Esta etapa del proceso de cementación comprende la preparación de la lechada y el equipo de bombeo en la superficie y el equipo de fondo de pozo. Una amplia gama de equipos y herramientas están disponibles a través de fabricantes especializados y empresas de servicios y en este capítulo se proporciona una breve descripción de los diversos elementos para explicar su propósito y función en los procesos y operaciones de cementación. La información detallada está fácilmente disponible del operador de cementación y es de dominio público.
Equipos de cementación de superficies
En la mayoría de las operaciones, los equipos de superficie para la mezcla y bombeo de lechada de cemento pertenecen a una Empresa de Servicios de Cemento, contratada para prestar este servicio. El diseño del ensamblaje varía, pero en general incluirá los siguientes elementos.
Transporte, Manejo y Almacenamiento de Cemento
- Equipos de mezcla y bombeo
- Dosificación de aditivos de cementación
- Unidades de cementación
Equipos de transporte, manejo y almacenamiento de cemento
El cemento seco se transporta desde el patio del proveedor o de la empresa de servicios hasta las instalaciones de la empresa de petróleo y gas o directamente al sitio del pozo por carretera, ferrocarril o en un barco de suministro para operaciones en alta mar. En el sitio, el cemento se almacena en silos a granel, bolsas grandes o sacos.
Silos a granel
Los silos a granel vienen en varios tamaños y formas, dependiendo de si forman parte de una instalación estacionaria o una unidad móvil y del espacio disponible. El tamaño bastante estándar es de 38 m3 (1350 pies cúbicos), y también se usa con frecuencia para otros productos a granel como la bentonita y la barita. Los silos están equipados con boquillas para soplar aire para 'fluidizar' el material seco y algunos arreglos para medir el contenido, por ejemplo, una celda de carga. Una boca de acceso en la parte superior permite la comprobación visual del contenido, así como la recuperación de una muestra. Sin embargo, se prefiere tomar este último de la línea de transporte o colector durante las transferencias, a través de un dispositivo dosificador especial para recolectar una muestra representativa. Para las operaciones de mezcla en seco, se requiere un silo de "pesaje" de pequeña capacidad montado en un dispositivo de pesaje.
Cuando se rellenan los tanques, se debe tomar una muestra representativa del tanque después de “esponjar” para homogeneizar su contenido. Generalmente se considera que el almacenamiento a granel ofrece comodidad operativa sobre las otras dos alternativas. Requiere aire comprimido para mover el polvo seco y colectores para permitir movimientos entre silos. Se debe tener cuidado de usar aire seco para el transporte neumático para evitar grumos de cemento que bloqueen las líneas. Para las operaciones en alta mar, este modo de manejo del cemento es casi universal, aunque en algunos casos se utilizan bolsas grandes. Otro punto a tener en cuenta es evitar la contaminación cruzada con otros materiales a granel (barita, bentonita).
Sacos de cemento
El cemento en sacos debe cortarse cerca de la instalación de herramientas de mezcla, lo que hace que la operación sea bastante complicada. Los aspectos de salud ocupacional y ambientales/residuos de este modo de manejo de cemento deben sopesarse frente a las consideraciones de conveniencia y costo. En general, se recomienda utilizar instalaciones de carga siempre que sea posible. Un saco de cemento estándar contiene 42,6 kg (94 lbs) de cemento o 0,028 m3 (1 pie cúbico) de volumen a granel, aunque cada vez está más disponible un equivalente métrico de 50 kg.
Bolsas grandes
Los big bags, que contienen hasta 1,5 toneladas de cemento, deben levantarse y colocarse sobre la cuba de una mezcladora de chorro o la tolva de una mezcladora de recirculación. Las implicaciones para la salud ocupacional y el medio ambiente/residuos son significativamente menores que en el caso de los sacos ordinarios. Los big bags también ofrecen un mayor grado de flexibilidad en comparación con los sacos y no requieren la (alta) inversión de las instalaciones de carga. Las bolsas usadas en fiestas deben volver a sellarse y almacenarse en un lugar seco. Se recomiendan los sacos grandes cuando no se dispone de instalaciones de carga en lugar de los sacos.
Equipos de mezcla y bombeo de cementación
La preparación de una lechada se realiza mezclando el cemento con el agua de mezcla ejerciendo suficiente cizallamiento para dispersar las partículas y promover el rendimiento adecuado en una masa homogénea. La mezcla se realiza en la unidad de cementación. Puede ser una instalación instalada (semi)permanentemente en plataformas marinas o una instalación móvil llamada para el trabajo.
Bombas de cementación
Una unidad de cementación incluye varias bombas para mover la lechada entre las etapas.
- bomba(s) centrífuga(s) para mezcla de recirculación. Las bombas centrífugas son en su mayoría unidades impulsadas eléctricamente, típicamente clasificadas en 56 kW (75 HP).
- Bombas de desplazamiento de alta presión. Estos son más comúnmente de la variedad triplex, ya sea impulsados por un motor diesel o eléctricos. La plataforma de cementación estándar está configurada para dos bombas, cada una con una potencia nominal típica de 172 kW (230 HP). Las unidades son capaces de entregar entre 0,6 y 1,65 m3/min de lechada de cemento a presiones que van desde 102 a 37 MPa (15000 a 5500 psi) según el tamaño de la herramienta de émbolo.
Transporte de la lechada
La lechada preparada en la unidad de cementación generalmente se bombea al cabezal de revestimiento a través de una conexión temporal hecha con Chicksans . En algunas operaciones, se instala una línea permanente para conectar la unidad de cementación con el colector de tubería vertical en el piso de perforación. La conexión al cabezal de cementación se realiza mediante un tramo corto de manguera de alta presión o con juntas Chicksan. La cementación secundaria o correctiva generalmente se lleva a cabo a través de tubería de perforación y tubería flexible o aguijón de cementación . En este caso, la lechada se envía al colector de tubería vertical oa la unidad CT, ya sea a través de una conexión temporal o una línea de distribución dedicada.
Unidades de cementación
Unidad de cementación El equipo está diseñado para bombear cemento al pozo. Se utilizan para operaciones de perforación, reacondicionamiento y eliminación de pozos ( método del perforador: método de esperar y pesar ). En el artículo Unidades de cementación , hemos discutido sus principales componentes y tipos.
Los componentes principales de la unidad de cementación:
Tanques de almacenamiento a granel
- Bomba de cemento.
- Almacenamiento y mezcla de aditivos líquidos
- tanques de compensación
- Mezcladora de cemento
Tipos de unidades de cementación
- Unidades montadas sobre patines
- Unidades Montadas en Camiones
- Unidades montadas en semirremolque
- Unidades de helicópteros
- Unidad de cementación de una sola bomba
Herramientas de cementación de superficie y fondo de pozo
La elección entre los tipos de revestimiento y los tamaños de revestimiento que se ejecutarán y cementarán está dictada por el diseño del pozo y, por lo tanto, está fuera del alcance de este artículo. Sin embargo, para mejorar las posibilidades de lograr una cementación primaria exitosa , se incorporan varios equipos auxiliares en la sarta.
Equipo de flotación
Estas herramientas de cementación generalmente se colocan dos juntas por encima del zapato. A veces, el collar flotante se combina en un zapato flotante. Su propósito es el de una válvula de retención que evita el reflujo después de que el cemento se ha colocado en el espacio anular y retiene la interfaz de cemento en el interior para asegurar un buen cemento alrededor de la zapata. Esto se hace la mayor parte del tiempo mediante una bola cargada por resorte o una aleta asentada adecuadamente para sellar.
Herramienta de cabezal de cementación
Después de correr y colocar los resbalones de la mesa giratoria, se monta un cabezal de cementación en la parte superior de la tubería de revestimiento. Esta herramienta también contiene uno o más tapones para separar el cemento, prelavados, etc., del lodo antes y después del bombeo/desplazamiento. Los tapones se retienen en el cabezal de cementación mediante pasadores o barras, que se extraen en el momento apropiado para soltar el tapón, o ganchos, que se giran para dejar caer un tapón. Los tapones se mueven cambiando a las conexiones de fluido apropiadas en la cabeza.
Tapones de cementación
Los tapones disponibles de las empresas de servicios de cementación vienen en una variedad de formas y tamaños. La selección de enchufe(s) para un trabajo en particular debe guiarse por la experiencia local. Una característica a considerar es la rotación de los tapones al perforar. Hoy en día se encuentran disponibles tapones (y flotadores) que han sido fabricados con un perfil superior o inferior dentado, lo que permite que los tapones se bloqueen cuando se asientan.
Centralizadores de revestidor
Centralizadores La colocación de la carcasa lo más cerca posible de una configuración concéntrica sin duda mejorará el desplazamiento de los contenidos anulares. Los pozos perforados rara vez exhiben la tan deseada forma y suavidad del 'cañón de una pistola'. La mayoría de las veces, los orificios están ondulados con deslaves y salientes y tienen una sección transversal más o menos elíptica. Esto es particularmente cierto para la perforación direccional . Ejecución de una carcasa en estos orificios, sin equipo auxiliar para corregir su forma, invariablemente da como resultado que la carcasa se combe hacia un lado.
Esto aumentará el peligro de que el revestidor se atasque diferencialmente . Los centralizadores se utilizan para centrar la tubería de revestimiento en el pozo lo más cerca posible y para aumentar la separación, definida como la excentricidad dividida por la diferencia de radio entre el diámetro exterior de la tubería y el pozo.
Rascadores de cementación Herramientas
Menos populares, los rascadores se pueden instalar para raspar el exceso de sedimento depositado sobre las secciones permeables del pozo. Estos accesorios se unen entre los anillos de tope, lo que permite una cierta cantidad de "recorrido" durante el movimiento alternativo de la tubería en la etapa de cementación. Los tipos de alambre y cable son los más utilizados. El diseño difiere según el modo de cementación del casing, es decir, si se ejerce o no movimiento (rotación/reciprocidad) durante el desplazamiento del cemento y/o la circulación previa.Zapato guía
El zapato es el borde de ataque de la carcasa (o revestimiento de la carcasa ). El propósito de esta herramienta de cementación es facilitar el paso de la tubería a través del casing anterior y la sección de pozo abierto debajo. Para ello, al zapato se le ha dado una forma redondeada. Está hecho (parcialmente) de inserto de cemento moldeado o aluminio fundido para facilitar la perforación de la siguiente sección del orificio. El zapato viene en varias formas y se puede obtener de las empresas de servicios de cementación.
Collares de escenario para carcasas y revestimientos
La cementación en etapas múltiples puede ser necesaria cuando las pérdidas de circulación impidan que el cemento alcance la profundidad requerida o cuando la presión hidrostática de la columna de fluido sobre una zona débil induzca fracturas y/o pérdidas. La cementación de etapas múltiples requiere la incorporación de herramientas tales como collares de etapa o de puerto en la sarta de revestimiento, para proporcionar un acceso seleccionable al espacio anular.
Herramientas Stinger para cemento
El aguijón de cemento se usa en casos especiales para cementar revestimientos de gran diámetro, colocar tapones de cemento en los que se coloca la tubería de perforación dentro del revestimiento como conducto para bombear fluidos desde la superficie hasta el espacio anular del revestimiento.
Retenedores de cemento
Los empacadores permanentes, también conocidos como 'retenedores de cemento', están disponibles en varias empresas de servicios (Baker Model K y Dowell Schlumberger Johnston Hornet son ejemplos). Estas herramientas tienen una función de válvula de retención, para evitar el reflujo, que se activa cuando se retira el aguijón o el tubo de cemento.
Herramientas de cementación: empacador de revestimiento externo
Estos dispositivos inflables se utilizan a menudo en lugar de una cesta de cemento en la cementación de etapas múltiples. Los ACP son estrictamente dispositivos de empaquetamiento y su principal atractivo es la protección de formaciones débiles debajo de una herramienta de cementación de etapas contra la presión hidrostática excesiva o la contaminación. También se utilizan para evitar la migración de gases o fluidos y tienen la ventaja adicional de contribuir a la centralización de la carcasa.
Referencias para equipos y herramientas de cementación
- Manual de cementación de pozos – WJ van Beest – mayo de 1994
- Editores de la segunda edición de Cementación de pozos Erik B. Nelson y Dominique Guillot
- DRILLING MANUAL
