LA CEMENTACIÓN. - La cementación es una actividad dentro de la perforación de un pozo petrolero que sirve
para poder dar la estabilidad a las paredes del pozo, y consiste en bombear una lechada de cemento en el
espacio anular formado por las paredes del pozo y la cañería, o entre dos cañerías.
CEMENTO
El cemento es un conglomerante formado
a partir de una mezcla de caliza y arcilla
calcinadas y posteriormente molidas, que
tiene la propiedad de endurecerse
después de ponerse en contacto con el
agua.
CEMENTO
PETROLÉRO
Los cementos petroleros (Portland) son productos para usos en la
cementación de pozos petroleros y de gas. Estos cementos cumplen
ampliamente con todos los requerimientos establecidos por la
American Petroleum Institute ( API). Los cementos petroleros son
utilizados para recubrir las paredes (revestir) y protegerlas de las
cavidades de agua y gas (filtraciones) que se originan durante la
perforación y reparación de pozos de petróleo y/o gas. La
característica esencial del producto es que la consistencia de la
lechada sea capaz de permitir el bombeo de ésta a la profundidad
requerida antes de que se presente el fraguado.
PROCESO
SECO
Se separan las materias primas y se pasan a un molino para
homogenizar el tamaño de las partículas y su cantidad. Se pasan
por un separador de aire y se les lleva a silos mezcladores para su
almacenamiento antes de pasarse al horno rotatorio.
PROCESO
HÚMEDO
Este proceso efectúa una mezcla de las materias primas con agua
para mantener en forma más homogénea la mezcla. También
pasa por un molino para uniformar el tamaño de partícula y,
posteriormente, se pasa a unos contenedores que mantienen en
movimiento la mezcla antes de pasarla a un horno rotatorio.
TIPOS DE
CEMENTO
API ha identificado clases para el cemento Portland puro,
los criterios usados por el API se basan en el grado de
fineza de las partículas de cemento.
TIPOS DE LECHADAS
LECHADA ESPUMOSA
Mezcla de lechada de cemento, surfactante
y estabilizador, al cual se le inyecta gas
(nitrógeno) como material aligerante de la
densidad: 1. Alta resistencia a la compresión
2. Baja densidad. 3. Baja permeabilidad y
alta porosidad. 4. Baja pérdida de filtrado. 5.
Baja conductividad térmica.
LECHADA DE BAJA
DENSIDAD
Menor costo, Se usa como
cemento de llenado, Debe tener
una resistencia mínima de 500 psi
a 100 ºF / 24 hrs
LECHADA DE
ALTA DENSIDAD
La densidad más alta mediante la
reducción de agua es de 17 lb/gal y se
consigue adicionado un agente
dispersante en concentraciones de
0,75 % al 1% del peso del cemento
seco. La resistencia de los cementos
densificados aumenta
logarítmicamente con el crecimiento
lineal del contenido de agua.
LA REOLOGÍA DEL
CEMENTO
APLICACIÓN EN LA
CEMENTCIÓN
Para evaluar la miscibilidad y
bombeabilidad de la lechada. Para
determinar la tasa de desplazamiento
adecuada para la remoción eficiente
del lodo y la colocación de la lechada.
Para estimar las presiones de fricción,
DEFINICIÓN DE REOLOGÍA. -
Es la ciencia del flujo y
deformación de la materia
TIPOS DE FLUJOS
Desde el punto de vista estricto de
mecánica de fluidos, sólo existen dos
tipos de flujo distintivos: Flujo
Laminar y Flujo Turbulento- Por lo
general, el patrón de flujo se inicia
como laminar, pasa por una zona de
transición y termina en el flujo
turbulento.
FLUJO LÁMINAR
Las partículas de fluido se mueven paralelamente al eje de la
tubería con un petfll de velocidad parabólico. La velocidad es cero
en las paredes y se eleva a un máximo del doble del promedio de la
tasa de flujo en el centro del conducto. Se pensaba que este perfil
parabólico causaba canalización pero no necesariamente es así en
la interfase de dos fluidos no newtonianos con diferentes
densidades y propiedades reológicas.
FLUJO TURBULENTO
El flujo turbulento es generalmente aceptado como la técnica
más efectiva para una completa remoción del lodo. A veces,
resulta imposible mantener el flujo turbulento a todo lo largo de
la tubería a tasas de flujo razonables debido a la geometría del
agujero y al tipo de fluido. Por eso existe el flujo laminar efectivo
que está diseñado para cumplir con ciertos criterios de
aplicación y para alcanzar un perfil de velocidad uniforme en
todas partes del espac10 anular.
FLUJO DE FLUIDOS
El flujo de fluidos en la tubería bajo condiciones de temperatura y presión
conocidas puede definirse por (1) su comportamiento en flujo laminar y (2) por
el desarrollo de la resistencia de gel estático. El esfuerzo de corte representa la
fuerza por unidad de área que es proporcional a la presión de bombeo o a la
caída de la presión del flujo y es expresado en Ibf/IOOft2 (unidades de campo
petrolero). La tasa de corte representa al gradiente de velocidad, que es la
medición de la velocidad relativa entre dos plaquetas y es expresada como
segundo recíproco (seg —1)
CLASIFICACIÓN DE
LOS FLUIDOS
En la gráfica se explica la relación entre esfuerzo de corte y tasa de corte; lo que
permite hacer la clasificación de los fluldos en newtonianos y no newtonianos. Los
flujos nevâonianos exhiben una proporcionalidad directa entre el esfuerzo de corte
y la tasa de corte, mientras que los fluidos no-newtonianos, NO_ Estos últimos se
pueden clasificar en fluidos de corte espesante (dilatantes) o de corte adelgazante.
MODELOS DE FLUJO
MODELO REOLÓGICO
Existen varios modelos reológicos usados para definir los diferentes tipos de fluidos. Dowell SLB
utiliza el modelo Nevâoniano para fluidos newtonianos y los modelos Plásticos de Bingham y de la
Ley de Potencia o seudo-plásticos para los fluidos NO-Newtonianos. Otros usados en la industria
petrolera incluyen los modelos de Casson, Vocando y Herschel-Bulkley.
MODELO
NEWTONIANO
La característica distintiva de los fluidos newtonianos es la constante (llamada viscosidad) que
resulta de la proporcionalidad directa del esfuerzo de corte vs. la tasa de corte, con la curva
atravesando el origen en línea recta. En el modelo la viscosidad, característica del fluido, puede
determinarse con una sola medición del esfuerzo de corte a cualquier tasa de corte. Un fluido
newtoniano comienza a fluir inmediatamente en cuanto se le aplica una fuerza y la velocidad del
flujo aumenta desde laminar, pasando por la transición, hasta ser totalmente turbulenta.
MODELO DE LA LEY DE
POTENCIA
Existe una relación exponencial del esfuerzo de corte vs la tasa de corte en el modelo de la ley de potencia. La
curva pasa por el origen, lo que confirma que los fluidos de la Ley de Potencia no tienen esfuerzo de cedeneia y
que no desarrollan fuerza de gel ni aún cuando se les deje estáticos. El flujo comienza una vez que se aplica la
fuerza. Cuando el fluido se identifica como uno de ley de potencia, se debe hacer una gráfica en papel log-log
(doblemente logarítmico),
MEDICIÓN DE LAS
PROPIEDADES DE LOS
FLUIDOS
DETERMINACIÓN DE LOS
PARÁMETROS DE FLUIDO
Se utiliza las propiedades de los fluidos junto con la geometría de
la tubería para calcular el régimen de flujo y las presiones de
fricción en la colocación del cemento. El fluido está caracterizado
por los valores de esfuerzo de corte medidos a diferentes
velocidades de corte. El viscosímetro coaxial es el equipo estándar
utilizado en el campo para determinar las propiedades reológicas
de fluidos como lechadas de cemento, lodos de perforación,
espaciadores, fluidos de fracturación, etc. Existen diferentes
modelos con 2, 6 0 12 velocidades de rotación. El modelo de 6
velocidades es el más común.
TIXOTROPÍA
La Tixotropía es un término utilizado para describir a los fluidos que se adelgazan bajo condiciones de corte pero
que rápidamente generan una estructura de gel cuando se les deja en reposo. Esta estructura está caracterizada
por su resistencia de gel que es el esfuerzo de corte mínimo requerido para cortar un fluido (o hacerlo fluir) a una
tasa de corte mensurable- Esta estructura puede destruirse con la aplicación de una fuerza y así, el fluido se vuelve
a adelgazar. La fuerza requerida para destruir la estructura depende del periodo de tiempo en reposo. Como regla
general, los fluidos Tixotrópicos se comportan como fluidos plásticos de Bingham.
PROPIEDADES DE LA
LECHADA
DENSIDAD
Debe ser lo suficiente alta como para mantener el control
del pozo. En el campo se chequea mediante el uso de una
balanza de lodos o con un densistómetro. Si la densidad es
incorrecta durante la cementación, se pueden afectar
propiedades de la misma como: Tiempo de
bombeabilidad, Características del flujo, Capacidad de
desplazamiento del lodo, Agua libre, Resistencia a la
compresión y Pérdida de fluido.
RENDIMIENTO
Es el volumen que se obtiene al mezclar un saco de
cemento con la cantidad deseada de agua y otros aditivos.
se suele expresar en en m3/kg o feet cúbicos saco.
TIEMPO DE
ESPESAMIENTO
Las pruebas del tiempo de espesamiento sirven
para calcular el tiempo en que la lechada ésta en
estado líquido en las condiciones de presión y
temperatura simuladas en el pozo, estas
condiciones se simulan con un consistómetro
presurizado que mide la consistencia de la lechada
de prueba contenida en una copa rotativa
AGUA DE MEZCLA
Es la cantidad de agua, expresada en galones por
saco de mezcla de cemento seco, antes de la
adición de los aditivos líquidos, normalmente se
expresa en galones por saco y puede ser tanto agua
dulce como agua salada
RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN
Esta propiedad se requiere en el cemento para: Asegurar
y soportar la tubería de revestimiento, Soportar la carga
de impacto de la perforación y los disparos, Suportar las
presiones hidráulicas sin fracturarse, Soportar la carga de
las fuerzas tectónicas tales como las ejercidas por los
domos de sal.
CONTROL DE PÉRDIDA
DE FLUIDO
Las pruebas de agua libre sirven para medir la tendencia
del agua a separase de la lechada de cementación. Esta
tendencia se mide en mL/250 mL. En primer lugar, se
prepara una lechada de cementación, se la somete a las
condiciones del pozo y se la deja reposar en una probeta
(vertical o con una inclinación de 45 0) durante dos
horas: pasado este tiempo, se mide en el cilindro la
cantidad de agua libre que hay en la superficie de la
lechada.
EQUIPOS DE
CEMENTACIÓN
EQUIPO DE MATERIAL
A GRANEL
En los trabajos de cementación primaria. se
necesitan Os sigukntes equipos de material a granel
para almacenar el cemento seco y transferirlo al
sistema de mezclado de cemento .
Silos a presión o silos de gravedad: los distintos
cementos y mezclas deben almacenarse en silos
separados. Los silos deben tener la capacidad
suficiente para almacenar el cemento necesario.
Además, estos silos también sirven para mezclar y
manipular aditivos y material a granel en seco.
Transporte de cemento a granel: se utilizan para
transportar el cemento seco hasta el pozo. También
pueden utilizarse durante la cementación para
transferir directamente el cemento al sistema de
mezclado.
Compresor de aire: suministra el aire
para presurizar los silos y llevar a cabo
la transferencia de cemento.
Mangueras de caucho de 4 pulgadas: sirven para
transferir el material desde el silo hasta el
equipo de mezclado de cemento; también se
utilizan para las líneas de ventilación.
Tanque de descarga: ayuda a controlar el
flujo de cemento seco desde la planta de
material a granel al sistema de mezclado.
UNIDAD DE BOMBEO
DE CEMENTO
La unidad de bombeo de cemento
desempeña las siguientes funciones:
suministra alta potencia y presión de
bombeo, mide los fluidos de la mezcla,
proporciona y controla el sistema de
mezclado de cemento, controla el caudal
y la presión de bombeo.
LÍNEA DE
TRATAMIENTO
La línea de tratamiento es un conjunto de
tuberías, Tes, válvulas y uniones giratorias que
se utiliza para llevar la lechada de cementación
y otros fluidos bombeados desde la unidad de
cementación al pozo
SISTEMA DE
MEZCLADO POR
BACHES
La mezcla por baches es un sistema simple
para la mezcla de lechadas de cemento. Existen
varios tipos de mezcladores por baches, con
una capacidad que oscila entre 15 y 150 bbl.
Normalmente, estos mezcladores están
equipados con paletas, bombas centrifugas de
circulación, y lineas para que la lechada circule
y se mezcle en los tanques por baches durante
el proceso de mezcla.
ACCESORIOS DE LA
SARTA DE
REVESTIMIENTO
ADITIVOS
ACELERADORES DE
FRAGUADO:
Los aceleradores generalmente trabajan para
disminuir el tiempo de espesamiento y
desarrollar resistencia compresiva en corto
tiempo Hay tres tipos básicos de acelerantes:
Cloruro de calcio, Cloruro de sodio, Agua de
mar.
RETARDADORES
Son químicos que se usan para demorar el tiempo de
fraguado del cemento con el fin de permitir que haya
tiempo para una adecuada colocación de la lechada.
Algunos retardadores de fraguado son: Cloruro de
Sodio, Lignosulfonatos, Derivados de Celulosa.
DISPERSANTES
Ayudan a mantener una distribución uniforme de los
componentes en la lechada, lo que da por resultado
mantener las propiedades de flujo. Se usan para:
Inducir flujo turbulento, Reducir el contenido de agua y
así aumentar la resistencia compresiva de la lechada,
típicamente en trabajos de tapón y pueden usarse con
adición de agentes densificantes Para control de
pérdida de fluidos.
EXTENDEDORES
Los extendedores se usan por una de las siguientes
razones: Disminuir la densidad de la lechada para
reducir la presión hidrostática durante el trabajo de
cementación, Aumentar el rendimiento de la lechada
(pies cúbicos de lechada por saco de cemento) y por
tanto disminuir el costo general
AGENTES
DENSIFICANTES
Productos químicos que se usan para aumentar la
densidad de la lechada de cemento, Deben cumplir con
los siguientes requerimientos: Alta gravedad específica,
Tamaños de partícula más grandes. Si los tamaños son
pequeños, aumentan la viscosidad, Baja absorción de
agua, Disponibilidad y costo aceptable.
MATERIALES PARA CONTROL
DE PÉRDIDAS DE
CIRCULACIÓN (LCM)
Ayudar a combatir la pérdida de circulación. Lo
pueden hacer al: Prevenir que ocurran fracturas
inducidas Curar la pérdida de circulación por
medio de la formación de un puente de baja
permeabilidad a través de la apertura, Los
materials usados como agentes LCMs pueden ser:
Granulares, Escamas, Fibrosos.
ADITIVOS ESPECIALES
AGENTES TIXOTRÓPICOS: Este término describe un
sistema de consistencia gel que se convierte en fluido
bajo condiciones de corte. Este tipo es útil en zonas
de pérdida de circulación.
ANTIESPUMANTES O DESESPUMANTES: Estos son
aditivos que remueven la espuma de la lechada de
cemento, pueden encontrarse como antiespumantes
o desespumantes.
AGENTES DE PREVENCIÓN DE LA RETROGRESIÓN
DE RESISTENCIA: Se usan productos de arena de
sílice para prevenir ese problema.
BLOQUEADORES DE ACANALAMIENTO DE GAS:
Esto se relaciona con la pérdida de presión
hidrostática durante el proceso de deshidratación.