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CEMETACIÓN DE POZOS PETROLEROS, Aditivos para la Lechada de Cemento, JOSÉ…
CEMETACIÓN DE POZOS PETROLEROS
Definición de Cementación
Proceso utilizado en perforación de pozos para aislar zonas productivas y proporcionar estabilidad estructural.
Se emplea cemento para sellar el espacio anular entre el revestimiento y la formación rocosa.
Objetivos del Curso
Un encargado de unidad de
alta presión debe conocer
El proceso de una operación de cementación y bombeo.
Las unidades necesarias, cálculos básicos y principales problemáticas en dichas operaciones.
La composición del cemento y su comportamiento en diferentes condiciones.
Las unidades principales en un servicio de cementación, bombeo y pruebas de hermeticidad.
Los accesorios y herramientas que deben llevar las unidades de alta presión.
La nomenclatura y jerga utilizada en la industria petrolera.
Los procedimientos para la realización
de una cementación eficiente.
La identificación y solución de problemas operacionales antes, durante y después de la cementación
Antecedentes Históricos
Cementación en México
1900:
Inicio de la industria petrolera en México con la compra de tierras en Ébano, San Luis Potosí, por Charles A. Candfield y Edward L. Doheny.
1901:
Descubrimiento del pozo "Doheny I" con presencia de petróleo.
1900:
Ezequiel Ordóñez descubre el yacimiento La Pez en San Luis Potosí.
1901:
Porfirio Díaz expide la Ley del Petróleo, facilitando la inversión extranjera.
1912:
Francisco I. Madero impone un impuesto especial a la producción petrolera y exige el registro de compañías, que controlaban el 95% del negocio.
1915:
Venustiano Carranza crea la Comisión Técnica del Petróleo.
1917:
La Constitución Mexicana establece el control de la Nación sobre el subsuelo.
1918:
Se establece impuesto a terrenos y contratos petroleros, generando resistencia de empresas extranjeras.
1934:
Surge Petróleos de México, A.C. (PEMEX).
1935:
Creación del Sindicato de Trabajadores Petroleros de México.
1942:
Primer Contrato Colectivo de Trabajo en la industria petrolera.
1971:
Rudecindo Cantarell descubre una mancha de aceite en la Sonda de Campeche.
1979:
Inicio de explotación del yacimiento Cantarell con el pozo Chac.
1992:
Nueva Ley Orgánica de PEMEX, definiéndolo como órgano descentralizado de la Administración Pública Federal.
Cemento Portland
1824:
Joseph Aspdin nombra el cemento "Portland" por su parecido con la piedra de Portland en Inglaterra.
1845:
En Gran Bretaña se produce el primer cemento Portland moderno, a partir de calizas y arcillas, calentadas hasta formar clinker, que luego es triturado.
Conceptos y Definiciones
Más usados
Aparejo de producción:
Conjunto de tuberías y accesorios que transportan hidrocarburos del yacimiento a la superficie.
Bache lavador:
Fluido usado para limpiar y diluir el lodo en el pozo.
Bache espaciador:
Fluido separador entre el bache lavador y la lechada de cemento.
Cabeza de cementar:
Herramienta con válvulas que conecta la tubería de revestimiento con la línea de cementación.
Cementaciones:
Operaciones con cemento para soporte estructural en pozos.
Cementadora (UAP):
Equipo móvil con bombas y herramientas para cementaciones.
Clinker:
Sustancia química base del cemento.
Cementaciones de tuberías de revestimiento:
Bombeo de lechada de cemento en el espacio anular para soportar la tubería de revestimiento.
Espacio anular:
Espacio entre el aparejo de producción y la tubería de revestimiento.
Fluido de control:
Fluido que ayuda a perforar y controlar el pozo.
Lechada de cemento:
Mezcla de cemento y agua en diferentes proporciones.
Lodo de perforación:
Fluido circulante que facilita la perforación del pozo.
Pescado:
Objeto atrapado en el pozo que interrumpe la operación.
Rendimiento de la lechada:
Volumen de lechada obtenido con un saco de cemento y aditivos.
Reología:
Ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en movimiento.
Tapón de desplazamiento:
Tapón sólido que separa la lechada del fluido de control.
Tubería de revestimiento (Casing):
Tuberías de acero que evitan derrumbes y aíslan zonas con presión.
Tubería de producción (Tubing):
Tuberías que transportan hidrocarburos dentro del pozo.
Yacimiento:
Formación rocosa con hidrocarburos, limitada por una roca sello.
Simbología y Unidades
Usados en este documento
BHCT:
Temperatura circulante en fondo de pozo.
BHST:
Temperatura estática en fondo de pozo.
Densidad:
Expresada en gr/cm³ o lb/gal.
Presión de poro:
Presión ejercida por los fluidos en los poros de la formación.
Proceso de Fabricación del Cemento
Definición de Cemento Portland
Cemento hidráulico que fragua y endurece mediante reacciones químicas con el agua, generando un material sólido de alta resistencia.
Composición Qúimica (Portland)
Componentes Principales
Silicato tricálcico (C₃S)
Silicato dicálcico (C₂S)
Aluminato tricálcico (C₃A)
Ferroaluminato tetracálcico (C₄AF)
Componentes Secundarios
Yeso
Oxido De Magnesio
Sulfatos
Oxido De Calcio Libre Cao
Álcalis- Na
Proceo de Manufactura del Cemento
Selección de Materiales
Pulverización
Proceso de Mezcla
Seco
Húmedo
Calcinación
Enfriamiento
Almacenamiento en "Clinkers"
Dosificación con Yeso
Molienda del "Clinker" Final
Cementación Primaria
Definición
Une la tubería con la pared del pozo.
Evita la comunicación de fluidos entre zonas.
Se aplica en la perforación, terminación y reparación de pozos.
Funciones Principales
Aislamiento:
Sello hidráulico, protección a los mantos acuíferos, prevención de filtraciones.
Protección
Protege el revestidor de carga axial (peso propio y tensión adicional al perforar después de aplicar el revestidor).
Protege el revestidor de daños como la corrosión química por fluidos con altos contenidos de sales o gases agrios.
Protege la formación para garantizar la productividad del revestidor en la zona productora.
Variables del Proceso
Selección de lechadas
Colocación de la lechada en el pozo
Características del pozo
Metodología del Proceso
Metodología de diseño.
Diseño de la lechada de cemento.
Pasos a verificar en un programa de cementación.
Cálculos de cementación primaria.
Cementación por etapas.
Cementación a TR.
Accesorios para cementación.
Aditivos para la lechada de cemento.
Tipos de Cementación
Cementación Primaria
Proceso para colocar cemento en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta.
Objetivos
Aislar zonas con gas, aceite y agua.
Soportar el peso de la tubería de revestimiento.
Reducir la corrosión de la tubería de revestimiento.
Evitar derrumbes en formaciones no consolidadas.
Reto Principal
Obtener un sello hidráulico efectivo.
Desplazar lodo de perforación para asegurar adherencia sin canalizaciones.
Cementación Secundaria o Forzada
Aplicación de presión hidráulica para forzar cemento dentro de espacios vacíos.
Objetivo Principal
Sellar el anular llenando perforaciones, fracturas o canales detrás del revestidor.
Procesos
Aplicación de presión hidráulica para dirigir la lechada de cemento a un punto específico.
Deshidratación del cemento en cavidades o zonas porosas y permeables.
Tapones de Cemento
Se usa un volumen bajo de lechada para colocar cemento en un punto específico.
Propósitos
a) Desviar el pozo sobre un "pescado".
b) Iniciar perforación direccional.
c) Abandonar una zona o pozo.
e) Proveer anclaje en pruebas a hoyo abierto.
d) Corregir Problemas de
pérdidas de circulación
Cementación de Tuberías
de Revestimiento
Cementación de la tubería de revestimiento en la cementación primaria.
Tipos de Tuberías de Revestimeinto
Conductora
Evita derrumbes en suelos y rocas superficiales.
Profundidad: 90 a 150 pies (máximo 300 pies).
Facilita el retorno del lodo.
Superficial
Protege aguas dulces de contaminación.
Cementada con la superficie.
Intermedia
Brinda integridad al pozo.
Protege formaciones contra
pesos altos de lodo.
Permite perforación sub-balanceada
Explotación
Cementada en la zona de
explotación.
Soporta la presión de cierre
del pozo.
Accesorios para la Cementación
Arañadores
Remueven el revoque depositado sobre la pared del agujero.
Equipos de Flotación
Se ubican en la sección inferior del revestidor.
Reducen la carga del equipo de perforación permitiendo que la tubería flote hasta el fondo.
Zapatas
Protegen la parte inferior de la tubería de revestimiento.
Coples
Se colocan uno o dos tramos de tubería arriba de la zapata.
Sirven como asiento para los tapones de cementación.
Facilitan la finalización de la colocación del cemento cuando llega el tapón de desplazamiento.
Tapones
Barreras de separación entre
Lechadas de Cemento
Fluidos de Perforación y
Fluidos de Desplazamiento
Centradores
Se colocan en
secciones críticas
del pozo.
Permiten centrar la tubería para una
distribución uniforme
del cemento.
Zapata Guía
Forma básica de zapata de
tubería de revestimiento.
No tiene válvulas de contrapresión
ni mecanismos de control de flujo.
Protege las aristas de la parte
inferior de la tubería.
VALVULAS
Check
Weco
Procedimiento para la Realización de
un Servicio de Cementación
Procedimiento
Cálculos Previos
Determinar densidad de la lechada.
Calcular volumen de cemento requerido.
Determinar el tiempo de
fraguado y bombeabilidad.
Pesar Cemento+Aditivos
Medición exacta para evitar
desviaciones en propiedades.
Mezclado
Homogeneización de cemento,
agua y aditivos.
Prueba de Agua Libre
Determinar separación de fase
líquida en la lechada.
Prueba de Pérdida de Filtrado
Evaluar la filtración del agua
a través de la formación.
Reología de la Lechada
Ciencia que estudia en comportamiento
de los fluidos bajo esfuerzos.
Caracterización
Evaluación de mezclabilidad y bombeabilidad.
Cálculo del caudal de retorno
y desplazamiento
Relación presión vs profundidad
en el bombeo
Importancia
Interpretación correcta para
un diseño eficiente.
Evaluación del comportamiento
durante la colocación.
Acondicionamiento y Remoción
del Lodo
Objetivo:
Asegurar un sello perfecto en
la zona productora.
Problemas de una mala
remoción
Canalización
(zonas no
cementadas)
Comunicación Interzonal
(movimiento
de fluidos no deseado)
Adherencia Pobre del
Cemento
Factores a Considerar en
el Acondicionamiento
Modificación de propiedades del
lodo para facilitar su desplazamiento.
Control de presión y
gradientes en la formación.
Ambiente del Pozo
Factores a considerar:
Gradiente de Presión Poral
(Mud Logging)
Gradiente de Fractura
(Pruebas de Integridad)
Zonas Débiles y
Sobrepresurizadas
Densidad y Tipo
de Lodo
Historial de
Perforación
Datos de Temperatura
BHST (Temperatura Estática
de Fondo)
Impacto en la Resistencia
Evitar Retrogradación a
altas Temperaturas
BHCT (Temperatura Circulante
de Fondo)
Clave para pruebas de laboratorio.
DT (Diferencia de Temperatura
entre Fondo y Tope de Cmento)
Características del Pozo
Datos Geométricos
Profundidad, ángulo de desviación,
tamaño del revestidor.
Ambiente del Pozo
Presencia de gas, zonas de pérdida,
zonas salinas.
Datos de Temperatura
Impacto en tiempo de fraguado
y resistencia del cemento.
Configuración del Pozo
Determinada por el tamaño
de la mecha.
Formaciones inestables pueden
provocar cavernas.
Afecta el desplazamiento del
lodo y la lechada.
Diseño para una Cementación
Factores Clave en el Diseño
Temperatura
Afecta resistencia a la compresión y
deshidratación de la lechada.
Temperatura Circulante
Temperatura Estática
Retrogradación del Cemento
Gradiente de Fractura
Determina profundidad de
asentamiento del revestidor.
Evita fracturamiento de la
formación y pérdida de circulación.
Valor Mínimo:
Define la densidad
máxima permitida de la lechada.
Gradiente de Poro
Relaciona presión del yacimiento
con la profundidad.
Valor Máximo:
Define la densidad
mínima de la lechada.
Influye en la estabilidad del pozo.
Densidad de la Lechada
Valor entre el
gradiente de poro
y
gradiente de fractura
.
Siempre mayor a la densidad del
lodo de perforación para un
desplazamiento efectivo.
Densidad Equivalente de
Circulación (
DEC
)
Debe ser mayor al gradiente de poro para evitar invasión de formación.
Debe ser menor al gradiente de fractura para evitar pérdidas de circulación.
Efecto de
Caida Libre
Se produce por diferencias de densidad entre fluidos bombeados y el fluido de perforación.
Genera vacío en la tubería y aumenta la presión en el fondo del pozo.
Puede detectarse cuando la presión de bombeo superficial es cero.
Debe asegurarse que el caudal de entrada (Qe) sea igual al caudal de salida (Qs) al final de la operación.
Medición de
CALIPER
Permite conocer el diámetro
real del pozo.
Importancia en la
Cementación:
Cálculo exacto del
Volumen del cemento.
Identificación de irregularidades
en el pozo.
Descripción del Proceso de Cementación
a Tubería de Revestimiento
1.
SOLICITUD DEL SERVICIO
Detalles de operación
Servicio Requerido
Equipos Necesarios
Datos del Pozo
Características de
Tuberías
Fecha Programada
Datos del Solicitante
2.
VERIFICACIÓN DE DATOS
Revisión de datos
proporcionados
Validación de la
información
3.
FORMULACIONES
Introducción de datos en
el programa operativo.
Evaluación de condiciones esperadas
durante la operación.
4.
PRUEBAS DE LABORATORIO
Resistencia a la Compresión
Tiempo de Fraguado
Compatibilidad con la formación
Propiedades Reológicas
5.
CÁLCULO HIDRÁULICO
Evitar caidas de presión
Prevenir fracturas en la formación
6.
CÁLCULO DE VOLÚMENES
Basado en medición Caliper
Considera posibles pérdidas
de fluido
7.
PROPUESTA DE TRABAJO
Elaboración de Documento
Especificaciones del Pozo.
Activaciones de la Operación.
Procedimientos y Tiempos Estimados.
Revisión y Validación.
8.
DETERMINACIÓN DEL EQUIPO
NECESARIO
Profundidad del pozo
Temperatura y Presión
Condiciones del Teerreno
Tmaño de Tuberías
9.
INFORME DEL PROGRAMA
AL CLIENTE
Avances en planificación
Pocentaje de avance
10.
MOVIMIENTO LOGÍSTICO
Inspección de la Zona
Transporte y Disposición del Equipo
11.
CITA AL POZO
Convocatoria a compañías y
personal involucrado
12.
INSTALACIÓN DE EQUIPO
13.
VERIFICACIÓN DE DATOS Y
EQUIPO AUXILIAR EN POZO
Revisión de condiciones físicas
del pozo
Verificación del estado de los
equipos instalados
14.
OPERACIÓN DE CEMENTACIÓN
1.
Acondicionamiento del Pozo
Circulación de lodo para limpieza del pozo
2.
Junta de Seguridad
Identificación de Riesgos
Análisis de Seguridad de Trabajo (AST)
3.
Instalación de Casing
Introducción del Casing
Se llena con un sistema de
llenado rápido
Se coloca y asegura la cabeza
de cementación
4.
Preparación de Cementación
Colocación de tapones de limpieza
Circulación de lodo y baches
Pruebas de presión a 5000 PSI
Bombeo de
Bache Lavador
Verificación del equipo de flotación
5.
Bombeo de Cemento
Bombeo del bache espaciador
Bombeo del
cemento de baja densidad
(1,60 g/cc)
Bombeo del
cemento de alta densidad
(1,95 g/cc)
Liberación del tapon de desplazamiento
Desplazamiento del cemento+lodo
de perforación
6.
Finalización de la Cementación
Verifiación de la
presión final del pozo
Descarga de presión a lodo
Chequeo del equipo de flotación
Espera del fraguado del cemento
15.
REPORTE DE LA OPERACIÓN
Comparación de resultados obtenidos
con los cálculos previos
Documentación de posibles desviaciones
o problemas encomtrados
16.
ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN
U PROGRAMACIÓN
Informe para el departamento del SERAP
Ajustes de procedimientos para
futuras cementaciones
17.
CUMPLIMIENTO DEL PROGRAMA
Reportes via radio cada 6 horas
Ajustes del programa en caso de problemas
18.
RESULTADO DE LA OPERACIÓN
Elaboración de reporte final
con todos los datos
Se entrega a
SERAP
para su
análisis y archivo
Introducción a la Cementación
Proceso fundamental en la perforación
y completación de pozos.
Determina la vida útil y seguridad del pozo.
Implica el uso de equipos especializados y personal capacitado.
Aditivos para la Lechada de Cemento
Lechada de Cemento
Mezcla de agua, cemento y aditivos
a una densidad determinada.
Seleccionadas en función a:
Densidad
Temperatura de Circulación
Temperatura Estática
Control de Filtrado
Reología
Tiempo de Espesamiento
Resistencia a la Compresión
Migración de Gas
Comportamiendo de los Aditivos
Sensibles a los componentes
químicos del cemento.
Viabilidad alta, incluso
dentro de la misma API.
Pruebas de laboratorio necesarias
para garantizar un diseño adecuado.
Clasificación de los Aditivos
Aceleradores:
Reducen el tiempo de
espesamiento y aceleran el endurecimiento.
Retardadores:
Incrementan el
tiempo de espesamiento.
Extendedores:
Reducen el peso de la
lechada y aumentan su rendimiento.
Densificantes:
Incrementan el peso de
la lechada y disminuyen su rendimiento.
Dispersantes:
Reducen la
viscosidad de la lechada.
Controladores de Filtrado:
Controlan la
pérdida de fase líquida,
manteniendo la lechada fluida.
Controladores de Pérdida de Circulación:
Evitan la pérdida de cemento en formaciones débiles.
Especiales:
Incluyen antiespumantes,
trazadores radioactivos, entre otros.
JOSÉ MANUEL CALDERÓN GUZMÁN
INTERVENCIÓN Y MANTENIMIENTO DE POZOS
