Cementacion Slb

CEMENTACIÓN DE POZOS Ing. Miguel Naranjo Galicia

DCS / MARZO - 2010

Contenido • Introducción • Manufactura del Cemento - Tipos de Cementos - Componentes del Cemento - Clasificación API del Cemento • Metodología de Diseño - Información necesaria para la Cementación - Cálculo del volumen de Cemento - Cálculo del volumen para el Desplazamiento - Presión Diferencial durante el Desplazamiento - Densidad Equivalente de Circulación

Contenido • Diseño de Lechada de Cemento - Pruebas de Laboratorio (NORMA API SPEC 10) • Aditivos de una lechada de Cemento y sus funciones • Baches lavador y espaciador • Check-list en el pozo • Cálculos en el pozo • Accesorios y Equipos para la Cementación • Evaluación del Cemento • Aislamiento Zonal • Recomendaciones.

Introducción La cementación de pozos petroleros es el proceso mediante el cual se mezcla una lechada de cemento y agua para bombearla al fondo del pozo a través de la tubería de revestimiento. El objetivo de la presentación es proporcionar una metodología práctica para diseñar y ejecutar cementaciones primarias de tuberías de revestimiento que reduzcan tiempos y costos en los cambios de etapas. Se señalaran los aspectos mas relevantes por considerar en el diseño de las lechadas, diseños de la cementación y la secuencia operativa de las cementaciones primarias: información necesaria para la cementación, diseño de la lechada de cemento, bache lavador y espaciador, secuencia operativa, accesorios para la cementación y aditivos empleados para la lechada.

Manufactura del Cemento CALIZA (Piedra de alto Cont. de CaCO3) ARCILLA (Oxido de Aluminio Al2O3) ARENA ( SiO2) MINERAL DE HIERRO ( Fe2O3)

CLINKER (escoria)

YESO Sulfato de calcio CaSO4

CEMENTO

Se calienta a aprox. 1500 oC

TIPOS DE CEMENTO • Cemento Precoz (Grano fino: Alta área de superficie, mayor requerimiento de agua) • Cemento Retardado (Grano grueso: Baja área de superficie, menor requerimiento de agua) • Cemento Portland (Área Superficial ligeramente mayor a los cementos retardados) • Otros: Poxmix, MicroMatrix

COMPONENTES DEL CEMENTO Originados en el proceso de incineración: • Silicato Tricálcico (C3S): Componente prevalente y el principal responsable de consistencia temprana (1 a 28 días), presente en mayor cantidad en cementos precoces que en cementos portland o retardados • Silicato Dicálcico (C2S): Compuesto de hidratación lenta, da resistencia gradual en un extenso periodo de tiempo. • Aluminato Tricálcico (C3A): Compuesto que controla el tiempo de espesamiento de la lechada. • Alúmino Ferrito Tetracálcico (C4AF): Compuesto de baja Hidratación, inversamente proporcional al Oxido Ferroso

Clasificación API de Cementos

Metodología de Diseño Información del Pozo Volumen de Cemento Diseño de la lechada de Cemento

Volumen de Desplazamiento Presión Diferencial durante el Desplazamiento Densidad Equivalente de Circulación

Metodología de Diseño Información del Pozo

Metodología de Diseño Cálculo de volúmenes Volumen de Cemento

VD1

5

D 2 AG  D 2 ETR Vol E A ( m )  *H 1973.618 3

D 2C Z Vol C  Z ( m )  * H C Z 1973.618 3

VD2

4

Vol C ( m 3 )  Vol EA  Vol C  Z

Volumen de Desplazamiento

3

1 2

D 2 iR Vol Desp (m3 )  *HR 1973.618

Metodología de Diseño Presión Diferencial durante el Desplazamiento Cuando la diferencia de densidades entre el lodo y la lechada de cemento es significativa, esta diferencia causa eventualmente que el ritmo de fluidos en el espacio anular sea diferente al ritmo de flujo dentro de la tubería de revestimiento. Este fenómeno es conocido como CAÍDA LIBRE, y se detecta cuando la presión de bombeo superficial cero. PresiónesSuperficial PS = PA – PTR + PFA + PFTR PA = Presión Hidrostática en P TR = Presión Hidrostática en EA P FA = Perdidas de presión por fricción en TR PAnular FTR = Perdidas de presión por fricción en Revestidor

Metodología de Diseño Densidad Equivalente de Circulación Este parámetro es particularmente importante por dos razones: • El ECD debe ser mayor que la presión de poro de la formación para evitar que esta se manifieste cuando los baches lavador y espaciador se encuentran en el espacio anular. • El ECD debe ser menor que la presión de fractura, para evitar pérdida de circulación.

 PA  PFA  ECD ( gr / cm )  0.7045  H   3

PA = Presión en EA (psi) PFA = Perdidas por fricción en EA (psi)

Procedimientos de laboratorio y Métodos de Reportes

Procedimientos de laboratorio y Métodos de Reportes

Aditivos de la lechada y sus funciones

Preflujos de la operación de Cementación FUNCION

PROPIEDADES

CRITERIOS DE VOLUMEN

Check-List en el pozo • Verificar ajuste final y profundidad total de la tubería de revestimiento • Verificar el peso físico de la tubería de revestimiento • Reciprocar la tubería para limpiar y mejorar el flujo en el espacio anular • Verificar la cantidad de cemento y los baches de acuerdo al programa • Verificar que el volumen de lodo sea suficiente para el desplazamiento • Verificar que el volumen de agua sea suficiente para la operación • Verificar e identificar que los tapones de limpieza y desplazamiento para no meterlos invertidos • Verificar la instalación y prueba con presión del equipo de cementar • Verificar la circulación y reología del fluido de control según programa

Lechada de Cemento CEMENTO + AGUA + ADITIVOS

Cemento en Sacos ó a Granel

Requerimiento específico de agua (Según la densidad)

Dos tipos de aditivos: • Sólidos (%WOC) • Líquidos (lt/sk)

BALANCE DE MASAS Cálculo de Densidades, Agua y Rendimiento mC/vC + mA/vA + mad1/Vad1 + mad2/Vad2 + … + madn/vadn= ΣML/ΣVL

ΣML/ΣVL = ρL C: cemento A: Agua ad: Aditivo L: Lechada

Cálculos en el Pozo Peso de la tubería de revestimiento flotada

Tiempo de Desplazamiento

WTRF (Ton )  1.491X 10 3WTR * H * F f Con bomba Duplex Factor de flotación

lodo Ff  1  7.856

Volumen de Desplazamiento 2

Vol Desp (m 3 ) 

D iR *HR 1973.618

q(lt / emb )  0.02575 (2 D 2 c  D 2V ) * LV Con bomba Triplex

Máxima presión Diferencial

Cálculo de Volúmenes VD1

160 mt 500 mt

Formulas Básicas CAP (bbl/mt) = D2 / 313.7458

5 TR 13 3/8¨

800 mt

CAP (m3/mt) = D2 / 1973.618

Lechada de Amarre Lechada de Vol = V1 + V2 + V3 Llenado Vol = V4+ V5 Lechada de Desplazamiento Vol = VD1+ VD2 Agujero de 12 ¼¨

VD2

4

Puntos de interés en el cálculo de volúmenes • Volúmenes fijos • Cambios en Diámetro de la TR, cambios de peso de la TR • Desplazamiento por la TP (Up-Set de la tubería) 2118 mt 3 2280 mt TR 9 5/8¨

1 2

2318 mt 2320 mt

Cálculo de Volúmenes VD1

CAP (m3/mt) = D2 / 1973.618

5

30% de Exceso de volumen anular 2 2  12.25   9.625 CAPA 

1973.618

VD2

4

Agujero de 12 1/4¨

Dexceso 

 0.029

 0.029 x1.3.1973.618   9.625 2

 12.934

pu lg

5.58 % de Exceso de Diámetro

30% de exceso

30% de Exceso de volumen de agujero CAP  TR de 9 5/8¨

12.25 2 1973.618

Dexceso 

 0.076

 0.076 x1.3.1973.618 30% de exceso

3

1 2

 13.97

pu lg

14 % de Exceso de Diámetro

Cálculo de densidad, Requerimiento de Agua y Rendimiento

Ejemplo 1: Lechada compuesta de cemento tipo H, 35% de silice, 0.5% de Controlador de Gas, 0.3% de Dispersante, 0.2% de Retardador Densidad = 1.92 gr/cc

Cantidad de material por saco de cemento Material Cemento Silica Controlador de Gas Dispersante Retardador

35 0.5 0.3 0.2

Total

masa(gr) 57976.8 + 1000A Densidad de lechada = --------------- = --------------------------- = 1.92 volumen(cc) 19539 + 1000A Despejando, A = 22.24 lt/sk

Requerimiento de Agua, Rendimiento = ?

Concentracion (% WOC)

A: Cantidad de agua = Requerimiento de agua (lt/sk)

Total masa de lechada = 57976.8 + 1000A = 80217 gr

Masa (gr) 42,630.00 14,920.50 213.15 127.89 85.26

Total volumen de lechada = 19.539 + A = 41.78 lts

Rendimiento, (volumen de lechada por saco de cemento)

57,976.80 41.78 lt/sk

Volumen de Material por saco de cemento Material Cemento Silica Controlador de Gas Dispersante Retardador

gr 42,630.00 14,920.50 213.15 127.89 85.26

Total

Gravedad Especifica 3.14 2.65 1.19 1.28 1.6

litros 13.576 5.630 0.179 0.100 0.053

19.539

Cálculo de densidad, Requerimiento de Agua y Rendimiento

Ejemplo 2: Lechada compuesta de cemento tipo H, 35% de silice, 0.5% de Controlador de Gas, 0.3% de Dispersante, 0.2% de Retardador Densidad = ? Requerimiento de Agua = 22.24 lt/sk Cantidad de material por saco de cemento

masa(gr) 80216.8 gr Densidad de lechada = --------------- = --------------------------volumen(cc) 41779 cc Densidad de la lechada = 1.92 gr/cc

Rendimiento, (volumen de lechada por saco de cemento) 41.78 lt/sk

Volumen de Material por saco de cemento

Cálculo de densidad, Requerimiento de Agua y Rendimiento

Ejemplo 3: Para la cementación de la TR de 9-5/8” del pozo CANT-3041 se requiere de 59.2 m3 de lechada de llenado y 9.14 m3 de lechada de anclaje LECHADA DE LLENADO Densidad = 1.60 gr/cc Rendimiento = 59.89 lt/sk Requerimiento de agua = 44.06 lt/sk

LECHADA DE AMARRE Densidad = 1.95 gr/cc Rendimiento = 36.08 lt/sk Requerimiento de agua = 20.25 lt/sk

• Calculo de la cantidad de Cemento:

• Calculo de la cantidad de Cemento:

# sacos = volumen / Rendimiento = 59200 / 59.89 # sacos = 988 sacos  49,42 tons

# sacos = volúmen / Rendimiento = 9140 / 36.08 # sacos = 253 sacos  12,66 tons

• Cálculo de la cantidad de Agua:

• Calculo de la cantidad de Agua:

Volúmen / Req. Agua = 59200 / 44.06 = 43.5 m3

Volúmen / Req. Agua = 9140 / 20.25 = 5.13 m3

• Cálculo de cantidades de aditivos:

• Cálculo de cantidades de aditivos: Aditivos. Lechada de Amarre Aditivo D168 D080 D047 D162

Concent. Unidad Cantidad Unidad Caracteristicas 0.65 lt/sk 164.603 lts Control de filtrado 0.5 lt/sk 126.618 lts Dispersante 0.05 lt/sk 12.662 lts Antiespumante 0.15 lt/sk 37.985 lts Antisedimentante

Accesorios y Equipos de Cementación Tipos de válvulas utilizadas Válvula de chapaleta

Válvula de bola Asiento

Asiento Cuerpo

Cuerpo

Soporte y Baypass

Válvula de Dardo

Asiento

Soporte y Baypass

Accesorios y GUÍA Equipos de ZAPATO Cementación

Zapato Guía Punta de Cemento

Zapato Guía con Jets u Orificios

Zapato Guía Punta de Aluminio

Accesorios y Equipos de ZAPATOS FLOTADORES Cementación

Zapato Flotador de Canica o Esfera

Zapato Flotador con Dardo y Orificios

Accesorios y Equipos de ZAPATOS DE LLENADO AUTOMÁTICO Cementación

Zapato Flotador con Punta de Aluminio, Válvula de Chapaleta, Llenado Automático

Zapato Flotador con Punta de Cemento Válvula de Chapaleta, Llenado Automático

Accesorios y Equipos de Cementación

Zapato de Lleando por Orificios (Material de Aluminio) Zapato Llenado Automático Con Tapón Acoplable (Material de Aluminio)

Cople de Llenado por Orificios (Material de Aluminio)

Cople de Llenado por Orificios (Material de Cemento)

Accesorios y Equipos de COPLES FLOTADORES Cementación

Cople Flotador Válvula de Bola

Cople Flotador Válvula de Chapaleta

Cople Flotador Válvula de Dardo SE COLOCA 1-2 JUNTAS ARRIBA DEL ZAPATO PARA REDUCIR LA CONTAMINACIÓN ALREDEDOR DEL ZAPATO

Accesorios y Equipos de Cementación EQUIPO PARA ETAPAS MULTIPLES Centralizador Bala de Apertura

Tapón Segunda Etapa

Cople de Etapa

Canasta de Cementación Cople de Etapa Plato de Plástico Sellante Cople Flotador

Zapata

Bala de Apertura

Tapón Primera Etapa

Accesorios y Equipos de CANASTAS DE CEMENTACIÓN Cementación

Canasta Metálica

Canasta Metálica con Collar Detenedor Automático

Canasta de Lona Forrada

Accesorios y Equipos de Cementación

ZAPATO EMPACADOR

INTRODUCCIÓN DE TUBERÍA

ANCLANDO EMPACADOR

CIRCULANDO

Centralización de la Casing La centralización de la TR ayuda a proveer un perfil de flujo uniforme alrededor del anular permitiendo una mejor remoción del lodo de perforación y una apropiada colocación del cemento. Si la tubería no está centrada impedirá el flujo en la parte mas estrecha del anular. Estudios de campo han demostrado que un 67% de centrado es necesario para remover eficazmente la parte estrecha del anular; cuando el centrado es menor del 60% existe una pobre eficiencia de desplazamiento, es por esta razón que por lo general se debe diseñar una corrida de TR para garantizar un mínimo del 60% de centrado. En general los centradores se pueden clasificar en dos tipos: rígidos (rigid) y flexibles o tipo fleje (bowspring).

RH

% Centrado  (Stand off)

W x100 Rh  Rc

RC

W

Los centradores rígidos se recomiendan cuando se cementa en agujeros en calibre, los centradores tipo fleje pueden emplearse en secciones deslavadas. El número requerido y el posicionamiento de los centradores puede ser determinado con mayor precisión mediante simuladores de cómputo. Por lo general simuladores modernos requieren información de desviación, geometría del agujero (registro caliper) y el diseño de la sarta de revestimiento.

Accesorios y Equipos de Cementación

Flexible

Rígido

Tipo Espiral

Tipo para Inducir Turbulencia

Accesorios y Equipos de Cementación RECIPROCANTES

ROTADORES

Tipo Alambre

Tipo Cable

Tipo Alambre

Tipo Cable

Accesorios y Equipos de COLLARES Cementación

Collar con Abrazadera y Tornillo

Collar Pasador Tipo Hammer

Accesorios y Equipos de TAPONES DE CEMENTACIÓN Cementación

Tapón Superior (Sólido)

Tapón Inferior (Hueco)

•

Separa los Fluidos

•

Limpia el Casing

•

Indica Fin de Desplazamiento en Superficie

Cementación a través de la vida del pozo Operaciones de squeeze:

• Reparación de zonas mal aisladas • Llena el anular para levantar tope de cemento • Taponar disparos para controlar invasion de agu • Reparar casing corroido

Abondono y taponamiento

• Assegurar que los pozos son taponados eficazmente en forma temporal o definitiva

Petróleo Cono de agua Después de poco tiempo de producción….

Aislamiento zonal - importancia

Si la cementación es pobre ó no existente, el agua salada/petróleo podría viajar a través del casing y contaminar las formaciones de agua fresca superficiales

Formacion de agua fresca superficial

Arcillas

Agua salada o petroleo (forma

Aislamiento zonal Por ejemplo en el pozo OKN 32 en Algeria Se probo que el cemento era muy pobre O no existente lo cual permitio que el agua Viajar atraves dle casing y diluyera las Zonas de sal superiores. El pozo fue perdido y un gigantesco lago de Sal ahora puede ser hallado en el Desierto alimentado por una gua dulce Fresca y preciosa.

Formaciones con sal

Arcillas

Formación con agua dul

Aislamiento Zonal Pozo OKN 32 en Algeria (perforado en 1979)

Mal Aislamiento Zonal - Blowout

Recomendaciones • Diseñar en función de la temperatura de fondo. • La lechada de cemento no debe tener agua libre, se debe controlar el filtrado y el tiempo de bombeo necesarios para la operación • El correcto centrado de la tubería de revestimiento mejora el desplazamiento del lodo y la distribución del cemento en el espacio anular

• Adecuar la reología del lodo para optimizar su movilidad y eliminación de recort • Acondicionar el lodo hasta obtener el equilibrio de los parámetros de entrada y • Procurar una densidad uniforme mediante el uso de recirculador • Maximizar el gasto de desplazamiento. Cuando no se logre obtener un flujo Turbulento, desplazar al mayor gasto posible.

Taller de Cementación

Muchas Gracias…!!!