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Guía de Diseño para Aislar Intervalos Probados CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. INTRODUCCIÓN

3. TÉCNICAS EXISTENTES

3.1. Aislar intervalos probados usando una sarta de trabajo

3.2. Aislar intervalos probados a través de la tubería de producción

3.3. Aislar intervalos en agujero descubierto

4. CRITERIO DE SELECCIÓN

4.1. Información requerida

4.2. Consideraciones para colocar un tapón con éxito

5. CÁLCULOS DE INGENIERÍA

5.1. Fórmulas y ejemplo de cálculo

6. DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD MÍNIMA DEL TAPÓN DE CEMENTO

7. DIAGRAMA DE FLUJO PARA COLOCAR TAPONES DE CEMENTO APÉNDICE 1

1. Nomenclatura.

2. Referencias

Aislar los intervalos probados de un pozo, requiere del uso de tapones mecánicos y de técnicas para colocar tapones de cemento que permitan de manera efectiva y segura su aislamiento. Esta guía describe las técnicas que se aplican para cada caso especial, así como la información requerida para formarse un criterio para planear la operación y efectuar los cálculos para su realización.

.

1. OBJETIVO Proporcionar una guía con los elementos necesarios para seleccionar la técnica apropiada para aislar de manera eficiente y segura los intervalos probados de un pozo. Esta guía define la información que debe reunirse para entender el problema adecuadamente y determinar el alcance de la operación. Igualmente, se proporcionan las fórmulas para desarrollar los cálculos y determinar el volumen de la lechada de los tapones de cemento, altura de los fluidos, el volumen de desplazamiento y los esfuerzos a los que serán sometidos los tapones mecánicos y de cemento durante las operaciones más críticas, con objeto de predecir su comportamiento. Esta guía no muestra información que puede ser encontrada en catálogos de compañías de servicio tales como: especificaciones de tapones mecánicos, datos de tuberías, volúmenes del agujero, tipos de cementos, aditivos, etc. �

2. INTRODUCCIÓN Durante la vida productiva de un pozo con dos o más intervalos productores, llega un momento en que el intervalo que se encuentra en explotación se vuelve económicamente incosteable; por lo que se requiere aislarlo para continuar con la explotación del intervalo superior. Para el aislamiento efectivo de ese intervalo, se coloca un tapón mecánico o de cemento con el que se evita la migración de fluidos o la pérdida de producción del nuevo intervalo puesto en producción. Otro caso donde se requiere aislar intervalos probados es en pozos exploratorios, en los que se aisla cada intervalo que se va probando, con la finalidad de evitar interferencia y problemas de interpretación durante las pruebas de producción del nuevo intervalo

Los tapones pueden ser colocados en agujero descubierto o entubado, siendo de mayor dificultad el primero por la irregularidad de su diámetro. La colocación de un tapón de cemento presenta un gran problema pues la cantidad de lechada de cemento que se utiliza es muy pequeña comparada con el volumen del fluido del pozo y puede contaminarse fácilmente; por lo tanto, es muy conveniente seguir las recomendaciones de esta guía. Cuando se va abandonar un pozo aislando los intervalos probados, las longitudes, profundidades y número de tapones son dados por las condiciones del pozo y varían dependiendo del número de intervalos y las presiones encontradas entre otros factores.

3. TÉCNICAS EXISTENTES Las técnicas existentes para aislar intervalos probados empleando tapones de cemento y tapones mecánicos son las siguientes:

3.1 Usando sarta de trabajo. 3.2 A través de la tubería de

producción.

3.3 En agujero descubierto

3.1.- Usando sarta de trabajo.

a) Técnica del tapón balanceado Un tapón balanceado puede ser colocado frente al intervalo productor o arriba de este (Figura 1). Es recomendable colocarlo frente a intervalos no explotables comercialmente y que se desean aislar completamente. También se emplean cuando la presión de admisión es tan alta que impide la inyección del cemento. Por otro lado se recomienda colocar el tapón arriba del intervalo cuando presenta buena aportación de hidrocarburos lo cual evitará que el cemento dañe la formación.

Aislar Intervalos Probados

Gerencia de Ingeniería 3

La técnica del tapón balanceado consiste en bombear una cantidad determinada de lechada de cemento a través de la tubería

de perforación o tubería flexible colocada a la profundidad deseada la cual deberá llevar un difusor de flujo en la punta. La lechada se desplaza hasta que el nivel de cemento en el espacio anular sea igual que la del interior. Por recomendaciones de API, deberá cubrir al menos 30 m arriba y 30 m abajo del intervalo probado o hasta la profundidad interior, la que sea menor. Los volúmenes de los baches lavadores y espaciadores deberán cubrir al menos 50 m cada uno y serán calculados de manera similar a la lechada, de tal forma que las longitudes que cubran también sean iguales tanto en el espacio anular como en el interior de la sarta de trabajo. El fluido de desplazamiento se bombea a un gasto de 2 a 3 bls/min, debiendo reducir el bombeo a 1 o ½ bls/min cuando empiece a salir el cemento al espacio anular. Al terminar de desplazar, la sarta de trabajo se deberá levantar lentamente (entre 3 y 5 minutos por lingada para no provocar movimiento de los fluidos), hasta una altura mínima de 200 m por arriba de la lechada donde se deberá circular en inverso para desalojar el cemento sobrante o cerrar el preventor anular para esperar el tiempo de fraguado para que el cemento agarre su máximo

esfuerzo a la compresión. Finalmente se saca la tubería a la superficie.

b) Técnica para una cementación forzada

La cementación forzada es recomendable para aislar intervalos comercialmente no explotables, zonas no atractivas con contenido de SH 2 y 2CO y en yacimientos con alta producción de agua y canalización por atrás de la tubería de revestimiento.

Existen dos técnicas para realizar una cementación forzada con la sarta de perforación en el pozo: con y sin retenedor de cemento. 1.- Con retenedor de cemento. El retenedor se ancla a 45 mts arriba del intervalo probado con alta presión de inyección, para proteger las tuberías de revestimiento y cabezales al evitar someterlas a grandes esfuerzos y asegurar el aislamiento efectivo del intervalo. Una vez anclado y probado el retenedor se deberá marcar con pintura el tubo que sobresale en la mesa rotaria para saber cuando está enchufado. Posteriormente se procede a levantar la sarta lo suficiente para dejar el “stinger” arriba del retenedor y con circulación en la

30 m mínimo

Disparos

Bache Lavador

Bache separador

Sarta de trabajo

Figura 1 Colocación de un tapón de cemento balanceado

30 m mínimo

Disparos

Bache Lavador

Bache separador

Sarta de trabajo

Figura 1 Colocación de un tapón de cemento balanceado



superficie, marcando nuevamente el tubo. Con los preventores abiertos se bombean los baches lavadores y espaciadores, así como el volumen total de la lechada debiendo desplazarlos hasta en extremo de la sarta donde se deberá volver a enchufar el “stinger” para proceder a forzar a través del retenedor, el volumen de cemento previamente calculado a la formación. Al terminar la inyección se levanta la sarta lo suficiente para desenchufarse del retenedor y circular en inverso para limpiar la sarta de perforación (Figura 2). 2.- Sin retenedor de cemento. Se utiliza en pozos con baja presión de admisión y consiste en realizar la misma operación de la técnica del tapón balanceado, pero considerando dentro del cálculo la cantidad de lechada de cemento que se va a inyectar a la formación. Una vez colocada la lechada en su sitio, se deberá levantar lentamente la sarta de trabajo 200 m arriba del tapón para proceder a cerrar el preventor anular e inyectar el volumen de cemento calculado, bombeando lodo por la tubería de perforación y/o el espacio anular.

c) Uso de un tapón mecánico permanente

Se utiliza cuando la presión de formación es muy baja y no soporta la columna hidrostática presentando pérdida total de circulación, o en pozos exploratorios con intervalos productores que posteriormente se recuperaran, en este caso se ancla un tapón mecánico aproximadamente a 45 mts. arriba de la cima del intervalo disparado y se prueba su eficiencia. Si el tapón no fuera suficiente para soportar la presión diferencial entre el intervalo aislado y el intervalo superior durante una prueba de inducción se puede colocar un tapón de cemento balanceado mínimo de 15 mts. de longitud (Figura 3) sobre el tapón mecánico para incrementar su resistencia a la presión diferencial. Otra aplicación es cuando hay poca distancia entre el intervalo a aislar y el intervalo a probar y solo se coloca el tapón mecánico, siempre y cuando resista la presión del intervalo inferior cuando el intervalo de prueba esta siendo inducido. También se emplea un retenedor de cemento cuando existe pérdida de circulación total y se quiere evitar que se pierda todo el cemento, lo cual pondría en

riesgo la eficiencia de la operación. En este caso se desplaza el cemento hasta el retenedor e inmediatamente se saca el stinger para aislar la parte superior del

Retenedor de

Cemento

PRESION

30 m

stinger

Sarta de trabajo

Con retenedor de cemento

PRESION

Preventores

30 m

200 m

Bache Lavador

Bache separador

Sin Retenedor de cementoFigura 2 Técnicas para cementaciones forzadas

Retenedor de

Cemento

PRESION

30 m

stinger

Sarta de trabajo

Con retenedor de cemento

PRESION

Preventores

30 m

200 m

Bache Lavador

Bache separador

Sin Retenedor de cementoFigura 2 Técnicas para cementaciones forzadas



retenedor con la parte inferior y evitar que la columna hidrostática siga actuando sobre el cemento.

d) Técnica de dos tapones con tubería de aluminio en la punta de la sarta de perforación. Es recomendable para pozos problemáticos con alta presión y temperatura donde la sarta de trabajo puede quedar atrapada durante la operación. Esta técnica garantiza exactitud en la colocación del tapón de cemento a una determinada profundidad y una mínima contaminación de la lechada, se utiliza un ensamble de fondo instalado en el extremo de la tubería de perforación, tubería de aluminio, un tapón de barrido y un tapón de desplazamiento. El tapón de barrido o limpieza es bombeado por delante de la lechada para aislar el cemento del lodo y limpiar la tubería. Al llegar el tapón limpiador a su asiento e incrementarse la presión, el perno de seguridad se rompe y se desprende el tapón que se encuentra alojado en su interior para continuar el desplazamiento a través de la tubería de aluminio. El tapón de desplazamiento se suelta atrás de la lechada de cemento para

aislarlo del fluido desplazante. Al llegar el tapón a su asiento la presión se incrementa y se debe suspender el bombeo. Se

levanta la sarta de trabajo hasta donde la punta de la tubería de aluminio quede a la profundidad donde se programo la cima del tapón de cemento (Figura 4). Se continúa bombeando para que con presión se rompa el perno de seguridad localizado entre el niple de asiento y la camisa, se desliza la camisa para descubrir el orificio de circulación y se circula en inverso para desalojar el cemento sobrante. Este método ofrece seguridad pues en caso de que la tubería de aluminio quedara atrapada en el cemento durante la operación, esta se puede liberar incrementando la tensión a la tubería. 3.2.-Aislar intervalos disparados a través de la tubería de producción. a) Técnica para colocar un tapón de

cemento con cable eléctrico. Esta técnica se emplea para aislar intervalos con alto porcentaje de agua en pozos con dos o más intervalos productores, en pozos profundos con diámetros reducidos en las tuberías de

15 m mínimo

Tapón Mecánico

Disparos

45 m Max

Sarta de trabajo

Tapón Mecánico

Disparos

45 m Max

Sarta de trabajo

stinger

Con tapón de cemento Sin tapón de cemento

Figura 3 Aislamiento con tapón mecánico

15 m mínimo

Tapón Mecánico

Disparos

45 m Max

Sarta de trabajo

Tapón Mecánico

Disparos

45 m Max

Sarta de trabajo

stinger

Con tapón de cemento Sin tapón de cemento

Figura 3 Aislamiento con tapón mecánico



explotación y altas temperaturas donde se requiere precisión tanto en la colocación del tapón como en su longitud. Después de desplazar los fluidos del pozo contra

formación y esperar su estabilización se procede a la colocación del tapón de cemento utilizando un contenedor cilíndrico (Dumper Boiler) el cual almacena en su interior la lechada de cemento. Es bajado con cable eléctrico hasta la profundidad deseada donde mecánicamente o eléctricamente se dispara para abrir y vaciar su contenido dentro del pozo. Este método requiere de un tapón puente tipo sombrilla, inflable o mecánico MPBT que previamente se instala y sirve para proporcionar sello y como base del cemento para minimizar o evitar la migración de pequeños volúmenes de cemento (Figura 5). Se deberán realizar múltiples corridas del contenedor de cemento hasta cubrir la longitud deseada. b) Uso de la tubería flexible para colocar un tapón de cemento. Esta técnica se recomienda para aislar intervalos con condiciones similares a las consideradas con tubería de trabajo y se pueden colocar enfrente o abajo del intervalo, con la diferencia de que están limitados a la presión de trabajo de la tubería flexible. No son recomendables para tuberías de revestimiento con diámetro grande, sin embargo, su empleo

tiene la ventaja de no requerir recuperar el aparejo de producción. La técnica consiste en bombear la lechada de cemento a través de la tubería flexible, desplazándola

hasta donde el nivel de cemento por el espacio anular sea igual que la del interior y deberá cubrir 30 m arriba y 30 m abajo del intervalo, o hasta la profundidad interior (Figura 6). La tubería flexible se deberá levantar lentamente por arriba de la lechada hasta una altura mínima de 400 m para esperar el fraguado. Si se desea

tuberìa dealuminio

Disparos

BOMBEANDO LLEGANDO EL TAPÓN DE BARRIDO

ROMPIENDOEL TAPÓN DE BARRIDO

LLEGANDO EL TAPÓN DE DESPLAZAMIENTO

ROMPIENDOEL TAPÓN DE DESPLAZAMIENTO

Figura 4 Técnica utilizando un ensamble de fondo

tuberìa dealuminio

Disparos

BOMBEANDO LLEGANDO EL TAPÓN DE BARRIDO

ROMPIENDOEL TAPÓN DE BARRIDO

LLEGANDO EL TAPÓN DE DESPLAZAMIENTO

ROMPIENDOEL TAPÓN DE DESPLAZAMIENTO

Figura 4 Técnica utilizando un ensamble de fondo

Empacador

Disparos

Tubería deProducción

Tapón tipo sombrilla

Figura 5 Aislamiento con cable eléctrico

Empacador

Disparos

Tubería deProducción

Tapón tipo sombrilla

Figura 5 Aislamiento con cable eléctrico



realizar una cementación forzada inyectando el cemento a los disparos, se

deberá cerrar las válvulas superficiales para poder aplicar presión y realizar la cementación forzada.

c) Uso de tapones anclados en la tubería de producción.

Esta técnica en muy conveniente cuando se requiere aislar varios intervalos disparados que se encuentran aislados por empacadores. La operación se debe realizar primero aislando el intervalo más bajo con un tapón ciego anclado en el niple de asiento, que se localiza en el extremo del aparejo de producción, posteriormente, para aislar el siguiente intervalo se ancla un segundo tapón ciego en la tubería de producción y finalmente para aislar el último intervalo se desplaza una lechada de cemento (previamente calculada) hasta los disparos y se procede a su inyección, dejando dentro de la tubería de producción un tirante mínimo de 30 m. arriba del último intervalo (Figura 7). Finalmente la tubería de producción se corta arriba del cemento y se recupera el resto del aparejo. 3.3.- Aislar intervalos en agujero descubierto Cuando se trata de aislar dos o más intervalos productores que no se encuentran ademados se deberán colocar tapones de cemento que cubran como mínimo 30 mts. abajo y 30 mts. arriba de

30 m

Tubería Flexible

Empacador

Aparejo de Producción

Tapón Forzado Tapón Colocado

Frente al intervalo

Sobre el intervalo

Figura 6 Aislar con tubería flexible forzando y colocando el cemento

30 m

Tubería Flexible

Empacador

Aparejo de Producción

Tapón Forzado Tapón Colocado

Frente al intervalo

Sobre el intervalo

Figura 6 Aislar con tubería flexible forzando y colocando el cemento

Empacador

Disparos

Tubería de Producción

Empacador

Tapón Ciego

Cementación Forzada

30 m mínimo

Tapón Ciego

Figura 7 Aislar varios intervalos usando tapones ciegos

Empacador

Disparos

Tubería de Producción

Empacador

Tapón Ciego

Cementación Forzada

30 m mínimo

Tapón Ciego

Figura 7 Aislar varios intervalos usando tapones ciegos



cada intervalo productor (Figura 8) con objeto de evitar su migración hacia otro estrato.

4.- CRITERIO DE SELECCIÓN La selección de la técnica más apropiada para aislar un intervalo probado deberá estar basado en el objetivo de lo que se desea lograr, en las condiciones del pozo, su estado mecánico, la información geológica, la selección de la lechada y profundidad de los intervalos; por lo que será necesario disponer de la siguiente información para formarse el criterio que se aplicará en la planeación y diseño del tapón. 4.1.- Información requerida

Datos del agujero descubierto: Diámetro de la barrena, registro de la geometría del agujero, profundidad de la zona productora, información de los fluidos de pozo.

Datos de la formación: Litología, presión de formación, presión de fractura.

Temperaturas: Temperatura de fondo

estático, temperatura de fondo circulante.

Zonas con problemas: Pérdidas de circulación, derrumbes, flujo de agua, alta presión de gas.

Datos de Desviación: Profundidad

vertical, profundidad desarrollada, punto de desvío, orientación, desviación.

Datos de la Tubería de

Revestimiento: Diámetro, peso, grado, profundidad de asentamiento

Datos de la tubería de producción: Diámetro, peso, grado, accesorios instalados.

Datos de la Tubería Flexible: Diámetro, peso, grado, resistencia a los esfuerzos.

Fluidos: Tipo de lodo, densidad, propiedades reología.

Datos del cemento: Volumen de lechada, densidad, tiempo de fraguado, datos de las pruebas de laboratorio.

4.2.- Consideraciones para colocar un tapón con éxito Para planear adecuadamente el aislamiento de un intervalo probado, es

AGUA

30 m mínimo

30 m mínimo

GAS

30 m mínimo

30 m mínimo

ACEITE

30 m mínimo

30 m mínimo

AGUA

Aislamiento de agujero comercialmente no explotable

Aislamiento para evitar la migración de fluidos

Figura 8 Aislamiento de intervalos en agujero descubierto

AGUA

30 m mínimo

30 m mínimo

GASGAS

30 m mínimo

30 m mínimo

ACEITE

30 m mínimo

30 m mínimo

AGUAAGUA

Aislamiento de agujero comercialmente no explotable

Aislamiento para evitar la migración de fluidos

Figura 8 Aislamiento de intervalos en agujero descubierto



muy importante contar con los datos exactos del pozo, seleccionar bien la lechada y usar una buena técnica de desplazamiento. Los registros de calibración del agujero permiten determinar el volumen de cemento que se debe utilizar. Si el agujero está en calibre el desplazamiento mejora y su balanceo es más fácil. La limpieza del pozo así como las propiedades reológicas del lodo son esenciales para el éxito de la operación. El lodo debe circularse cuando menos un ciclo completo para alcanzar las condiciones reológicas necesarias previas al tapón. Al suspender el bombeo, se deberá verificar que las condiciones de entrada y salida del lodo sean iguales y observarlo para verificar que se encuentra en condiciones estáticas, es decir, que la densidad del lodo sea la misma en todo el pozo. Una práctica muy recomendada es la de utilizar tubería de aluminio o fibra de vidrio con difusor de flujo, la cual puede formar parte del tapón, ya que se puede dejar con el cemento, desconectándola de la tubería de perforación en caso necesario. Es importante usar baches lavadores y separadores por delante y por atrás, para evitar problemas de contaminación de la lechada. Éstos deberán ser de una densidad de 0.12 a 0.24 gr/cc mayor que el lodo, para ganar efecto de flotación y mejorar el desplazamiento y balanceo de la lechada. Cuando se emplee lodo base aceite, se deberán usar lavadores químicos en lugar de agua. Para aislar intervalos, se recomienda una altura anular mínima de 50 m. Es recomendable dejar de bombear 1 o 2 barriles antes de completar el volumen de desplazamiento, para dejar el nivel de cemento (dentro de la sarta de trabajo) arriba del nivel de cemento en el espacio

anular. Esto asegura que el cemento que quedo adentro de la sarta caiga por gravedad, permitiendo que el tapón quede balanceado por sí mismo. La tubería de perforación deberá levantarse a una velocidad de 3 a 5 minutos por lingada para evitar movimiento de fluidos, hasta una altura de 200 mts. arriba de la cima de cemento y, de acuerdo con el programa, se circula en inverso para desalojar el cemento sobrante y limpiar la sarta o solo se cierra el pozo para esperar su fraguado. Cuando el tapón se coloca con tubería flexible se deberá levantar a una velocidad de 20 m/min hasta una altura de 400m arriba de la cima de cemento, y se procede de acuerdo al programa establecido. Como generalmente se utilizan volúmenes pequeños de lechada, siempre que sea posible se debe mezclar todo el cemento en el recirculador. Es muy importante considerar que el diseño de la lechada representa el 50 % de éxito del tapón, por lo que requiere tener mucho cuidado en su preparación. El cemento deberá ser de mayor densidad que el lodo, para que salga de la tubería de perforación o de la tubería flexible al levantarla. Se requiere un buen control de filtrado para mantener la calidad de la lechada cuando se realizan movimientos con la tubería. Se debe evitar la paralización del sistema para no provocar esfuerzos de gelatinización que puedan atrapar la tubería. El tiempo de espesamiento de la lechada debe diseñarse de acuerdo a las condiciones del pozo y tiempo de colocación. Para pozos con temperaturas menores de 140° C se deben agregar dos horas adicionales al obtenido en el laboratorio con temperatura circulante.



Para pozos con temperaturas arriba de 175° C también se agregan dos horas, solo que las pruebas se realizan considerando una temperatura promedio entre la circulante y la estática. Se deben utilizar cementos que desarrollen un alto esfuerzo compresivo en periodos cortos de tiempo debiendo utilizar lechadas de agua reducida y alta densidad. Para aislar intervalos con tapones de cemento en pozos con temperaturas mayores de 100 ° C será necesario agregar harina sílica para evitar la regresión de la resistencia compresiva. 5.- CÁLCULOS DE INGENIERÍA 5.1- Fórmulas y ejemplo de cálculo Para determinar el volumen de lechada requerida en el agujero descubierto usar la Ecuación 1 y en tubería de revestimiento la Ecuación 2.

TRctolch

adctolch

ChV

ChV

*

*

=

=

Para determinar el número de sacos de cemento para una lechada con un rendimiento determinado se usa la ecuación 3.

RntoVN lch

sc =

Para determinar la altura de la columna de cemento con la tubería de perforación o tubería flexible adentro del tapón, se usa la ecuación 4.

TPTPTR

lchcto CC

Vh+

=−

Con esta misma Ecuación se puede determinar las alturas de los baches lavadores y separadores para balancear el tapón.

Para calcular el volumen del cemento dentro de la tubería de trabajo para balancear el tapón, se usa la ecuación 5.

TPctoTPlch ChV *=− Similarmente para determinar el volumen de cemento en el espacio anular de la Tubería de revestimiento o del agujero descubierto, según sea el caso, se usa la ecuación 6.

TPTRctoealch ChV −− = * La ecuación 7 es para obtener el volumen de desplazamiento en la tubería de trabajo para balancear el tapón.

TPfld CCV *= Donde:

)( hbshblhctobtC fl ++−= Ejemplo: Colocar un tapón de cemento balanceado de 100 m balanceado para aislar un intervalo probado, el tapón se colocará de 5000 a 4900 m dentro de una tubería de revestimiento de 5” de 18 lb/pie Datos: Capacidades de las tuberías T. Revestimiento: 18.0 lb/pie 9.31 lt/m T. Producción: 9.2 lb/pie 4.5 lt/m Esp. anular Entre 5” y 3.5”: 3.1 lt/m Información de los fluidos Lodo Polimérico 1.35 gr/cc Lechada Convencional 1.95 gr/cc Rendimiento 42.80 lt/saco B. Lavador 2 m3 B. espaciador 2 m3 1.70 gr/cc 1.- Cálculo del volumen de la lechada utilizando la ecuación 2.

TRctolch ChV *=

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)



=Altura del tapón * capacidad de la tubería de revestimiento = 100 m * 9.31 lt/m = 931 lt 2.- Cálculo de la cantidad del cemento utilizando la ecuación 3.

RntoVN lch

sc =

=Volumen de la lechada del cemento requerido / rendimiento del cemento = 931 lt / 42.80 lt/ saco = 21.75 sacos = 1.1 Tons. 3.- Cálculo de la altura de los fluidos para balancear el tapón durante la colocación utilizando la ecuación 4. Altura de la lechada:

TPTPTR

lchcto cC

Vh+

=−

mltmltlthcto /5.4/1.3

931+

=

mhcto 122=

Altura del bache separador:

)/( TPTPTRbsbs CCVh += − mmltsltshbs 1.263/6.7/2000 ==

Altura del bache lavador:

)/( TPTPTRblbl CCVh += − mmltsltshbl 1.263/6.7/2000 ==

Cálculo de los volúmenes de los fluidos a bombear por delante y por detrás del cemento para balancear el tapón, utilizando las ecuaciones 5 y 6. Volumen de la lechada dentro de la tubería:

TPctoTPlch ChV *=− ltmltmV TPlch 5.378/1.3*122 ==−

Volumen de la lechada en espacio anular:

TPTRctoealch ChV −− = * ltmltmV ealch 0.549/5.4*122 ==−

Bache lavador en el espacio anular (por delante del cemento):

TPTRblbl ChV −= * ltmltmVbl 7.815/1.3*1.263 ==

Bache lavador dentro de la tubería (por detrás del cemento)

TPblbl ChV *= ltmltmVbl 2.1184/5.4*1.263 ==

Bache separador en el espacio anular (por delante del cemento)

TPTRbsbs ChV −= * ltmltmVbs 7.815/1.3*1.263 ==

Bache separador dentro de la tubería (por detrás del cemento) TPbsbs ChV *=

ltmltmVbs 2.1184/5.4*1.263 == Cálculo del volumen de desplazamiento para balancear el tapón:

TPfld CCV *= Donde:

)( bsblctotfl hhhbC ++−= Sustituyendo

)1.26315.263122(5000 mmmmC fl ++−=mmmC fl 6.43513.6845000 =−=

Por lo tanto

ltmltmVd 2.13490/1.3*6.4351 ==

NOTA: Al terminar de colocar un tapón por circulación balanceado al final se deben tener columnas de la misma altura (de cemento, bache lavador y espaciador), tanto por espacio anular como por dentro de la sarta de trabajo o tubería flexible.



6- DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD MÍNIMA DEL TAPÓN DE CEMENTO. Con la ecuación 9, se determina la longitud mínima que debe tener un tapón de cemento para soportar la presión diferencial sin ser removido y mantener el sello hidráulico permanentemente.

TsDEVdiPL TR

*5**∆=

La diferencial de presión P∆ está en función de las operaciones de terminación que se realicen, y podemos considerar que la operación de fracturar la formación es una de las operaciones más críticas. Otro caso crítico es durante la operación de inducción del intervalo en evaluación, considerando que el pozo se vacía, la presión sobre el tapón ( STP ) es igual a cero, quedando como diferencial de presión P∆ , únicamente la presión bajo el tapón ( BTP ). Las presiones sobre y bajo el tapón se calculan con las Ecuaciones 10, 11 y 12.

max**422.1 −+= bbaVEfST PDP ρ

)**422.1( VEBTfFSBT DPP ρ−=

BTST PPP −=∆ Para obtener el valor de la resistencia al corte de la adherencia que se forma entre el cemento y la pared de la tubería (Ts) que se utiliza en la ecuación 9, se toma de la gráfica 1. Otra forma de obtener la longitud mínima de tapón de cemento es por las Gráficas 2 y 3, las cuales pueden aplicarse directamente para tuberías de producción y tubería de revestimiento respectivamente. Aunque estas gráficas fueron hechas con cemento especial para tapones de alta integridad (HIP MIX) los cuales tienen mayor resistencia a la adherencia, para cementos tipo H se puede considerar un 20

% más de la longitud obtenida por las gráficas para cementos especiales.

Experiencias de campo han demostrado que los mejores desempeños han ocurrido en tapones de 20 pies o más de cemento colocados en tuberías de revestimiento de 7”, 7 5/8” y 9 5/8” y tapones de 15 pies o más de largo en tuberías de producción de 5 ½” y de menor diámetro.

FTemperatura en el fondo del agujero °C79 93 107 121 135 149

14

28

42

70

Esfu

erzo

de

corte

a la

adh

eren

cia

Ts

63

Resistencia a la adherencia a las 24 HrsKg/cm²

ALTA ADHERENCIA (HSB) HIP MIX

HIP MIX

CLASE H + 35 % AS

56

7

21

35

49


14

28

42

70

Esfu

erzo

de

corte

a la

adh

eren

cia

Ts

63



HIP MIX

CLASE H + 35 % AS

56

7

21

35

49

Gráfica 1 Temperatura vs esfuerzo de corte a la adherencia


14

28

42

70

Esfu

erzo

de

corte

a la

adh

eren

cia

Ts

63



HIP MIX

CLASE H + 35 % AS

56

7

21

35

49


14

28

42

70

Esfu

erzo

de

corte

a la

adh

eren

cia

Ts

63



HIP MIX

CLASE H + 35 % AS

56

7

21

35

49

Gráfica 1 Temperatura vs esfuerzo de corte a la adherencia

(10)

(11)

(12)

(9)



P

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)

PRESIÓN DIFERENCIAL EN EL TUBING (Kg/cm²)

140 280 420 560 700 840

1.8

2.4

1.2

3.0

3.6

4.2

3-1/2”

2-7/8”

2-3/8”

LONGITUD MÍNIMA DEL TAPÓN VS

P

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)


140 280 420 560 700 840

1.8

2.4

1.2

3.0

3.6

4.2

3-1/2”

2-7/8”

2-3/8”

Gráfica 2 Longitud mínima del tapón vs presión diferencial

P

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)


140 280 420 560 700 840

1.8

2.4

1.2

3.0

3.6

4.2

3-1/2”

2-7/8”

2-3/8”

LONGITUD MÍNIMA DEL TAPÓN VS

P

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)


140 280 420 560 700 840

1.8

2.4

1.2

3.0

3.6

4.2

3-1/2”

2-7/8”

2-3/8”

Gráfica 2 Longitud mínima del tapón vs presión diferencial

840140 280 420 560 700

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)

PRESIÓN DIFERENCIAL EN Kg/cm ²EN LA TUBER ÍA DE REVESTIMIENTO

0

3.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

4-1/2”

5 ”

4-1/2”

7”

7-5/8”

9-5/8”

840140 280 420 560 700

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)

PESIÓN DIFERENCIAL EN Kg/cm ²EN LA TUBER Í A DE REVESTIMIENTO

0

3.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

4-1/2”

5 ”

5-1/2”

7”

7-5/8”

9-5/8”

Gráfica 3 Longitud mínima del tapón vs presión diferencial en la T. R.

840140 280 420 560 700

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)

PRESIÓN DIFERENCIAL EN Kg/cm ²EN LA TUBER ÍA DE REVESTIMIENTO

0

3.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

4-1/2”

5 ”

4-1/2”

7”

7-5/8”

9-5/8”

840140 280 420 560 700

LON

GIT

UD

MÍN

IMA

DE

L TA

PÓ

N (M

TS)

PESIÓN DIFERENCIAL EN Kg/cm ²EN LA TUBER Í A DE REVESTIMIENTO

0

3.0

3.3

3.6

3.9

4.2

4.5

4.8

5.1

5.4

5.7

6.0

4-1/2”

5 ”

5-1/2”

7”

7-5/8”

9-5/8”

Gráfica 3 Longitud mínima del tapón vs presión diferencial en la T. R.



7. Diagrama de Flujo para Colocar Tapones de Cemento en sus Diferentes Condiciones TAPON POR CIRCULACION

DEFINE OBJETIVO DE LA OPERACION

REVISION DEL EQUIPO Y MATERIALES PARA LA OPERACION ACTIVIDADES ANTES DE LA OPERACIÓN

a) VERIFICAR LIMPIEZA DE SILOS. b) VERIFICAR CANTIDAD FISICA DEL CEMENTO EN EQUIPO c) REVISAR ABASTECIMIENTO DE CEMENTO (LINEAS). b) PROBAR ABASTECIMIENTO DE LODO Y VOLUMEN. c) PROBAR ABASTECIMIENTO DE AGUA DULCE Y SALADA. d) PROBAR ABASTECIMIENTO DE DIESEL. e) REVISION DEL ESTADO FISICO DE LA U. DE ALTA PRESIÓN f) VERIFICAR TUBERIA DE PERFORACION,COMBINACIONES Y ACCESORIOS. g) VERIFICAR EXISTENCIA DEL TAPÓN MECÁNICO h) VERIFICAR EXISTENCIA DE LA CABEZA DE CEMENTAR

a) INTRODUCIR LA TUBERIA A PROFUNDIDAD PROGRAMADA. b) VERIFICAR AJUSTE DE LA TUBERIA DE PERFORACIÓN. c) VERIFICAR DISEÑO, CEMENTO, REOLOGÍA, TIEMPO BOMBEABLE, PERDIDA DE FILTRADO. d) ELABORAR CALCULOS DE LA OPERACION. e) VERIFICAR QUE EL LODO ESTE HOMOGENEIZADO

ANALIZAR ESTADO MECANICO DEL POZO Y LA HISTORIA DEL MISMO

a) ANALIZAR DATOS DEL AGUJERO DESCUBIERTO. b) REVISAR DATOS DE LA FORMACIÓN c) ANALIZAR DATOS DE TEMPERATURA d) ANALIZAR DATOS DE ZONAS PROBLEMÁTICAS e) REVISAR DATOS DE DESVIACIÓN f) REVISAR INFORMACIÓN DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO g) REVISAR INFORMACIÓN DE LA TUBERÍA DE PRODUCCIÓN h) ANALIZAR DATOS DE LOS FLUIDOS EN EL POZO i) REVISAR DATOS DE LA TUBERÍA FLEXIBLE

NO

DESCARGAR LA PRESION DE LA TUBERIA DE PERFORACION Y VERIFICAR QUE EL TAPON QUEDE BALANCEADO.

EXISTE

PERDIDA DE CIRCULACION EL TAPON ES INYECTADO

SI

SI

NO

NO

NO

ABRIR PREVENTORES

ESPERAR FRAGUADO. CUMPLIO OBJETIVO

ELABORAR REPORTE DE OPERACION

SI

INSTALAR CABEZA DE CIRCULACION Y PROBAR LINEAS CON 350 Kg/m2.

HUBO CIRCULACION DURANTE LA

LEVANTAR LA TUBERIA DE PERFORACION LENTAMENTE. LA LONGITUD DEL TAPON.

SACAR TUBERIA DE PERFORACION SIN LLENAR POZO + 1OO m

INSTALAR CABEZA DE CIRCULACION Y PROBAR LINEAS CON 350 kg/m2.

EL TAPON ES INYECTADO

LLENAR POZO CON LODO.

ALCANZO PRESION FINAL

NO

SI

SI

INSTALAR CABEZA DE CIRCULACION Y CIRCULAR HASTA HOMOGENIZAR LODO.

EFECTUAR PRUEBA DE ADMISIÓN Y DETERMINAR CANTIDAD DE CEMENTO.

LEVANTAR TUBERIA DE PERFORACION 200 m SOBRE CIMA CEMENTO.

CERRAR PREVENTORES Y VALVULAS LATERALES DE CONTROL.

INYECTAR VOLUMEN DE CEMENTO DETERMINADO.

DESCARGAR LA PRESION DE LA TUBERIA DE PERFORACION.

ABRIR PREVENTORES

ELABORAR REPORTE FINAL DE OPERACIÓN.

SACAR TUBERIA DE PERFORACION A SUPERFICIE LLENANDO POZO CON LODO.

INSTALAR CABEZA DE CIRCULACION

PROBAR LINEAS CON 350 kg/m2.

LEVANTAR LA TUBERIA DE PERFORACIÓN LA LONGITUD DEL TAPON LENTAMENTE.

SACAR LA TUBERIA DE PERFORACION A SUPERFICIE SIN LLENAR POZO.

ESPERAR FRAGUADO

1. BOMBEAR BACHE LAVADOR Y SEPARADOR SEGÚNSEA LA BASE DE LODO. 2. BOMBEAR LECHADA DE CEMENTO. 3. BOMBEAR BACHE SEPARADOR Y LAVADOR SEGÚNSEA LA BASE DE LODO. 4. DESPLAZAR CON VOLUMEN CALCULADO DEDIESEL. O FLUIDO DESPLAZANTE

LEVANTAR LA TUBERIA DE PERFORACIÓN LENTAMENTE HASTA 150 m2 SOBRE CIMA DEL CEMENTO.

LLENAR POZO

CERRAR PREVENTORES

INYECTAR A BAJO GASTO CON UNIDAD DE ALTA

ALCANZÓ PRESION FINAL

1. BOMBEAR BACHE LAVADOR Y SEPARADOR SEGÚN SEA LA BASE DE LODO. 2. BOMBEAR LECHADA DE CEMENTO. 3. BOMBEAR BACHE SEPARADOR Y LAVADOR, SEGÚN SEA BASE DE LODO. 4. DESPLAZAR CON VOLUMEN CALCULADO DE FLUIDO DESPLAZANTE

SI

SI NO

NO

1. BOMBEAR BACHE LAVADOR Y SEPARADOR SEGÚN SEA LA BASE DE LODO. 2. BOMBEAR LECHADA DE CEMENTO. 3. BOMBEAR BACHE SEPARADOR Y LAVADOR SEGÚN SEA LA BASE DE LODO. 4. DESPLAZAR CON VOLUMEN CALCULADO DE DIESEL O FLUIDO DESPLAZANTE

1. BOMBEAR BACHE LAVADOR Y SEPARADOR SEGÚNSEA LA BASE DE LODO. 2. BOMBEAR LECHADA DE CEMENTO. 3. BOMBEAR BACHE SEPARADOR Y LAVADOR SEGÚNSEA LA BASE DE LODO. 4. DESPLAZAR CON VOLUMEN CALCULADO DE DIESELO FLUIDO DESPLAZANTE

LEVANTAR LA TUBERIA DE PERFORACIÓN LA LONGITUD DEL TAPON LENTAMENTE.

ABRIR PREVENTORES



Apéndice 1. Nomenclatura

=tb Base del tapón (m)

=flC Cima de los fluídos (mts)

TPC Capacidad de la sarta de trabajo (lt/m)

=TRC Capacidad de la Tubería de

revestimiento (lt/m)

=−TPTRC Volumen del espacio anular (lt/m)

=TRdi Diámetro interior de la tubería de revestimiento (in)

=DEV Factor de desviación = 1 @ 0°, 1.2

@ 30°, 1.6 @ 60°, 2 @ 70°

=VED Profundidad vertical del tapón (m)

=VEBTD Prof. vertical de la base del tapón a la cima del intervalo (m)

=blh Altura del bache lavador (m)

=bsh Altura del bache separador (m)

=ctoh Altura del cemento con la tubería

de trabajo adentro del tapón (m)

=L Longitud mínima del tapón (m)

=scN Número de sacos de cemento (sacos)

=BTP Presión bajo el tapón (psi)

=FRACP Presión de fractura (psi)

=FSP Presión de fondo estática (psi)

=STP Presión sobre el tapón (psi)

=ntoRe Rendimiento del cemento (lt/saco)

=Ts Esfuerzo de corte a la adherencia

entre el tapón y la T. R. (psi)

=dV Volumen de desplazamiento (lt)

=lchV Volumen de la lechada de cemento

requerido (lt)

=−ealchV Volumen de la lechada de cemento en el espacio anular ( lt)

=−TPlchV Vol. de lechada dentro de la sarta

de trabajo (lt)

=∆P Presión diferencia aplicada sobre el tapón (psi)

=fρ Densidad del fluido fracturante o de

formación (gr/cc)



Referencias API Specification 10, Fifth Edition, No. 130.114503

(July 1990). Beach, H. J., O Brien, T. B., and Goins, W. C.: “Formation Cement Squeezed by uding Low –Water-Loss Cements,” O&GJ (May 29 and June 12, 1961).

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De la Serna, M. A. y Ríos J. A.: Procedimiento para cementación de tuberías de revestimiento corridas,” Gerencia de Tecnología, SPMP, Villahermosa, México, 2002.

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Rasso, Z. C.: “Un Siglo de la Perforación en México,” Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos.

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.323. Página de Schlumberger en internet.-

http://www.hpitools.com

9. guía de diseño para aislar intervalos probados.pdf

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