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

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

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.

➢ 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:

❖ 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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:

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

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:

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

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.

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.

❖ 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.

❖ 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.

❖ 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

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.

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.

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

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

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

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

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

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:

▪ 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

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

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.

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.

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:

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 .