04 - aditivos de cementación

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1 Aditivos de Cementacion Schlumberger Private Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo en IPM

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Page 1: 04 - Aditivos de Cementación

1 Aditivos de Cementacion

Schlum

berger PrivatePrograma de Entrenamiento Acelerado

para Supervisores de Pozo en IPM

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2 Aditivos de Cementacion

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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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3 Aditivos de Cementacion

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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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4 Aditivos de Cementacion

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Aditivos de Cementación

l Aceleradores y Retardadoresn Cambian el Tiempo de Fraguen Modifican la velocidad de

desarrollo de la resistencia

l Extendedoresn Reducen la densidadn Aumentan el rendimiento

l Agentes de Peson Aumentan la densidad

l Dispersantesn Mejoran la remociónn Mejoran la mezclabilidadn Lechadas de agua reducidan Reducen las presiones por

fricción (Low Ty and Pv)

l Controladores de Filtradol Materiales para perdida de

circulación (LCM)

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5 Aditivos de Cementacion

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Aditivos Especiales

l Antiespuma/Desespumantesl Aditivos para mejorar la Adherencia l Aditivos Expansivosl Aditivos para controlar la migración de Gasl Sistemas Tixotropicos

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6 Aditivos de Cementacion

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Conductores

l Previenen el derrumbamiento del Hoyo bajo el equipol El tiempo de espera por el cemento

debe ser más corto l Cemento de fraguado rápido - rápido

desarrollo del esfuerzo compresivol Lechadas aceleradas, e.g.:n Cemento Puro + NaCl (D44) 3-5%n Cemento Puro + CaCl2 (S1) 2-4%n Cemento Puro + agua de mar

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7 Aditivos de Cementacion

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Aceleradores

l S001 (CaCl2-sólido) 1 - 4 % BWOCn La pureza debe ser : S001 = 77% CaCl2 concentración

n Reacción Exotermica

l D044 (NaCl) <10 % BWOW

l Agua de Marn Verificar el comportamiento cerca de los deltas de rios

l D077 (CaCl2-líquido) 0.2 - 0.4 gal/sk

l ARCTIC SET para Bajas temperaturas

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8 Aditivos de Cementacion

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Efectos Secundarios del CaCl2

l Aumenta la temperaturan Calor de Solución del CaCl2n Efecto acelerador adicional (en superficie?)n Expansión del revestidor

l Aumenta la reología (gelificación)l Es Posible un aumento en la permeabilidadn Disminuye la resistencia a los sulfatos

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9 Aditivos de Cementacion

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D044 Cloruro de Sodio

l No muy eficiente como aceleradorl Actua como acelerador <10% BWOWl 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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10 Aditivos de Cementacion

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Casing superficiales

l Zonas no consolidadasl Soporte de los BOPl Grandes volumenes de lechadasl Lechadas ligerasl Lechadas pesadas en la zapatal Lechadas extendidas con lechadas de

amarre , e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3% 12.8 ppgn Cemento Puro + 0.5-1% S1 15.8ppg

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11 Aditivos de Cementacion

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Densidad de la Lechada

CambiandoCambiandoLa La DensidadDensidad

De la De la LechadaLechadaMas LivianaMas Liviana

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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12 Aditivos de Cementacion

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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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13 Aditivos de Cementacion

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Clasificación de los Extendedoresl Extendedores base agua

n Aguan Arcillas (Bentonita) - D20, D128n Extendores químicos (Silicatos) - D75, D79

l Solidos de baja densidadn Puzzolana (Fly ashes) - D35, D56, D61, D602n Kolite y gilsonite - D42, D24n Perlita expandida - D72n Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155

l Materiales de muy baja densidadn Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADOn Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)

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14 Aditivos de Cementacion

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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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15 Aditivos de Cementacion

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Extendedores Químicosl Silicatos de Sodio y Metasilicatosn Reaccionan con los cationes en el sistema del cemento (Ca2+, Mg2+)n Forma viscosa, silicato gelatinoso

- Capaz de ligar agua extra- Baja separación de agua libren Reologías bajas para flujo turbulenton Mejores propiedades y mezclabilidad que lechadas bentoníticasn No controla la pérdida de filtrado (usar D112 FLAC)n Bajas concentraciones requeridas relativamenten Ca - El silicato formado actua como aceleradorn Usar retardadors , D110 (or D109)

l D79, METASILICATO DE SODIO - seco ( 0.2-3.0% BWOC)l D75, SILICATO DE SODIO - liquido ( 0.15 -0.60 gal/sk)

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16 Aditivos de Cementacion

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Agregados Ligerosl PUZOLANAS: Tierra Diatomacea (D61, D602) & Ceniza ( D35)

n Reaccionan con el hidróxido de calcio en el cementon Resistencia a salmueras corrosivas ( Sulfatos )n Baja Permeabilidadn Resistencia Termal

l KOLITE (D42) y GILSONITE (D24):n Materiales a base de Carbón de piedra (D42) y Asfalto(D24)n Materiales efectivos para pérdida de circulaciónn Kolite (D42) es inerte

l PERLITA EXPANDIDA (D72)n material inerte y no afecta en tiempo de bombeon Normalmente añadida 2 - 6% BWOC la bentonita previene la flotacionn Reduce la permeabilidad del cementon Acciones de puente a altas concentraciones

l MICROSILICA (Silica Fume, D154, D155):n Material puzolanicon Buenas propiedades de la lechada

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17 Aditivos de Cementacion

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Extendedores Ultraligeros

lMicroesferas de cerámica, LITEFIL D124n Microesferas de cerámica o vidrion Inertesn Rango de densidad: 8.5 lb/gal a 14.5 lb/gal

l Sistema de cemento espumadon Nitrógeno inyectado en la lechada con espumantesn Muy bajas densidades, > 6.0 lb/galn Buenas propiedades mecánicas

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18 Aditivos de Cementacion

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Antiespumantes

l Que causa la Espuma?n Propiedades de los materiales

n Mala humectación de las partículas sólidas

l Por que usar antiespumantes?n Para prevenir la gelificacion / prevenir una pobre hidratación

n Para prevenir cavitación en las bombas

n Para obtener y bombear una densidad real

l Propiedades de los antiespumantesn Deben ser Insolubles en el fluido espumante

n Deben tener una superficie más áctiva que el fluido espumante

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19 Aditivos de Cementacion

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Casing Intermediosl Secciones de trabajol Cementaciones en 2 etapasl Bajo Costol Lechada de relleno y principal e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3%n D75 0.28 gps + 1% S1n 15.8 ppg lechada de amarre

l Todas las lechadas retardadasl Lechadas principales con control de

filtrado.

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20 Aditivos de Cementacion

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Retardación de los sistemas de cemento

l Aplicacionesn Casings intermedios y de producciónn Cementaciones forzadas y tapones de cementonAlta temperatura y profundidad

l Clases de Retardadores Químicosn Lignosulfonatos (D013, D081, D800, D801)nAcidos Hydroxycarboxylicos (D109, D110)n Componentes Inorgánicos (D093, D074)nDerivados Celulosos (D008)n Retardadores mezclados (D028, D150, D121)n (Mezcla de retardadores)

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21 Aditivos de Cementacion

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l Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas:n Gelificación (ej. Lignosulfonatos)n Dispersionn Aumento de la Perdida de Filtradon Incompatibilidadn Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión

Retardadores

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22 Aditivos de Cementacion

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l UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperaturan Sal Organican Retardador de Baja a media temperaturan Teoría de la Nucleación n No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de nanosilican Es Compatible ya sea con agua fresca o de mar

n Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de temperatura

Propiedades Individuales de los retardadores UniSET

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23 Aditivos de Cementacion

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Propiedades Individuales de los retardadores UniSET

l UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperaturan Es una mezcla de Sales Organofostatica e inorganicasn Retardador de media a altas temperaturasn Teoría de la Adsorciónn Más tolerante a:

» Variaciones de concentraciones» Variaciones de temperatura» Esfuerzo de corte

n Rápido desarrollo de resistencia a la compresiónn Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl

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24 Aditivos de Cementacion

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Mecanismos de Retardaciónl Factores que afectan el mecanismo de acciónnNaturaleza química del retardadorn Composición química del cemento

l Teorías de los mecanismos de acciónn Teoría de Adsorciónn Teoría de Precipitaciónn Teoría de Nucleaciónn Teoría complexación

l Posibles efectos negativos en las lechadasnGelaciónnDispersiónn Incremento en el filtradon Incompatibilidad

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25 Aditivos de Cementacion

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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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26 Aditivos de Cementacion

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Perdida de Filtrado

l Definiciónn Es el Filtrado o fase acuosa, perdida en la formaciónn Revoque depositado sobre la superficie de la formación

l Porque las lechadas pierden agua?n Presión DiferencialnMedio Permeable (formacion)n Relación Agua/cemento? Hidratación

l Etapas de la pérdida de Fluido ( filtrado ):n Pérdida de filtrado dinámican Pérdida de fluido estática

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27 Aditivos de Cementacion

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Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la lechada

DISMINUYE AUMENTA

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

Densidad de la Lechada Viscosidad PlásticaPunto CedenteResistencia CompresivaAdherencia

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28 Aditivos de Cementacion

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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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29 Aditivos de Cementacion

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Mecanismos del control de filtrado

l Reduccion de la permeabilidad del “enjarre” del cementon Partículas de material rellenando los porosn Partículas de polímeros taponando los porosn Película de polímero sobre la partículas del cemento/porosn Cambio en la distribución de las partículas del cemento con dispersantes

l Incrementando la viscosidad de la fase acuosanAdición de polímeros solubles al aguan Solamente reduce la permeabilidad del “enjarre”n Efectos pobres comparados con la reducción de la permeabilidad

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30 Aditivos de Cementacion

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Aditivos para Controlar la Perdida de Filtrado

Particulas:

l Particulas FLACs: D020, D600G, D500

l Latex FLACs: D600G,D700

Polimeros Solubles en Agua:

l Derivados de la Celulosa: D059, D112

l Polimeros Sintéticos No-Ionicos: D159, D160

l Polimeros Sintéticos (UniFLAC): D167, D168

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31 Aditivos de Cementacion

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Características del UniFLAC*

l UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido)

l UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)

lDiseños más Robustos, Nobles y SimplesnAmplio rango de aplicaciones

nUn set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos losrevestidores

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32 Aditivos de Cementacion

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Características del UniFLAC* (Cont.)lVentajas

– 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

lBeneficios– 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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33 Aditivos de Cementacion

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Rango Operativo FLAC

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34 Aditivos de Cementacion

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Valores Límites de Perdida de Filtrado

Valores Típicos: (prueba API, 1000 psi)

l Prevención de migración de Gas 30 - 50 ml/30 min

l Cementación de Liners < 50 ml/30 min

l Cementación de Revestidores 200 – 300 ml/30 min

l Cementación de pozos Horizontales < 50 ml/30 min

l Forzamientos

n Formaciones con K < 1 md 200 ml/30 min

n Formaciones entre 1<K<100 md 100 - 200 ml/30 min

n Formation con K>100 md 35 - 100 ml/30 min

l Lechadas de Alta Densidad < 50 ml/30 min

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35 Aditivos de Cementacion

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Dispersantes con FLACs

Mecanismos de acción:l Dispersan los granos de cemento, mejorando el empaque, reduciendo la

permeabilidadl Floculados con sal, acción de taponamento

SIN DISPERSANTE CON DISPERSANTEREVOQUE

EMPAQUE ALEATORIO

ALTA PERMEABILIDAD

EMPAQUE ORDENADO

BAJA PERMEABILIDAD

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36 Aditivos de Cementacion

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DispersantesReología de las Lechadasn Volumen de particulas sólidas / volumen total de fluidon Interacciones entre las partículasn Reología de la fase acuosa

Se puede cambiar con los dispersantes

Porque usar dispersantes?n Reducen la viscosidad y punto cedenten Flujo Turbulento es mas facil de alcanzar n Reducen las presiones debido a la fricciónnMejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo)n Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal)nMejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado

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37 Aditivos de Cementacion

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Tipos de Dispersantes

Sulfonadosl Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080l Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A l Polimeros Aromaticos D065A, D080Al Polimeros Organicos D604M, D604AM

Lignosulfonatosl Acido Hidroxicarboxilico derivado D081de la Lignital Acidos Hidroxicarboxilicos D121

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38 Aditivos de Cementacion

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Acción del dispersante

POLYCEMENTO

C2SH- + Ca + - 03S

C2SH - + Ca + - 03SDISPERSANTEMOLECULA

•La cantidad del dispersante absorbido depende de la concentración•La superficie de los granos de cemento se convierten uniformementenegativos•Las señales se repelen uno a otro ---> dispersión

SO33

SO33

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39 Aditivos de Cementacion

Schlum

berger Private

Rango de trabajo del dispersante D80 en Cementos ETD vs DTD

YP

(lb/1

00ft

2)

20

15

10

5

5

10

15

20

30

5

10

15

20

30BAJODISPERSO

25

0.00 0.05 0.15 0.250.200.10

D80 (gal/sk)

25

SOBREDISPERSO

Yp

AGUA LIBRE

VISCOSIDADVISCOSIDAD PLASTICA(cp)15

AGUALIBRE (%)

D80

NOTE: CON CEMENTO ETD A 186°F

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40 Aditivos de Cementacion

Schlum

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Densidad de la Lechada

Cambiando Cambiando la la Densidad Densidad

De la De la LechadaLechadaMasMas 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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41 Aditivos de Cementacion

Schlum

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Agentes de Peso

lRequerimientosn Gravedad Específica Altan Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed)n Baja Adsorción de agua (eficiencia)n Disponibilidad y costo aceptable n Pureza y consistencia del producton Inerte

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42 Aditivos de Cementacion

Schlum

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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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43 Aditivos de Cementacion

Schlum

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Retrogresión l Por encima de 230 deg F la temperatura estática (BHST) desestabiliza

el cemento, causando:n Una reducción en la resistencia compresiva

n Un Incremento en la permeabilidad

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

l 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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44 Aditivos de Cementacion

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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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45 Aditivos de Cementacion

Schlum

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Aditivos Antisedimentantesl Los aditivos antisedimentantes reducen:

n El Agua Libren La Sedimentaciónn La Inestabilidad de las Lechadas

l Son compatibles con todos los productos de cementaciónl Solo afectan la reología de la lechadal Rango de Temperatura : hasta 300 deg Fl Agente Antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOCl Antisedimentante Líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk

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46 Aditivos de Cementacion

Schlum

berger Private

Conclusionl Grupos de Aditivos

lMecanismos de Accion

l Propiedades Individuales

l Proposito de agregarlos al cemento

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47 Aditivos de Cementacion

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Nuevos FLACs D300l Control de filtrado ajustablel Bajo Costol No efectos de retardación a baja temperatural Rango de Temperatura de trabajo en agua dulce: arriba 230 Fl Rango de densidad : 12.5 to 15.8 ppgl Rango de Concentración: 0.35 to 1.1 gps (misma p/ cualquier

densidad)l Sal arriba de 10%BWOWl Compatible con S1; mejor extendido con D75l Incompatible con D80 y D20

Page 48: 04 - Aditivos de Cementación

48 Aditivos de Cementacion

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Nuevo HT Retardador D161l Retardador de media a alta temperatural Bajo Costo - reduce el WOCl Controlable y predecibles tiempos de fraguen Pruebas de laboratorio reproduciblesn Rápido desarrollo del esfuerzo compresivon Menor sensibilidad a pequeñas concentraciones/errores de mezcla

l Rango de temperatura de trabajo: 250 to 450 F (agua dulce)l Rango de densidad: 14 a 18 ppgl Rango de concentración: 0.6 to 2.5 gpsl Efecto sinergético con D158/D159l Incompatible con D600G y D134