Cementaciones Cesunv (2) 1g3k6t

Ingeniería de Cementación de Pozos

Ingeniería de Perforación Ing. Héctor Hugo Blanco Dantés

Reseña histórica de la cementación de pozos  En 1903 la empresa Union Oil Co., utilizó por primera vez cemento en un pozo petrolero en California, el trabajo consistió en colocar con un Dump Bailer 50 sacos de cemento para aislar una arena de agua. Después de 28 días de espera, se continuó la perforación a través del cemento fraguado hacia zonas de petróleo mas profundas.

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Reseña histórica de la cementación de pozos  En 1910 la empresa A.A Perkins (también en California) utilizó por vez primera en una cementación primaria el método de los dos tapones, estos eran hecho de hierro colado recubierto de cuero para barrer el lodo del revestidor. El desplazamiento se hacía con vapor, cuando el tapón superior llegaba al fondo la presión se incrementaba y detenía la maquina de vapor.  En 1920 la empresa Halliburton introdujo la cementación de pozos petroleros tal como la conocemos hoy en día, pero solamente existía un tipo de cemento y no existían aditivos.

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Reseña histórica de la cementación de pozos  En 1940 ya existían varias empresas de cementación y se utilizaban 3 aditivos.  En 1948 se estableció la norma API código 32 con la finalidad de estandarizar las pruebas de laboratorio. Con la aparición de los equipos de laboratorio, se redujo las pérdidas de ensayo y error de los primeros días.  En esa época los pozos de 2000’/3000’ eran considerados muy profundos.  En los siguientes 50 años el servicio de cementación se convirtió en un servicio altamente especializado, con un inmenso desarrollo en aditivos, poderosos equipos de bombeo y últimamente por el apoyo alcanzado con la electrónica y la computación. CESUNV

Las operaciones de cementación están divididas en:  Cementación Primaria  Cementación Secundaria  Tapones de cemento

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 Cementación Primaria Consiste en colocar una lechada de cemento en el espacio anular entre el revestidor y la formación para cumplir con diferentes objetivos que dependen del tipo de revestidor que enunciaremos posteriormente. El cemento se bombea por dentro de la tubería y sale al anular por el extremo inferior, cambiando de dirección hacia arriba desplazando al lodo fuera del anular CESUNV

 Funciones de la Cementación Primaria 1. Impedir la migración de fluido entre las formaciones y la superficie. 2. Proporcionar soporte a la tubería de revestimiento.

3. Prevenir la contaminación de los mantos acuíferos. 4. Prevenir la corrosión de la tubería de revestimiento.

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BAJA BAJA PRESION PRESION

ALTA PRESION

 Objetivos de la Cementación Primaria 1. Conductor Evitar que la circulación del lodo cause erosión en la sección superficial del hoyo

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 Objetivos de la Cementación Primaria

2. Superficial  Sellar y acuiferos

proteger

las

arenas

de

 Servir de ancla para la colocación de los equipos de control de reventones.

 Soportar el peso de los siguientes revestidores

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 Objetivos de la Cementación Primaria

3. Intermedia  Sellar presiones anormales.  Aislar formaciones poco consolidadas.  Sellar zonas de pérdida de circulación CESUNV

 Objetivos de la Cementación Primaria

4. Producción  Prevenir la migración de fluidos de producción hacia zonas ladronas de menor presión.  Prevenir desmoronamiento de arenas poco consolidadas que pueden reducir la producción.  Aislar zonas productoras para futuros desarrollos. CESUNV

 Cementación Secundaria La cementación secundaria se considera una operación para corregir anomalias Consiste en forzar una columna de cemento bajo presión contra un medio permeable:  La formación (hueco abierto).  Canales detrás del revestidor.  En túneles producto de los disparos

Se pueden ejecutar durante: La perforación del pozo. Terminación Reparación del pozo “workover”. CESUNV

 Cementación Secundaria Las dos operaciones básicas de la cementación secundaria son:

1. Cementación Forzada para:  Reparación de pérdidas o fugas a través de la tubería de revestimiento.  Aislar zonas productoras de agua en un intervalo productor.  Abandono de una zona depresionada .

Cemento viejo Empacador Nueva lechada Disparos

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 Cementación Secundaria 2. Tapones de abandono para:  Aislamiento de una zona no productora.

 Cerrar un intervalo depresionado de modo que la producción pueda ser tomada desde otra zona productora.

Agujero Tubería de perforación O tubing

Tapón de cemento

Tapón de Cemento CESUNV

 Objetivos de la cementación de tapones Abandonar el pozo. Desviar el pozo.

Evitar pérdidas de circulación durante la perforación Sellar acuíferos.

Petróleo

Agua

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Definición de Cemento:

CEMENTO PARA POZOS PETROLEROS.

Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava, más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, denominado hormigón o concreto

El cemento Pórtland,

ha sido el principal constituyente para cementar la mayoría de los pozos petroleros, obtuvo su nombre de su similitud con una piedra de construcción que se encontró en la isla de Pórtland, cerca de las costas de Inglaterra Es una mezcla compleja de caliza (u otros materiales con alto contenido de carbonato de calcio), sílice, hierro y arcilla, molidos y calcinados, que fragua y se endurece al reaccionar con el agua. Los componentes que forman el cemento son óxidos superiores de oxidación lenta. Esto significa que terminan su grado de oxidación al estar en o con el CESUNV aire al enfriarse..

COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PARA POZOS PETROLEROS.

El cemento Portland es, además, el ejemplo típico de un cemento hidráulico; fragua y desarrolla resistencias a la compresión como resultado de la hidratación, la cual involucra reacciones químicas entre el agua y los componentes presentes en el cemento. De todos los cementos, el Portland es el más importante en cuanto a términos de calidad, desarrollo de resistencia a la compresión, tensión y a los sulfatos; por lo cual es el material idóneo para las operaciones de cementación de pozos petroleros. Cabe mencionar que algunos cementos Portland se fabrican de manera especial debido a que las condiciones de los pozos difieren significativamente entre sí al variar su profundidad, temperatura, ubicación geográfica; etc. El fraguado y endurecimiento se presenta si el cemento se coloca en agua

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COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PARA POZOS PETROLEROS.

Principales compuestos del cemento y sus funciones

SILICATO TRICÁLCICO (3CaO.SiO2) Conocido como C3S, es el componente más abundante en la mayoría de los cementos y, además, el factor principal para producir la resistencia temprana o inmediata (1 a 28 días) Reacciona rápido con el agua, liberando calor y formando silicato de calcio hidratado (CSH).

SILICATO DICÁLCICO (2CaO.SiO2) Conocido como C2S, es un compuesto de hidratación lenta para formar el mismo tipo de compuestos que el C3S (CSH), que proporciona una ganancia gradual de resistencia; esto ocurre en un período largo: después de 28 días.

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COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PARA POZOS PETROLEROS.

Principales compuestos del cemento y sus funciones

ALUMMINATO TRICÁLCICO (3CaO.AL2O3) Se lo conoce también como C3A y tiene influencia en el tiempo de bombeabilidad de la lechada. Es responsable de la susceptibilidad al ataque químico de los sulfatos sobre los cementos.

ALUMINO FERRITA TETRACÁLCICO (4CaO.Al2O3.Fe2O3) También conocido como C4AF, reacciona rápido con el agua pero no produce mucho calor de hidratación y resistencia a la compresión; influye en la reología del cemento, formación de geles, y durabilidad.

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Hidratación del cemento La hidratación del cemento es un proceso exotérmico y cada uno de los componentes tiene un característico calor de hidratación que contribuye al total de calor de hidratación liberado.

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Clasificación de los Cementos según API y ASTM El American Petroleun Institute (API) ha identificado nueve tipos de cementos de acuerdo a su composición y propiedades físicas, y los refiere como “clase”; en tanto el ASTM norma los cementos por “tipos

Cemento clase “A” Está diseñado para emplearse a 1.830 m. (6.000 pies) de profundidad como máximo, con temperaturas de 77 ºC (170 ºF) y donde no se requieran propiedades especiales; no brinda ninguna resistencia a los sulfatos. Esta clase de cemento es el más barato. El ASTM denomina a este cemento como “Tipo I”.

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Clasificación de los Cementos según API y ASTM

Cemento clase “B”

Está diseñado para emplearse a 1.830 m. (6.000 pies) de profundidad como máximo, con temperaturas de 77 ºC (170 ºF). Este cemento no requiere propiedades especiales, y su aplicación se da cuando las condiciones del pozo lo permitan y donde se requiere moderada a alta resistencia a los sulfatos. Este cemento presenta un contenido C3A menor que el cemento clase A y tiene un costo ligeramente superior. El ASTM denomina a este cemento como “Tipo II”.

Cemento clase “C”

Está diseñado para emplearse a 1.830 m. (6.000 pies) de profundidad como máximo, con temperaturas de 77 ºC (170 ºF), donde se requiere alta resistencia a la compresión temprana, se fabrican en los tres grados de resistencia a los sulfatos (baja, moderada y alta). Este cemento presenta un alto contenido C3S. El ASTM denomina a este cemento como “Tipo III”. CESUNV

Clasificación de los Cementos según API y ASTM

Cemento clase “D” Este cemento se emplea de 1.830 (6.000 pies) hasta 3.050 m. (10.000 pies) de profundidad con temperaturas de hasta 110 ºC (230 ºF) y presión moderada. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Este cemento representa al tipo IV para el ASTM

Cemento clase “E” Este cemento se emplea de 3.050 (10.000 pies) hasta 4270 m. (14.000 pies) de profundidad con temperaturas de 143 ºC (290 ºF) y alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Equivale al ASTM tipo V CESUNV

Clasificación de los Cementos según API y ASTM Cemento clase “F” Este cemento se usa de 3.050 (10.000 pies) hasta 4880 m. (16.000 pies) de profundidad con temperaturas de 160 ºC (320 ºF), donde exista alta presión. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Equivale al ASTM tipo VI Los cementos clase D, E y F (Cementos retardados), son utilizados para alcanzar mayores profundidades.

Cemento clase “G” y “H” Comúnmente conocidos como cementos petroleros, son cementos básicos para emplearse desde la superficie hasta 2240 m. (8.000 pies), tal como se fabrican. Pueden modificarse con aceleradores o retardadores de fragüe, para usarlos en un amplio rango de condiciones de presión y temperatura. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. En cuanto a su composición, son similares a los cementos API Clase B. CESUNV

COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PARA POZOS PETROLEROS.

La norma API RP 10 B indica las prácticas recomendadas para las pruebas de laboratorio que se llevan a cabo con las lechadas de cemento para pozos de petróleo, así como sus aditivos; estas pruebas son: 1.- Determinación del contenido de agua en la lechada 2.- Determinación de la densidad.

3.- Pruebas de resistencia a la compresión. 4.- Determinación del tiempo de bombeabilidad. 5.- Determinación del filtrado. 6.- Pruebas de permeabilidad. 7.- Determinación de las propiedades reológicas. CESUNV

Requerimiento de agua de los cementos Petroleros El cemento seco es mezclado con agua para formar lo que es conocido como “lechada de cementación”. Deberá ser utilizada el agua más pura disponible, no obstante el agua de mar podría ser utilizada, pero incrementara el endurecimiento o fraguado prematuro del cemento El requerimiento de agua usada para hacer lechada de cemento es conocido como “agua de mezcla”.

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Unidad y Equipo de Cementación. Los trabajos de cementación suelen realizarse con los siguientes equipos: 1. Equipo de material a granel para el almacenamiento y la mezcla 2. Unidad de bombeo de cemento 3. Líneas de tratamiento

4. Sistema de mezclado 5. Mezclador por baches 6. Tanques de fluido 7. Sistema de aditivos líquidos 8. Cabezal de Cementación CESUNV

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La unidad de bombeo de cemento desempeña las siguientes funciones: •Suministra alta potencia y presión de bombeo •Mide los fluidos de mezcla •Proporciona y controla el sistema de mezclado de cemento •Controla el caudal y la presión de bombeo

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Cabeza de cementar

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Cabeza de cementación La cabeza de cementación es colocada en la junta superior de la tubería de revestimiento, permitiendo circular el cemento y cargar los tapones de desplazamiento.

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Los tapones de cemento ayudan en la remoción del lodo en la parte interior de la tubería de revestimiento, pero la función principal es la de separar el cemento del fluido de perforación para así evitar su contaminación.

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Zapata Guia

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Zapata Guia

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Coples: Un cople flotador o cople de auto-llenado es colocado uno o dos tramos de tubería arriba de la zapata para proporcionar, entre otras funciones, un asiento para los tapones de cementación y para finalizar el trabajo de colocación del cemento, cuando llega a este lugar el tapón de desplazamiento.

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Centradores, raspadores

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El recirculador de cemento es el sistema comúnmente utilizado para la mezcla del cemento ya que produce una lechada de cemento de propiedades constantes y homogéneas debido al proceso de mezclar el cemento mojado con recirculación CESUNV

La densidad de la lechada será revisada con una balanza presurizada de lodo y también con un registro automático de densidad dentro del tanque de mezclado. La densidad será cuidadosamente monitoreada y controlada debido a que: 1. Indica el volumen de la lechada. 2. Es un indicativo directo de la relación cemento/agua que afecta la hidratación. 3. Podrían presentarse perdidas de circulación.

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Los aditivos son utilizados junto con los cementos básicos para: 1. Alterar el tiempo de fraguado. 2. Cambiar la densidad de la lechada. 3. Controlar el filtrado. 4. Mejorar las propiedades del flujo del fluido.

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Operación de Cementación El operador deberá bombear el cemento al más alto gasto posible y sin retraso. Cuando el tapón de fondo alcanza el cople flotador, la presión se incrementa y rompe el diafragma, permitiendo que el cemento baje y se introduzca en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y el agujero descubierto.>>

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Operación de Cementación El tapón superior es más sólido y puede resistir presiones más altas. Cuando se asienta o “golpea”, la presión de la bomba se incrementara. En este momento, la cementación habrá sido terminada. La presión deberá ser liberada de modo que la tubería de revestimiento no se mueva antes de que el cemento seque. CESUNV

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Esperando Fraguado del Cemento Generalmente el operador decide el tiempo de fraguado del cemento y usualmente comenzara la perforación de la zapata, después de unas 12 horas de fraguado. En caso de haber duda del desplazamiento del cemento en el espacio anular esto podrá ser resuelto con un registro de cementación o un registro de temperatura, ya que cuando el cemento se fragua su reacción química exotérmica, desprenderá calor.

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Molienda del Equipo de Flotación El equipo flotador debe ser preparado adecuadamente para ser perforado. Pegamento especial antirotaroria debe ser aplicada en los primeros 4 ó 6 hilos de la rosca de las conexiones de la tubería de revestimiento y en la rosca del equipo flotador (zapata y cople). Esto va a ayudar a prevenir que la junta de la zapata se afloje durante la perforación. El tapón superior deberá ser liberado durante el bombeo de cemento. Esto permitirá que por lo menos 10 pies de cemento por encima del tapón superior de cemento al momento de concluir el bombeo. Mantener parámetros operacionales apropiados durante la perforación es importante y no solamente para proteger la barrena, sino también para prevenir daños al equipo de flotación y a la tubería de revestimiento.

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CALCULOS DE CEMENTACION

Los cálculos principales requeridos para una cementación son: La cantidad de lechada requerida para llenar el espacio anular fuera de la tubería de revestimiento, hasta la altura programada.

La cantidad de lodo necesaria para desplazar el cemento En todos los cálculos de la cementación es necesario conocer el rendimiento por saco de cemento, para poder confirmar que hay suficiente material en la localización (incluyendo material para contingencias). El rendimiento/saco depende de la cantidad de aditivos en el cemento y la densidad final requerida de la lechada. El estado mecánico del pozo (el monito) es necesario para ver gráficamente los volúmenes requeridos incluyendo detalles con respecto a las capacidades anulares CESUNV

CALCULOS PARA CEMENTACION CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LA LECHADA Y RENDIMIENTO

Uno de los aspectos importantes de las operaciones de cementación, es tener la cantidad de agua disponible para formar la lechada de cemento. Para dicho cálculo, se requiere conocer la densidad y el volumen de la lechada de cemento y el rendimiento

Densidad de lechada – 1.89 gr/cm3. Volumen de lechada total – 19,600 Lt Sacos de cemento de 50 kg.

CALCULO PARA EL RENDIMIENTO

P D

Donde: Vs = Volumen de un saco de cemento, en lt/saco. P = Peso de un saco de cemento, en Kg. (50 Kg) D = Densidad del cemento, en kg/lto (3.15 gr/cc)

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CALCULO PARA EL RENDIMIENTO

Donde: Va = Volumen de agua para la cementación, en Lt. /saco. P = Peso de un saco de cemento, en Kg. Vs = Volumen de un saco de cemento, en lt/saco. D = Densidad de la lechada de cemento, en gr/cm3. Da = Densidad del agua, en gr/cm3.

CALCULOS PARA CEMENTACION

Vl = Va + Vs

Vl = 22.47 lts/saco + 15.87 lts/saco = 38.34 lts/saco

V l = Volumen de la mezcla de cemento y

agua (lechada), en lts/saco (Rendimiento)

CALCULOS PARA CEMENTACION

Donde: Ns = Nro. de sacos de cemento. V = Volumen total de la lechada, en Lt. Vl = Volumen de la mezcla de cemento y agua (lechada), en Lt/saco (Rendimiento). Cantidad de agua necesaria = 22.472 lt/saco x 511 saco = 11,483 Lt. » 11.5 m3

1. CEMENTACION PRIMARIA DE UN TUBO CONDUCTOR Una tubería conductora de 30 plg debe cementarse para evitar que el fluido de perforación circule fuera de ella y que origine la erosión en las paredes del agujero Datos del pozo. Diámetro de la barrena = Profundidad del agujero = Cap. de la tubería de 30 “ = Cap. Entre TR de 30” y Aguj. 36” =

Datos del cemento normal Densidad = Rend. De lechada = Agua requerida = Tiempo bombeable = Aditivos ( Cl2Ca) =

36” 50 m 411.56 lt/m 200.65. lt/m

1.95 gr./CC 36.08 lt/sk 22.05 lt/sk 2 hrs 2%

1. CEMENTACION PRIMARIA DE UN TUBO CONDUCTOR

36 Plg

T.R.

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1. CEMENTACION PRIMARIA DE UN TUBO CONDUCTOR

a) Cálculo de la cantidad de cemento a utilizar. C1 = 10 m * 411.56 lt/m 114 sk * 50 kg/sk

= 4,115 lts / 36.08 lt/sk = 5,703 kgs = 5.7 Ton

C2 = 50 m * 200.65 lt/m = 278 sk * 50 kg/sk

= 10032.50 lts / 36.08 lts/sk = 13,903 kgs = 13.9 Ton

80% de exceso de cemento por descalibración del agujero

Cantidad Total de Cemento = C1 + (C2 * 1.80) CTC = (5.7 ) + (13.9 * 1.80) = 30.7 Tons

b) Cálculo de la cantidad de acelerador a utilizar. Ca = 30,700 Kgs * 0.02 = 614 Kgs / 50 kg/sk = 12 Sks

1. CEMENTACION PRIMARIA DE UN TUBO CONDUCTOR

c) Volumen total de lechada a utilizar. Volumen Total de Lechada (VTL) VTL = 30,700 kg/50 Kg/Sk = 614 Sk + Acelerador (12 Sk) VTL = 626 Sks * 36.08 Lts/Sk (Rendimiento) VTL = 22,586 Lts /159 Lts/Barril = 142 Barriles VTL = 142 Bls

d) Volumen total de desplazamiento a utilizar. Volumen Total de Desplazamiento (VTD) VTD = 40 m * 411.56 Lt/m = 16,462 Lts VTL = 103.5 Bls

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2. CEMENTACION PRIMARIA TUBERIA DE REVESTIMIENTO SUPERFICIAL DE 20¨ a 500 MTS

Una tubería de revestimiento superficial debe proteger y sellar las formaciones de la invasión de aguas freáticas y mantos acuíferos y suministrar un ancla para la colocación del cabezal del mismo diámetro y string de preventores, y dar apoyo y consistencia a la estratigrafía superficial para las columnas de la tubería de revestimiento más profundas, así como un sello hermético de posibles canalizaciones y migración de gas de estratos más profundos a la superficie

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2. CEMENTACION PRIMARIA TUBERIA DE REVESTIMIENTO SUPERFICIAL DE 20¨ a 500 MTS Datos del pozo. Diámetro de la barrena = Diámetro del agujero = Profundidad del agujero = Cap. de la T.R. 20 “ 94 Lbs/pie = Cap. Entre TR de 20” y Aguj. 26” = Cap. Entre T.R. 30” y TR de 20” = Datos del cemento Densidad Rend. De lechada Agua requerida Tiempo bombeable

= = = =

26” 26” 500 m 185.32 lt/m 139.85 lt/m 253.35 lt/m

1.95 gr./CC 36.08 lt/sk 22.05 lt/sk 4:30 hrs

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2. CEMENTACION PRIMARIA TUBERIA DE REVESTIMIENTO SUPERFICIAL DE 20¨ a 500 MTS TC = TUBO CONDUCTOR PI = PROFUNDIDAD INTERIOR C1 = CAPACIDAD 1 C2 = CAPACIDAD 2 C3 = CAPACIDAD 3

2. CEMENTACION PRIMARIA TUBERIA DE REVESTIMIENTO SUPERFICIAL DE 20¨ a 500 MTS

Cálculo de la cantidad de cemento a utilizar: 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 grados y pesos 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 al utilizar, capacidades y volúmenes de los desplazamientos de baches y de las lechadas del cemento.

a) Cálculo de la cantidad de cemento a utilizar. C1 = 24 m * 185.32 lt/m 123 sk * 50 kg/sk

= 4,447.68 lts / 36.08 lt/sk = 6,150 kgs = 6.15 Ton

C2 = 450 m * 139.85 lt/m = 62,932.5 lts / 36.08 lts/sk = 1,744 Sks * 50 kg/sk = 87,200 kgs = 87.2 Ton 50% de exceso de cemento por descalibración del agujero

C2 = 87.2 Tons * 1.5 = 130.8 Tons C3 = 50 m * 253.85 lt/m = 12,692 lts / 36.08 lts/sk = 352 Sks * 50 kg/sk = 17,600 kgs = 17.6 Ton

Cantidad Total de Cemento = C1 + C2 *+ C3 CTC = 6.15 + 130.8 +17.6 = 155 Tons

c) Volumen total de lechada a utilizar. Volumen Total de Lechada (VTL) VTL = 155,000 kg / 50 Kg/Sk = 3,100 Sks VTL = 3,100 Sks * 36.08 Lts/Sk (Rendimiento) VTL = 111,848 Lts /159 Lts/Barril = 703 Barriles VTL = 703 Bls

d) Volumen total de desplazamiento a utilizar.

Volumen Total de Desplazamiento (VTD) VTD = 476 m * 185.32 Lt/m = 88,212 Lts VTD = 554.7 Bls CESUNV

3. CEMENTACIÓN PRIMARIA REVESTIMIENTO 9-5/8” A 4850 Mts.

EN

TUBERÍA

DE

Una tubería de revestimiento intermedia más profunda se cementa para sellar formaciones de alto contenido de aguas sulfurosas y corrosivas, zonas de presiones anormales, zonas invadidas de agua salada y también se requieren para aislar zonas de pérdida de circulación que originan retrasos muy frecuentes en los avances de la perforación de un pozo.

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3. CEMENTACIÓN PRIMARIA EN TUBERÍA DE REVESTIMIENTO 9-5/8” A 4850 Mts. Datos del pozo Diámetro de la barrena Diámetro del agujero Profundidad del agujero Capacidad de la TR de 9 -5/8 N80 53.5 lb/pie Capacidad entre la TR de 9 5/8” y agujero de 12-1 /4” Capacidad entre la TR de 9 5/8” y TR de 13 3/8” 68 lb- p Datos del cemento normal. Densidad = 1.95 gr / cc Rend. de lechada = 36.08 lt /sk Agua requerida = 22.05 lt/sk Tiempo bombeable = 5:00 hrs

= 12 ¼” = 12 ¼” = 4850 mts = 36.91 lt/m = 29.09 lt/m = 31.16 lt/m

Datos del cemento de baja densidad. Densidad = 1.60 gr / cc Rend. de lechada = 52.05 lt /sk Agua requerida = 42.05 lt/sk Tiempo bombeable = 4:30 hrs

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3. CEMENTACIÓN PRIMARIA EN TUBERÍA DE REVESTIMIENTO 9-5/8” A 4850 Mts.

TC 30”

50 Mts 500 Mts

TR 20” TR 13-3/8”

2,750 Mts

CICE

3,000 Mts Agujero 12-1/4”

C3

CICE Juego de Tapones Cople diferen Zapata guia

Fluido de control Lodo de Emulsión Inversa 1.70 gr/cc

4,550 Mts

C1

C2

4,850 Mts 4,855 Mts

a) Cálculo de la cantidad de cemento y volumen total de lechada (D=1.95 gr/cc.) C1 = 24 m * 36.91 lt/m 25 sk * 50 kg/sk

= 886 lts / 36.08 lt/sk = 1,250 kgs = 1.25 Ton

C2 = 300 m * 29.09 lt/m = 8,727 lts / 36.08 lts/sk = 242 Sks * 50 kg/sk = 12,100 kgs = 12.1 Ton 25% de exceso de cemento

C2 = 12.1 Tons * 1.25 = 15.1 Tons

Cantidad Total de Cemento = C1 + C2 CTC = 1.25 + 15.1 = 16.35 Tons

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b) Volumen total de lechada a utilizar. (D=1.95 gr/cc) Volumen Total de Lechada (VTL) VTL = 16,350 kg / 50 Kg/Sk = 327 Sks VTL = 327 Sks * 36.08 Lts/Sk (Rendimiento) VTL = 11,798 Lts /159 Lts/Barril = 73 Barriles VTL = 74 Bls

c) Calculo de la Cantidad de cemento y volumen total de lechada a utilizar. (D=1.60 gr/cc) C3 = 1,550 m * 29.09 lt/m = 45,090 lts / 52.05 lt/sk 866 sk * 50 kg/sk = 43,300 kgs 43,300 kgs * 0.25 = 10,825 (Excedente) 43,300 kgs + 10,825 kgs = 54,125 kgs C3 = 54.1 Ton CESUNV

c) Calculo de la Cantidad de cemento y volumen total de lechada a utilizar. (D=1.60 gr/cc) Anillo de cemento superficial C4 = 50 m * 31.16 lt/m = 1,558 lts / 36.08 lts/sk = 43 Sks * 50 kg/sk = 2,150 kgs = 2.1 Ton Cantidad Total de Cemento = C3 + C4

CTC = 54.1 + 2.1 = 56.2 Tons Volumen Total de Lechada (VTL) VTL = 56,200 kg / 50 Kg/Sk = 1,124 Sks VTL = 1,124 Sks * 36.08 Lts/Sk (Rendimiento) VTL = 40,554 Lts /159 Lts/Barril = 255 Barriles VTL = 255 Bls lechada a utilizar. (D=1.60 gr/cc) CESUNV

Volumen Total de Desplazamiento (VTD) VTD = 4,831 m * 36.91 Lt/m = 178,312 Lts VTD = 1,121 Bls

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Cementación forzada es el nombre que se le da a la operación efectuada por una unidad de alta presión, donde las presiones alcanzadas son relativamente altas para inyectar el cemento a la formación, a través de los orificios de los disparos efectuados en el interior de la tubería de revestimiento. Utilizando para ello, una herramienta cementadora recuperable como es el RTTS o similar, en sus diferentes rangos y medidas de operación, o con un retenedor de cemento con su herramienta soltadora

Retrievable Test-Treat-Squeeze Packer (RTTS Packer)6666666

3. CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P

3. CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P El principal objetivo de realizar éste tipo de operación a presión, es el de corregir alguna cementación primaria, también se utiliza para aislar intervalos invadidos de agua salada del intervalo productor o para excluir el agua salada que va invadiendo paulatinamente el intervalo productor etc. La cantidad de cemento a utilizar en una CF es variable, a la fecha, no se cuenta con alguna fórmula empírica que nos indique la cantidad de cemento a utilizar; ya que esto, ésta en función del comportamiento hidráulico de los fluidos inyectados a las rocas en el subsuelo. CESUNV

3. CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P De acuerdo a datos estadísticos recopilados en nuestro país, producto de pruebas de isión efectuadas en los diferentes campos petroleros se tiene la siguiente información: a) Si la presión de isión es alta, mayor de 3 000 Psi la cantidad de cemento a utilizar será de 2.5 Tons y la inyección de la lechada de cemento a la formación se hará lo más rápido posible. b) Si la presión de isión es entre 1500 Psi y 2750 Psi, la cantidad de cemento a utilizar será de 5 Tons. y la inyección de la lechada de cemento a la formación será de un gasto aproximado de 1.5 Bls/min.

3. CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P c) Si la presión de isión es baja o menor a las 1000 Psi, la cantidad de cemento a utilizar será de 6 Ton. a 8 Ton. la inyección de la lechada de cemento se hará más lenta aproximadamente de 0.5 bpm. a 1 bpm. y si nos encontramos en una zona de pérdida muy severa, se recomienda levantar el RTTS. de 50 a 100 m. arriba de la zona de los disparos y con el RTTS. anclado y empacado y una vez que la lechada salga de la TP. y del RTTS, ir desplazando la lechada del cemento por estaciones; cerrando y abriendo la válvula que controla los fluidos de la TP en la Unidad de Alta Presión, con intervalos de 5, 10 y 15 minutos y hasta de 30 minutos, hasta observar que forma un frente de cemento en la formación que nos permite terminar con una presión final aceptable

d) Existen formaciones de arena y areniscas con inrtercalaciones de arcilla, que presentan cierta elasticidad al momento de inyectar lo fluidos a la formación, de tal manera que la roca almacenadota, sufre un aumento de volumen (hinchamiento) al recibir el fluido; cuando se deja de inyectar y de ejercer presión; la roca se restablece a su estado original, comprimiendo y expulsando parte o la totalidad de los fluidos inyectados. e) Si al terminar la prueba de inyección con 10 Bls. de fluido, la formación nos regresa 2 o 3 Bls se recomienda efectuar la forzada con el RTTS. f) Si al terminar la prueba de inyección con 10 bls de fluido, la formación nos regresa 5 o más Bls se recomienda sacar el RTTS y efectuar la CF con retenedor de cemento. CESUNV

3. CALCULO DE UNA CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P Datos del pozo Capacidad de la TR de 6 5/8” N-80 28 lb/pie Capacidad de la TP de 2 7/8” 6.8 lb/p

Datos del cemento Densidad Cantidad de cemento Rendimiento de lechada Agua necesaria Tiempo bombeable

= 16.99 lt/m = 3.02 lt/ m

= 1.95 gr / cc = 5 Tons = 36.08 lt/sk = 22.05 lt/sk = 3: 30 Hrs CESUNV

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3. CALCULO DE UNA CEMENTACIÓN FORZADA CON RTTS DE 6 5/8” 24-32 LB/P CTC = 5.0 Tons (Capacidad Total de Cemento)

VTL= 5,000 Kgs / 50 Kg/sk = 100 Sk * 36.08 lts/sk = VTL = 3,608 lts / 159 lts/bl

VTL = 23 Bls (Volumen Total de Lechada) Como se observa el RTTS anclado a 2,730 m

6 5/8” 24-32 LB/P queda

VTD = 2,730 m * 3.02 lts/m = 8,245 lts (Cap. T.P. 2-7/8) VTD = 52

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CALCULOS PARA CEMENTACION Se va a realizar la cementación de la tubería de explotación de 6 5/8”, N-80, combinada 24-28 lb/pie a 2500 m. T.R. Explotación 6 5/8”, 24 lb/pie de 0 a 1800 m 6 5/8”, 28 lb/pie de 1800-2500 m · Diámetro Agujero = 9” · T.R. anterior 9 5/8”, N-80, 40 lb/pie a 1500 m. · Intérvalo de interés 2350-2400 m. · Cima de cemento a 1800 m. · Cople flotador 6 5/8” a 2470 m. CESUNV

CALCULOS PARA CEMENTACION

Cálculos: Primero se requiere conocer los diámetros interiores de la T.R. de explotación y su capacidad, así mismo se deben calcular las capacidades de los diferentes espacios anulares entre el agujero y el diámetro exterior de la TR de explotación, en este caso se consideró un agujero uniforme, pero en la realidad esto varia sustancialmente ya que con la toma de un registro calibrador se conoce el diámetro real del agujero.

TR 6 5/8”, 24 lb/pie (D. Int = 5.921”) TR 6 5/8”, 28 lb/pie (D. Int = 5.791”) CESUNV

Ejemplo Un “liner” de 7” debe ser cementado según la figura: Calcular lo siguiente: • Cantidad de agua por saco requerida para una lechada de 1.92 gr/cc • El rendimiento en litros/saco • El volumen requerido de lechada • El tonelaje de mezcla de cemento requerido • El desplazamiento de lodo para asegurar el tapón de limpieza • El desplazamiento de lodo para bombear el tapón • Tiempo Requerido de Fraguado

T.P. 5”, 19.5#

Liner 7” 3,217 mts

Tapón 3,224 mts T.R. 9 5/8”, 47# 3,368 mts

Aguj. Desc..12-1/4” 3,374 mts

Liner 7” 29#

Aguj Desc 8-1/2”

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Cople 3,975 mts Zapata 4,000 mts

Asumiendo lo siguiente: - 30% exceso de volumen del agujero descubierto - Temperatura estática de fondo 270ºF - Formulación de lechada - Clase G + 35% BWOC Polvo de Sílice - D603 @ 1.51 litros por saco - D109 @ 0.340 litros por saco - Agua natural

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Nota: BWOC = por peso de cemento D603 - aditivo liquido de perdida de fluido D109 - retardador de líquido de alta temperatura Agua natural se utilizará como agua de mezclado, ya que el agua de mar aceleraría el tiempo de fraguado.

BIBLIOGRAFIA Manual de Cementaciones

Compendio de información técnica real de pozos petroleros en las áreas terrestre, lacustre y marina en México de 1966-2002 Armando Gilberto Montiel Merino

Informe Técnico del curso de estimulaciones I y II impartido por la compañía Halliburton en la ciudad de Poza Rica, Ver Armando G Montiel Merino 1991

Manual de cementaciones y estimulaciones del IMP Poza Rica Ver. 1991

Introducción al laboratorio ZMX Dowell Schlumberger 1983,

Applied Engineered Stimulation (Acidizing, Fracturing, Solvents Byron Jackson Inc. 6505 Paramount Blv, Long Beach California 90805 1970 CESUNV

BIBLIOGRAFIA Manual de Ingeniería de Cementaciones Pemex

Modulo 1: Cementos Petroleros Características y Analisís Unidad 1: Los cementos Petroleros y sus Propiedades

PETE 411 Well Drilling Cementing Lesson 29-30

Guía Práctica para Diseñar y Efectuar Cementaciones Primarias Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos

CESUNV

Ingeniería de Cementación de Pozos

Ingeniería de Perforación Ing. Héctor Hugo Blanco Dantés