EQUIPOS DE CEMENTACIÓN
Son usados
para realizar la cementación de los pozos petroleros mediante la
colocación de una lechada de cemento en el espacio anular existente
entre la tubería de revestimiento y la formación.
También son usados
para inyectar cemento en posiciones estratégicas, incluidos la
reparación del pozo y su abandono. Estos pueden ser clasificados en:
I. Equipos Superficiales.
II. Equipos Subsuperficiales.
Equipos Superficiales.
Son equipos que se encargan de mezclar el
cemento seco, agua y aditivos, proporcionando así un continuo
suministro de lechada de cemento con las propiedades que se desean para
posteriormente ser bombeadas al pozo.
Estos pueden ser: ⤵️
💡Cabeza Cementadora
💡Unidad Cementadora
💡Tolva para Cemento
💡Bath Mixer
💡Cisterna Colchonera
super
La cementación es un proceso dinámico que consiste en preparar
una lechada (mezcla de agua y cemento) con equipos especiales de mezclado para
luego bombearla y desplazarla hasta el hoyo abierto o hacia la zona
preestablecida. Existen dos tipos de cementaciones: Primarias y secundarias (
manual de Cementación de Pozos CPVEN
(1998))
Cementación Primaria
Mediante esta técnica se posicionan lechadas de cemento
en el espacio anular entre el revestidor y las paredes del hoyo. Al endurecer el cemento sellará de manera hidráulica el hoyo, evitando con ello que los fluidos migren desde la formación
El cemento,
entonces se endurece y forma un sello hidráulico en el hoyo, evitando la
migración de fluidos de la formación hacia el espacio anular, o también hasta los yacimientos
de menor presión e incluso hasta la supercie. Por eso, el cemento tiene que ser capaz de anclar y soportar la sarta de revestidores correspondiente, protegiendo la misma de la corrosión provocada por los fluidos presentes en la formación, y evitando que hayan derrumbes o se formen cavernas en el hoyo.
Cementación Secundaria
Estas constituyen procesos en los cuales
lechada de cemento se bombea en el pozo, bajo presión, de manera FORZADA contra una formación
porosa, ya sea en perforaciones del revestidor (o huecos si los mismos son detectados) o directamente al hoyo
abierto.
Clasificación y Funciones de los Cementos
Los tipos de cemento que se deben usar en la industria petrolera son establecidos por las normas API . Los mismos dependen de las condiciones en las que estan en el pozo, variando desde el punto de congelación
hasta casos de pozos utilizados para inyección de vapor a 700 °F .
Clase A: Para emplearse superficie hasta profundidades de 6000 pies, para casos que no requieren propiedades especiales, con disponibilidad sólo con
resistencia convencional a los sulfatos.
Clase B: Para emplearse superficie hasta profundidades de 6000 pies,
cuando las condiciones requieren moderada a alta resistencia a los sulfatos.
Clase C: Para emplearse superficie hasta profundidades de 6000 pies,
requiriendo condiciones de alta resistencia a la compresión del cemento.
Clase D: Se recomienda su uso desde 6000 pies hasta 10000 pies de
profundidad, en condiciones moderadamente altas de presión y temperatura. Esta
disponible con características de moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Clase E: Es apropiado desde 10000 pies hasta 14000 pies de
profundidad, en condiciones de alta presión y temperatura. Esta disponible con
características de moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Clase F: Para ser usado desde 10000 pies hasta 16000 pies de
profundidad, bajo extremas condiciones de alta presión y temperatura.
Disponible con características de moderada y alta resistencia a los sulfatos.
Clase G: Se usa como un cemento básico desde superficie
hasta 8000 pies
de profundidad y puede ser usado con aceleradores y retardadores para cubrir un
amplio rango de profundidades y temperaturas de pozos.
Clase H: Para usar como un cemento básico desde superficie
hasta 12000 pies
de profundidad y puede usar aceleradores y retardadores para cubrir un amplio
rango de profundidades y temperaturas de pozos.
Clase J: Es empleado desde 12000 pies hasta 16000 pies de
profundidad, bajo condiciones extremadamente altas de presión y temperatura, o
puede usarse con aceleradores o retardadores, para cubrir un amplio rango de
profundidades y temperaturas de pozo.
La siguiente tabla nos muestra la proporción óptima de agua para cada tipo de cemento.
Tabla # 9. Peso normal de los Cementos
Clase
De Cemento
|
Agua
Mezclada
|
Peso
de la
Lechada
|
Rendimiento
Lechada
|
|
API
|
Gal/Saco
|
Porcentaje
|
Lbs/Gal
|
Pie3/Saco
|
A
|
5.2
|
46
|
15.6
|
1.18
|
B
|
5.2
|
46
|
15.6
|
1.18
|
C
|
6.3
|
56
|
14.8
|
1.32
|
G
|
5.0
|
44
|
15.8
|
1.15
|
H
|
4.3
|
38
|
16.4
|
1.06
|
D, E, F
|
4.3
|
38
|
16.4
|
1.06
|
Fuente: Manual de Cementación de Pozos
CPVEN (1998, pág. 2-24)
Cementos especiales
Representa las técnicas que requieren tecnología especial para resolver situaciones específicas, tales como problemas de pérdida de circulación, microanillos,
cementación en ambiente corrosivo, altas temperaturas y migración de gas. Entre este tipo de cementos especiales se encuentran:
- micro cementos,
- cementos tixotrópicos (Mara Petróleo),
- cemento espumado y
- cemento expansivos.
ü Micro cementos:
Permiten resolver situaciones de cementación primaria que requieren alta resistencia y baja densidad. por ejemplo para el taponamiento de zonas donde existe riesgo de pérdida circulación o dónde se pueden formar micro anillos que no permiten la circulación de un cemento normal.
Este tipo de cementos tiene una composición semejante a la del cemento Portland, con la diferencia de un menor tamaño de partículas, teniendo estás un promedio de 10 micrones, el cual es hasta 10 veces menor que el tamaño de las partículas de un cemento clase A.
ü Cementos
tixotrópicos : este tipo de cementos durante el mezclado bombeo y desplazamiento tiene lechadas dispersas y fluidas las cuales adquieren una estructura rígida cuando el bombeo se detiene. La misma se rompe y adquiere nuevamente propiedades de fluidez cuando se reinicia la agitación del cemento.
Este tipo de lechada se emplea en formaciones con problemas de pérdida de circulación, y son ideales para zonas
cavernosas y formaciones de fácil
fracturas por su propiedad gelificante.
También son empleados en situaciones de:
- reparación y corrección de revestidores;
- zonas donde se requiere que la lechada sea inmóvil rápidamente y
- para prevenir migraciones de gas.
Sin embargo sus cambios de bombeabilidad lidad constituyen una desventaja para este tipo de cementos. Ya que la resistencia y el punto cedente tienden a incrementar cada vez que ocurre un período estático.
ü Cemento
espumado: se emplea cuando hay presencia de formaciones que tienen bajo gradiente de fractura, sobre todo aquellas en donde la densidad requerida es menor a 11 lb/gal. Poseen alta resistencia a la compresión, ocasionando menor daño
a la formación sensible al agua, reduciendo los cambios de flujo en el
espacio anular, y permitiendo cementar una zona de pérdida total de
circulación.
ü Cemento
expansivos: se expanden volumétricamente luego del fraguado, con la finalidad nde cerrar
microanillos o prevenir la migración de gas limitadas. La expansión es causada por formación de la etringita de la
reacción entre el yeso y el aluminato de tricálcio. Los cementos expansivos están constituidos por portland combinado con sulfoaluminato de calcio,
y sulfato de calcio y cal
Aditivos
Se emplean para modificar el tiempo de
fraguado, las propiedades reológicas y filtrantes, así como la densidad. Estos
aditivos se clasifican en:
- aceleradores,
- retardadores,
- controladores de pérdida de filtrado,
- extendedores,
- densificantes,
- dispersantes y
- preventores de retrogresión de la resistencia.
Aceleradores
Su objetivo es reducir el tiempo de fraguado del cemento en pozos de baja
temperatura. los cementos a los que se les agrega este aditivo pueden llegar a desarrollar una
resistencia a la compresión de 500 psi en tiempo tan breve como 4 horas. Con ello se ahorra tiempo de operaciones y de equipo al acelerar el fraguado del cemento”.
Los aceleradores utilizados normalmente son: CaCl2, NaCl, KCl y Silicato de Sodio en concentraciones de agua por peso (%BWOW) de: 0.5 a 4.0, 1.0 a 10.0 y de 1.0 a 3.0 para los dos últimos casos respectivamente. En casos excepcionales se usan Alcoholes, NaOH y Yeso.
Retardadores
Su función es demorar o impedir que el cemento fragüe demasiado rápido, ya que
al aumentar la temperatura disminuye el tiempo de bombeabilidad, más que por el
aumento de presión o de profundidad, el aumento de la temperatura de
circulación deberá compensarse con un aumento en la concentración del
retardador.
Los retardadores más usados son: Lignosulfonato de Calcio, en
concentraciones de cemento por peso (%BWOC) de: 0.1 a 2.0, y NaCl que, en
concentraciones mayores del 20%, se comporta como un retardador a bajas
temperaturas.
Controladores de Pérdida de Filtrado
Permiten reducir pérdidas excesivas de agua hacia
la formación; pero estos aditivos pueden generar otros efectos en el diseño de
la mezcla; tales como: aumentar la viscosidad, retardar el tiempo de fraguado y
controlar el agua libre.
Con
el empleo de controladores de filtrado, se reduce considerablemente los
problemas de taponamiento en el anular con cemento deshidratado; Los
controladores de filtrado más usados son: Carboximetil Celulosa (CMC),
Carboximetil Hidroetil Celulosa (CMHEC), en concentraciones (%BWOC) de: 0.125 a 1.50, de igual
forma se emplean en diferentes concentraciones productos como: Bentonita en
combinación con un dispersante, polímeros orgánicos y látex.
Extendedores
Permiten disminuir la
densidad de la lechada y/o reducir la cantidad de cemento por unidad de volumen
de la lechada.
Los extendedores del cemento se
utilizan para lograr las siguientes condiciones:
- Disminución de la densidad de la lechada,
- Incrementan el volumen de mezcla por saco de cemento,
Densificantes
Aumentan la densidad del cemento y para mantener el control de la
presión de la formación.
Sistemas
pesados se pueden conseguir, mediante la utilización de dispersantes que
permiten el corte de agua de mezcla. Este recorte de agua causa un incremento
en la densidad, pero también un incremento de la viscosidad y caudal de
turbulencia. Los materiales usualmente empleados son la barita, hematita,
ilmenita y arena con gravedades específicas de 4.2, 4.8 a 5.0, y 2.6 respectivamente.
Dispersantes
Su
finalidad es reducir la fricción interna en la lechada y aumento
de su fluidez, haciendo posible que se reduzca el excesivo volumen de agua
requerido anteriormente. De manera que los dispersantes reducen la viscosidad
de la lechada, Algunos dispersantes usados son Sulfonatos de Naftaleno y
Lignosulfonatos de Calcio; en concentraciones %BWOC de: 0.10 a 5.0.
Preventores de Retrogresión de la Resistencia
La
resistencia compresiva aumenta con la temperatura de curado hasta 230° F, por
encima de lo cual todos los cementos pierden resistencia. Esta retrogresión de
la resistencia, que es acompañada por un aumento de la permeabilidad se puede
evitar con la adición de 35% de Sílica.
CAUSAS DE UNA CEMENTACIÓN DEFECTUOSA
A continuación se muestran los principales factores
que influyen en las fallas que se presentan durante la cementación de un
revestidor de producción.
ü Fraguado prematuro (a veces instantáneo en el
revestidor).
-
El tapón no
asienta sobre cuello flotador, indicando su llegada y finalización del
desplazamiento.
ü No se puede alcanzar la densidad de la mezcla.
ü Fuga o pérdida de gas en el anillo.
ü Canalización del cemento en el lodo.
-
Fragüado del
cemento muy rápido.
REFERENCIA
TECANA AMERICAN UNIVERSITY
Accelerated Degree Program
Doctorate of Science in Petroleum
Engineering Technology
INFORME Nº 1
“INGENIERÍA DE PERFORACIÓN”
MSC.
Alfonso.Cruz R
