Los cálculos para una Lechada o mezcla de Cemento (volumen, densidad,
rendimiento) son muy simples y la base de todo es un cálculo de Balance
de masas. Los cálculos de cemento con aditivos sean líquidos o sólidos
son fácil de entender. Sin embargo, lechadas complejas como el cemento
espuma son casi imposibles de realizar a mano debido a la complejidad
que presentan, en cuyos casos se requiere del Programa de una compañia
de Servicios de Cementación para realizar el trabajo. En este artículo
se explicaran los cálculos necesarios para un trabajo comun de
cementación en el Taladro.
TERMINOS COMUNES QUE NECESITAS SABER:
• Por Definición, un saco de cemento es igual a 94 libras.
• Los aditivos Líquidos en la mayor parte de los casos son medidos en Galones por Saco (US gal/sack).
• La densidad del Agua Fresca es de 8.33 lpg.
• La densidad del agua salada puede variar según el lugar. El personal debe revisar dicho valor específico para cada zona.
• Los aditivos sólidos son mayormente expresados en Porcentaje por Peso de cemento.. Por ejemplo 35% arena silica significan que cada medida de peso en la mezcla contienen 35% de arena sílica.
• Para el Cemento Salado se expresa de diferentes formas , comunmente en tanto por ciento de sal por peso de agua -
• La Densidad del cemento es aproximadamente 3.16 SG (26.32 Lpg).
FACTORES DE CONVERSION COMUNES usados en los Cálculos de Cementación:
1 SG = 8,33 LPG
1 pie cubico = 7,48 galones
1 Tonelada Metrica (1000 kg) = 2204,6 barriles
1 kg = 2,2046 libras
1 bbl = 42 Galones Americanos (US Gallon)
El Volumen Absoluto es el volumen ocupado por las partículas solidas sin incluir los espacios vacíos entre ellas. Por ejemplo, la densidad del cemento seco es de 26.32 lb/gal, por lo tanto cada libra de cemento tiene un volumen de 1/26,32 galones, a lo que es igual a 0,038 gal/lb. Esto es un concepto muy importante que se debe conocer y entender ya que todos los cálculos para el cemento se basan en el Volumen Absoluto del mismo.
Rendimiento del Cemento es el volumen total de la mezcla obtenido por cada saco de cemento seco.
CALCULO DEL VOLUMEN DE CEMENTO
Estos se basan en la capacidad anular del pozo multiplicado por la longitud de cemento requerido por el Programa de Cementación . A continuación explicaremos como se puede determinar el volumen de cemento según sus especificaciones y el volumen requerido para su desplazamiento. Despues de leer lo siguiente serás capaz de realizar los cálculos mas importantes para la realización de un trabajo de Cementación.
Información del Pozo:
Un pozo es perforado con una mecha 8-1/2" hasta la profundidad de 9.015 pies en MD (8.505´ TVD) con lodo Base Aceite de 9.5 lpg de densidad. El diametro del hoyo desnudo se estima a 8.6".
El Revestidor anterior es de 9-5/8", cuya zapata se encuentra a 6.500' MD (5000' TVD).
Se planifica correr un revestidor 7" asentando la zapata a la profundidad de 9.000' MD (8.500' TVD)
Se tiene un Cuello Flotador a la profundidad de 8.960' MD (8.470' TVD)
El tope del cemento se ubicará a 2000 pies dentro del revestidor 9-5/8".
El volumen del Espaciador será desde el tope del cemento hasta la Superficie.
Información del Revestidor
Revestidor 7”--> ID = 6.185”
Revestidor 9-5/8” -> ID = 8.85”
Usar el diametro estimado del hoyo desnudo para Calcular el Volumen de Cemento Requerido.
El Esquema del Pozo queda de la Siguiente manera:.
Determinar los siguientes valores :
• Volumen de Cemento
• Volumen del Espaciador
• Volumen de Desplazamiento
De acuerdo con el Programa de Cementación, el Esquema del Pozo queda de la siguiente forma.
Determinando el Volumen de Cemento
Volumen Total de Cemento = (Cemento en Anular Revestidor 7" - Hoyo Desnudo) + (Cemento en Anular Revestidor 9-5/8" - Revestidor 7") + (Cemento en Cuello Flotador - Zapata (Shoe Track))
Se necesitan entonces calcular tres secciones de volumenes par obtener el Volumen total de Cemento que se va a utilizar:
1. Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 7" y el Hoyo Desnudo.
2. Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 9-5/8” y el Revestidor 7”
3. Cemento en el Shoe Track (Interior del Revestidor 7" ubicado entre la Zapata y el Cuello Flotador).
El Volumen de cemento se obtiene de la Capacidad Anular multiplicada por la Longitud de Cada Sección .
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 7" y el Hoyo Desnudo.
Capacidad anular Cemento Rev 7" - Hoyo Desnudo. = (8.62-72) ÷ 1029.4 = 0.02425 bbl/pie
Longitud desde Zapata 7" a Zapata 9-5/8” = 9000 – 6500 = 2500 pies
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 7" y el Hoyo Desnudo = 0.02425 bbl/pie ×2500 pies = 60.6 bbl
Longitud desde Zapata 7" a Zapata 9-5/8” = 9000 – 6500 = 2500 pies
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 7" y el Hoyo Desnudo = 0.02425 bbl/pie ×2500 pies = 60.6 bbl
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 9-5/8” y el Revestidor 7”
Capacidad Anular Revestidor 9-5/8”- Revestidor 7” = (8.852-72) ÷ 1029.4 = 0.02849 bbl/pie
Longitud de cemento dentro del Revestidor 7” = 2000 ft
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 9-5/8” y el Revestidor 7” = 0.02849 bbl/pie x 2000 pies = 57 bbl
Cemento en Shoe Track
Capacidad Interna del Revestidor 7” = 6.1852 ÷ 1029.4 = 0.03716 bbl/pie
Longitud del Shoe Track = 40 pies
Cemento en shoe track = 40 x 0.03716 = 1.5 bbl
Volumen Total de Cemento = 60.6 + 57 + 1.5 = 119.1 bbl
Determinar Volumen del Espaciador Según el Programa, el Espaciador debe llegar a Superficie, por lo tanto:
Volumen del Espaciador = Capacidad Anular entre Rev 9-5/8” y Rev 7” x longitud del Espaciador
Capacidad Anular Rev 9-5/8” / Rev 7”= (8.852-72) ÷ 1029.4 = 0.02849 bbl/pie
Longitud del Espaciador= Volumen Anular hasta el Tope del Cemento.
Tope del Cemento @2000 pies dentro de la Zapata 9-5/8" = 6.500' – 2.000' = 4.500 pies
Volumen del Espaciador = 0.02849 x 4.500 pies = 128.2 bbl
Determinar Volumen del Desplazamiento El volumen de desplazamiento abarca desde la superficie hasta el Cuello Flotador, donde se asentará el Tapón Duro o de Desplazamiento:
Vol Desplazamiento = Capacidad Interna del Revestidor 7” x Profundidad del Cuello Flotador
Capacidad Rev 7” = 6.1852 ÷ 1029.4 = 0.03716 bbl/pie
Profundidad del Cuello Flotador = 8.960 ft
Volumen del Desplazamiento = 0.03716 x 8960 = 333 bbl
Conclusión de los Cálculos
• Volumen de Cemento = 119.1 bbl
• Volumen del Espaciador = 128.2 bbl
• Volumen del Desplazamiento = 333 bbl
CALCULO DEL REQUERIMIENTO DE AGUA Y EL RENDIMIENTO DE LA LECHADA.
En esta sección aprenderemos a determinar el Requerimiento de Agua , expresado en Galones/saco (gal/sack) y el Rendimiento del Cemento (gallon/sack) según lo requiera el Programa de Cementación y la Lechada de Cemento requerida.
Se requiere establecer la siguiente fórmula de Cemento:
Cemento Clase G
35% Silica de Arena (35% por peso de Cemento)
0.2 gps de Aditivo A
0.6 gps of Aditivo B
Densidad Requerida de la Mezcla = 15.5 lpg
El volumen absoluto de cada Componente es el siguiente:
Cemento Clase G = 0.0382 gal/lb
Arena Sílica = 0.0456 gal/lb
Aditivo A= 0.0974 gal/lb
Aditivo B = 0.103 gal/lb
Determinar el Requerimiento y el Rendimiento del Cemento
Usaremos el mismo concepto que en los cálculos anteriores--> Volúmen = Peso x Volumen Absoluto
Donde:
Volume en gal/saco
Peso en lb/saco
Volumen Absoluto en gal/lb
Creamos una Tabla donde se muestren cada componente de la mezcla de cemento:
Longitud de cemento dentro del Revestidor 7” = 2000 ft
Cemento en el espacio Anular ubicado entre el Revestidor 9-5/8” y el Revestidor 7” = 0.02849 bbl/pie x 2000 pies = 57 bbl
Cemento en Shoe Track
Capacidad Interna del Revestidor 7” = 6.1852 ÷ 1029.4 = 0.03716 bbl/pie
Longitud del Shoe Track = 40 pies
Cemento en shoe track = 40 x 0.03716 = 1.5 bbl
Volumen Total de Cemento = 60.6 + 57 + 1.5 = 119.1 bbl
Determinar Volumen del Espaciador Según el Programa, el Espaciador debe llegar a Superficie, por lo tanto:
Volumen del Espaciador = Capacidad Anular entre Rev 9-5/8” y Rev 7” x longitud del Espaciador
Capacidad Anular Rev 9-5/8” / Rev 7”= (8.852-72) ÷ 1029.4 = 0.02849 bbl/pie
Longitud del Espaciador= Volumen Anular hasta el Tope del Cemento.
Tope del Cemento @2000 pies dentro de la Zapata 9-5/8" = 6.500' – 2.000' = 4.500 pies
Volumen del Espaciador = 0.02849 x 4.500 pies = 128.2 bbl
Determinar Volumen del Desplazamiento El volumen de desplazamiento abarca desde la superficie hasta el Cuello Flotador, donde se asentará el Tapón Duro o de Desplazamiento:
Vol Desplazamiento = Capacidad Interna del Revestidor 7” x Profundidad del Cuello Flotador
Capacidad Rev 7” = 6.1852 ÷ 1029.4 = 0.03716 bbl/pie
Profundidad del Cuello Flotador = 8.960 ft
Volumen del Desplazamiento = 0.03716 x 8960 = 333 bbl
Conclusión de los Cálculos
• Volumen de Cemento = 119.1 bbl
• Volumen del Espaciador = 128.2 bbl
• Volumen del Desplazamiento = 333 bbl
CALCULO DEL REQUERIMIENTO DE AGUA Y EL RENDIMIENTO DE LA LECHADA.
En esta sección aprenderemos a determinar el Requerimiento de Agua , expresado en Galones/saco (gal/sack) y el Rendimiento del Cemento (gallon/sack) según lo requiera el Programa de Cementación y la Lechada de Cemento requerida.
Se requiere establecer la siguiente fórmula de Cemento:
Cemento Clase G
35% Silica de Arena (35% por peso de Cemento)
0.2 gps de Aditivo A
0.6 gps of Aditivo B
Densidad Requerida de la Mezcla = 15.5 lpg
El volumen absoluto de cada Componente es el siguiente:
Cemento Clase G = 0.0382 gal/lb
Arena Sílica = 0.0456 gal/lb
Aditivo A= 0.0974 gal/lb
Aditivo B = 0.103 gal/lb
Determinar el Requerimiento y el Rendimiento del Cemento
Usaremos el mismo concepto que en los cálculos anteriores--> Volúmen = Peso x Volumen Absoluto
Donde:
Volume en gal/saco
Peso en lb/saco
Volumen Absoluto en gal/lb
Creamos una Tabla donde se muestren cada componente de la mezcla de cemento:
| Peso (lb/saco) | Volumen.Absoluto (gal/lb) | Volumen (Gal/saco) | |
| 1 saco ClaseG | 94 | 0,0382 | 94 x 0,0382 = 3,591 |
| 35% ArenaSilica | 0,35 x 94 = 32,9 | 0,0456 | 32,9 x 0,0456 = 1,5 |
| Aditivo A | 0,1 ÷ 0,0974 = 1,0267 | 0,0974 | 0,2 |
| Aditivo B | 0,6 ÷ 0,103 = 5,825 | 0,0103 | 0,6 |
| AGUA | 8,33 x K? | 1/8,33 | K? |
| Total | 94+32.9+1.0267+5.825+(8.33.K) | 3.591+1.5+0.2+0.6+K? |
Donde K es la Variable que debemos resolver.
Peso Total por Cada Saco de Cemento = 94 + 32.9 + 1.0267 + 5.825 + 8.33K = 133.7517 + 8.33K
Volumen Total de Mezcla por Cada Saco de Cemento = 3.591 + 1.5 + 0.2 + 0.6 + K = 5.891 + K
Densidad del Cemento = Peso Total por Saco de Cemento ÷ Volumen Total de la Mezcla de Cemento
15.5 lpg = (133.7517 + 8.33K) ÷ (5.891 + K)
Despejando tenemos que --> K = 5.92
Despues que se resuelva K , podemos obtener el Requerimiento de Agua y el Rendimiento de la Lechada de cemento.
REQUERIMIENTO DE AGUA= 5.92 gal/sack.
RENDIMIENTO DEL CEMENTO = 5.891 + 5.92 = 11.811 gal/sack
.......................
Ahora vamos a determinar el peso total del cemento y el agua para un volumen de cemento Requerido.
Veamos el ejemplo.
El volumen calculado de cemento fue de 150 bbl y la fórmula de la mezcla es como se muestra abajo:
Cemento Clase G
35% Arena Sílica
0.2 gps de Aditivo A
0.6 gps de Aditivo B
0.9 gps de Aditivo C
Densidad requerida de la Lechada = 15.9 ppg
VOLUMEN ABSOLUTO DE CADA COMPONENTE
Cemento Clase G = 0.0382 gal/lb
Arena Sílica = 0.0456 gal/lb
Aditivo A = 0.0974 gal/lb
Aditivo B = 0.103 gal/lb
Aditivo C = 0.112 gal/lb
Determinar la cantidad total de cemento y el agua requerida para preparar 150 barriles de Lechada.
Volúmen = Peso x Volumen Absoluto
Donde:
Volume en gal/saco
Peso en lb/saco
Volumen Absoluto en gal/lb
Construimos la Tabla de los Componentes de la Mezcla
Peso Total por Cada Saco de Cemento = 94 + 32.9 + 1.0267 + 5.825 + 8.33K = 133.7517 + 8.33K
Volumen Total de Mezcla por Cada Saco de Cemento = 3.591 + 1.5 + 0.2 + 0.6 + K = 5.891 + K
Densidad del Cemento = Peso Total por Saco de Cemento ÷ Volumen Total de la Mezcla de Cemento
15.5 lpg = (133.7517 + 8.33K) ÷ (5.891 + K)
Despejando tenemos que --> K = 5.92
Despues que se resuelva K , podemos obtener el Requerimiento de Agua y el Rendimiento de la Lechada de cemento.
REQUERIMIENTO DE AGUA= 5.92 gal/sack.
RENDIMIENTO DEL CEMENTO = 5.891 + 5.92 = 11.811 gal/sack
.......................
Ahora vamos a determinar el peso total del cemento y el agua para un volumen de cemento Requerido.
Veamos el ejemplo.
El volumen calculado de cemento fue de 150 bbl y la fórmula de la mezcla es como se muestra abajo:
Cemento Clase G
35% Arena Sílica
0.2 gps de Aditivo A
0.6 gps de Aditivo B
0.9 gps de Aditivo C
Densidad requerida de la Lechada = 15.9 ppg
VOLUMEN ABSOLUTO DE CADA COMPONENTE
Cemento Clase G = 0.0382 gal/lb
Arena Sílica = 0.0456 gal/lb
Aditivo A = 0.0974 gal/lb
Aditivo B = 0.103 gal/lb
Aditivo C = 0.112 gal/lb
Determinar la cantidad total de cemento y el agua requerida para preparar 150 barriles de Lechada.
Volúmen = Peso x Volumen Absoluto
Donde:
Volume en gal/saco
Peso en lb/saco
Volumen Absoluto en gal/lb
Construimos la Tabla de los Componentes de la Mezcla
| Peso (lb/sack) | Volumen.Absoluto (gal/lb) | Volumen (Gal/sack) | |
| 01 Saco de Cemento Clase G | 94 | 0.0382 | 94 x 0.0382 = 3.591 |
| 35% Arena.Sílica | 0.35 x 94 = 32.9 | 0.0456 | 32.9 x 0.0456 = 1.5 |
| Aditivo A | 0.1 ÷ 0.0974 = 1.0267 | 0.0974 | 0.2 |
| Aditivo B | 0.6 ÷ 0.103 = 5.825 | 0.0103 | 0.6 |
| Aditivo C | 0.9 ÷ 0.112 = 8.036 | 0.112 | 0.9 |
| AGUA | 8.33 x K | 1/8.33 | K |
| Total | 94+32.9+1.0267+5.825 +8.036 + (8.33K) | 3.591+1.5+0.2 +0.6+ 0.9 + K |
K es la variable del Requerimiento de Agua.
Peso Total por Saco de Cemento = 94 +32.9 +1.0267 +5.825 +8.036 +8.33k = 141.7877 + 8.33K
Volumen Total de Lechada por Saco de Cemento = 3.591 + 1.5 + 0.2 + 0.6 + 0.9 + K = 6.791 + K
Densidad del Cemento = Peso Total por Saco de Cemento ÷ Volumen Total de Lechada de Cemento
15.9 lpg = (141.7877 + 8.33K) ÷ (6.791 + K)
--> K = 4.466 gal/saco
REQUERIMIENTO DE AGUA= 4.466 gal/saco
RENDIMIENTO DEL CEMENTO = 6.791+4.466 = 11.257 gal/saco
Si el volumen Total de cemento es 150 bbl.
Convertir Barriles a Galones multiplicando por 42 (1 bbl = 42 galones)
150 bbl = 150 x 42 = 6300 galones
Sacos Totales de Cemento Requeridos.
Sacos Totales = Volumen Total de Cemento ÷ Rendimiento del Cemento
Sacos Totales = 6300 galones ÷ 11.257 gal/saco = 560 sacos
Determinar el Agua Total Requerida
Agua Total = Requerimiento de Agua x Sacos Totales
Agua Total = 4.466 gal/saco x 560 sacos = 2501 galones
Convirtiendolo a Barriles tenemos que:
Agua Total = 2501 gal ÷ 42 gal/bbl = 59.5 bbl.
.........TRADUCIDO desde el sitio drillingformulas.com
