17 - control de la migración de gas

CONTROL DE LA MIGRACION DE GAS

2Control de la Migraci’on de Gas

MIGRACION DE GASl Razones

l Paso del gas

l Consecuencias

l Soluciones (Lechadas)

l Soluciones mecanicas (ECP, packers)

l Tecnologia DOWELL


Rutas y Causas de la Migracionl Canales

– Falla de remocion efectiva del lodo – Agua libre

l Perdida de la Hidrostatica o Hidrostatica insuficiente– Gelificacion – Encogimiento– Perdida de Filtrado

l Perdida del sello entre cemento y formacion– Deshidratacion de la torta de filtrado– Encogimiento– Esfuerzos de fondo de pozo


Remocion insuficiente del lodoCanal de Lodo

Torta de filtrado del

lodo


Agua Libre

Canal de agua libre

Zona de Gas

Cemento


Presion Hidrostatica Insuficiente


Integridad del Cemento


Hid

rost

atic

a

Tiempo

Presion de Formacion

Despues de este punto gas puede migrar

Presion Hidrostatica vs. Hidratacion

Fluido Cemento Pastoso No-bombeable

CementofraguadoBaja R.C.

Cemento duro Alta C.S.

Alta porosidad

Periodo durmiente


Encogimiento

42% cemento42% cemento

58% Agua58% Agua

100% Lechada100% Lechada75% sólidos

20% microporosidad

4 a 6% encogimiento

75% sólidos

20% microporosidad

4 a 6% encogimiento

Contraccion Quimica: 4-6% (volumen)


Perdida de Fluido/Filtrado

l Dinamico– Aumento de la reologia– Cambio de otras propiedades

l Estatico– Perdida de sobre-balance– Puenteo– Aceleracion de la hidratacion

l Recomendacion: < 50 mL/30 min

Perdida de fluido significa una reduccion de la presion de poro del cemento


Perdida de Filtrado


Falla en las interfasesl Alteraciones durante el fraguado del cemento

– Movimientos – Presion en el tapon

l Encogimiento del Casing durante completacion – Reduccion de la densidad del fluido– Cambios de temperatura

l Presurizacion del casing– Forzamientos de alta presion – Estimulacion

l Actividades de reparacion/’workover’– Fluidos a menor temperatura y mas livianos


Microanillol GAS FLUYE A TRAVES DE MICROANILLOSl 90% de los pozos sufren de microanillosl Se manifesta como presion en el anularl La presion se puede aliviar y se acumula de nuevo l Puede manifestarse dias o meses despues de la

cementacionl Gas migra por cualquier canal entre 5 and 25 m l Cambios de diametro de 0.001” son suficientes para el

flujo de GAS.


Expansion de la tuberia0.1

Exp

ansi

ón

(p

ulg

adas

)

0.01

0.001

0.0001

10 3/4” - 45.5 lb 8 5/8”. - 32 lb

7” - 23 lb5 1/2” - 17 lb4 1/2” - 11.6 lb5 1/2” - 23 lb

2 7/8” - 6.4 lb

Gas puede pasarGas puede pasar

100 1000 10,000

Presión (psi)


Rutas de migracion a traves de la Lechada

l Proceso del flujo de Gas – Burbujas discretas – Porciones elongadas (Union de burbujas) – Hongo en elevacion – Percolacion


Proceso del Flujo de Gas

Flujo de BurbujasFlujo de Burbujas Flujo de InterfaseFlujo de Interfase Flujo de porcionelongada

Flujo de porcionelongada

Hongo en elevacionHongo en elevacion


Consecuencias de la Migracion de Gasl Falla de aislacion

– Perdida de Produccion – Estimulacion fuera de la zona– Contaminacion de formaciones vecinas– Sobre-presurizacion de formaciones debiles

l Dano ambiental– Acuiferos– Superficie

l Reventon– Perdida de Produccion – Peligro a personal– Equipo perdido o danado


“PREVENIR ES MEJOR QUE CURAR”

Consecuencias (Cont.)

l Reparaciones requeridas (Seguridad y regulaciones)– Equipo de pozo danado– Forzamientos– Corrosion de tuberia– Eficiencia no garantizada


Formaciones debiles sobre-presurizadas

Zona de Gas

Zona de baja presion


Migracion de Gas


Percolacion

l Burbujas de gas invaden la lechada a traves de sumicroporosidad y fluyen a traves de la porosidad de la estructura de gel sin modificarla


Cement Hydration Analyzer (Analizador de la Hidratacion del Cemento)

PT

Q - agua

P - gas/agua


Metodos de Prevencion

l Mejora de la colocacion del cemento - Wellcleanl Metodos fisicos l Optimizacion de la Lechadal RASl RFCl Lechadas con bajo esfuerzo de gell Tecnicas especialesl GASBLOK


Metodos Fisicos

l Presion anularl Etapas Multiplesl Columna de cemento reducidal ECP / CFPl Sellos de casingl Incremento de la densidad del lodo


ECP & CFP

Inflation of ECP Inflation of CFP


Prevencion de la migracion (1)

l AISLACION DE ZONA COMPLETA Y PERMANENTEl Remover el lodo

– Centralizacion– Acondicionamiento– Movimiento de la tuberia– Regimenes de desplazamiento / caudal– Lavadores/Espaciadores


Prevencion de la Migracion (2)

l Retardar la entrada de gas– Presion anular – Incremento de la densidad– Reducir la columna de cemento– Cementacion en etapas– Sandwich squeeze

l Impedir su propagacion– Optimizacion de la lechada– Packers– Anillos de casing


Diseno de la Lechada

l Cementos compresiblesl Cementos tixotropicosl RASl Cementos surfactantesl Cementos expansivosl Cementos impermeablesl Cementos con microsilica


Lechadas Compresiblesl Concepto

– Mantener el sobre-balancel Metodos

– Generacion de Gasl Seguridad segun el tipo de gasl Control de la generacionl Desequilibrio

– Cemento Espumado (Foamed Cement)l Logistica y recursos adicionalesl Complejidad


Lechadas Tixotropicasl Concepto

– El esfuerzo de gel mantiene unidas fuertement lasparticulas antes de que el cemento frague, el gas no tiene posibilidad de migrar formando canales macroscopicos

– Debe formar esfuerzos de gel de 500 lb/100 ft2 para impedir que el gas percole

l Metodos– Formacion de Ettringita secundaria l Sulfato calcico hemihidratado D53l Aluminum sulfate D111l Viscosificantes


RAS

l Concepto– La lechada fragua rapidamente, no hay tiempo

para que el gas invada, se reduce el periodo de transicion

l Metodos– Aceleracion de la kinetica de hidratacion– Dificil de alcanzar < 250oF (120oC)– No se observan gelificaciones prematuras– Combinacion de cementos/yeso a bajas

temperaturas


RASB

c U

nits

50

100

Tiempo

RAS

Lechada Gelificada

0


Cementos Surfactantes

l Concepto– Formacion de una espuma estable en la lechada si el

gas entra en el anular – Se impide la migracion/flujo de gas adicional

l Metodos– Generacion de espumal Agente espumante (F78, F52.1) anadido al cemento


Lechadas Expansivas

l Concepto– Expansion volumetrica del cemento cierra los canales

de gas y mejora el sello entre las interfaces

l Metodos– Crecimiento de Cristalesl Incrementando el sulfato calcicol La expansion ocurre luego de que la migracion de gas

empieza, se requiere control de la expansion


Lechadas Impermeables

l Concepto– Otorgar propiedades de impermeabilidad al gas a la

lechada durante la transicion de liquido a solido.

l Metodos– Reducir la porosidad de la lechadal Latexl Micromax

– Reducir la caida de la presion de porol Menor reduccion de volumen


Cementos con Microsilica

l Concepto– Las particulas extremadamente pequenas de

microsilica aparentemente empacan los espacios entrelas particulas de cemento mas grandes, creando un bloqueo, el cual puede evitar la mobilizacion del aguapor el gas

l Metodos– Reducen la permeabilidad al gasl Microsilica D154/D155


Sistema GASBLOK

l Concepto– Peliculas de Latex coalescen formando una pelicula

mientras el espacio entre poros se deshidrata– La pelicula de latex es impermeable al gas

l Metodos– La pelicula de particulas de Latex coalescen y

cohesionan los granos de cemento parcialmentehidratados, volviendo impermeable de esta manera a la matriz


GASBLOK - Propiedadesl Lechada

– Reologia– Control de filtrado– Estabilidad

l Propiedades de transicion– Permeabilidad– Esfuerzo de gel

l Propiedades una vez fraguada– Esfuerzo de compresion– Adherencia– Permeabilidad– Elasticidad


Optimizacion de la Lechada

l Agua librel Control de Filtradol Control de Gelificacionl TTl Reacciones de hidratacionl Densidad (sobre-balance)l Propiedades Especiales


Tecnica Especial

Fast setting Slurry or R.A.S

Gas Zone

Low Filtrate Slurry


Mecanismo de Migracion de Gas

l La presion de la formacion que contiene el gas– Tan pronto como la presion aplicada sobre la formacion

cae por debajo de la presion de gas, ocurre la invasion

l Invasion primero - Migracion despues - Estodepende del esfuerzo critico en la pasta de cemento(CWSS)

l SE DEBE UTILIZAR EL MODULO DE ‘POST-PLACEMENT’ DEL CemCADE


Prediccion de la Migracion de Gasl MODULO DE MIGRACION DE GAS del CemCADE l Factores influenciando el flujo de gas

– Factor de Formacion l (KH)

– Factor de comportamiento de la lechadal (Perdida de filtrado * tiempo de transicion)

– Factor de Remocion de Lodol (Eficiencia de remocion de lodo)

– Factor de Post-Colocacionl (Presion mantenida en la formacion)


Factor Formacionl Es un termino adimensional que representa la rata de

capacidad productiva de la formacion, kh, con un volumencritico, Vc.– Matematicamente:– FF = kh/Vc = 467.7khd / OBP(Dh2-Dp2)– Donde:l k = Permeabilidad de la zona (md)l h = altura de la zona (ft)l d = densidad de la lechada de cemento (ppg)l OBP = presion de sobrebalance (psi)l Dh = diametro del hoyo (in)l Dp = diametro de la tuberia (in)


Factor de Comportamiento de la Lechada

l Clasificar los sistemas de cemento de acuerdo a su cinetica de hidratacion y perdida de fluido, factores que son fundamentales para el proceso de migracion de gas. – Matematicamente:

l SPN = VAPI ((t100Bc)1/2 - (t30Bc)1/2) / 5.477– Donde:l VAPI = Perdida de fluido API (mL/30 min)l t100Bc = tiempo para 100 Bc de consistencia (min)l t30Bc = tiempo para 30 Bc de consistencia (min)


Mud Removal Factor

l Is assessed according to a set of standard industry guidelines.

– Mathematically:

– MRF = MCF + WCF + PMF + BPF + FCF

– where:

– MCF = mud circulation factor 0 - 0.4

– WCF = WELLCLEAN factor 0 - 3

– PMF = pipe movement factor 0 - 0.2

– BPF = bottom plug factor 0 - 0.2

– FCF = fluid compatibility factor 0 - 0.2


Post Placement Factor

l Is represented by the ratio of the gas-zone pore pressure to the total hydrostatic pressure transmitted by the fluid above the cement at the commencement of true transition

– Mathematically:

– PPF = f(PHF) = Pg / PTOC + 0.052 dw Hc

– where:

l Pg = Gas pressure (psi)

l PTOC = Hydrostatic pressure at TOC (psi)

l dw = Water density (ppg)

l Hc = Cement slurry fill length (ft)


Hydrostatic factor

l Objective : maintain an overpressure on the formation after the cement has reverted to water gradient (0.433psi/ft)

l Use short cement column - 600 ft for GASBLOKl Post placement pressure on the annulus - a few

hundreds of PSI - Be careful not to fracl Based on statistical studies : 15 to 18 % is considered

a safe overbalance


The hydrostatic factor

l Compare the formation gas pressure Pg to the pressure on TOC plus the pressure exerted by the column of cement (Hc) when the cement slurry hydrostatic reverts to that of a water column.

l Pg / Ptoc + Hc * 0.433 psi/ftl If this ratio > 0.85 ==> high risks of gas migrationl This is based on experimental field data


Gas Migration Factor

l Is a linear combination of the four parameter previously described.– Mathematically:

l GMF = 1/10 (FF + 2PPF + 4MRF + 3SPF)where:– FF = Formation Factor– PPF = Post-placement Factor– MRF = Mud Removal Factor– SPF = Slurry Performance Factor


New concept The CHP of a Cement Slurry

l CHP = Critical Hydration Periodl = the period of time that begins when the slurry is no

longer capable of transmitting hydrostatic pressure that overbalances the pore pressure of the formations and ends when the slurry has developed enough cohesive strength to prevent the entry and flow of reservoir fluids


Critical Hydration Period

CWSS = 0.25 [Σ(ρgLcosΘ) - Pf] [Dh - Dc] / L where:

ρ = fluid densityg = gravityL = length of columnΘ = angle of inclinationPf = pore pressureDh = hole diameterDc = casing diameter

1

10

100

1000

10000

Time

Gel

Str

engt

h (lb

f/100

sqft)

CWSS

TfTc

CHP

ImpermeableMatrix


The Critical Wall Shear Stressl CWSS = gel strength at which the cohesive forces between the

cement slurry, the wellbore walls and the casing become strong enough to cause the hydrostatic pressure to decline to a pressure equivalent to the formation pore pressure

l All cement slurry will reach this value of gel strength during their hydration

l Measure of the degree of hydrostatic decay which allows gas entry.

l Is not a slurry property.

l Is dependent on the geometry and pressures in the well.


The Critical Wall Shear Stressl The CWSS will be the same for all cement slurry of the same

density in a given wellborel CWSS is affected by the any fluid loss from the cement slurry

column to the formation after placement due to the resultant density increase

l CWSS does not depend on the slurry but on:– Formation gas pressure– Deviation– Hole size– Density and position of fluids– Additional annular pressure


Values of CWSS

l Experimental studies with the CHA indicate that gel strength values as high as 10000 lbf/100 ft2 may be required to prevent fluid influx and flow through a cement slurry.

l This means that formation fluids cannot migrate by the mechanism of bubble flow alone. Other mechanisms such as the micropercolatioin and fracture flow must be also considered.


CWSS

l Low value of CWSS = very critical for gas migration -CWSS < 50 lbf/100 ft2

l 150 < CWSS < 300 lbf/100 ft2 - Criticall 300 < CWSS < 500 lbf/100 ft2 - Low risk of gas

migrationl CWSS > 500 lbf/100 ft2 - very low risk of gas migartion.


DOWELL Systems

l Gasblok D600 + D135l Gasblok LW (D124/D020/D138/D135/D600)l Gasblok HT up to 400 Fl CemSEAL (D500) LT applications (<150 F)l RAS GASBLOK


D600 Criteria

l D600 conc function of BHCT and Slurry Porosityl D600 is a stabilized suspension of latex particles

(Styrene - Butadiene co-polymer) in water (surfactant added)


GASBLOK LT D500 CemSEAL

l Passed all the industry tests (CHA, VERITEST, VEBA, TOTAL)

l A liquid - based on microgel technologyl Microgel = sub micron particles

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