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29 DE JULIO 2019

CEMENTACION FORZADA Y EVALUACION DE LA CEMENTACION

INTEGRANTES:

Andrade Melany Juarez Daniel Luna Omar Torrez Elvis

Docente: Ing. Bazoalto Meruvia Danna Daniela Materia: Cementación de pozos

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS

Contenido Introducción .................................................................................................................................... 4 Objetivo general .............................................................................................................................. 5 Objetivos específicos ...................................................................................................................... 5 Desarrollo ........................................................................................................................................ 5 Concepto de cementación forzada .............................................................................................. 5 Objetivos de la cementación forzada .......................................................................................... 5 Eliminación de entrada de agua .................................................................................................. 6 Reparación de fugas en la tubería de revestimiento.................................................................... 6 Técnicas de cementación forzada ............................................................................................... 7 Colocación .................................................................................................................................. 7 La cementación forzada a presión baja ....................................................................................... 7 Colocación con alta presión ........................................................................................................ 7 Bombeo ....................................................................................................................................... 8 Bombeo continuo ........................................................................................................................ 8 Bombeo intermitente ................................................................................................................... 8 Cementación forzada (“Bradenhead squeeze”) .......................................................................... 9 Cemento. ..................................................................................................................................... 9 Tipos de Cemento. .................................................................................................................... 10

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Clasificación de los cementos según su grado API. ................................................................. 10 Problemas comunes de una cementación. ................................................................................. 11 TIPOS DE CEMENTACIÓN. .................................................................................................. 12 Cementación Primaria. .......................................................................................................... 12 Cementación Secundaria. ...................................................................................................... 13 Evaluación de la cementación ....................................................................................................... 13 Hidráulica de la cementación ........................................................................................................ 14 Reología .................................................................................................................................... 14 Viscosidad ................................................................................................................................. 14 Tipos de fluidos............................................................................................................................. 15 Fluidos newtonianos ................................................................................................................. 15 Fluidos no newtonianos ............................................................................................................ 15 Perfiles de flujo ......................................................................................................................... 15 Flujo tapón ............................................................................................................................ 15 Flujo turbulento ..................................................................................................................... 16 Flujo laminar ......................................................................................................................... 16 Cementación de liner ................................................................................................................ 17 Cementación de la cañería ............................................................................................................ 17 Cañería guía .............................................................................................................................. 17 Cementación de cañería de revestimiento de superficie ........................................................... 17

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Cementación de cañería de revestimiento intermedia .............................................................. 18 Cementación de cañería de revestimiento segunda intermedia ................................................ 18 Sistema de presión ........................................................................................................................ 19 Conclusión .................................................................................................................................... 20

Ilustración 1Taponamiento de perforaciones .................................................................................. 6 Ilustración 2Tecnicas de cementacion forzada ............................................................................... 7

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Introducción

La técnica usada en la cementación de un pozo depende de una combinación controlada de cemento seco y agua. Esta combinación llamada comúnmente “lechada de cemento” o “mezcla” pasa a través de un proceso de deshidratación y recristalización. El endurecimiento total del cemento ya mezclado tarda unos cuantos años, pero el endurecimiento primario ocurre a unas pocas horas después de ser colocada la mezcla en el sitio deseado. Antes que se endurezca la mezcla de cemento esta se puede bombear, el tiempo que dura el bombeo es el que se aprovecha para ligar bien el cemento y desplazarlo en el pozo. Cuando el cemento seco se combina con agua sin ningún aditivo la combinación se llama “mezcla de cemento sin aditivos”. Esta mezcla puede dar resultados bastante satisfactorios de un producto relativamente duro, solo cuando las proporciones de agua y cemento se mantienen dentro del límite determinado. Cuando con la cementación primaria no se consiguen los objetivos deseados o cuando el cemento o la tubería de revestimiento presentan fallas debido al paso del tiempo es necesario corregir el problema. Estos procesos de reparación reciben el nombre de cementaciones de reparación. La técnica de reparación más común es la cementación forzada, un procedimiento en el que se fuerza a la lechada a pasar a través de agujeros o rajaduras de la tubería de revestimiento, con el objetivo de reparar un trabajo de cementación primaria o un problema en un pozo. Durante la construcción de un pozo de petróleo el proceso de cementación es de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente operación de cementación traería drásticas

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el ambiente y a la seguridad. Por tal motivo al momento de diseñar y cementar un pozo petrolero se deben tomar en cuenta ciertas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas al proceso de cementación.

Objetivo general

Explicar en qué consiste la cementación forzada (squeeze)

Objetivos específicos

Conocer el concepto y aplicación de cementación Investigar la aplicación de cementación en diferentes áreas

Desarrollo Concepto de cementación forzada Son operaciones de cementación que se realiza en un pozo en el cual se forma bajo presión hidráulica una lechada de cemento en una formación de canales o rajaduras detrás del revestidor o a través de orificios hechos apropósito en el revestidor. Objetivos de la cementación forzada 

Se colocan tapones de cemento para sellar baleos



Se colocan tapones de cemento para cerrar la intercomunicación de agua entre zonas



Para taponar un nivel que se convirtió en productor de agua

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Se efectúa tapones de cemento balanceados para evitar fugas en cañerías, fisuras y fallas de juntas



Para remediar fallas en la cementación de líneas



Para sellar perdidas de circulación en agujero abierto con tapón balanceado o presurizado alzando tubería de revestimiento y cerrando Rams y arietes adicionando materiales obturantes como mica y cascara de nueces para sellar la perdida.

Eliminación de entrada de agua La entrada no deseada de agua o gas procedentes de áreas situadas por encima o por debajo de la zona de producción también se puede eliminar mediante la cementación forzada: se hacen perforaciones en estas áreas y se inyecta lechada de cementación a través de los orificios.

Ilustración 1Taponamiento de perforaciones

Reparación de fugas en la tubería de revestimiento Las tuberías de revestimiento pueden presentar fallas por corrosión o la presencia de grietas o fallas en las uniones. Para repararlas, se corre un empacador, que se coloca encima de la tubería

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS de revestimiento dañada. A continuación, se hace circular lechada de cementación hasta el área dañada, se fija el empacador, y se fuerza la lechada a baja presión hacia el interior y en torno a los orificios de la tubería. Técnicas de cementación forzada

Ilustración 2Técnicas de cementación forzada

Colocación La lechada de cementación puede colocarse detrás de la tubería de revestimiento con presión de inyección alta o baja. La cementación forzada a presión baja Consiste básicamente en la inyección de lechada de cementación con una presión inferior a la de fractura de la formación. Esta técnica se utiliza sobre todo para rellenar cavidades de las perforaciones o canales interconectados. Es la técnica más utilizada. Se suelen utilizar volúmenes pequeños de lechada, ya que ésta no se inyecta en la formación. Es necesario tomar precauciones especiales para evitar que la formación se fracture Colocación con alta presión La técnica de cementación forzada de alta presión se utiliza cuando no es posible inyectar la lechada a una presión inferior a la de fractura. Esto ocurre principalmente en canales aislados

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS detrás de las tuberías de revestimiento, en microanulares y en perforaciones obstruidas. El cemento se coloca fracturando la formación e inyectando la lechada de cementación en la zona. Se suele utilizar un volumen relativamente alto de lechada, ya que las fracturas creadas y las perforaciones tienen que rellenarse con ella. Bombeo Existen dos métodos para bombear y forzar la lechada detrás de la tubería de revestimiento: bombeo continuo o bombeo secuencial. Bombeo continuo El bombeo continuo consiste en bombear de forma ininterrumpida un volumen determinado de lechada hasta alcanzar la presión de inyección final. Cuando la presión de inyección final se mantiene constante, el trabajo ha terminado; en caso contrario, se debe repetir hasta alcanzar una presión uniforme. Esta técnica puede utilizarse tanto con presiones altas como bajas, aunque hay que tener en cuenta que el volumen de lechada bombeado suele ser alto en esta situación Bombeo intermitente La técnica de bombeo intermitente consiste en aplicar de forma intermitente presión a un caudal entre 0,25 bbl/min y 0,50 bbl/min durante un intervalo de entre 10 y 20 minutos hasta alcanzar la presión final de la cementación forzada. La pérdida de filtrado inicial suele ser muy alta, pero disminuye a medida que se forma el revoque de lodo. En comparación con la técnica de bombeo continuo, en el bombeo secuencial se utilizan volúmenes de lechada relativamente bajos. La duración de cada secuencia depende del tipo de formación y puede oscilar entre 5 minutos, en formaciones duras, y 30 minutos, en formaciones blandas.

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Esta duración debe tenerse en cuenta a la hora de determinar el tiempo de espesamiento de la lechada. Cementación forzada (“Bradenhead squeeze”) En la técnica de cementación forzada a través de la cabeza del revestimiento, también conocida como “cementación forzada pobre”, no se utiliza una herramienta de aislamiento del fondo de pozo. Esto significa que toda la tubería de revestimiento y el cabezal de pozo están expuestos a la presión de inyección final. No se recomienda el uso de esta técnica en tuberías de revestimiento viejas. La técnica de colocación “Bradenhead” es normalmente usada en formaciones de baja presión. El cemento es circulado hasta ser balanceado frente a los perforados, seguidamente la cabeza del pozo o el BOP son cerrados y se aplica presión. Finalmente se circula por reversa para eliminar los excesos de cemento. Cemento. Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (grava, arena, etc.) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, formando el llamado hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil, su principal función la de aglutinante. El primer tipo de cemento usado en un pozo petrolero fue el llamado cemento Portland, el cual fue desarrollado por Joseph Aspdin en 1824, esencialmente era un material producto de una mezcla quemada de calizas y arcillas. El cemento Portland es un material cementante disponible

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS universalmente. Las condiciones a las cuales es expuesto en un pozo difieren significativamente de aquellas encontradas en operaciones convencionales de construcciones civiles. Tipos de Cemento. Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos, pero se pueden establecer dos tipos básicos de cementos: 1.1. De origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en

proporción 1 a 4 aproximadamente. 1.2. De origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen

orgánico o volcánico.

Clasificación de los cementos según su grado API. Los cementos tienen ciertas características físicas y químicas y en base al uso que se les puede dar en cuanto a rango de profundidad, presiones y temperaturas a soportar, etc. La API define 9 diferentes clases de cemento (de A a H) dependiendo de la proporción de los cuatro componentes químicos fundamentales (C3, C2S, C3A, C4AF; siendo C=calcio, S=silicato, A=aluminato, y F=floruro). Clase A: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando no se requieren propiedades especiales. La relación agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs. Clase B: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando hay condiciones moderadas a altas resistencia al sulfato. La relación agua/cemento recomendada es 5.2 gal/sxs.

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Clase C: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 6000’, cuando se requieren condiciones de alto esfuerzo. La relación agua/cemento recomendada es 6.3 gal/sxs. Clase D: usado generalmente para pozos desde 6000’ hasta 10000’, para condiciones moderadas de presión y temperatura. Está disponible para esfuerzos moderados a altos. La relación agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase E: usado generalmente para pozos desde 10000’ hasta 14000’, para condiciones altas de presión y temperatura. La relación agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase F: usado generalmente para pozos desde 10000’ hasta 16000’, para condiciones extremas de presión y temperatura. Está disponible para esfuerzos moderados a altos. La relación agua/cemento recomendada es 4.3 gal/sxs. Clase G y H: usado generalmente para pozos desde superficie hasta 8000’ o puedan ser usados con aceleradores o retardadores para cubrir una amplia variedad de rangos de presión y temperatura. La relación agua/cemento recomendada es 5,0 gal/sxs. El cemento más comúnmente usado es el G. Problemas comunes de una cementación. Problemas comunes que afectan todos los trabajos de cemento incluyen: Condición pobre del lodo: altas resistencias de gel, alta pérdida de circulación o filtración, revoque grueso, alto contenido de sólidos, pérdida de material de circulación, incompatibilidad de lodo/cemento.

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS 

Pérdida de circulación.



Presión anormal.



Presión subnormal.



Presión Alta.

TIPOS DE CEMENTACIÓN. Cementación Primaria. Se realiza al cementar los revestidores del pozo (conductor, superficial, intermedio, producción, etc.) durante la perforación. Entre los objetivos principales de esta cementación se pueden mencionar los siguientes: 

Adherir y fijar la sarta de revestimiento.



Restringir el movimiento de fluidos entre las formaciones productoras y el confinamiento de los estratos acuíferos.



Proteger la sarta contra la corrosión.



Reforzar la sarta contra el aplastamiento debido a fuerzas externas y reforzar la resistencia de la sarta a presiones de estallido.



Proteger la

sarta

durante

los

trabajos

(completación). 

Sellar la pérdida de circulación en zonas "ladronas".

de

cañoneo

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Cementación Secundaria. También llamada “Squeeze”, es el proceso de forzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se realiza principalmente en reparaciones/reacondicionamientos o en tareas de terminación de pozos. Puede ser: cementaciones forzadas y tapones de cemento. Los propósitos principales de esta cementación son: 

Reparar trabajos de cementación primaria deficientes.



Reducir altas producciones de agua y/o gas.



Reparar filtraciones causadas por fallas del revestidor.



Abandonar zonas no productoras o agotadas.



Sellar zonas de pérdidas de circulación.



Proteger la migración de fluido hacia zonas productoras.

Evaluación de la cementación Las herramientas para registros acústicos se han convertido en el método principal para la evaluación de la calidad en la cementación del pozo, sus principales beneficios son las técnicas invasivas y, además, estos permiten la detección y evaluación del cemento detrás del revestimiento, así como la cuantificación acústica de la unión entre la tubería/casing, el cemento y la formación. Se ha estimado que el 1% de los costos operativos totales de la industria del petróleo son ahorrados gracias a la correcta cementación del pozo para evitar la comunicación detrás de tubería, además de corrosiones en las mismas que pudieran comunicar zonas no deseables del yacimiento con el pozo, es por ello que podemos analizar la aplicación de la tecnología de

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS evaluación de cemento donde la integridad del sistema es fundamental. Al poder analizar e identificar las áreas problemáticas, se puede sacar un programa de intervención al pozo remedial que alarga la vida del activo.

Hidráulica de la cementación Reología Reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. El uso de valores reológicos en las lechadas de cemento y en el lodo de perforación nos permite calcular los siguientes parámetros: La velocidad anular y el caudal de bombeo necesario para conseguir un flujo tapón laminar o turbulento. La velocidad interior en la cañería. Las presiones de fricción que producen la lechada y el lodo de perforación al circular a través del pozo. La potencia hidráulica necesaria. El volumen de lechada, colchones lavadores, etc. Viscosidad En su sentido más amplio, la viscosidad se puede describir como la resistencia al flujo de una sustancia. Por definición la viscosidad (μ) se pueden describir como la relación del esfuerzo de corte (τ) a la velocidad de corte (γ):

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Tipos de fluidos Basado en su comportamiento de flujo, los fluidos se pueden clasificar en dos tipos diferentes: newtonianos y no newtonianos.

Fluidos newtonianos Son todos los fluidos cuya viscosidad permanece constante a toda velocidad de corte. En estos fluidos, el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte. Los Fluidos Newtonianos típicos usados en operaciones de cementación son el agua, algunos colchones lavadores (colchones químicos), gasolina y aceites livianos. Fluidos no newtonianos Muchas lechadas de cemento exhiben un comportamiento No Newtoniano muy complejo. Generalmente la viscosidad es una función de la velocidad de corte y del comportamiento del corte. Se debe diferenciar entre fluidos adelgazantes, en los cuales la viscosidad decrece con el incremento de la velocidad de corte y los fluidos dilatantes donde ocurre lo inverso. De manera general podemos decir que las lechadas de cemento caen dentro de la primera categoría y los modelos reológicos más usados para describir las propiedades de la lechada son el Modelo de Ley de Potencia y el Modelo Plástico de Bingham. Perfiles de flujo Flujo tapón La literatura justifica con muchos argumentos que el tipo de flujo aconsejable para la cementación de un pozo es el flujo turbulento, pero hay situaciones donde no es posible conseguir flujo turbulento por razones como: • Geometría del pozo. • Propiedades reológicas del fluido. • Restricciones de presión.

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Cuando se presentan estas situaciones el tipo de fluido recomendado es el tapón, el cual presenta las siguientes características: • Velocidad de flujo muy baja. • Perfil de velocidad recto y ordenado. • Bajos esfuerzos de corte sobre el fluido. Flujo turbulento Las características principales presentadas por este perfil de flujo son: • Velocidades de flujo altas. • Perfil recto de velocidades, pero con movimientos caóticos (forma de remolinos). • Punto de velocidad máximo indefinible. • Genera un máximo esfuerzo sobre el fluido. Este tipo de perfil es el preferido siempre y cuando las condiciones de fondo de pozo lo permitan, muchas veces hay que disminuir las propiedades reológicas de las lechadas de cemento, agregando aditivos que reducen las perdidas por fricción, etc. Flujo laminar Las características principales presentadas por este perfil de flujo son: • Velocidad de flujo moderada. • El fluido fluye en línea recta y en paralelo al centro de la cañería. • La velocidad del fluido en la pared de la cañería es cero. • Máxima velocidad en el centro de la cañería. • Genera moderado esfuerzo sobre el fluido.

UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO FACULTAD DE CIENCIAS TECNOLOGICAS INGENIERIA EN GESTION PETROLERA CEMENTACION DE POZOS Cementación de liner Los liner son tuberías de cementación que no llegan hasta la superficie, sino que son colgadas del interior. La superposición depende del objetivo de liner que puede oscilar entre los 50 y 500 pies. El uso de liner permite utilizar menos tubería de revestimiento. La tolerancia en los anulares suele ser pequeñas debido a esto en los trabajos de cementación puede ser necesario utilizar fluidos y técnicas de colocación especial para disminuir el riesgo de sufrir pérdidas.

Cementación de la cañería Cañería guía La cañería guía o tubo conductor suele ser la tubería de revestimiento que también es la más corta. El conductor sirve para evitar que los fluidos de perforación contaminen las arenas poco profundas, así como para evitar los derrumbes que pueden producirse fácilmente cerca de las superficies donde hay capas superficiales o lechos de grava no consolidados o sueltos. El tubo conductor suele tener uno de estos tres tamaños y profundidades: 

30 a 20 pulgadas, soldado



20 a 16 pulgadas, roscado



30 a 300 pies (