El material utilizado para sellar permanentemente los espacios anulares existentes entre la tubería de revestimiento y las paredes del pozo. También se utiliza cemento para sellar las formaciones y evitar la pérdida de fluido de perforación y para operaciones que implican desde la colocación de tapones de desviación hasta el taponamiento y abandono del pozo. Sin dudas, el tipo más común es el API Oilwell Cement, conocido informalmente como cemento Portland. En términos generales, el cemento para campos petroleros es más diluido y exhibe mucha menos resistencia que el cemento o el concreto utilizado para la construcción debido al requerimiento de que sea altamente bombeable en un espacio anular relativamente estrecho y a lo largo de grandes distancias. Se utilizan varios aditivos para controlar la densidad, el tiempo de fraguado, la resistencia y las propiedades de flujo. Por otro lado, a menudo se utilizan aditivos especiales para reducir la ocurrencia de flujo de gas anular. La lechada de cemento, que se forma generalmente mediante la mezcla de cemento Portland, agua y aditivos secos y líquidos variados, se bombea en su lugar y se deja solidificar (generalmente durante 12 a 24 horas) antes de reanudar la actividad de perforación adicional. El cemento debe alcanzar generalmente una resistencia de 5 000 psi [34 474 KPa] antes de las operaciones de perforación o de disparos. Los cementos más avanzados para campos petroleros alcanzan resistencias más altas a la compresión del cemento fraguado mediante la mezcla de una variedad de tipos y tamaños de partículas con menos agua que las mezclas convencionales de cemento Portland, agua y aditivos químicos.

Clínker

Clínker.

El clínker o clinker Portland es el principal componente del cemento Portland, el cemento más común y, por tanto, del hormigón.

Componentes básicos

El clínker se forma tras calcinar caliza y arcilla a una temperatura que está entre 1350 y 1450 °C. El clínker es el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Portland. El promedio del diámetro de las partículas de un cemento típico es aproximadamente 15 micrómetros. Hay cuatro compuestos principales en el clínker que totalizan el 90 % o más del peso del cemento Portland.

Se compone aproximadamente de:

40-60 % de silicato tricálcico,

20-30 % silicato dicálcico, 7-14 % aluminato tricálcico, 5-12 % ferritoaluminato tetracálcico.

Cada tipo de cemento contiene los mismos cuatro compuestos principales, pero en diferentes proporciones.

El aluminato tricálcico reacciona inmediatamente con el agua por lo que al hacer cemento, éste fragua al instante. Para evitarlo se añade yeso, que reacciona con el aluminato produciendo estringita o sal de Candlot, sustancia que en exceso es dañina para el cemento. Generalmente su tiempo de curado se establece en 28 días, aunque su resistencia sigue aumentando tras ese periodo. Como aglomerante el clínker es un aglomerante hidráulico, por lo tanto:

Necesita agua para fraguar. El agua de amasado no se evapora sino que pasa a ser parte de él una vez

endurecido. Fragua aunque se encuentre inmerso en agua.

El cemento Portland se obtiene tras la mezcla de clínker, yeso (u otro retardante de fraguado) y aquellas adiciones y aditivos que se dosifican según el uso que vaya a tener. Además del clínker Portland, también se usa el clínker de aluminato cálcico, aunque mucho menos habitualmente debido a que acarrea muchos problemas (gran calentamiento, aluminosis, reacción con el agua salada, etcétera).

Fragmentos de clínker.

Producción mundial de clínker

Producción mundial de clínker (en miles de toneladas)País 2005 2006 2007

China 950 000 1 000 000 1 100 000India 150 000 150 000 160 000Estados Unidos 104 000 101 000 102 000Japón 74 000 70 000 70 000Rusia 65 000 65 000 65 000

Rep. Corea 62 000 62 000 62 000España 42 000 54 000 50 000Italia 46 000 46 000 46 000Brasil 45 000 45 000 45 000México 40 000 40 000 40 000Total mundial 2 200 000 2 400 000 2 500 000

Los datos de 2007 son estimados.1

Cementacion de Pozos Petroleros (Programa, Equipos, Operaciones)

PROGRAMA DE CEMENTACIÓNUna vez que el pozo ha concluido la perforación y ha sido perfilado el ingeniero

responsable deberá adquirir toda la información posible del mismo. Para ello completará la planilla de “Datos para Cementaciones” con información dada por el representante del cliente la cual deberá contener los datos extraídos de las mediciones hechas al pozo (perfiles), ubicación de herramientas especiales, requerimientos de cementación, desviaciones, revestimientos anteriores, recomendaciones del cliente de último momento y todo lo que pueda resultar de interés para tener en cuenta al momento de realizar el programa definitivo.

PROCESO DE CEMENTACIÓN

El primer paso la logística en la cementación en físico es enviar el equipo de flotación al taladro, el cual comprende de los siguientes elementos:

Zapata: es una válvula de flujo unidireccional ubicada en el primer tubo de revestimiento y protege el extremo inferior de la sarta revestidora. Existen dos tipos, zapata guía y zapata flotadora la cual posee una válvula checker.

Cuello flotador: este va instalado a una distancia de uno a tres tubos del fondo. Al igual que la zapata esta provisto de válvulas de contra presión o dispositivo diferencial para lograr el efecto de flotación de la sarta revestidora e impedir el flujo de la lechada en sentido contrario evitando arremetidas a través del revestidor. Aunado a esto el cuello flotador también sirve como tope a los tapones de desplazamiento, garantizando que la longitud del revestidor por debajo del cuello quede lleno de cemento dando una seguridad razonable de que habrá cemento de calidad alrededor de la zapata.

Tapones: tienen como función limpiar las paredes del revestidor durante su paso y de servir como un medio de separación entre el lodo y el cemento en el caso del tapón inferior (tapón blando) y entre el cemento y el fluido desplazante en el caso del tapón superior (tapón duro). El tapón superior también sirve como indicador cuando se ha desplazado completamente la lechada, ya que cuando este hace contacto con el tapón inferior o se asienta en el cuello flotador, la presión de bombeo aumenta instantáneamente.

Centralizadores: estos se colocan a lo largo del revestidor en zonas específicas con el propósito de facilitar la bajada de la tubería hasta la profundidad deseada y suministrar a esta una separación uniforme de las paredes del hoyo (relación de standoff), para permitir que la lechada fluya de manera óptima por el espacio anular y se ubique a lo largo de este equitativamente. Entre los tipos de centralizadores tenemos: Centralizadores flexible, rígidos y sólidos.

Stop collar: este dispositivo se utiliza para restringir el movimiento de los centralizadores y puede presentarse como parte integral del centralizador o como una pieza independiente del equipo.

Junto con estos equipos de flotación se envía al taladro dos cajas de soldadura fría, utilizado para fijar con mayor seguridad la zapata y el cuello flotador a la tubería revestidora.

Cabezal de cementación.

Proporciona una conexión para las líneas de cementación y un receptáculo para los tapones de cementación, los cuales son cargados antes de la operación y luego selectivamente descargados al interior del revestidor según el caso. Este equipo esta provisto con válvulas y accesorios apropiados para conectarlas línea de circulación y cementación y se conecta a la tubería ravestidora por medio de una junta o unión denominada cross over.

EQUIPOS UTILIZADOS DURANTE LA EJECUCIÓN DE UNA CEMENTACIÓN.

Cementador.

Es la unidad utilizada para bombear la lechada de cemento hasta su ubicación final en el pozo. Este equipo cuenta con dos bombas triple que proporcionan la presión necesaria para impulsar el cemento hacia el hoyo a el caudal requerido, además posee tres bombas centrifugas usadas en la alimentación de las triples, en la succión de agua al equipo y en la recirculación respectivamente. Para la mezcla de la lechada esta unida posee una tina de mezcla de 8 barriles de capacidad y para el desplazamiento dos tanques de 15 barriles cada uno. La operación del equipo se realiza desde un panel de control donde se accionan las bombas triples, las centrifugas, las válvulas hidráulicas, se controla la velocidad de los motores, además de válvulas manuales como la entrada del cemento y en agua a ala tina de mezcla y a los tanques de desplazamiento. Cabe señalar que esta unidad bombea la lechada directamente al pozo (al vuelo) o premezclada por otro equipo llamado batch mixer.

Bath mixer.

Equipo utilizado para la premezcla de la lechada y la densificación de los espaciadores antes de ser bombeada al hoyo por el cementador en los casos que se requiera; para ello esta unidad cuenta con dos tanques de 50 barriles cada uno y una tina de mezcla de 8 barriles. Tanto esta como los tanques utilizan dos sistemas de mezcla como lo son la agitación con aspa o hélice giratoria y la recirculación.

Tolva de para cemento.

Es un equipo utilizado para el transportar el cemento silica y/o carbonato hasta el lugar de destino, posee un sistema de dos o tres recipientes o bolas con sus respectivas líneas de aire, carga , descarga y venteo con un compresor integrado que genera la presión de aire. El principio funcional de esta unidad es similar a la de un silo, es decir, su operación se efectúa por compresión y descompresión del recipiente (bola), para dar movimiento al polvo hasta la unidad correspondiente ya sea hacia el camión mezclador (bombeo al vuelo), o al bath mixer (lechada pre-mezclada).

Vacuum.

Esta unidad se utiliza en ciertos trabajos cuando se requiere la succión de cualquier cantidad de lechada que retorne a superficie. Consta básicamente de un tanque cilíndrico con un compresor, el cual produce vacío en el interior del tanque induciendo la succión por diferencia de presiones.

Cisterna.

Consiste básicamente en un recipiente cilíndrico parecido al vacuum el cual se encuentra dividido internamente en tanques en los que se transporta los fluidos que conforman el tren de pre-flujo (lavadores, trazadores Y espaciadores). La descarga en este equipo ocurre por gravedad y su contenido es succionado por el equipo al cual se encuentra conectado (mezclador o bath mixer). Su ventaja reside en la capacidad de llevar en una sola unidad diferentes fluidos; a demás los tanques internos son comunicables cuando se amerite.

HERRAMIENTAS

San Antonio Internacional en su línea de servicios incluye el alquiler y operación de herramientas utilizadas en cementaciones forzadas, cañoneo y prueba de arenas productoras, lavado de perforaciones entre otras. A continuación se describirá cada herramienta su función, uso y maniobra de operación.

Empaquetador o empacadura de peso modelo M-3.

Diseñada con el fin de ser utilizada en operaciones de prueba de hermeticidad, cementación a presión, fracturas, acidificaciones y ensayos tolerando presiones diferenciales por encima de los 8000 PSI. Esta herramienta posee pasaje pleno y es de tipo empaquetador denominado de peso con sistema de pistones doble agarre, para asegurar la hermeticidad tiene tres elementos empaquetadores que garantizan una elevada secuencia de fijaciones, las mordazas y pistones permiten su uso en un variado rango de diámetros de revestidores o casing. El empaquetador M-3 puede usarse en combinación con otras herramientas en la misma carrera, tales como el tapón recuperable (TPR), o bien como herramienta de fondo para ensayos selectivos o de producción.

Procedimiento d fijado de la M-3:

Ubicada la herramienta en posición, levantar el tubing girando a la IZQUIERDA un cuarto de vuelta, asentar el peso correspondiente de acuerdo a la profundidad de fijación y a la dureza de los elementos empaquetadores.

Procedimiento de liberación de la M-3:

Tensionando el tubing, se abre la válvula y se ecualizan las presiones. Se continua tensionando y luego de un recorrido libre de la herramienta de un pie aproximadamente, girar un cuarto de vuelta a la DERECHA, con esto el empaquetador queda libre y en condiciones de ser fijado nuevamente.

Empaquetador de peso M-3

Tapón recuperable TPR.

Diseñado para ser bajado solo o en combinación con la M-3 o similar ya que usa anillos calibradores y elementos empaquetadores del mismo diámetro asegurando una mayor eficiencia en su operación. El TPR cuenta con un doble juego de cuñas opuestas; el sistema de fijación opera mediante un doble juego de segmentos, izquierdos y derechos respectivamente. Posee también una válvula ecualizadora de presiones ubicada en la parte superior de la herramienta, esta se cierra en la operación de fijado garantizando un total hermetismo durante la misma, y se abre cuando comienza el librado de la herramienta permitiendo una rápida ecualización de las presiones para salvar la ruptura de los elementos empaquetadores. La camisa balanceadora permite absorber en peso todas las presiones desde abajo para impedir que el TPR se libere.

Para fijar y liberar el TPR se gira el tubing a la derecha lo que significa una gran ventaja debido a que evita el desenrosque de la sarta la sarta. Esta herramienta se retira del pozo por medio de un pescador el cual es de fácil operatividad y de gran seguridad, evita la perdida la perdida del TPR durante maniobras de bajar y sacar del hoyo.

Figura Nº16 Tapón recuperable TPR

Retenedores:

Son herramientas utilizadas para aislar parte del pozo. Los retenedores que emplea la empresa pueden ser bajados a su posición con guaya o con tubing transportándolo en un Setting Tools.

Los retenedores con que cuenta la empresa pueden ser de dos tipos, retenedores Mercury K y los retenedores Mercury N. Los retenedores K permiten el paso de fluido a través de ellos, lo que facilitan sean utilizados en las cementaciones forzadas donde no pueden ser utilizadas empacaduras, sea por el peligro de cementar el equipo o por carecer de espacio para colocar la misma. El retenedor N por su parte es un retenedor ciego, no permite el paso de fluidos, por lo tanto solo es utilizado como tapón permanente.

Setting tool:

Esta diseñado para colocar un retenedor (tapón de una sola fijación, no recuperable) en la profundidad deseada. El procedimiento operacional para esta herramienta es el siguiente:

1. se enrosca el setting tool con el retenedor a la tubería.

2. se baja la tubería, evitando que esta gire a la derecha.

3. colocar el retenedor de cemento en la posición indicada en el programa de cementación y marcar la tubería con una cinta o cualquier otro elemento visible.

4. levantar la tubería desde la posición marcada con respecto a la mesa rotaria de 1 a 1,5 pies y registrar el peso. Bajar la tubería hasta la posición marcada y registrar el peso nuevamente.

5. levantar la tubería desde la posición marcada con respecto a la mesa rotaria de 3 a 5 pies de acuerdo a la tubería de trabajo y girar esta a la derecha de 10 a 15 vueltas aproximadamente.

6. bajar la tubería la cantidad de pies marcados (de 1 a 1,5 pies).

7. colocar en cero el registrador de peso con respecto a la lectura registrada.

8. tensionar la tubería lentamente hasta obtener una tensión entre 20000 y 25000 libras, colocar de 8000 a 10000 libras y luego tensionar nuevamente.

9. tensionar tubería sobre el peso con 8000 libras aproximadamente y probar tubería (mantener la válvula del retenedor cerrada).

10. si prueba OK, continuar maniobra.

11. si no prueba OK, soltar setting tool, correr tapón de goma y probar tubería.

12. liberar presión y colocar el peso (6000 libras aproximadamente) sobre el retenedor para abrir la válvula.

13. realizar la operación de cementación, levantar la sarta y tensionar 3000 sobre el peso y girar la tubería a la derecha unas 8 vueltas o hasta soltar la tensión, levantar la sarta suavemente y reversar hasta retorno limpio.

Wash tool:

Esta diseñada para el lavado de las perforaciones de producción del pozo; posee un cuerpo de cruce compuesto por una válvula de circulación que se activa con el lanzamiento de una barra o una bola de acero que abre las camisas de circulación una vez terminado el lavado, circulando el pozo por encima de la herramienta. Esta consta de dos copas superiores orientadas hacia abajo y dos inferiores orientadas hacia arriba, entre las copas se encuentra un mandril ranurado a través del cual se realiza el lavado. En la parte inferior se encuentra una válvula de asiento la cual se activa lanzando una bola de menor diámetro que la que abre la válvula de circulación, esto permite probar las copas en la zona ciega del casing, por debajo de la formación.

EJEMPLO DE UNA OPERACIÓN DE CEMENTACION DE UN REVESTIDOR SUPERFICIAL DE 13 3/8” Y UNO INTERMEDIO DE 9 5/8”.

Taladro: Lagoven-02

Pozo: MFB-788

Revestidor: 13 3/8” (superficial)

1. al llegar a locación, se solicita la aprobación para el ingreso y la ubicación de los equipos

2. se visten los equipos, se carga el tapón duro en el cabezal de cementación y se conecta este al revestidor.

3. se instala la línea de circulación del taladro en el cabezal y se pone el pozo en circulación.

4. mientras se circula el pozo se realiza la reunión pre-operacional junto con la de seguridad.

5. finalizado el tiempo necesario de circulación se procede a probar las líneas de cementación con 3000 psi.

6. probadas las líneas se bombean 130 bls de indicador, lavador espaciador (agua fresca con 3% de KCl para evitar el inchamiento de las arcillas) a 6 BPM, como càliper para minimizar el retorno.

7. se mezcla y bombea 87 bls (281 sxs) de lechada de llenado de 13,5 lpg a 5 BPM.

8. mezcla y bombeo de 25 bls (165 sxs) de lechada de cola de 15,6 lpg a 5 BPM, continuando hasta observar el trazador en superficie (agua con pintura).

9. se libera el pin asegurador y se libera el tapón de desplazamiento, abrir la válvula superior de manifold.

10. se desplaza con agua fresca bajo el siguiente regimen.

90 bls @ 6 BPM

30 bls @ 4 BPM

10 bls @ 2 BPM (los últimos barriles de desplazamiento se bombean a una tasa baja para reducir el impacto del tapón sobre el cuello.

11. se asienta el tapón con 500 psi por encima de la presión final de bombeo.

12. se chequea el contraflujo observando 1,5 bls; correcto funcionamiento del equipo de flotación.

Taladro: PTX-5810

Pozo: CIB-304

Revestidor: 9 5/8” (intermedio)

1. Al llegar a locación, se solicita la aprobación para el ingreso y la ubicación de los equipos

2. Se visten los equipos, se carga el tapón blando y el duro respectivamente en el cabezal de cementación y se conecta este al revestidor.

3. Se instala la línea de circulación del taladro en el cabezal y se pone el pozo en circulación.

4. Mientras se circula el pozo se realiza la reunión pre-operacional junto con la de seguridad.

5. Finalizado el tiempo necesario de circulación se procede a probar las líneas de cementación con 4000 psi por 5 minutos.

6. se libera el pin asegurador del tapón inferior, se libera el mismo y se abre la válvula inferior del manifold.

7. se inicia el bombeo del tren de pre-flujo de la siguiente manera:

60 bls de Corpolav de 8,4 lpg a 5 BPM.

40 bls de Corposil de 9,4 lpg a 5 BPM.

40 bls de Turbo clean II de 9´4 lpg a 5 BPM

8. se mezcla y bombea 199 bls (543 sxs) de lechada de llenado de 14,2 lpg a 5 BPM.

9. se mezcla y bombea bls (165 sxs) de lechada de cola de 15,6 lpg a 5 BPM.

10. se libera el pin asegurador del tapón inferior, se libera el mismo y se abre la válvula inferior del manifold.

11. se desplaza con agua fresca bajo el siguiente régimen.

140 bls @ 8 BPM

89 bls @ 6 BPM

30 bls @ 4 BPM

10 bls @ 2 BPM (los últimos barriles de desplazamiento se bombean a una tasa baja para reducir el impacto del tapón sobre el cuello.

12. se asienta el tapón con 500 psi por encima de la presión final de bombeo.

13. se chequea el contraflujo observando 1,5 bls; correcto funcionamiento del equipo de flotación.

DEFINICIÓN DE TERMINOS BASICOS.

Aditivo: Material agregado al cemento para modificar u obtener alguna propiedad física deseada en la lechada.

NOTA: Las propiedades físicas que son comúnmente modificadas incluyen: el tiempo de espesamiento, pérdida por fluido, viscosidad y otras.

BHCT: Temperatura circulante.

BHST: temperatura estática de fondo.

Cemento petrolero: Clínker que consiste generalmente en silicato de calcio y aluminatos hidráulicos que contienen una o más formas de sulfato de calcio como compuesto agregado.

Clase de cemento: Designación realizada por la ISO para denotar la clasificación de varios cementos petroleros de acuerdo a su uso.

Consistómetro: Equipo utilizado para medir el tiempo de espesamiento de una lechada simulada bajo condiciones de pozo.

Espacio anular: Distancia entre la tubería de revestimiento y el hoyo del pozo. La pared exterior del espacio anular puede ser tanto superficie del hoyo, como tubería de revestimiento.

Filtrado: Líquido que es forzado a salir de una lechada durante la prueba de pérdida de fluido.

Fluido libre: Líquido con o sin color que se ha separado de la lechada, bajo condición estática.

Lavador (preflujo): Fluido que no contiene agente densificante, utilizado para separar un fluido de perforación de la lechada.

Resistencia a la compresión: Fuerza por unidad de área requerida para fracturar una muestra de cemento.

Resistencia a la compresión no destructiva: Desarrollo de la resistencia de una lechada, calculada mediante la medición de la velocidad del sonido a través de ella.

Retrogresión de la resistencia a la compresión: Reducción de la resistencia e incremento en la permeabilidad del cemento causada por la exposición a temperaturas superiores a 110 °C (230 °F).

Sedimentación: Separación y decantamiento de sólidos en una lechada.

Tapón de cemento: Proceso de colocar un volumen de lechada en el pozo para desviar, abandonar o recuperar integridad.

Tiempo de espesamiento: Tiempo requerido para que una lechada desarrolle un valor seleccionado de consistencia.

NOTA: Los resultados de la prueba de tiempo de espesamiento proveen una indicación del tiempo en que una lechada puede permanecer bombeable bajo condiciones del pozo.

Unidades de consistencia (Uc): Consistencia de una lechada determinada en un consistómetro.