán los medios técnicos y
humanos con que se va a contar.
En cementaciones de tuberías, éstas deben estar correctamente centradas en la
perforación (centradores), existiendo suficiente margen de diámetro entre tubería y
perforación (al menos 50-100 mm).
El anular debe estar ausente de sustancias contaminantes.
La tubería debe estar limpia, sin grasas, de modo que facilite la adherencia del
cemento.
Preparación adecuada de la lechada de cemento en composición, volumen y tiempo.
Las operaciones de cementación en perforación y mantenimiento a pozos se
dividen en:
· Cementación Primaria.
· Cementación a Presión.
· Tapones de cemento:
a) Tapón de Cemento por Circulación.
b) Tapón de cemento por desplazamiento.
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➢ CEMENTACIÓN A PRESIÓN:
Esta operación se efectúa con cementadores anclados en la TR o bien con la TP
franca, inyectándose cemento a presión a través de disparos o roturas de TR. Sus
principales aplicaciones son:
a)- Aislar zonas productoras (agua salada-aceite y agua salada-gas)
b)- Obturar intervalos.
c)- Corregir cementaciones primarias.
d)- Abandono de pozos.
e)- Efectuar sello en zonas con pérdida de circulación.
➢ TAPONES DE CEMENTO:
a) Tapón de cemento por circulación: Se coloca cuando sabemos que la presión
de fondo, en el intervalo abierto, es tal que soporta la presión hidrostática ejercida por
la lechada de cemento y el fluido de control desplazante. Así como también la presión
de bombeo, generada en la superficie para colocarlo y desplazar inverso el excedente
de la lechada de cemento.
b) Tapón de cemento por desplazamiento: Se utiliza cuando de antemano
sabemos que la presión de fondo es baja en el intervalo abierto, y debido a esto, no es
posible circular el fluido de control a la superficie.
➢ Los objetivos que se persiguen con la aplicación de un tapón de cemento, son:
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❖ Aislar intervalos.
❖ Abandonar pozos.
❖ Fijar pescados.
❖ Punto de apoyo para abrir ventanas.
❖ Corregir anomalías en la TR.
❖ Protección en el cambio de cabezales.
PREPARACIÓN PARA UNA CEMENTACIÓN
➢ CEMENTACIÓN PRIMARIA (CHECK LIST)
1.- Verificar que haya en presas el suficiente lodo para desplazar la lechada.
2.- Verificar el suministro de agua que sea lo suficiente para preparar la lechada.
3.- Si se trata de una cementación donde se va a manejar grandes volúmenes de
lechada, debe contar con los dos laboratorios, rendimientos de lodo y dos necesarios
para prepararla y tiempos bombéables.
4.- Si se instala un tanque estacionario para bombear agua, verificar su llevado con
anticipación y verificar que no tenga fugas.
5.- Verificar que las líneas para suministro de lodo para desplazar la lechada no estén
tapadas por asentamientos de material químico (barita)
6.- Verificar la existencia de otros fluidos en caso de que se requiera.
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7.- Verificar que la unión de enlace entra la cabeza de cementar sea de la misma
medida de la TR que la rosca se compatible y en buen estado.
8.- Revisar que las bombas del lodo del equipo estén en óptimas condiciones de
operación.
9.- Contar con tablas de información técnica de las bombas a utilizar (dúplex o triplex).
10.- Revisado de manómetros, localizador de peso y consola de control.
11.- Revisión del sistema de comunicación y voceo del equipo.
12.- Asegurar buena iluminación en áreas de presas principalmente la del retorno de
fluidos en temblorina.
13.- Tener la bitácora en orden donde se haya registrado las medidas, grados y pesos
de las tuberías de revestimiento al introducir.
14.- Verificar que estas tuberías estén bien estibadas y ordenadas en las rampas, de
acuerdo a sus libradores de pesos y medidas para su introducción en el pozo.
15.- Verificar que la nomenclatura de las franjas pintadas en la TR coincidan con el
orden de la introducción de las mismas, medir en forma selectiva la tubería que esta
colocada en la parte superior de la rampa (del extremo de cople al primer hilo del
piñón cortejando los datos asentados en la bitácora.
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16.- verificar que las roscas de las cuerdas de los piñones y cajas de la TR estén
previamente engrasados con sus protectores de vinil (no metálicos) colocados en
forma correcta.
17.- contar con una presa para recibir fluidos excedentes de la lechada y evitar la
contaminación del lodo en presas.
18.- contar con el servicio de transporte de los desechos de estos fluidos para
desechar en locaciones autorizadas.
19.- contar con los accesorios requeridos para estar pesando la densidad de la
lechada, en buen estado.
20.- evitar el deterioro de fluidos de desecho que contengan sustancias radioactivas o
dañinas para la salud.
CALCULO DE LA CEMENTACIÓN DE LA TR DE 20” A 500 m.
Para facilidad del cálculo para ésta TR y para las subsiguientes tuberías de
revestimiento a mayor profundidad y de menor diámetro se considera un solo grado de
la TR, sin embargo, todas éstas tuberías de revestimiento se introducen en pesos y
grados combinados, de acuerdo al diseño elaborado en función de la presión interna, a
la resistencia, a la tensión y al colapso, la profundidad, densidad del fluido de control y
otros parámetros de interés; razón por la cual, se deberán tomar en cuenta estos
valores y hacer los ajustes correspondientes para el cálculo del cemento a utilizar,
capacidades y volúmenes de los desplazamientos de baches y de las lechadas de
cemento.
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En relación al calculo de la densidad de cemento y volúmenes de la lechada a utilizar,
se considera únicamente una lechada normal de densidad igual a 1.95 gr/cc con un
rendimiento de lechada de 36.08 lt/sk y de 22.05 lt/sk de agua requerida para la
mezcla y otra lechada de baja densidad de 1.60 gr/cc con rendimiento de lechada de
52.05 lt/sk y de 36 a 42 lt/sk de agua requerida. Sin embargo estos valores varían en
función del gradiente de factura, gradiente de poro de la formación y su temperatura
de fondo y otros parámetros que se determinan mediante la interpretación de registros
geofísicos y de laboratorio.
PROGRAMA OPERATIVO
1. Una vez colocada la tubería de revestimiento de 20” a la profundidad programada,
se coloca la campana de circulación del mismo diámetro y se circula a través de las
mismas con fluido de control el tiempo necesario hasta que el lodo quede libre de
recortes. Posteriormente colocar la cabeza de cementación doble de 20” con los
tapones alojados como se indica en la figura (tapón de diafragma en la parte inferior y
tapón sólido de desplazamiento en la parte superior).
2. Efectuar junta de seguridad en la que participe todo el personal involucrado en la
operación y compañía de servicio, aclarar los puntos relevantes de la cementación e
indicar de función a desempeñar de cada trabajador de acuerdo a su categoría así
como la definición de las áreas de riesgo. Y colocar cintas de seguridad en las mismas
(la misma consideración se deberá tomar para todas las cementaciones en general).
3. Probar líneas de la TP con 5000 psi y la de la TR con 2000 psi.
4. Bombear el primer bache de limpia (dens.= 1.0 gr/cc).
5. Probar el equipo de flotación.
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6. Soltar el tapón de diafragma de 20”.
PROCEDIMIENTO PARA LA CEMENTACIÓN DE UNA TR Y DE UNA TR CORTA
(Liner)
La preparación y los procedimientos para cementar una TR (intermedia) y una TR
corta (Liner) son:
1. Tener la profundidad programada.
2. Solicitar cemento y la unidad cimentadora, con 4 horas de anticipación.
3. Hacer preparativos para meter TR.
4. Acondicionar lodo para meter TR sin problemas.
5. Efectuar viaje corto a la zapata y circular 1 ciclo completo.
6. Solicitar material para TR (según diámetro)
7. Preparar andamio (medio changuero).
8. Confirmar unidad y cemento a la hora indicada.
9. Cerciorarse que haya suficiente agua para la operación.
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10. Desconectar manguera del stand pipe.
11. Meter TR.
12. Instalar unidad cementadora en cuanto llegue.
13. Hacer las circulaciones y el movimiento verticales, según programa.
14. Revisar la cabeza de cementación.
15. Preparar los dispersantes ha usar.
16. Terminada la última circulada, soltar el tapón diafragma.
17. Bombear:
a).- Dispersantes.
b).- Colchón de agua (según programa).
c).- Lechada, verificando su densidad.
18. Soltar tapón ciego y desplazar con lodo, usando la bomba del equipo o la unidad
de alta.
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19. Llegando el tapón al cople, suspender la operación.
20. Descargar presión a cero.
21. Cerrar la válvula de la cabeza de cementación.
7. Bombear el segundo bache separador (dens. Promedio entre la densidad del lodo y
la densidad del cemento).
8. Bombear 703 bls de lechada (dens. = 1.95 gr/cc) a un gasto mínimo de 6 bpm.
9. Soltar el tapón sólido y desplazar lechada con 555 bls de lodo a la misma presión y
gasto anterior. Registrar presión final con 500 psi arriba de la presión de circulación.
10. Esperar fraguado de 24 hrs., mínimo.
VOLUMEN Y TIEMPO PARA DESPLAZAR UN TAPÓN
El volumen y el tiempo para desplazar un tapón por circulación, está en relación de la
profundidad de la cima del tapón, así como el diámetro de la TP franca y la geometría
del pozo.
EJEMPLO:
Diámetro de barrena 5 7/8” 5.875
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Tubería de perforación 3 ½” 13.3 lb/pie a 4 800 m
Diámetro interior de la TP 2.764
Longitud del tapón 200 m
Densidad de la lechada 1.90 gr/cm³
Rendimiento 38.7 lt/saco
Capacidad de agujero:
(D²) x .5067 (5.875²) x .5067 = 17.48 lt/m
Capacidad de TP:
(d²) x .5067 (2.764²) x .5067 = 3.87 lt/m
Volumen del acero:
0.1897 x WTP = 0.1897 x 13.3 = 2.52 lt/m
Capacidad anular:
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Capacidad de agujero – (capacidad de TP + volumen del acero)
Ca = 17.48 – (3.87 + 2.52) = 11.09 lt/m
Relación espacio anular sobre TP:
Capacidad agujero = 17.48 = 2.86 lt/m
Capacidad de TP 3.87
Volumen de lechada:
Capacidad de agujero x longitud del tapón = 17.48 x 200 = 3496 lt
Número de sacos de cemento:
Volumen de lechada
Rendimiento por saco
3,496 = 90.3 sacos
38.7
![Page 14: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/14.jpg)
Profundidad nivelada del cemento:
H = Volumen de lechada
Cap anular + Cap de TP
H = 3,496 = 233.6 m
11.09 + 3.87
Volumen del primer bache separador:
Capacidad anular x 50
11.09 x 50 = 554 lt
Volumen del segundo bache separador:
Capacidad de TP x 50
3.87 x 50 = 193.5 lt
Primer bache = segundo bache por relación:
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193.5 x 2.86 = 554 lt
Cima del segundo bache:
Profundidad – (Longitud del tapón + 50)
4,800 – (200 + 50) = 4,550 m
Volumen de lodo para desplazar:
(Capacidad de TP x cima del segundo bache) + cap. de líneas superficiales
(3.87 x 4550) + 200 = 17,809 lt = 112 barriles
➢ PROGRAMA DE OPERACIÓN
1. Meter TP franca a 4 800 m.
2. Instalar unidad de alta y probar líneas.
3. Efectuar junta de seguridad.
4. Bombear el primer bache separador y verificar circulación 554 lt = 3.5 bl
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5. Bombear lechada de cemento 3,496 lt = 21.9 bl
6. Bombear segundo bache separador 193.5 lt = 1.2 bl
7. Desplazar con 17,806 lt de lodo = 112 b l
8. Levantar 12 triple de TP
9. Circular un ciclo completo para lavar la TP verificando en el vibrador si se circulo
algún puente de cemento.
10. Sacar a la superficie y esperar fraguado.
PROBLEMAS MÁS FRECUENTES Y COMO PREVENIRLOS
1. Falta de agua: De antemano deberá de almacenarse agua suficiente para la
operación.
2. Falla de la unidad cementadora: probar la misma antes de iniciar la operación, y si
falla, no iniciar a cementar hasta que llegue otra en condiciones.
3. Pérdida parcial y pérdida total de circulación: Si es pérdida parcial, es recomendable
bajar el gasto de bombeo para reducir la presión; ahora, si la pérdida es total, hay que
continuar con la operación.
![Page 17: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/17.jpg)
4. Fuga en la cabeza de cementación: reemplazarla por otra de inmediato.
5. Falla en la unidad almacenadora de cemento (trompo) tratar de corregir la falla y
tener otra línea alterna de aire del equipo.
6. Al desplazar la lechada, que el exceso de cemento caiga en la presa de
asentamiento, dejar en la descarga de la línea de flote, a un elemento de la cuadrilla
para estar pendiente, y cuando salga el cemento, que se descargue en el contenedor
de recortes.
7. Al desplazar la lechada, fallen las bombas del equipo: terminar de desplazar con la
unidad de alta.
8. Fuga en las uniones del stand pipe: cambiar los empaques de las uniones.
9. Descontrol del pozo: efectuar procedimiento de cierre de preventores.
FINALIDAD DE LA CEMENTACIÓN
En los pozos verticales la cementación constituye una operación de singular
importancia.
➢ 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.
![Page 18: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/18.jpg)
❖ 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 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.
CONDICIONES ÓPTIMAS DE UNA CEMENTACIÓN.
❖ Tener la densidad apropiada.
❖ Ser fácilmente mezclable en superficie.
❖ Tener propiedades reológicas óptimas para remover el lodo.
❖ Mantener sus propiedades físicas y químicas mientras se está colocando.
![Page 19: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/19.jpg)
❖ Debe ser impermeable al gas en el anular, si estuviese presente.
❖ Desarrollar esfuerzo lo más rápido posible una vez que ha sido bombeado.
❖ Desarrollar una buena adherencia entre Revestidor y formación.
❖ Tener una permeabilidad lo más baja posible.
❖ Mantener todas sus propiedades bajo condiciones severas de presión y
temperatura.
LECHADAS PARA CEMENTACIÓN :
Una lechada para la cementación de pozos productores de hidrocarburos y pozos
inyectores de agua, y procedimientos para cementar los pozos empleando dicha
lechada, donde la lechada contiene por lo menos cemento y agua; y comprende
además por lo menos una cantidad de fibras en una proporción de entre un 0,1 y 0,8%
en peso respecto del peso del cemento, donde las fibras pueden ser fibras de
polipropileno, polietileno, carbono, vidrio resistente a los álcalis, celulosa y polímeros
en general.
PREPARACIÓN DE LA LECHADA
❖ Debe emplearse agua con bajos contenidos en sulfatos y cloruros, en sustancias
coloidales y materia orgánica en solución o suspensión, etc. La temperatura del agua
es recomendable que no sea inferior a los 5ºC ni superior a 25-30ºC.
![Page 20: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/20.jpg)
❖ La lechada una vez preparada no debe permanecer más de dos horas en la
cuba de mezcla o en las canalizaciones del circuito, ya que tienden a perder sus
propiedades reológicas.
❖ La adición de pequeñas cantidades de bentonita (hasta el 5% en volumen)
mejora la estabilidad (débil decantación), aunque retarda el tiempo de fraguado y
disminuye la resistencia final.
❖ Para un cálculo rápido y aproximado del volumen de lechada de cemento
necesario para cementar un tramo de un sondeo, se puede utilizar la siguiente
fórmula:
V = h (D2/2)
Donde V es el volumen (en litros) de lechada de cemento; h es la altura (en metros)
del tramo a cementar y D es el diámetro (en pulgadas) de la perforación.
Si lo que se trata de cementar es el espacio anular entre tubería y perforación, el
volumen se calcularía por diferencia entre el volumen de los dos cilindros. Para
obtener un cálculo más preciso se utiliza la fórmula siguiente:
V = h π (R2 - r)
Siendo V el volumen (en metros cúbicos) de lechada; h es la altura (en metros) del
tramo a cementar; R el radio (en metros) de la perforación y r el radio (en metros) de la
tubería.
Para calcular la cantidad en peso del cemento necesario es necesario recurrir a la
ayuda de diagramas y tablas de proporciones de agua/cemento y bentonita/cemento,
para la densidad seleccionada.
A la cantidad de peso calculada es aconsejable añadir un incremento del orden del
30%, para cubrir las posibles pérdidas en carga/descarga, manipulación y mezcla y
posible presencia de cavidades en las paredes de la perforación.
DENSIDAD QUE DEBEN TENER LAS LECHADAS
Una lechada de cemento que tenga una densidad que oscile entre 750 kg/m3 y 1.000
Kg/m3 que contenga una fracción sólida que contenga tanto: 75%-90% del volumen de
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partículas de peso liviano cuyo tamaño promedio oscila entre 10 y 60 micrones;10%-
25% (del volumen) de cemento portland, cuyas partículas tengan un tamaño promedio
que oscile entre 10 y 50 micrones o micro-cemento que tenga partículas cuyo tamaño
promedio oscile entre 0,5 y 5 micrones; o 20-50% (del volumen) de partículas de peso
liviano cuyo tamaño promedio oscile entre 10 y 60 micrones; 10%-25% (del volumen)
de cemento portland cuyo tamaño de partícula promedio oscile entre 10 y 50 micrones
o micro-cemento cuya partícula promedio oscile entre 0,5 y 5 micrones; 35%-65%(del
volumen) de partículas de peso liviano cuyo tamaño promedio oscile entre 100 y 200
micrones; y una fracción líquida que se encuentre presente en una cantidad de 37%-
50% (del volumen ) respecto del volumen total. Dicho cemento tienen propiedades
mecánicas importantes debido a la baja porosidad a pesar de tener bajas densidades.
DENSIDAD NORMAL DE LOS CEMENTOS
La densidad del cemento desempeña un papel significativo en su producción y
funcionamiento. Los minerales crudos se calientan en hornos enormes para promover
cambios químicos en éstos. De este proceso se obtiene lo que comúnmente es
llamado “clinker”. Los pasos finales en la fabricación del cemento implican la molienda
y el mezclado, los cuales producen precisamente ese polvo fino al que llamamos
cemento. Cada paso en la fabricación del cemento es verificado por frecuentes
pruebas físicas, al igual que el producto terminado, a fin de asegurar que este cumple
con todas las especificaciones necesarias. El cemento se muele hasta una finura
determinada puesto que la influencia del tamaño de partícula tanto en su cinética de
hidratación así como en el desarrollo de la resistencia de este es bien conocida. Para
un contenido de cemento dado, una reducción en los tamaños de partícula medios,
produce generalmente una resistencia compresiva más alta. Consecuentemente, la
finura de los cementos de Portland se ha ido aumentando con el paso de los años a fin
de mejorar características tales como altas resistencias tempranas. Sin embargo,
algunos otros efectos del aumento de la finura, tales como demandas más altas de
agua y generación más rápida de calor en el concreto no pueden ser pasados por alto.
A pesar de la disponibilidad de diversos métodos instrumentales para medir
distribuciones de tamaño de partícula, el método clásico de penetración de aire
(Blaine) todavía es muy usado. La densidad del cemento debe ser conocida en
conexión con el diseño y control de mezclas de concreto.
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DENSIDAD
Por si está necesitada para el Blaine, o como valor en la su propia derecha, la
densidad ha sido determinada históricamente la dislocación líquida usando, por
ejemplo, el keroseno o naptha. Es necesario al termóstato el líquido a dentro +/-
0.2oC. La disposición de la muestra usada, mojada no se considera generalmente en
métodos estándares y las medidas múltiples incurren en necesariamente esfuerzo
mucho del operador. No tan con los picnómetros automáticos del gas. Las muestras
tan grandes como 135 cc de volumen a granel se pueden acomodar (de tal modo
mejorando estadística del muestreo), purgado del aire automáticamente, funcionan
épocas múltiples automáticamente y un informe impreso generado dentro de minutos.
La muestra es para ilesa recuperado y se seca, y muy la misma parte alícuota se
puede utilizar el análisis subsecuente de Blaine o la otra prueba. Este método ha sido
adoptado ya por un número de compañías del cemento por todo el mundo, y es
estándar en usos tales como coque del petróleo, lechada, catalizadores,
CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS SEGÚN SU GRADO API
Clase A: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando no se
requieren propiedades especiales. La relación agua/cemento recomendada es 5.2
gal/sxs.
Clase B: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando hay
condiciones moderadas a altas resistencia al sulfato. La relación agua/cemento
recomendada es 5.2 gal/sxs.
Clase C: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando se
requieren condiciones de alto esfuerzo. La relación agua/cemento recomendada es 6.3
gal/sxs.
Clase D: usado generalmente para pozos desde 6000’ hasta 10000’, para condiciones
moderadas de presión y temperatura. Está disponible para esfuerzos moderados a
altos. La relación agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs.
![Page 23: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/23.jpg)
Clase E: usado generalmente para pozos desde 10000’ hasta 14000’, para
condiciones altas de presión y temperatura. La relación agua/cemento recomendada
es 4.3 gal/sxs.
Clase F: usado generalmente para pozos desde 10000’ hasta 16000’, para
condiciones extremas de presión y temperatura. Está disponible para esfuerzos
moderados a altos. La relación agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs.
Clase G y H: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 8000’ o puedan
ser usados con aceleradores o retardadores para cubrir una amplia variedad de
rangos de presión y temperatura. La relación agua/cemento recomendada es 5,0
gal/sxs.
TIPOS DE CEMENTOS
Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:
1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4
aproximadamente;
2. de origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o
volcánico.
Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades
de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.
Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y
aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El
material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y
solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es
compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones.
El cemento portland
![Page 24: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/24.jpg)
El tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón
o concreto es el cemento portland.
Producto que se obtiene por la pulverización del clinker portland con la adición de una
o mas formas de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros productos siempre
que su inclusión no afecte las propiedades del cemento resultante. Todos los
productos adicionales deben ser pulverizados conjuntamente con el clincker. Cuando
el cemento portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de
características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y
endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su
resistencia característica.
Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el
cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este
material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.
❖ Normativa
La calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.
Cementos portland especiales
Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma
forma que el portland, pero que tienen características diferentes a causa de
variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.
Portland férrico
El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto
significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendo
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cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comporta
por lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una menor presencia de
3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos
cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Los
mejores cementos férricos son los que tienen un módulo calcáreo bajo, en efecto estos
contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación produce la mayor
cantidad de cal libre (Ca(OH)2). Puesto que la cal libre es el componente mayormente
atacable por las aguas agresivas, estos cementos, conteniendo una menor cantidad,
son más resistentes a las aguas agresivas.
Cementos blancos
Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de
fundentes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje
bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le da una
tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más oscuro al cemento férrico. La
reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y decriolita
(Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno. Para bajar la calidad del
tipo de cemento que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo
II 32,5; también llamado pavi) se le suele añadir una adición extra de caliza que se le
llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso
sería tipoI
Cementos de mezclas
Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros
componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da a estos
cementos nuevas características que lo diferencian del Portland normal.
Cemento puzolánico
![Page 26: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/26.jpg)
Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en
la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las
proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha
generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro
tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.
Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y
permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.
Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido
los romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con cal
apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, para
depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles son
visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100
años.
La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y
puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:
▪ 55-70% de clinker Portland
▪ 30-45% de puzolana
▪ 2-4% de yeso
Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor
cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es
atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataque
de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el
componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico
desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por lo
![Page 27: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/27.jpg)
tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas de
grandes dimensiones.
Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta permeabilidad y
durabilidad.
Cemento siderúrgico
La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente
de las centrales termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos
calentando el cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35 hasta el 80%. El
porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado, siendo que se
origina a partir de silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Esta debe sin
embargo ser activada en un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es
por este motivo que debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento Portland
normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolánico, el cemento siderúrgico
también tiene buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor
durante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada alcalinidad
natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada por
los sulfatos.
Tiene alta resistencia química, de ácidos y sulfatos, y una alta temperatura al fraguar.
Cemento de fraguado rápido
El cemento de fraguado rápido, también conocido como "cemento romano, se
caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Se
produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una temperatura
menor (1.000 a 1.200 ºC).1 Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y
reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo
![Page 28: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/28.jpg)
para efectuar una buena colada. Aunque se puede iniciar el fraguado controlado
mediante retardantes naturales (E-330) como el ácido cítrico, pero aun así si inicia el
fraguado aproximadamente a los 15 minutos (a 20ºC). La ventaja es que al pasar
aproximadamente 180 minutos de iniciado del fraguado, se consigue una resistencia
muy alta a la compresión (entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene gran prestación
para trabajos de intervención rápida y definitivos. Hay cementos rápidos que pasados
10 años, obtienen resistencia a la compresión superior algunos hormigones armados
(mayor a 60 MPa).
Cemento aluminoso
Artículos principales: cemento aluminoso y aluminosis
El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas
de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) yóxido de silicio (SiO2).
Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso,
también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza
hasta los 1.600°C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es
colado en moldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para
obtener el producto final.
El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos:
▪ 35-40% óxido de calcio
▪ 40-50% óxido de aluminio
▪ 5% óxido de silicio
▪ 5-10% óxido de hierro
▪ 1% óxido de titanio
Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
![Page 29: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/29.jpg)
▪ 60-70% CaOAl2O3
▪ 10-15% 2CaOSiO2
▪ 4CaOAl2O3Fe2O3
▪ 2CaOAl2O3SiO2
Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser
menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2)
tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de agua).
Reacciones de hidratación
CaOAl2O3+10H2O → CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)
2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la
presencia de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente
neutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta
como ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando como
resultado un cemento neutro.
El cemento aluminoso debe utilizarse con temperaturas inferiores a los 30°C, por lo
tanto en climas fríos. En efecto, si la temperatura fuera superior la segunda reacción
de hidratación cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O (cristales
cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un aumento del
volumen y podría causar fisura
PROCEDIMIENTOS DE CEMENTACIÓN
![Page 30: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/30.jpg)
Introducción de la tubería de revestimiento con el pozo lleno de la suspensión de
cemento.
El pozo se puede llenar de cemento bien por gravedad desde la boca o introduciendo
una tubería de 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
![Page 31: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/31.jpg)
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 TUBERÍA
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 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.
![Page 32: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/32.jpg)
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 le
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.
![Page 33: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/33.jpg)
ADITIVOS PARA CEMENTOS
➢ Aditivos
Los aditivos tienen como función adaptar los diferentes cementos petroleros a las
condiciones específicas de trabajo. Pueden ser sólidos y/o líquidos (solución acuosa).
Entre ellos tenemos:
➢ Aceleradores:
Se usan en pozos donde la profundidad y la temperatura son bajas. Para obtener
tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la compresión en corto tiempo.
Pueden usarse: cloruro de calcio (CaCl2, más usado), silicato de sodio (Na2SiO3),
cloruro de sodio (NaCl), ácido oxálico (H2C2O4), etc.
Retardadores: hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia la
compresión del cemento sea más lento. Los más usados son: lignitos, lignosulfonato
de calcio, ácidos hidroxicarboxílicos, azúcares, derivados celulósicos, etc.
➢ Extendedores:
Se añaden para reducir la densidad del cemento o para reducirla cantidad de cemento
por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de reducir la presión
hidrostática y aumentar el rendimiento (pie3/saco) de las lechadas. Entre los más
usados se tienen: bentonita, silicato de sodio (Na2SiO3), materiales pozzolánicos, etc.
➢ Densificantes:
Aditivos que aumentan la densidad del cemento o que aumentan la cantidad de
cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de aumentar la
presión hidrostática. Los más usados: barita, hematita, ilmenita, etc.
➢ Controladores de Filtrado:
Aditivos que controlan la pérdida de la fase acuosa del sistema cementante frente a
una formación permeable. Previenen la deshidratación prematura de la lechada. Los
más usados son: polímeros orgánicos, reductores de fricción, etc.
➢ Antiespumantes:
![Page 34: CEMENTACION1](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052620/5571fb5e497959916994af82/html5/thumbnails/34.jpg)
Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la preparación de la lechada. Los
más usados son: éteres de poliglicoles y siliconas.
➢ Dispersantes:
Se agregan al cemento para mejorar las propiedades de flujo, es decir, reducen la
viscosidad de la lechada de cemento. Entre ellos tenemos: polinaftaleno sulfonado,
polimelamina sulfonado, lignosulfonatos, ácidos hidrocarboxilicos, polímeros
celulósicos.
Consiste en mezclar y colocar lechadas de cemento en el espacio anular entre el
Revestidor y las paredes del hoyo, con el objetivo principal de fijar el Revestidor para
garantizar la perforación de la próxima fase, así como el aislamiento de las
formaciones perforadas para evitar la migración de fluidos.
Esta cementación es realizada inmediatamente después que se corre un Revestidor
en el hoyo. Se realiza a presiones suficientes para que la mezcla de cemento sea
desplazada a través de la zapata y ascienda por el espacio anular hasta cubrir la
distancia calculada que debe estar rellena de cemento.
CONCLUSION:
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 .