Traducido desde: http://www.drillingformulas.com/balanced-cement-plug-calculation/
Los Tapones Balanceados de cemento constituyen el método de asentar o
posicionar un volúmen de cemento (Tapón) por la aplicación de la
Hidrostática balanceada. Cuando hablamos de "Balance" estamos indicando
que la presión hidrostática al final de la tubería es la misma que la
observada en el espacio anular (ver figura de abajo).
(Presión Hidrostática balanceada en ambos lados)
Esta actividad de bombeo de un tapón de cemento no es una de las operaciones rutinarias de operation, ya que se realiza en ciertas situaciones, tales como Tapones de DESVÍO, Tapones de ABANDONO, etc.
Una
vez realizados los cáclulos, se sabrá que tantos volumenes de fluido
deben bombearse hasta lograr un balance hidrostatico en ambos lados
(tubería y anular). Sin embargo, prácticamente es posible que se necesite sobre desplazar unos cuantos barriles,
por lo tanto, se debe tener la capacidad de sacar la tubería seca y
permitir que el cemento caiga mientras se está sacando fuera del hoyo. Ello también nos permite evitar que el cemento suba debido a los efectos del suabeo.
La
Cola o Tubería de Cementación puede variar en medidas desde la de un
drill pipe (5") a la de un Tubo pequeño (2-7/8”). Algunos prefieren usar
tubulares pequeños como Tubing, por ejemplo, para minimizar el suabeo
de cemento mientras se esta sacando la tubería hasta superficie. Así por
ejemplo, se puede usarcomo Cola 500 pies de Tubing 2-7/8” y el resto se
puede completar con tubería de perforación (Dp´s 5")
La longitud del cemento se basa en las especificaciones requeridas por la experiencia de cada empresa operadora. Dicha longitud puede variar desde unos cuantos cientos de pies hasta cubrir varios cientos más.Normalmente la longitud del cemento es la que tiene que quedar en fondo una vez retirada la tuberia, por lo que Depende del tipo de trabajo que se está haciendo en el Pozo. Si se está realizando un Tapón de Desvío común, se requieren 500 pies de cemento. Si se requiere cementar una tubería o BHA pegados, se necesita posicionar más pies de cemento adicionales al tope del BHA.
La longitud del cemento se basa en las especificaciones requeridas por la experiencia de cada empresa operadora. Dicha longitud puede variar desde unos cuantos cientos de pies hasta cubrir varios cientos más.Normalmente la longitud del cemento es la que tiene que quedar en fondo una vez retirada la tuberia, por lo que Depende del tipo de trabajo que se está haciendo en el Pozo. Si se está realizando un Tapón de Desvío común, se requieren 500 pies de cemento. Si se requiere cementar una tubería o BHA pegados, se necesita posicionar más pies de cemento adicionales al tope del BHA.
CALCULOS PARA TAPONES DE CEMENTO BALANCEADOS.
Para esta operaion se requiere determinar los siguientes valores:
1. Volúmen del Cemento que se requiere.
2. Altura del Cemento y Espaciador cuando la Tubería está en el Hoyo.
3. Volumen a desplazar para Balancear la Hidrostática en ambos lados (anular y tubería). Cuando se termine el desplazamiento se debe tener iguales alturas de Cemento/ Espaciador/ Lodo en ambas columnas, tal como lo muestra la figura de al lado
4. Una vez sacada la cola de cementación y la tubería, se debe contar con un balance en el fondo tal como lo muestra la siguiente figura.
Para esta operaion se requiere determinar los siguientes valores:
1. Volúmen del Cemento que se requiere.
2. Altura del Cemento y Espaciador cuando la Tubería está en el Hoyo.
3. Volumen a desplazar para Balancear la Hidrostática en ambos lados (anular y tubería). Cuando se termine el desplazamiento se debe tener iguales alturas de Cemento/ Espaciador/ Lodo en ambas columnas, tal como lo muestra la figura de al lado
4. Una vez sacada la cola de cementación y la tubería, se debe contar con un balance en el fondo tal como lo muestra la siguiente figura.
Ejemplo de Cálculos
Se planea posicionar un Tapón de abandono en hoyo abierto a través de una arena.
INFORMACION DEL POZO:
• Zapata de 7” @ 6000’ MD/ 5500’ TVD.
• Revestidor 7” / 23 ppf , rosca BTC --> ID = 6.366".
• Fluido de Perforación = 10.0 lpg Lodo Base Aceite.
• Diametro del Hoyo = 6,25” basado en Registro Caliper.
• TD del Pozo = 12.000’ MD/ 10.000’ TVD
• Intervalo de Arena 9000 – 9500 ft
• Longitud Planificada del Cemento 1.000 pies
• Base planificada del Tapón @ 9600 pies
• Espaciador: 50 bbl @ 10,5 lpg.
• Cola de Cementación: 1200 pies de tubing 2-7/8” (ID= 2,44") .
• Diametro DP= 4” --> ID = 3.35 pulgadas
• Exceso = 0%
• Peso del Cemento= 16,0 Lpg
Se planea posicionar un Tapón de abandono en hoyo abierto a través de una arena.
INFORMACION DEL POZO:
• Zapata de 7” @ 6000’ MD/ 5500’ TVD.
• Revestidor 7” / 23 ppf , rosca BTC --> ID = 6.366".
• Fluido de Perforación = 10.0 lpg Lodo Base Aceite.
• Diametro del Hoyo = 6,25” basado en Registro Caliper.
• TD del Pozo = 12.000’ MD/ 10.000’ TVD
• Intervalo de Arena 9000 – 9500 ft
• Longitud Planificada del Cemento 1.000 pies
• Base planificada del Tapón @ 9600 pies
• Espaciador: 50 bbl @ 10,5 lpg.
• Cola de Cementación: 1200 pies de tubing 2-7/8” (ID= 2,44") .
• Diametro DP= 4” --> ID = 3.35 pulgadas
• Exceso = 0%
• Peso del Cemento= 16,0 Lpg
Determinar el Volumen de Cemento Requerido y el Plan de Desplazamiento a Seguir.
1. Volumen de Cemento?
Capacidad del Hoyo del Pozo = 6,252 ÷ 1029,4 = 0,0379 bbl/ft
Volumen de Cemento = longitud cemento x Capacidad del Hoyo
Volumen de cemento = 1000 ft x 0,0379 bbl/ft = 37,9 bbl
2. Qué altura alcanzará el Cemento mientras la Cola + Tubería están en Fondo?
Capacidad Cola de Cmto ( tubing 2-7/8”) = 2,4412 ÷ 1029,4 = 0,0058 bbl/pie
Capacidad Anular Hoyo - Cola Cmto = (6,252 – 2,8752) ÷ 1029,4 = 0,03 bbl/pie
Mientras esté la tubería en el hoyo, el Tope del Cemento (TDC) estará más arriba.
Calculamos el TDC por la siguiente fórmula
Longitud del Cemento con Tubería = Volumen Cmto ÷ (Capacidad Tubing + Capacidad Anular)
Donde;
Longitud del Cmto c/ Tuberia en pies
Volumen de Cmto en bbl.
Capacidad del Tubing en bbl/pie
Capacidad Anular en bbl/pie
Longitud del Cmto c/ Tuberia = 37,9 ÷ (0,03+0,0058) = 1.059 pies
Ello significa que la altura del tapón cuando está la tubería será de 1059 pies, por lo tanto TDC con tubería en el Hoyo estará @ 8541 pìes (9600'-1059').
3. Altura del Espaciador mientras la Tubería está en el Hoyo.
Si se planifica bombear 50 bbl de fluido espaciador previo al cemento, entonces es posible que parte del espaciador suba por encima del tope de la Cola de Cementación 2-7/8".
Vol Espaciador Tope Cmto - Tope de Cola 2-7/8" (Vol Espac1)
Vol Espac1 = (Cap Anular Hoyo - Cola 2-7/8") x (Longitud TDC - Tope de Cola 2-7/8")
Vol Espac1 = 0,03 x (8541-8400) = 4,23 bbl.
Entonces el resto del volumen del espaciador será 45,77 barriles (50 - 4,23) y estará ubicado entre el Espacio anular del Hoyo del Pozo a Drill Pipe.
Longitud de Espaciador Hoyo - Dp = Volumen Espaciador ÷ (Capacidad Anular Hoyo - DP 4")
Capacidad Anular Hoyo - DP 4"= (6,252-42) ÷ 1029,4 = 0,0224 bbl/pie
Longitud de Espaciador Hoyo - Dp = 45,77 ÷ 0,0224 bbl/pie = 2043 pies
Entonces el Tope del Espaciador será igual al Tope de la Cola 2-7/8" menos la Longitud del Espaciador ubicado entre el Hoyo y Dp 4"
Tope del Espaciador = 8400 pies – 2043 pies = 6357 pies
Capacidad del Hoyo del Pozo = 6,252 ÷ 1029,4 = 0,0379 bbl/ft
Volumen de Cemento = longitud cemento x Capacidad del Hoyo
Volumen de cemento = 1000 ft x 0,0379 bbl/ft = 37,9 bbl
2. Qué altura alcanzará el Cemento mientras la Cola + Tubería están en Fondo?
Capacidad Cola de Cmto ( tubing 2-7/8”) = 2,4412 ÷ 1029,4 = 0,0058 bbl/pie
Capacidad Anular Hoyo - Cola Cmto = (6,252 – 2,8752) ÷ 1029,4 = 0,03 bbl/pie
Mientras esté la tubería en el hoyo, el Tope del Cemento (TDC) estará más arriba.
Calculamos el TDC por la siguiente fórmula
Longitud del Cemento con Tubería = Volumen Cmto ÷ (Capacidad Tubing + Capacidad Anular)
Donde;
Longitud del Cmto c/ Tuberia en pies
Volumen de Cmto en bbl.
Capacidad del Tubing en bbl/pie
Capacidad Anular en bbl/pie
Longitud del Cmto c/ Tuberia = 37,9 ÷ (0,03+0,0058) = 1.059 pies
Ello significa que la altura del tapón cuando está la tubería será de 1059 pies, por lo tanto TDC con tubería en el Hoyo estará @ 8541 pìes (9600'-1059').
3. Altura del Espaciador mientras la Tubería está en el Hoyo.
Si se planifica bombear 50 bbl de fluido espaciador previo al cemento, entonces es posible que parte del espaciador suba por encima del tope de la Cola de Cementación 2-7/8".
Vol Espaciador Tope Cmto - Tope de Cola 2-7/8" (Vol Espac1)
Vol Espac1 = (Cap Anular Hoyo - Cola 2-7/8") x (Longitud TDC - Tope de Cola 2-7/8")
Vol Espac1 = 0,03 x (8541-8400) = 4,23 bbl.
Entonces el resto del volumen del espaciador será 45,77 barriles (50 - 4,23) y estará ubicado entre el Espacio anular del Hoyo del Pozo a Drill Pipe.
Longitud de Espaciador Hoyo - Dp = Volumen Espaciador ÷ (Capacidad Anular Hoyo - DP 4")
Capacidad Anular Hoyo - DP 4"= (6,252-42) ÷ 1029,4 = 0,0224 bbl/pie
Longitud de Espaciador Hoyo - Dp = 45,77 ÷ 0,0224 bbl/pie = 2043 pies
Entonces el Tope del Espaciador será igual al Tope de la Cola 2-7/8" menos la Longitud del Espaciador ubicado entre el Hoyo y Dp 4"
Tope del Espaciador = 8400 pies – 2043 pies = 6357 pies
4. Volumen de Espaciador que tenga Igual altura en Anular
El volumen del espaciador dentro de la Tubería será igual al volumen ubicado dentro de la Cola 2-7/8" más el que está en el DP 4”.
Volumen de Espaciador en Cola 2-7/8" = Capacidad de Cola 2-7/8" x longitud (TDC - Tope de Cola 2-7/8")
Capacidad de Cola 2-7/8" = 2.4412 ÷ 1029,4 = 0,0058 bbl/pie
Volumen de Espaciador en Cola 2-7/8" = 0,0058 x (8541-8400) =0,8178 bbl.
Volumen de Espaciador en DP 4” = Capacidad DP 4" x Longitud ( Tope de Cola 2-7/8" - Tope de Espaciador)
Capacidad DP 4" = 3,352÷ 1029.4 = 0,0109 bbl/pie
Volumen de Espaciador en DP 4”= 0,0109 x (8400 – 6357) = 22,27 bbl
Volumen Total Espaciador en Tubería = 22,27 + 0,8178 = 23,1 bbl.
5. Volumen de Desplazamiento de Lodo
Con la finalidad de balancear la presión hidrostática, el volúmen de lodo a desplazar será desde superficie hasta el tope del espaciador
Volume de Desplazamiento de Lodo = capacidad DP 4” x tope del Espaciador
Volume de Desplazamiento de Lodo = 0,0109 x 6357 = 69,3 bbl.
De los cálculos realizados determinamos los siguientes pasos de Bombeo para Balancear el Tapón de Cemento:
1. Bombear 50,00 bbl de Espaciador.
2. Bombear 37,90 bbl de cemento.
3. Bombear 22,27 bbl de Espaciador.
4. Bombear 69,30 bbl de Lodo de Perforación. ** Se debe sobre desplazar 2-3 bbl para crear el efecto de caída en el cemento. **
5. Sacar lentamente hasta arriba del Cemento TDC
6. Circular en forma Inversa, desde el fondo hasta superficie.
7. Sacar la tubería desde el fondo hasta la superficie.
Finalmente el cemento, un vez sacada la tubería y la cola 2-7/8" queda como lo muestra la figura de abajo.
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