01 - revisión de la tecnología de cementación

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Revision de CementacionCementacion Primaria, Remocion de Lodos,

Reologia,Cementacion Secundaria, Aditivos de Cementacion,Pruebas de Laboratorio

2 KTC – JB June2004

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Agenda• Cementacion Primaria

• Criterios para una Cementacion Exitosa

• Reologia

• Cementacion Secundaria

• Aditivos de Cementacion

• Pruebas de Laboratorio


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ObjectivosAl finalizar este modulo, los participantes seran

capaces de:• Nombrar los diferentes revestidores primarios

en un pozo• Enumerar los criterios para una cementacion

exitosa• Enumerar y explicar los 2 tipos de regimen de

flujo y sus modelos reologicos• Entender los metodos para la ejecucion de una

cementacion secundaria


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Objectivos• Explicar el porque los aditivos son agregados a

una lechada• Enumerar las familias de aditivos de

cementacion • Nombrar los diferentes equipos usados en las

pruebas de laboratorio • Analizar los resultados de laboratorio


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Cementacion PrimariaLa introduccion de un material cementante en el espacio anular entre revestidor y hoyo, se realizacon el objectivo de:– Aislar zonas – Soportar las cargas axiales de

los revestidores a ser corridosposteriormente

– Proveer soporte y proteccion al revestidor

– Proteger el hoyo

Agua Potable

Zona Impermeable

Salmuerao Petroleo


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Objectivos de una CementacionPrimaria

• Aislar totalmente las zonas (AdherenciaHidraulica)

• Soportar las cargas axiales (Adherencia al esfuerzo axial)

• Proteger el revestidor


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Tipos de Revestidores

• Conductor

• Superficie

• Intermedio

• Revestidores de Produccion o Liners


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Conductor• Proposito:

– Previene “wash outs”– Proveer elevacion al niple de flujo

• Problemas:– Flujo de agua superficiales – Bajas Temperaturas (Costa Afuera)– Perforacion a traves de hidratos

gaseosos bajo condiciones de aguasprofundas (Costa Afuera)

• Otros: – Se consideran grandes excesos – Cementacion Stab-in es comun– Lechadas de cemento neto aceleradas

Revestidor de 30 ‘’ en Hoyo de 36’’

o

Revestidor de 20 ‘’ en Hoyo 26’’

@

30 ft - 200 ft


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Cementacion a traves de la Tuberia de Perforacion (Stab-in)

• Puntos Claves:– Menor contaminacion del cemento– Menor canalizacion– Menor Desplazamiento– Bombear hasta que el cemento llegue a

superficie– Tiempo de trabajo menor (Tiempo de

taladro)– Menos cemento


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Cementacion Externa (Top Job)• Puntos Claves:

– Traer el cemento hasta la superficie

– Se usan Tubos No-API – Max. profundidad 250-300 ft– Presiones muy altas debido a la

friccion– Conexiones No-standards


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Revestidor de Superficie• Propositos:

– Proteger las formaciones de aguapotable

– Revestir zonas inconsolidadas o zonasde perdidas

– Proveer soporte mecanico para lasoperaciones posteriores (BOP, etc.)

• Problemas:– Flujo de aguas superficiales – Perforacion a traves de hidratos

gaseosos (Costa Afuera)• Otros:

– Lechadas ligera y de cola– Grandes excesos ( 50 - 150 %)

Revestidor de 16 ‘’ en Hoyo de 20 ‘’

oRevestidor de 13 3/8” en

Hoyo de 17 ½” @

100 ft – 3000 ft


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Revestidor Intermedio(s)

Revestidor de 13 3/8” en Hoyo de 17 ½” o

Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” entre

3000 to 10,000 ft (vertical o desviado)

• Proposito:– Aislamiento del hoyo en secciones de

trabajo• Problemas:

– Zonas de sobre-presion, perdidas, formaciones salinas, lutitas deleznables

– Rango entre la presion de poro y la presion de fractura muy cercano


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Revestidor Intermedio(s)

13 3/8” casing in 17 ½” hole or

Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” @

3000 to 10,000 ft (verticales o desviados)

• Otros :– Son frecuentes las cementaciones en dos etapas– Se requieren buenas practicas de cementacion – Tope del cemento hasta superficie o la zapata

anterior– Comunmente se usan lechadas de barrido

seguidas por lechadas de cola con alta resistenciaa la compresion

– Lechadas Especiales (ligeras, pesadas, sistemas salinos, etc)


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Cementacion de Dos Etapas• Puntos Claves:

– Aislamiento de Zonas (Separacion)– Reduccion de la presion hidrostatica– Dejar zonas en el anular sin cementar

(cemento a TD y en la superficie)

1ra Etapa

Collar de Etapas


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Revestidor de Produccion o Liner

Diametros Comunes:

4 ½”, 5”, 7’’, 9 5/8”

• Propositos:– Aislar la zona productiva de otras

formaciones y fluidos en esta– Servir de proteccion al equipo de

produccion• Levantamiento artificial • Completaciones Multiples• Rejillas para control de arena

– Cubrir revestidores intermedios dañados o bajo fatiga


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15

Liner o Camisa• Puntos Claves:

– Menos Revestimiento esnecesario

– Pozos mas profundos– El espacio anular es mas

pequeño– Se requieren equipos

especiales

Tapon del Liner

Dardo Limpiador De la TP

Colgador

Zapata Anterior

Solape del Liner


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Diseñando un Trabajo de Cementacion

• Calcular los volumenes de fluidos

– Capacidad del Hoyo

– Altura Anular

– Capacidad del Revestidor

• Bajo Costo implica:

• Basados en :

– Buen Mezclado y Bombeo economico• STAB-IN ?

( Lechada, Lavador, Espaciador, Volumen de Desplazamiento )


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• Verificar que el pozo este bajo control:– Simular el proceso de cementacion

– Presion de Poro de la Formacion– Presion de Fractura de la Formacion– Presion de Estallido de los tubulares– Presion de Colapso de los tubulares

• Verificar la temperatura y el tiempo de frague (espesamiento)

• Pozo bajo control al correr el revestidor

Calcular las presiones estaticas y dinamicas y compararlas con :



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• Diseñar una eficiente remocion de lodos para evitar canalizaciones y garantizar unbuen aislamiento de la zona

• Remover el revoque (enjarre)– Optimizar el volumen de los pre-flujos y

rata de bombeo

– Optimizar las propiedades de los fluidos

– Optimizar la rata de bombeo

– Optimizar la centralizacion del revestidor


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Criterios a seguir para una Cementacion

Exitosa


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Criterios a seguir para una Cementacion Exitosa

• Concepto

• Remocion de Lodos

• Accesorios del revestidor (Casing hardware)

• Propiedades de la Lechada


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Concepto

DiseñoPlaneacion &

Diseño de Lechada

EVALUACIONRegistros, Informacion,

Historia del Pozo

EJECUCIONMezcla de Lechada

& Colocacion


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Factores que pueden afectar un Trabajo de Cementacion

Pobre

Centralizacion

Zonas Lavadas:

Regimen de

Flujo Incorrecto

Canalizacion:

Incompatibilidad de

los pre-flujos o mala

remocion de lodos


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Remocion de Lodos

• Es un proceso de 3 pasos, a seguir antes de cementar:• Limpieza del Hoyo

• Acondicionamiento del lodo de perforacion

• Desplazamiento del lodo del espacio anular


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Remocion de Lodos (Cont.)• Limpieza del Hoyo

• Propiedades del lodo Controladas & Optimizadas• Viajes de Limpieza• > 95% Volumen total del hoyo debe estar en

circulacion• Registro o perfil del Hoyo – Fluidos Marcadores


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Remocion de Lodos (Cont.)• Acondicionamiento del Lodo

• Romper los geles • Bajar ty + pv• Solidos de perforacion < 6%• Rata minima de bombeo para alcanzar flujo total

alrededor del revestidor• Desplazar el Lodo del Anular

• Optimizacion de la Colocacion de la Lechada ---> CemCADE

• Centralizacion del Revestidor (STO > 75%)• Movimiento del Revestidor


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Criterios para una Remocion de Lodos Efectiva

• Centralizacion del revestidor• Movimiento del Revestidor• Raspadores• Tapones • Lavadores y Espaciadores• Seleccion del Regimen de Flujo


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El Revestidor Ideal

Revoque fino e impermeable(no gelificado o no-consolidado)

BHST al tope delcemento>BHCT a TD

Espacio AnularMinimo: 3/4”Ideal: 1 1/2”

Hoyo y LodoAcondicionadosApropiadamente

Diametro Exacto

Hoyo Estable

Uniforme (ni zonas lavadas ni restricciones)

Sin FlujoSin Perdida

Revestidor centrado en el Hoyo

BHST y BHCT reales


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Centralizacion del Revestidor•• VariacionesVariaciones de de FlujoFlujo Relativas como funcion Relativas como funcion de la de la excentricidadexcentricidad

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0 20 40 60 80 100

WW

% Stand-off = wRH - RC

X 100

API % STANDAPI % STAND--OFFOFF

RE

LA

CIO

N d

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LU

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PO

RT

AD

AR

EL

AC

ION

de

FL

UJO

y P

OR

TA

DA

RC

RH


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• Alcanzar un minimo Stand-Off de 75% as per SLB (67% API)

Centralizador Rigido Centralizadores Espiral & Turbolizer

Centralizando el revestidor


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Influencia de la Centralizacion del Revestidor (Stand-Off)

En Flujo Laminar

V2 = 4V1 (For 67%)

En Flujo Turbulento

V2 = 1.64 V1 (For 67%) VVnarnar VVwidewide

DDii

DDoo


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Efectos de la Centralizacion en la Remocion de Lodos

Disminuyendo el Stand-off

Lodo

Cemento


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Video “S – 15”: Importancia de la Centralizacion


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Movimientos del RevestidorROTACION

Comienza Rotacion

Lodo Casi

Removido tot

Revestidor Inmovil

Cemento Fluyendo

Lodo Gelificado


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Movimientos del Revestidor

Stand-off = 20 %

Stand-off = 100 %

RECIPROCAR

Stand-off = 20 %Stand-off = 20 %

Lodo

Lechada de Cemento


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Raspadores y Coples

Raspador Rotante Raspador Reciprocante

Cople Modelo J10H Cople Modelo J5H


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Tapones• Separar los fluidos

• Limpiar el Revestidor

• Indicacion positiva en superficie

Tapon Superior Tapon Inferior


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Lavadores Quimicos

• Fluidos de Baja Viscosidad

• Usualmente a base de Agua

• Pueden contener Surfactantes


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• Separar el cemento del lodo– Efecto de incompatibilidad

• Remover el lodo del anular– Flujo Turbulento a bajas ratas de bombeo– Erosionar, diluir y dispersar las particulas

• Cambiar la humectabilidad del revestidor y formacion– Funcion de los Surfactantes

• Aligerar la columna hidrostatica– Lodos base agua o base aceite

Lavadores Quimicos (Cont.)


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• Fluidos densificados viscosos para separar lodo y lechada

• Remocion de lodos

• Compatibilidad con lodos y lechadas de cemento

• Reologia Especifica– Baja para Flujo Turbulento– Ajustable para Flujo Laminar Efectivo

Espaciadores

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Propiedades de la Lechada


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Factores en el Diseño de la lechada quepueden afectar una Cementacion

Encogimiento

o Microanillos

Agua Libre

Migracion de Agua

Percol de Gas Percolacion de Gas


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Propiedades de las Lechadas

• Densidad de la Lechada• Reologia de la Lechada• Agua Libre• Tiempo de Frague o Espesamiento• Resistencia a la Compresion• Perdida de Filtrado• Compatibilidad


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ReologiaReologiaReologia eses la la ciencia que estudia ciencia que estudia el el flujo flujo y la y la deformacion deformacion

de la de la materiamateria

Si Si se se Aplica Aplica una fuerzauna fuerza

FLUIDOSFLUIDOSFLUIRANFLUIRAN

SiSi se se Aplica Aplica UnaUna fuerzafuerza

SOLIDOSSOLIDOSSe Se RomperanRomperan


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En En Cementacion Cementacion de de pozospozos

Reologia (Cont’)

NecesitamosNecesitamos la la reologiareologia para determinarpara determinar::La La mezclabilidadmezclabilidad y y bombeabilidadbombeabilidad


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üüEvaluar Evaluar la la Mezclabilidad Mezclabilidad y y BombeabilidadBombeabilidad de la de la LechadaLechada

üüDeterminarDeterminar rata de rata de bombeobombeo apropiadaapropiada o o para para obtenerobtener unauna remocionremocion de de lodoslodos efectivaefectiva y y buenabuenacolocacioncolocacion de la de la lechadalechada

üüCalcularCalcular laslas presionespresiones debidasdebidas a la a la friccionfriccion

üüCalcular los Calcular los HHP HHP parapara un un trabajotrabajo

AplicacionesAplicaciones de la de la Reologia Reologia CementacionCementacion


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AplicacionesAplicaciones de la de la ReologiaReologiaen en CementacionCementacion (Cont’)(Cont’)

LaboratorioLaboratorio CemCADECemCADETMTM

OperacionesOperaciones

MezclabilidadMezclabilidad / / BombeabilidadBombeabilidad

Parametros ReologicosParametros Reologicos

RemocionRemocion de de LodosLodosEfectivaEfectiva

PresionesPresiones porpor FriccionFriccion

HHP HHP necesariosnecesarios

PresionesPresiones RealesReales

ReologiaReologia ((altaalta) = ) = PresionesPresiones ((altasaltas) = HHP (altos)) = HHP (altos)


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Flujo Laminar

ü El Movimiento es deslizante (en estratos)

ü La Velocidad en la pared = 0

ü La Maxima Velocidad es maxima al centro del perfil de flujo

ü Vmax = 2 Vü Donde V = Velocidad media de la particula

V = 0

V = 0

V max


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Flujo Turbulento

ü El Movimiento es rotacional

ü La Velocidad media de las particulas es uniforme, a lo largo de toda la tuberia

DIRECCION del FLUJO


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Modelos Reologicos

Newtoniano

Velocidad de Corte

Esfu

erzo

de C

orte

Bingham

PlasticoPlastico de Binghamde Bingham

Modelo de Potencia

ModeloModelo de de PotenciaPotencia

Herschel-Bulkley

HerschelHerschel--BulkleyBulkley


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Effectos Adversos causados por :El Agua Libre

• Canalización

• Llenado incompleto


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Tiempo de Frague (Espesamiento)

• Si la BHCT estimada es muy baja:– OH OH…

• Si la BHCT estimada es muy alta:– Uso ineficiente de los aditivos

– Baja resistencia a la compresión

– Adherencia pobre (Formación y Tubería)

– Migración de Fluidos


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Predicción de la Temperatura• Factores básicos que afectan el desempeño del

cemento– La Temperatura– La Presión

• La Temperatura tiene la mayor influencia y afecta:

– El Tiempo de Frague– La Resistencia a la Compresión– La Perdida de Filtrado– La Reologia– EL Agua Libre


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Resistencia a la Compresión• Pobre protección contra las fuerzas laterales

Sistema Estable

Sistema Inestable


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• Mantener una relación fluido/cemento constante– Densidad Constante– Rendimiento Diseñado– Tiempo de Fraguado– Resistencia a la Compresión– Reologia– Propiedades Constantes

• Evitar el taponamiento Anular o presiones de bombeo excesivamente altas

• Reducir el daño a la formación

Control de la Perdida de Filtrado


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Contaminación Lodo - Cemento

• Acelera o retarda el Tiempo de Fraguado

• Reduce la resistencia a la compresión

• Reduce la adherencia hidraúlica

• Aumenta la perdida de filtrado

• Cambia las propiedades reologicas


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Criterios para obtener una Cementación Exitosa

• Concepto– D.E.E.

• Remoción de Lodos– Centralización, Movimientos del Revestidor, Lavadores y Espaciadores

• Accesorios de la tubería de Revestimiento– Raspadores y Tapones

• Propiedades de la Lechada– Densidad, Reologia, Agua Libre, Tiempo de Fraguado, Resistencia a la

Compresión, Perdida de Filtrado, Pruebas de Compatibilidad

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CementaciónSecundaria


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Tapones Balanceados

Un Tapón Balanceado puede ser usado para:

• Abandonar un pozo.• Desviar un pozo.• Sellar perforaciones no-deseadas. (Forzamiento)• Tapar zonas de perdidas de circulación.• Abandonar una sección no-deseada de un pozo.


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Tapones BalanceadosUn tapón correctamente colocado debe dejar la cantidad diseñada de lechada (regularmente en altura), luego de retirar la tubería de perforación:

Tapón Diseñado Tapón con la tubería dentro

Con la Tubería fuera


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Forzamiento

• Inyección de la lechada

• Perforaciones, Fugas en el revestidor

• Canales

• Se realizan Por debajo o Por encima de la presión de fractura

CEMENTO

revestidor

FORMACION

CEMENTO DESHIDRATADOLechada

tubing

packer

CANAL DETRASDEL REVESTIDOR

CEMENTO INICIAL


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Aplicaciones

• Reparación de cementaciones primarias

• Aislamiento de Zonas

• Abandono de Zonas

• Fugas en el revestidor

• Perdidas de Circulación


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Concepto Básico

• Proceso de Filtrado– Diferencial de Presión

Aplicado

– Medio Poroso

– Deposito de revoque en la superficie de la formación

cemento

revestidorCEMENTO

INICIAL

FORMACION

CEMENTO DESHIDRATADO


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Efectos del Control de Filtrado

Perforaciones Partialmente llenas

Perforaciones completamentellenas

Revestidor Parcialmente Taponado

Taponamiento Completo del Revestidor


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Forzamientos - Métodos

• Técnica de Bombeo• Vacileos• Continuo

• Técnica de Colocación• Alta Presión – por encima de la presión de fractura• Baja Presión – por debajo de la presión de fractura

• Herramientas• Empacadura/Retenedor• Bradenhead - BOP

• Tubería Continua - Coiled tubing


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Forzamiento de Baja Presión

• Presión de forzamiento por debajo de la presión de fractura

• Es el mejor método a usar en la zona productora• Pequeños volumenes de lechada• Se aplica en :

• Zonas Multiples• Largos Intervalos• Pozos con bajas presiones (baja BHP)• Formaciones Naturalmente fracturadas


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Forzamiento de Alta Presión

• Es necesario fracturar para colocar el cemento en los espacios

• Son necesarios grandes volumenes • Se aplica en:

• Zapatas• Tope de Liner• Forzamientos en bloque

• Lavador o acido por delante para minimizar las ratasde bombeo, requeridas para fracturar


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Forzamiento Continuo• El bombeo es continuo hasta que la presión final es

alcanzada• Fluidos limpios en el hoyo• Grandes volumenes de lechada sin control de filtrado• Forzamiento de Alta o Baja Presión• Aplicaciones:

– Flujo de agua– Abandono de perforaciones– Aumentar el tope del cemento– Zapatas de los revestidores– Tope de Liners – Zonas con perdidas de circulación


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Forzamiento ContinuoP

resi

ón

( p

si )

Time (min..)Tiempo(min)

• Grandes volumenes de lechadas son bombeadas usando estatécnica (en la mayoría de los casos)


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Forzamiento Intermitente• Bombeo Intermitente• Bajas Ratas de bombeo • Pequeños Volumenes de Lechada• Largos Tiempos de Ejecución• Aplicaciones:

– Reparación de Canales– Largos intervalos de perforaciones– Perdidas de Circulación


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Forzamiento Intermitente• Rata of 0.25 - 0.5 bpm

• 10-20 min. (cada vacileo)

D

Tiempo (min)

A

Pre

sió

n(p

si)

A B CD

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Aditivos de Cementación


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Condiciones en un Pozo

Temperatura

Formaciones Permeables

Remocion de LodoPresion por FriccionMezclabilidadBombeabilidad

Perdidas de Circulacion

Control PozoSobre Presion

Formaciones Debiles

Retrogresion de la Resistencia

Antiespumantes

Espumantes (Cemento Espumado)

Control de Gas


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CATEGORIA DE ADITIVOSOLUCIONES

ESTABILIDAD DE FLUIDOSCONTROL DE FILTRADO

RETROGRESION DE LA COMPRESION PRODUCTO DE LA HIDRATACION SILICA

ESPUMANTES ESTABIL - ESPUMA AGENTES ESPUMANTES

ESPUMA TENDENCIA A LA ESPUMA ANTI-ESPUMA

PERDIDAS DE CIRCULACIONCAPACIDAD DE TAPONARPROPIEDADES DE TAPONDENSIDAD

AGENTES GELIFICANTES

DISPERSANTES

LCM

EXTENDEDORES

REMOCION DE LODO

PRESION POR FRICCIONMEZCLA/BOMBEABILIDAD

REOLOGIA

TIEMPO DE FRAGUERETARDADORES

ACELERADORES

FORMACIONES PERMEABLES FLAC

CONDICIONES ESPECIALES O ANORMALES

PARAMETRO DE LA LECHADAPROBLEMA

CONTROL DEL POZOSOBRE PRESIONFORMACIONES DEBILES

DENSIDADAGENTES DE PESO

EXTENDEDORES

TEMPERATURA

Condiciones en un Pozo


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Aditivos de Cementación

• Aceleradores y Retardadores– Cambian el Tiempo de

Frague– Modifican la velocidad de

desarrollo de la resistencia• Extendedores

– Reducen la densidad– Aumentan el rendimiento

• Agentes de Peso– Aumentan la densidad

• Dispersantes– Mejoran la remoción– Mejoran la mezclabilidad– Lechadas de agua reducida– Reducen las presiones por

fricción (Low Ty and Pv)• Controladores de Filtrado• Materiales para perdida de

circulación (LCM)


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Aditivos Especiales

• Antiespuma/Desespumantes• Aditivos para mejorar la Adherencia • Aditivos Expansivos• Aditivos para controlar la migración de Gas• Sistemas Tixotropicos


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Antiespumantes

• Que causa la Espuma?– Propiedades de los materiales– Mala humectación de las partículas sólidas

• Por que usar antiespumantes?– Para prevenir la gelificacion / prevenir una pobre hidratación– Para prevenir cavitación en las bombas– Para obtener y bombear una densidad real

• Propiedades de los antiespumantes– Deben ser Insolubles en el fluido espumante– Deben tener una superficie más áactiva que el fluido espumante


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Aceleradores

• S001 (CaCl2-sólido) 1 - 4 % BWOC– La pureza debe ser : S001 = 77% CaCl2 concentración– Reacción Exotermica

• D044 (NaCl) <10 % BWOW• Agua de Mar

– Verificar el comportamiento cerca de los deltas de rios• D077 (CaCl2-líquido) 0.2 - 0.4 gal/sk• ARCTIC SET para Bajas temperaturas


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Efectos Secundarios del CaCl2

• Aumenta la temperatura– Calor de Solución del CaCl2– Efecto acelerador adicional (en superficie?)– Expansión del revestidor

• Aumenta la reología (gelificación)• Es Posible un aumento en la permeabilidad

– Disminuye la resistencia a los sulfatos


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D044 Cloruro de Sodio

• No muy eficiente como acelerador• Actua como acelerador <10% BWOW• Rango preferido 3-5% BWOW

Tim

e to

reac

h 10

0 B

c Sl

urry

con

sist

ency

(hr)

136°F (58°C)

154°F(68°C)

179°F (81°C)210°F (99°C)

8

6

4

2

0 0 5 10 15 20 25 30NaCl EN AGUA DE MEZCLA (% BWOW)


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Densidad de la Lechada

CambiandoCambiandoLa La DensidadDensidad

De la De la LechadaLechadaMasMas LivianaLiviana

Mas Agua*

•Absorbentes•Materiales Ligeros

Densidad MasDensidad Mas BajaBaja

Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H

Mas PesadaMas Pesada

Menos Agua

•Material Pesado•Dispersantes

DensidadDensidad MasMas AltaAlta


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Clasificación de los Extendedores• Extendedores base agua

– Agua– Arcillas (Bentonita) – D020, D128– Extendores químicos (Silicatos) – D075, D079

• Solidos de baja densidad– Puzolana (Fly ashes) – D035, D056, D061, D602– Kolite y Gilsonite – D042, D024– Perlita expandida – D072– Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155

• Materiales de muy baja densidad– Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADO– Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)


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Extendedores de Cemento

Bentonita

LITEPOZ 3 D035

LITEPOZ 7 D061

TXI Lightweight Cement D911

Diacel D D056

Perlita Expandida D072

Metasilicato de Sodio D079

Silicato de Sodio D075

LITEFIL D124

Cemento Espumado

Microsilica D154 / D155

LiteCRETE*

UltraLiteCRETE *

Densidad de la Lechada (lb/gal)Extendedor oSistema Ligero 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1512 14.7

10.8 13.6

12 14.2

11 14.5

10.6 13.8

11 14.5

14.511.5

9 12

1561511

11.2

1310.5

* Mark of Schlumberger

10.57.5


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Extendedores Bentoniticos

Arcillas BentoniticasArcillas Bentoniticas

Tratadas(Mejor Hidratación)

Tratadas(Mejor Hidratación)

No-TratadasNo-Tratadas

MontmorilonitaD020: Agua Fresca

MontmorilonitaD020: Agua Fresca

AtapulgitaD128: Agua de Mar

AtapulgitaD128: Agua de Mar

Propiedades Generales•Extendedor base agua•SG = 2.65•Mezclado en seco o pre-hidratado•Concentración 0 - 20% BWOC

•Economico y ampliamente disponible•Disminuye la resistencia a la compr.•Aumenta la permeabilidad•Viscosifica las Lechadas ( + sólidos)


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Extendedores QuímicosSilicato y Metasilicato de Sodio (D075 - D079)

• Reacciona con los cationesen el cemento (Ca++, Mg++)

• Forma un gel viscoso y gelatinoso

– Encapsula el agua adicional– Baja separación de agua libre

• Reologías bajas para flujo turbulento

• Mejores propiedades ymezclabilidad que lechadas bentoníticas

• Mejor resistencia a la compresión que laslechadas bentoniticas

• No controla la perdida de filtrado (usar D167 UNIFLAC)

• Se requieren bajasconcentraciones

• Ca-Silicato actua comoacelerador

• Usar retardador D110


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Retardarción de los sistemas de Cemento

• Aplicaciones:– Revestidores Intermedios y de producción – Forzamientos y Tapones – Altas temperaturas y profundidades


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X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

D13/D81

D13/D81 with Dispersant

D800/D801

D800/D801 with D93/L10

D110

D110 with D93/L10

D28/D150

D28/D150 with D121

D28/D150 with D93

D74 - for RFC only

D177 UNISET LT

D161 UNISET HT

BHCT oFRetardadores

100 200 300 400

140

100 185

125 250

250 310

300175

300 375

220 300

350300

400300

100 140

450

250

100

Fresca Mar 37%NaCl

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Retardadores

80

250


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• Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas:– Gelificación (ej. Lignosulfonatos)– Dispersion– Aumento de la Perdida de Filtrado– Incompatibilidad– Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión

Retardadores


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• UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperatura– Sal Organica– Retardador de Baja a media temperatura– Teoría de la Nucleación – No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de

nanosilica– Es Compatible ya sea con agua fresca o de mar– Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de

temperatura

Propiedades Individuales de los retardadores UniSET


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UNISET* LT Sensibilidad a la Concentración

0

2

4

6

8

10

Tiem

po d

e Fr

ague

(hor

as)

0.05 (140) 0.15 (185) 0.30 (220)Concentracion en gal/sk (Temperatura en deg F)

Conc - 10% Conc Conc +10%



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UNISET* LT Sensibilidad a la Temperatura

0

2

4

6

8

10

12

Tiem

po d

e Fr

ague

(hor

as)

130 - 140 - 150 172 - 185 - 198Temperatura (deg F)


0.05 gal/sk

0.15 gal/sk


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Propiedades Individuales de los retardadores UniSET

• UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperatura– Es una mezcla de Sales Organofostatica e inorganicas– Retardador de media a altas temperaturas– Teoría de la Adsorción– Más tolerante a:

• Variaciones de concentraciones• Variaciones de temperatura• Esfuerzo de corte

– Rápido desarrollo de resistencia a la compresión– Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl


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Perdida de Filtrado

• Definición– Es el Filtrado o fase acuosa, perdida en la formación– Revoque depositado sobre la superficie de la formación

• Porque las lechadas pierden agua?– Presión Diferencial– Medio Permeable (formacion)– Relación Agua/cemento? Hidratación


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• Etapas en la Perdida de Filtrado– Perdida de Filtrado Dinámica– Perdida de Filtrado Estática

• Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la Lechada– Tiempo de Frague vs. concentración de agua– Daño a las formaciones por el filtrado– Migración de gas, a través del revoque de cemento y pobre

calidad del cemento

Perdida de Filtrado


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Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la lechadaDISMINUYE AUMENTA

RendimientoAgua LibreTiempo de FragueSedimentaciónEncogimiento VolumetricoRemocion de Lodos (-Efic)Hidrostatica (psi/ft)

Densidad de la Lechada Viscosidad PlásticaPunto CedenteResistencia CompresivaAdherencia


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Tiempo de Fraguado vs. Densidad

Tiempo de Fraguado

Punto Cedente

160

40

16.415.6

Tiem

po d

e Fr

agua

do(m

in)

Punt

o Ce

dent

e

Densidad de la Lechada (ppg)


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Mecanismos para Controlar la Perdidade Filtrado

• Reducir la permeabilidad del revoque (enjarre)– Partículas de materiales para llenar los espacios– Partículas de Polimeros para taponar los poros– Película de polímero sobre los poros y el cemento cubriendolos– Cambiar la distribución de partículas con el uso de dispersantes

• Aumentar la Viscosidad de la fase acuosa– Agregando polimeros solubles en agua– Agregando agentes gelificantes– Efecto relativamente pequeño comparado con la reducción de

permeabilidad


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Mecanismos

Taponamento por Particulas Taponamento por Polimeros


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Aditivos para Controlar la Perdida de Filtrado

Particulas:• Particulas FLACs: D020, D600G, D500• Latex FLACs: D600G,D700Polimeros Solubles en Agua:• Derivados de la Celulosa: D059, D112• Polimeros Sintéticos No-Ionicos: D159, D160• Polimeros Sintéticos (UniFLAC): D167, D168


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Características del UniFLAC*

• UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido)

• UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)

• Diseños más Robustos, Nobles y Simples– Amplio rango de aplicaciones

– Un set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos los revestidores


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Características del UniFLAC* (Cont.)• Ventajas

– Simplicidad al Diseñar– Baja Sensibilidad a los diferentes lotes de cemento– Baja Sensibilidad a las variaciones de temperatura– Sinergia con los retardadores universales (UniSET)– Aceleracion a baja temperaturas

• Beneficios– Un aditivo FLAC para la mayoría de las aplicaciones– Mejoramiento de la calidad de Servicio– Tiempo de Equipo (menos tiempo de espera)


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Rango Operativo FLAC


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Valores Límites de Perdida de Filtrado

Valores Típicos: (prueba API, 1000 psi)• Prevención de migración de Gas 30 - 50 ml/30 min• Cementación de Liners < 50 ml/30 min• Cementación de Revestidores 200 – 300 ml/30 min• Cementación de pozos Horizontales < 50 ml/30 min• Forzamientos

– Formaciones con K < 1 md 200 ml/30 min– Formaciones entre 1<K<100 md 100 - 200 ml/30 min– Formation con K>100 md 35 - 100 ml/30 min

• Lechadas de Alta Densidad < 50 ml/30 min


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Dispersantes con FLACs

Mecanismos de acción:• Dispersan los granos de cemento, mejorando el empaque,

reduciendo la permeabilidad• Floculados con sal, acción de taponamento

SIN DISPERSANTE CON DISPERSANTEREVOQUE

EMPAQUE ALEATORIO

ALTA PERMEABILIDAD

EMPAQUE ORDENADO

BAJA PERMEABILIDAD


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DispersantesReología de las Lechadas

– Volumen de particulas sólidas / volumen total de fluido– Interacciones entre las partículas– Reología de la fase acuosa

Se puede cambiar con los dispersantesPorque usar dispersantes?

– Reducen la viscosidad y punto cedente– Flujo Turbulento es mas facil de alcanzar – Reducen las presiones debido a la fricción– Mejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo)– Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal)– Mejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado


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Tipos de Dispersantes

Sulfonados• Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080• Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A • Polimeros Aromaticos D065A, D080A• Polimeros Organicos D604M, D604AM

Lignosulfonatos• Acido Hidroxicarboxilico derivado D081de la Lignita• Acidos Hidroxicarboxilicos D121


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Densidad de la LechadaCambiando Cambiando la la

Densidad Densidad De la De la LechadaLechada

MasMas LivianaLiviana

Mas Agua*

•Absorbente•Material Lig

DensidadDensidad MasMas BajaBaja

Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H

MasMas PesadaPesada

Menos Agua

•Material Pes•Dispersante

Densidad Mas Densidad Mas AltaAlta


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Agentes de Peso

• Requerimientos– Gravedad Específica Alta– Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed)– Baja Adsorción de agua (eficiencia)– Disponibilidad y costo aceptable – Pureza y consistencia del producto– Inerte


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Agentes de Peso Comunes

Agua Adicional

gal/lb

D031 Barita 4.22 0.0240

D076 Hematita 4.95 0.0023

D907 Cemento 3.2 0.0529

D157 (tetraoxido de Mn) Mn3O4 4.7 - 4.9

CODIGO AGENT SG


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Retrogresión • Por encima de 230 deg F la temperatura estática

(BHST) desestabiliza el cemento, causando:– Una reducción en la resistencia compresiva

– Un Incremento en la permeabilidad

• Efecto causado por la conversión del gel C-S-H

• Se previene agregando de 30 a 40% BWOC de silica, reduciendo la relación C/S ratio del gel C-S-H


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Arena de Silica D030 y Harina de Silica D066PROPIEDAD D030 - Arena de Silica D066 Harina de SilicaParticle Size

US Mesh~10% +12%

1.12 gal/sk 1.34 gal/skSpecific gravity 2.63 2.63

Alta Densidad Preferida AlternativaBaja Densidad Alternativa PreferidaSedimentación Alternativa PreferidaMezclabilidad Preferida Alternativa

Por encima de 300deg F Alternativa Preferida

Add. Water

Applicaciones

70 - 200 >200


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Aditivos Antisedimentantes• Los aditivos antisedimentantes reducen:

– El Agua Libre– La Sedimentación– La Inestabilidad de las Lechadas

• Son compatibles con todos los productos de cementación

• Solo afectan la reología de la lechada• Rango de Temperatura : hasta 300 deg F• Agente Antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOC• Antisedimentante Líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk

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Pruebas de Laboratorio


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Resultados de las pruebas de Laboratorio

En cursos anteriores se estudio que antes de ejecutar un trabajo, el laboratorio debe realizar y emitir un reporte de las siguientes pruebas:

l Tiempo de Frague (TT) en Bc.l Perdida de Filtrado (cc / 30 mins).l Reologia (300,200,100,60, 30,6,3).l Resistencia a la Compresión (12 & 24 hr).l Agua Libre (%).


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Funciones del LaboratorioSe ejecutan dos tipos de pruebas :1. Evaluación de las Lechadas

– Etapa de diseño de la lechada• Medición de las propiedades específicas de las lechadas bajo

condiciones simuladas de fondo de pozo

– Etapa de Ejecución• Monitorear la preparación y mezcla de los productos

2. Caracterización Química– Análisis quantitativo y qualitativo de los componentes de la

lechada antes del mezclado• Cemento• Aditivos• Fluido de Mezcla


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Evaluación de las Lechadas

• Se rigen por el comite API de “ Estandarización de cementos petroleros” Normas :10A & 10B

• Esta publicación consiste de:

• Especificaciones para laspruebas de lechadas de cemento neto

• Procedimientos operacionales para todas laslechadas

• Procedimientos diseñados para simular las condiciones de fondo de pozo

• Presión / Temperatura


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Propiedades de la Lechada

• Agua Libre y Sedimentación

– Separación de agua de la lechada estática

– Migra, acumulandose en bolsillos o al tope de la columna de cemento

– Resultado = Aislamiento Zonal Incompleto

• Densidad

– Balancear las presiones subyacentes

– Resistencia a la compresión final


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Propiedades de las Lechadas - Cont.

• Bombeabilidad (Consistencia)

– Tiempo durante el cual la lechada es bombeable

• Perdida de Filtrado

– Deshidratación de la lechada durante la etapa de colocación

• Reologia

– Modelo de Regimen de Flujo


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Propiedades del Cemento Endurecido• Adherencia

– Cemento - Revestidor & Cemento - Formación

• Resistencia a los Sulfatos– Reaccion a los sulfatos de Magnesio y Sodio

• Perdida de la resistencia a la compresión• Resquebrajamiento por esfuerzos

• Retrogresion– Perdidad de la resistencia a temperaturas >230°F (110°C).

• Permeabilidad– Lechadas Ligeras


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Flujograma de Pruebas

COMPATIBILIDAD CEMENTO-ESPAC-LODO TIEMPO DE FRAGUE

REPORTE DE LABORATORIO

RESISTENCIA A LA COMPRESION

REOLOGIADENSIDAD

AGUA LIBRE FILTRADO

SOLICITUD DEPRUEBAS


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Equipos de PruebaWaring Blender - Mezclador de Lechadas

Nota:

El Waring Blender impartemucha más energía de mezcla de la que es usada realmente en el campo, con los equipos de mezcla actuales, por lo tanto las condiciones de mezcla en el campo no son realmente simuladas.


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Balanza Presurizada - Densidad

Una en locación, otra en el Laboratorio

Equipos de Prueba


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Viscosímetro Rotacional - Reologia

Resorte de Torsion

Cilindro Interno

Rotor

Bob

Taza

Equipos de Prueba


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Consistómetro - Tiempo de Frague

HPHT

Atmosferico

Equipos de Prueba


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Filtro Prensa - Perdida de Filtrado

HPHT Baja Presión

Equipos de Prueba


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Resistencia a la CompresiónEquipos de Prueba

UCA – No DestructivoMétodo Destructivo


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ConclusiónLuego de haber completado este modulo, ya son capaces de:

• Nombrar los diferentes tipos de revestidores primarios• Enumerar los criterios para ejecutar una buena cementación• Enumerar y explicar los dos tipos de regimenes de flujo y

modelos reologicos• Conocer los métodos para ejecutar las cementaciones

secundarias• Explicar el Porque los aditivos son agregados a la lechada• Enumerar las familias de aditivos de cementación• Enumerar los diferentes equipos de laboratorio• Analizar los resultados de laboratorio

01 - revisión de la tecnología de cementación

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