calculos de cementacion

PRODUCCION I (3553).

Clase No. 1

LUIS GUILLERMO VILLA O.

CEL. 310 4291968

[email protected]

PRODUCCION I (3553).

JUSTIFICACIÓN

El temario del área se basa principalmente en la aplicación de los conceptos de lasciencias básicas en la industria petrolera, partiendo de los conceptos de Geología eingeniería aplicada de yacimientos. La comprensión de la materia se realiza desde laexplicación de los completamientos de los pozos hasta su etapa final de producción,viendo modelos básicos y principales de análisis nodal. La finalidad es dar a entendertodas las operaciones que se realizan en un pozo luego de haber sido perforado, endonde se involucran operaciones de revestimiento, cementación y cañoneo,realizando análisis de trabajos y procesos de estimulación Química y Mecánica, dar aconocer en que se basan las labores y los alcances de un Workover.

Clase No. 1

PRODUCCION I .

Temas:

1. CEMENTACION DE POZOS:

Tipos de cementos Lechadas de cemento y sus propiedades, aditivos de cementación. Cálculos de cementación. (Cementación primaria, tapones de cemento,

Squezze). Registros de cementación (CBL-VDL,UCI).

Clase No. 1

PRODUCCION I .

Temas:

2. ANALISIS NODAL Y CAÑONEO :

Fases de cañoneo, densidad de cañoneo y Tipos de cañones. Parámetros para interpretar un análisis Nodal Nodos e interpretación de Presión para análisis nodal. Presión en cada nodo. Ejercicios de análisis nodal.

3. COMPLETAMIENTO DE POZOS Y TIPOS DE COMPLETAMIENTO.• Completamiento sencillos.• Completamientos duales• Tuberías y Packers……………………………….TEMA PRIMER PARCIAL

Clase No. 1

PRODUCCION I .

Temas:

4. ESTIMULACION :

Estimulación matricial. Depósitos orgánicos Depósitos inorgánicos Control químico de agua (RPM). Surfactantes y solventes mutuales

5. Métodos operativos (operacionales) para estimular zonas productoras. Convencional. Coiled tubing.

Clase No. 1

PRODUCCION I .

Temas:

6. FRACTURAMIENTO HIDRAULICO. :

Definición e interpretación . Fluidos de fracturamiento (Base aceite, base agua, N2, CO2 ) Agentes de soporte. Interpretación de Presión de tratamiento y de Fracturamiento. Minifrac y operación de fracturamiento Equipos de fracturamiento (QA/QC, HSEQ).

TEMA SEGUNDO PARCIAL

Clase No. 1

PRODUCCION I .

Temas:

6. CONTROL DE ARENA.:

Definición e interpretación . Fluidos de empaquetamiento. Agentes de soporte (Ultralivianos). Interpretación de Presión de tratamiento. Equipos y análisis de malla para control de arena.

1+2+3+4+5+6……………………………………TEMA EXAMEN FINAL

Clase No. 1

PRODUCCION I .

RESUMEN :Tipos de Yacimientos.

PERFORACIONLODOSFASES-WELL PLANNINGCAÑONEOPRODUCCION DE FLUIDOS (CURVA PVT), TIPOS DE FLUIDOSESTIMULACION & FRAC.

Clase No. 1

CIRCULACION DEL LODO

MANEJO DE SOLIDOS.

BALANCE DE PRESIONES HIDROSTATICAS CON EL LODO

CEMENTACION DE POZOS.Definición y objetivos :

Son las operaciones realizadas en los pozos de petróleo & gas conuna lechada de cemento (cemento + agua + aditivos), cuyosobjetivos son:

1. Aislar zonas del pozo que contienen Petróleo, gas y agua.2. Soportar el peso de la propia tubería de revestimiento.3. Evitar derrumbes de la formación -poco consolidadas- y

asegurar el hueco perforado4. Reducir la corrosión del Revestimiento con fluidos corrosivos

provenientes de la formación.

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.Clasificación de las cementaciones :

1. Cementaciones Primarias.2. Cementaciones forzadas (Squeezzes –balanceados y forzados-)

3. Tapones de cemento. (Desviación –side track-, tapones deabandono, tapones por alta perdidas de circulación).

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.Clasificación de los cementos API & ASTM:

Los cementos por su composición química se clasifican según el API & ASTM así:1. Clase A2. Clase B.3. Clase C.4. Clase D.5. Clase E6. Clase F 7. Clase G &H.8. Clase J.9. Construcción.

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.Clasificación de los cementos según API & ASTM:

En Colombia solo se utilizan cementos tipo :1. Clase A hasta profundidades de 3000 Ft y temperaturas hasta

140 o F -150 oF2. Clase G. (300 o F )3. Construcción (superficiales).4. Cemento Ultrafino (Tamaño de partícula)

5. Por logística y costos según la profundidad solo se maneja untipo de cemento, “G” (cementaciones primarias & cementoultra fino para cementaciones forzadas) .

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.Propiedades físicas de los cemento:

1. Gravedad especifica (Peso absoluto por unidad de volumen, gr/cm3 )

2. Peso volumétrico (Peso –aire- por unidad de volumen, gr/cm3 )

3. Tamaño de granos (fineza, tamaño y distribución de grano).

4. Requerimientos de agua.5. Densidad de lechada.(Peso de la mezcla cemento + agua)

6. Lechada de cemento (Slurry) = Cemento + agua + aditivos queestán a condiciones de bombeo por un tiempo determinadohasta alcanzar el fraguado (ya no es bombeable).

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.ADITIVOS DE CEMENTACION.

1. Aceleradores (Acelerantes) su objetivo es aceleran el tiempo defragüe por consiguiente reducen el tiempo de bombeabilidadde la lechada (Sales el mas usado es CaCl2 al 2% por peso, CaSO4 (yeso)

4% por peso, NaCl 5% por peso)

2. Retardador (Retardante) su objetivo en la lechada de cemento esretardar su fraguado, por tanto el tiempo de bombeabilidad seextiende (prolonga). ( Lignosulfonatos de alta y de baja temperatura -

baja hasta 180 o F como BHST y de alta hasta 250-280 o F – pero se puedenextender químicamente hasta 600 o F ) otros retardadores como derivadosde sacáridos y ácidos.

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.ADITIVOS DE CEMENTACION.

3. Dispersantes (Reductores de fricción) no tienen “mayor”incidencia en el tiempo de fragüe de la lechada su objetivo esreducir la fricción de la lechada a su interior (fluida) y alcontacto con la tubería. ( Derivados poliméricos 0-5% PP,)

4. Reductores de filtrado (Controladores de filtrado).Que es el filtrado ? Bajo que condiciones ocurre filtración ?

Estos aditivos solo aplican para zonas permeables y que bajo efecto de Presión filtran fluido a la formación dejando el cake en frente a la cara de la formación. (Polímeros).

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.ADITIVOS “ESPECIALES” DE CEMENTACION.

5. Densificantes : su objetivo es incrementar la densidad de lalechada para tener control de BHP durante la operación decementación. (Barita, Compuestos o limadura de Fe ).

6. Reductores de Densidad: manejo y control de la densidad dela lechada con el objetivo de no inducir perdidas a laformación por baja BHP o por cubrir altas columnas decemento con Ph alta (Bentonita, aditivos de bajo peso-Lw)

7. Aditivos para prevenir la retrogresión de la resistencia por alta temperatura (200 o F). (Sílice)

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.ADITIVOS “ESPECIALES” DE CEMENTACION.

8. Aditivos para control de Gas: (Latex).

9. Antiespumantes.

Clase No. 1

CEMENTACION DE POZOS.

CALCULOS DE CEMENTACION

Clase No. 1

CALCULOS BASICOS DE CEMENTACION

1. Capacidad de Hueco abierto (Open hole) & Tuberías.

Formulas de capacidad:

Bls por Ft = 0.0009714 D 2

Cu ft por Ft = 0.005454 D 2

Gals por Ft = 0.0408 D 2

Altura de columna Ft por Bls = 1/ 0.009714 D 2 .

1 Ft.


2. Capacidad espacio anular. (Open hole –tuberías ) & Tuberías.

Formulas de capacidad:

Bls por Ft = (D2-d

2) 0.0009714

Cu ft por Ft = (D2-d

2) 0.005454

Gals por Ft = (D2-d

2) 0.0408

Altura de columna Ft por Bls = 1/ 0.009714 (D2-d

2)

D= Diámetro hueco pulgadasd= Diámetro externo de la tubería


Bls de lechada = (D2-d

2) 0.0009714) * Ft

(Factor de conversion : 5,615 CuFT)

No. de Sacos de cemento :CuFt lechada / Rendimiento lechada

Volumen de agua requerido:

No. Sacos * agua de mezcla Gals/ Saco.

Calculo de aditivos :• En seco• Liquidos

EJERCICIO No. 1

El pozo SMIKE 1 inicio perforación en Junio de 2010 con broca de 17.5” y lodo de 8.5 LPG, se perforo sin ningún problema hasta 2985´ (MD), punto en el cual se decide realizar la cementación de superficie con casing 13 3/8 “ (72 Lbs/Ft) y cemento clase “A” y los doscientos últimos sacos con CaCl2 al 2% para acelerar el fragüe de la lechada. La densidad de la lechada a recomendar es de 15.6 LPG.

Calcular:

• No. sacos de cemento requeridos• Galones (Barriles ) de agua para realizar la mezcla. • Lbs de CaCl2 requeridas • Volumen de desplazamiento si el collar flotador quedaría a 2900´

PROPIEDADES BASICAS DE LA LECHADA DECEMENTO.

• Existen cuatro propiedades básicas

• Densidad es la masa por unidad de volumen de lechada, expresada enlibras por galón (lpg).

• Fluido total es la cantidad de fluido (agua + aditivos líquidos), engalones por saco (gal/sk), requeridos para mezclar un saco de cualquierclase de cemento.

• Agua de mezcla es la cantidad de agua, en galones por saco (gal/sk),requeridos para mezclar un saco de cemento. Dicha mezcla no incluyeaditivos líquidos.

• Rendimiento es el volumen de lechada obtenido por la mezcla de cadasaco de cemento junto con el requerimiento de agua y aditivos, seexpresa en pies cúbicos por saco (ft3/sk).

Clase No. 2

Relación entre las propiedades de las lechadas

• Densidad, Rendimiento, Fluido total y Agua de Mezcla son dependientes.

• Por ejemplo, si el Agua de Mezcla disminuye, el Rendimiento podrá disminuir y la Densidad puede incrementar.

Cement Slurry Density Mixing Water Slurry Yield

Class Lb/gal Lb/cu ft % Gal/sk Cu Ft/sk Cu Ft/sk

14.0 104.7 68.9 7.76 1.03 1.52 14.2 106.2 65.5 7.38 .986 1.46

C 14.4 107.7 62.2 7.02 .938 1.42 14.6 109.2 59.2 6.68 .892 1.37 14.8 111.0 56.0 6.31 .844 1.32

15.0 112.2 53.8 6.06 .810 1.29 15.2 113.7 51.3 5.78 .773 1.25

A, H * 15.4 115.2 48.9 5.52 .737 1.22 15.6 116.7 46.7 5.24 .704 1.18 15.7 117.2 46.0 5.18 .693 1.17 15.8 118.2 44.6 5.03 .681 1.15

15.9 118.7 44.0 4.96 .663 1.14 G, H 16.0 119.7 42.6 4.80 .642 1.12

16.2 121.2 40.7 4.59 .613 1.09 16.4 122.7 38.9 4.39 .586 1.06

16.5 123.5 38.0 4.28 .572 1.05 16.6 124.2 37.2 4.19 .561 1.04

H * 16.8 125.7 35.6 4.01 .536 1.01 17.0 127.2 34.0 3.84 .513 .99

* Class H is typically mixed with 38% water when a high slurry density is required and with 46% water when a lower density is appropriate. However, the official API recommendation is 38% water, resulting in 16.5 ppg slurry.

Clase No. 2

REPORTE DE LABORATORIO PROPIEDADES DE LECHADA.

PRUEBAS Y EQUIPOS DE LABORATORIO

• Mezcla y acondicionamiento de la lechada• Densidad• Agua Libre• BP Settling• Reología• Gel Strength• Thixotropia• Thickening Time• Fluid Loss• Migración de Gas• Compatibilidades• Resistencia a la compresión y a la Tensión

• MEZCLA

– Simular las condiciones de mezcla en campo– Agua de mezcla, cemento y aditivos, según API en (Waring

blender) a baja velocidad 4,000 rpm durante 15 seg.– Subir Rata de corte a 12,000 rpm por 35 seg.

• CONDICIONES– Simular Agitación de la lechada a través del Casing– Situar la Lechada en el consistómetro continuando la

agitación mientras sube la temperatura a BHCT y Presión del fondo del pozo (BHP)

MEZCLA Y ACONDICIONAMIENTO DE LA LECHADA DE CEMENTO (API )

WARING BLENDER O MEZCLADOR

Atmospheric

Mud Scale

Pressurized

Mud Scale

DENSIDAD DE LA LECHADA

Es un aparato dentro del cual se vierte la lechada decemento.El equipo, calibrado a una temperatura comprendidaentre 32° y 200°F, se utiliza para acondicionar lechadaspara realizar los ensayos destinados a determinar lacantidad de agua libre que existe en una lechada, lacantidad de pérdida por filtrado y las propiedadesreológicas de una lechada.

CONSISTOMETRO DE PRESION ATMOSFERICA

CONSISTOMETRO DE PRESION ATMOSFERICA

AGUA LIBRE

• Gran cantidad de Agua Libre contribuye a lacontracción de la Lechada.

• La contracción de la Lechada afecta la adherenciao contribuye a la migración de gas.

• En pozos desviados, el fluido libre flotará hacia laparte superior y creará un canal de conductividad.

AGUA LIBRE

BP SETTLING TEST

El viscosímetro Fann, es un instrumento versátil que se utiliza en el laboratorio para efectuar ensayos de viscosidad. El modelo de la serie 34 posee dos velocidades de prueba, 600 y 300 rpm, y una posición neutral para determinar la gelificación tixotrópica de los fluidos de perforación de acuerdo con los procedimientos del API. Este módulo se usa para evaluar los fluidos tales como fluidos plásticos Bingham.

VISCOSIMETRO FANN

El modelo de la serie 35 es una versión de seis velocidades que se emplea para hacer ensayos a 600, 300, 200, 100, 6 y 3 rpm sin detener la rotación. Muestra el esfuerzo de corte (lecturas del fann) continuamente en una escala graduada y permite observar características de viscosidad en función del tiempo. Las lecturas para determinación de parámetros reológicos que se requieren actualmente son las lecturas a 300, 200, 100, 6 y 3 y rpm, por lo que el viscosímetro de la serie 34 ya no cumple losrequerimientos del API.

VISCOSIMETRO FANN

VISCOSIMETRO FANN

El consistómetro presurizado es un aparato que está construido conuna celda cilíndrica para contener la lechada, rotativa, provisto deun equipo de paletas fijas, todo contenido en una cámara de altapresión. Con intrumental calibrado para trabajar hasta presionesaltas y temperaturas, se emplea en los ensayos de tiempo deespesamiento para medir el tiempo durante el cual una lechada enparticular permanece en estado fluido bajo ciertas condiciones delaboratorio que simulan las condiciones de pozo.Estas pruebas resultan de utilidad al comparar varios cementos ydiseños de pozos petroleros.

CONSISTOMETRO PRESURIZADO

CONSISTOMETRO PRESURIZADO

El Filtro-prensa se encuentra disponible en dosmodalidades: una que opera a temperaturaambiente y una presión de 100 psi y otra quefunciona a alta presión (1000 psi) y altatemperatura (400º F). Se utiliza para determinar lacantidad de pérdida de fluido en una prueba defiltración.

FILTRO PRENSA

FILTRO PRENSA

RESISTENCIA A LA COMPRESION

• Se mide en psi, y es función del Tiempo y Temperatura

• Cuánto es necesario?

– Reglas Tradicionales

• 5 to 200 psi para soportar el casing

• 500 psi para continuar perforación

• 2,000 psi para aislar zonas y estimular

– Los cálculos de la integridad mecánica y experiencia demuestran que no es necesario datos altos de resitencias.

• Resistencia a la Compresión

• Resistencia a la Tensión y Tracción

• Resistencia a la Flexión

• Propiedades Elásticas del cemento

Una capa de cemento en un anillo de 10 pies, teniendo

solamente 8 psi. de Resistencia a la Tensión, puede

soportar más de 200 pies de casing.

R. COMPRESION = (8-10) R. TENSION


PROPIEDADES MECANICAS DEL CEMENTO

El UCA es el instrumento que se emplea para monitorear el desarrollode la resistencia a la compresión de una muestra de cemento.La diferencia de tiempo que registra un impulso ultrasónico al sertransmitido y recibido a través de una celda de ensayo es traducida enun valor de resistencia a la compresión por una unidadmicroprocesadora central capaz de efectuar ocho pruebasindependientes al mismo tiempo sin destruir las muestras.Como no se rompen las muestra sometidas a ensayos, es posible utilizaruna muestra de ensayo para remplazar numerosos ensayos cuando sedesea conocer el desarrollode la resistencia para distintos tiempos de curado a una temperaturaespecífica.

ANALIZADOR ULTRASONICO DE CEMENTO – UCA-

Los datos sobre resistencia de cualquier período pueden recuperarse si se solicita al microprocesador que los alimente en un plotter computarizado, que producirá un gráfico del desarrollo de la resistencia a la compresión en función del tiempo de Curado. El UCA permite al operador determinara cuándo el cemento ha alcanzado un nivel satisfactorio de desarrollo de resistencia a la compresión y le evita tener que esperar que transcurra un tiempo arbitrario de curado para determinar si es conveniente proseguir con las operaciones seguras.

ANALIZADOR ULTRASONICO DE CEMENTO - UCA

ANALIZADOR ULTRASONICO DE CEMENTO – UCA-

PRUEBAS DE COMPATIBILIDAD

• Spacer / Mud

– Viscous mixtures

– Precipitation

• Spacer / Cement


– Premature cement setting

• Mud or Displacement Fluid / Cement


– Premature cement setting

REPORTE DE LABORATORIO PROPIEDADES DE LECHADA.

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