Las operaciones de cementación en la industria del petróleo y el gas son un componente fundamental de la construcción y la integridad de los pozos. El uso de un entubado y de un equipo de cementación adecuados desempeña un papel fundamental para garantizar la ejecución exitosa de estas operaciones. En este artículo, analizaremos los distintos equipos que se utilizan en las operaciones de cementación, como las zapatas guía, los collares flotantes, los centralizadores, los tapones limpiadores de cemento y los collares multietapa.
carcasa y herrajes de cemento
Zapatos guía y zapatos flotantes:
Las zapatas guía son herramientas esenciales que se utilizan para guiar las sartas de revestimiento a través del pozo sin encontrar problemas como atascos en zonas erosionadas o desviaciones. Pueden ser guías simples o zapatas flotantes más avanzadas, que incorporan válvulas para evitar que el cemento fluya de regreso hacia el revestimiento una vez que se desplaza detrás de este. Estas zapatas pueden estar hechas con partes internas compuestas de aluminio o cemento, los cuales son fácilmente perforables. El cemento ofrece una mayor resistencia al impacto, lo que lo convierte en una opción popular. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las zapatas flotantes pueden agregar tiempo al proceso de instalación del revestimiento debido a la necesidad de detener temporalmente las operaciones para llenar el revestimiento desde la parte superior. Para acelerar este proceso, se pueden utilizar zapatas de llenado de orificio (zapatas de llenado automático) para llenar el revestimiento mientras se está instalando en el pozo.
Guía y zapata flotante
Collares flotantes:
Los collares flotantes funcionan como válvulas unidireccionales que se colocan una o dos juntas por encima de la zapata. Cumplen la misma función que las zapatas flotantes, evitando el reflujo de fluido hacia la tubería de revestimiento durante las distintas etapas del proceso de cementación, incluido el reflujo de lodo durante la inserción de la tubería de revestimiento y el reflujo de lechada de cemento después del desplazamiento. Los collares flotantes pueden emplear válvulas de bola o de aleta, siendo las válvulas de aleta las preferidas cuando se espera una diferencia mínima de presión hidrostática debido a sus capacidades superiores de sellado.
Collar flotante
Centralizadores de carcasa:
Los centralizadores de revestimiento son dispositivos mecánicos diseñados para mantener un espacio anular uniforme alrededor del revestimiento, lo que garantiza que el cemento pueda sellar eficazmente el revestimiento a la pared del pozo. Dos tipos principales de centralizadores son los diseños de resorte en forma de arco y de cuchillas rígidas . Los centralizadores de resorte en forma de arco , si bien son rentables, son más adecuados para pozos verticales o ligeramente desviados. Los centralizadores de cuchillas rígidas , aunque un poco más caros, son más resistentes y pueden proporcionar una buena centralización incluso en pozos desviados. La centralización adecuada es crucial para el éxito de la cementación, y la elección entre estos dos tipos debe considerar las condiciones del pozo. En muchos casos, habrá una combinación entre diseños de resorte en forma de arco y de cuchillas rígidas para maximizar la centralización del pozo de una manera rentable.
Resorte de arco y centralizador de hoja rígida
Tapones limpiadores de cemento
Los tapones limpiadores de cemento son tapones de goma que se emplean para separar la lechada de cemento de otros fluidos, manteniendo la integridad y la previsibilidad del rendimiento de la lechada. Durante las operaciones se utilizan dos tipos de tapones de cementación: el tapón inferior y el tapón superior. El tapón inferior precede a la lechada de cemento para minimizar la contaminación, rompiéndose al llegar al collar de asentamiento para permitir el flujo de cemento. El tapón superior proporciona una indicación clara del contacto con el collar de asentamiento a través del aumento de la presión de la bomba. Estos tapones desempeñan un papel vital para garantizar la separación del lodo y el cemento, evitando el desplazamiento excesivo del cemento, confirmando la colocación del cemento y permitiendo la prueba de presión de la tubería de revestimiento.
Tapón limpiador de cemento (tapón superior e inferior)
Collares multietapa:
Los collares multietapa, también conocidos como herramientas DV (Dual Valve), se emplean para facilitar la cementación en dos etapas, mitigando la presión hidrostática excesiva en formaciones débiles. Estas herramientas consisten en una sección de revestimiento con propiedades de resistencia similares al resto de la sarta, que cuenta con dos mangas internas y aberturas cubiertas por la manga inferior. La manga inferior se abre dejando caer una bomba, lo que permite bombear cemento a través de la tubería de revestimiento y colocarlo alrededor de ella. Después de alcanzar el volumen de cemento deseado, se deja caer un tapón de cierre, lo que hace que una manga superior cubra los orificios en el collar de la etapa. La cementación multietapa se utiliza para reducir la presión o el tiempo de bombeo, disminuir la presión hidrostática en las formaciones, cementar selectivamente zonas específicas y asegurar la cementación completa de la tubería de revestimiento, con la posición determinada por la longitud de la columna de cemento y la resistencia de la formación.
Collares multietapa
Conclusión:
Los equipos de cementación y entubado son componentes integrales de las operaciones de cementación en la industria del petróleo y el gas. El equipo seleccionado e implementado correctamente, incluidas las zapatas guía, los collares flotantes, los centralizadores, los tapones limpiadores de cemento y los collares multietapa, garantizan la ejecución exitosa de estas operaciones críticas, lo que contribuye a la integridad del pozo y al éxito operativo general.
Referencias
Baker, R. (2001) Introducción a la perforación de pozos petrolíferos: Un texto básico sobre perforación de petróleo y gas . 6.ª ed. Austin, TX: Servicio de Extensión Petrolera, Educación Continua y Extendida, Universidad de Texas en Austin.
Mitchell, RF, Miska, SZ y Aadnoy, BS (2012) Fundamentos de la ingeniería de perforación . Richardson, TX: Sociedad de Ingenieros Petroleros.
Bourgoyne, AT (1986) Ingeniería de perforación aplicada . Richardson, TX: Sociedad de Ingenieros Petroleros.
Key Factors for Successful Oil Well Cementing
| Oil Well CementingFactores clave para el éxito de la cementación de pozos petrolíferos
Para lograr una cementación exitosa de pozos petroleros y garantizar el aislamiento zonal en la cementación de pozos petroleros, es fundamental un desplazamiento eficiente del lodo. La remoción inadecuada del lodo puede generar problemas como la canalización del cemento, lo que permite la intrusión de hidrocarburos y la comunicación entre zonas permeables. Los siguientes factores son esenciales para garantizar una buena adherencia del cemento:
Factores clave para el éxito de la cementación de pozos petrolíferos
Acondicionamiento del lodo de perforación
Antes de retirar la tubería de perforación del pozo, es esencial reducir la viscosidad del lodo al nivel más bajo posible. El enfoque debe estar en disminuir la reología de baja velocidad de corte del lodo, como las resistencias del gel y los puntos de fluencia. Sin embargo, se debe tener cuidado para mantener la reología del lodo por encima del nivel mínimo requerido para suspender los agentes densificantes como la barita. Después de que se ejecuta la tubería de revestimiento, es necesario un acondicionamiento adicional del lodo para eliminar el lodo gelificado que se puede haber formado debajo de la tubería de revestimiento debido a una mala centralización. Por lo general, dos o tres volúmenes de pozo son suficientes para este propósito, pero el requisito real depende de la viscosidad del lodo y la centralización de la tubería de revestimiento. El lodo gelificado se vuelve cada vez más difícil de eliminar con el tiempo. Es importante tener en cuenta que la eliminación del lodo gelificado requiere una tensión de corte para superar su resistencia. Esta tensión de corte puede generarse a través del movimiento de la tubería o del lodo móvil. Aumentar la velocidad del flujo del lodo o modificar las propiedades del fluido de perforación puede mejorar las tensiones de corte. Idealmente, el lodo debe acondicionarse durante la circulación antes de la instalación de la tubería de revestimiento para minimizar los problemas de lodo gelificado.
Movimiento de la carcasa
Siempre que sea posible, la tubería de revestimiento debe moverse en vaivén o rotarse. Varios estudios han demostrado que el movimiento de la tubería mejora la eficiencia del desplazamiento al romper las bolsas de lodo gelificado. El debate continúa sobre si la reciprocidad o la rotación de la tubería de revestimiento es más efectiva. En el caso de las tuberías de revestimiento, se recomienda la rotación, teniendo en cuenta el ajuste de las tuberías de revestimiento y las preocupaciones por la limpieza con gas. Las pautas comunes sugieren movimientos en vaivén de 20 a 40 pies durante 2 a 5 minutos o rotar a velocidades de 10 a 40 rpm.
Centralización
Al instalar la tubería de revestimiento en pozos desviados, la excentricidad puede generar bolsas de lodo atrapadas en el lado bajo del pozo, lo que puede causar canalización del cemento o un aislamiento zonal incompleto. Para garantizar una circulación sin obstáculos debajo de la tubería de revestimiento, es recomendable mantener una separación mínima del 70%, especialmente después de optimizar la reología del lodo y las tasas de desplazamiento. Los centralizadores deben ubicarse de manera que permitan la reciprocidad o rotación de la tubería de revestimiento en los casos en que sea necesario moverla. Un programa de centralizadores debe considerar la mecánica de toda la tubería de revestimiento, junto con los efectos de la flotabilidad y la diferencia de densidad durante el desplazamiento. Si se esperan derrumbes, las cantidades de centralizadores deben ajustarse para tener en cuenta el aumento del tamaño del pozo.
Tasa de desplazamiento
El flujo turbulento en el fluido que desplaza produce un desplazamiento altamente efectivo. Sin embargo, lograr turbulencia a través de un espacio anular excéntrico puede ser un desafío y, a menudo, da como resultado que quede lodo gelificado en la sección estrecha del espacio anular. En los casos en que la turbulencia sea factible, se debe emplear una tasa de desplazamiento más alta para obtener los mejores resultados. En situaciones en las que no se puede mantener la turbulencia, un desplazamiento laminar bien diseñado puede lograr resultados efectivos. Una consideración cuidadosa de la densidad, la viscosidad y el caudal anular es crucial para los desplazamientos laminares.
Lavados y espaciadores
En una operación de cementación primaria exitosa, la lechada de cemento debe desplazar el fluido que rodea la tubería de revestimiento. La incompatibilidad del lodo y el cemento puede generar canalizaciones o masas viscosas. Para solucionar este problema, se utiliza un fluido intermedio como prelavado para eliminar el lodo de perforación del espacio anular. La eliminación óptima del lodo se logra con un lavado simple, que crea turbulencia a bajas velocidades anulares. Sin embargo, pueden ser necesarios espaciadores con peso para el control del pozo, y una combinación de un lavado fino con un espaciador con peso puede eliminar el lodo de manera efectiva. Cuando se utiliza un lavado turbulento o un espaciador, se debe garantizar un tiempo de contacto mínimo de 10 minutos.
Conclusión
En conclusión, una operación exitosa de cementación de pozos petroleros depende de abordar estos factores críticos para garantizar un desplazamiento eficiente del lodo, una centralización adecuada, movimiento de la tubería de revestimiento, lavados y espaciadores efectivos y tasas de desplazamiento apropiadas. Adaptar estas consideraciones a las condiciones específicas del pozo es esencial para obtener resultados óptimos.
Why Do We Keep Cement Samples in Oil Well Operations?
| Basic Drilling FormulasConservamos muestras de cemento por las siguientes razones
Las muestras de cemento se conservan después de bombear cemento en las operaciones de los pozos petrolíferos por varias razones importantes. Las dos imágenes que aparecen a continuación muestran muestras de cemento: una se tomó mientras el cemento estaba en fase líquida y la otra cuando el cemento se había asentado durante un tiempo.
Muestra de cemento en fase líquida
Muestra de cemento después del fraguado
Control de calidad
Las muestras de cemento permiten a los operadores evaluar la calidad del cemento utilizado en la construcción de pozos. Las muestras se pueden analizar para determinar diversas propiedades, como la resistencia a la compresión, el tiempo de fraguado y la densidad, para garantizar que el cemento cumpla con las especificaciones y estándares requeridos. Esto es crucial para mantener la integridad y la seguridad del pozo.
Verificación
Las muestras de cemento sirven como referencia para verificar que el cemento colocado en el fondo del pozo coincida con la composición y las propiedades previstas. Al comparar el cemento colocado en el fondo del pozo con la muestra, los operadores pueden confirmar que se utilizó el cemento correcto y que fraguó correctamente.
Solución de problemas
En caso de que haya problemas con el proceso de cementación, como una unión deficiente o un fraguado incompleto, tener muestras permite a los ingenieros investigar el problema y realizar los ajustes necesarios para operaciones futuras.
Cumplimiento normativo
En la industria del petróleo y el gas, a menudo existen requisitos reglamentarios relacionados con la construcción y cementación de pozos. Conservar muestras puede proporcionar evidencia del cumplimiento de estas regulaciones y puede ser necesario para auditorías o informes.
Investigación y desarrollo
Las muestras de cemento también pueden ser valiosas para fines de investigación y desarrollo. Pueden utilizarse para desarrollar y probar nuevas formulaciones de cemento, aditivos y técnicas para mejorar la estabilidad e integridad del pozo.
Litigios y responsabilidad
En caso de disputas, accidentes o reclamos de responsabilidad relacionados con la construcción de pozos, tener muestras de cemento puede servir como evidencia valiosa para respaldar reclamos o defenderse de ellos.
Además, en algunas jurisdicciones también se exigen por ley muestras de cemento. Por ejemplo, en Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) exige que las compañías de petróleo y gas conserven muestras de cemento durante un período estipulado de tres años.
Estas muestras encuentran diversas aplicaciones:
- Abandono de pozos: cuando se abandona un pozo, se realizan pruebas a muestras de cemento para confirmar la integridad continua de la capa de cemento. Esta evaluación garantiza que el cemento evite eficazmente la migración de hidrocarburos u otras sustancias a la superficie.
- Reutilización de pozos: En los casos en que un pozo está destinado a ser reutilizado, posiblemente para actividades como la captura y almacenamiento de carbono, las muestras de cemento se someten a un examen minucioso. Este examen garantiza que el cemento sea compatible con los nuevos fluidos que se prevé inyectar en el pozo.
- Resolución de problemas: En el caso de pozos que presentan problemas como corrosión o erosión, las muestras de cemento resultan fundamentales. Se analizan para determinar si la composición del cemento contribuye a los problemas observados.
Resumen
La retención de muestras de cemento en las operaciones de los pozos petrolíferos es una práctica estándar que resulta esencial para garantizar la calidad, el rendimiento y el cumplimiento de las normas del cemento utilizado en el proceso de construcción de pozos. Esto es fundamental para mantener la seguridad y la productividad de los pozos de petróleo y gas.
Además de las aplicaciones prácticas, como el control de calidad y la resolución de problemas, las muestras de cemento también son indispensables para cumplir con los requisitos legales. Al conservar muestras de cemento, los operadores de pozos petrolíferos pueden demostrar que operan dentro del marco regulatorio establecido por autoridades como la EPA.
En resumen, las muestras de cemento juegan un papel vital para garantizar la seguridad e integridad de los pozos de petróleo y gas.
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