REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA

FUERZA ARMADA

NÚCLEO DELTA AMACURO

PRUEBAS DE LABORATORIO EN CEMENTACIÓN

PROFESOR: BACHILLER:

ING. ALEJANDRO CHAVEZ.

PEREZ LESLIE.

ING DE GAS VIII S.

JULIO 2015

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN______________________________________________ 3PRUEBAS DE LABORATORIO__________________________________ 4CEMENTACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA______________________ 6OBJETIVOS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA, CEMENTACION DE REVESTIDORES DE SUPERFICIE, INTERMEDIO Y DE PRODUCCIÓN_____________________________________________ 8CEMENTACIÓN POR ETAPA____________________________________CÁLCULOS___________________________________________________CONCLUSIÓN_________________________________________________BIBLIOGRAFÍA________________________________________________

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INTRODUCCIÓN

La efectividad de cualquier trabajo de cementación depende de llevar a cabo una preparación meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, así como del diseño y las pruebas del trabajo. Los ensayos realizados en laboratorios para el cemento tienen la función de evaluar el desempeño y las características químicas de las lechadas, mediante la medición de ciertas propiedades bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y el análisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas antes de ser mezclada. El laboratorio de cementación es el lugar donde se diseñan y evalúan las lechadas de cemento y mediante diferentes pruebas nos permite verificar los requerimientos de un pozo en particular, simulando las condiciones que tendrá el mismo, tales como: presión y temperatura, esta simulación se la hace con el fin de tener resultados más cercanos a los reales y así tener la seguridad de utilizar o no una determinada lechada en el pozo, para realizar dichas pruebas se debe recopilar la información necesaria para diseñar la lechada de cemento idónea para el pozo a cementar. La norma API-10B es la encargada de desarrollar las pruebas certificadas que se realizan a las lechadas de cemento para determinar sus propiedades. Esta norma consiste en especificaciones de pruebas para lechadas, procedimientos de ensayos operacionales, así como procedimientos para simular condiciones de yacimiento o en el fondo del pozo. Algunas de estas pruebas son: De bombeabilidad, de resistencia a la compresión, de viscosidad, de agua libre, filtrado y cementación y otras API.

PRUEBAS DE LABORATORIO:

PRUEBAS DE BOMBEABILIDAD.

También conocido como tiempo de bombeo, tal vez sea ésta la prueba de laboratorio más usada en el campo; determina durante cuánto tiempo la lechada permanece en estado fluido, (y por consiguiente bombeable) bajo una serie de condiciones dadas en el laboratorio (presión y temperatura). El aparato que se usa para determinar el tiempo de bombeabilidad es el consistómetro, que puede ser atmosférico o presurizable. El consistómetro es un equipo que determina la consistencia que va adquiriendo la lechada a medida que esta se somete a las condiciones del pozo. Para conseguir esto el equipo tiene un software que simula condiciones de presión y temperatura con el fin de que los resultados sean los más reales posibles, este equipo posee las siguientes características:

Velocidad de giro de la paleta o del vaso 150 RP Unidad de medida BC Medios de calentamiento: agua o aceite de más o menos 3 BC Frecuencia de calibración una vez al mes.

El recipiente con la lechada gira a velocidad constante, (movido por un motor eléctrico) dentro de un baño de aceite, a través del cual, se le aplica la temperatura y la presión deseada. Dentro del recipiente aislado, hay una pateta conectada a un resorte; a medida que la lechada gira, trata de arrastrar la paleta en el sentido de la corriente. Una lechada más viscosa ejercerá una fuerza mayor en la paleta, la cual a su vez, trasmitirá mayor torque al resorte y éste se mide por medio de un potenciómetro, del que está dotado el aparato.

PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESION.

Se vierte la lechada en estudio en una serie de moldes, cubos de 1 pulgada por lado y se les coloca en un baño de agua comúnmente a la temperatura requerida por la prueba. Los tiempos recomendados para

sacar las muestras son: 8, 12. 18, 24, 36, 48, y 72 horas. Por lo general, las pruebas a las 8, 24 y 72 horas son suficientes; aunque a veces se necesita más información. Una vez que se retiran los cubos del baño se les coloca, inmediatamente en una prensa hidráulica que incrementa la carga entre 1 000 y 4 000 psi por minuto. Cuando se rompe el cubo, se lee la máxima presión obtenida en la escala y esa será el valor de la resistencia a la compresión. Se deberá repetir la operación con varias muestras y luego se sacará el promedio.

PRUEBAS DE VISCOSITAD.

El viscosímetro de Fann, es un aparato de tipo rotacional, movido por un motor sincronizado a dos velocidades diferentes que permite obtener velocidades rotacionales de 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM. Un cilindro exterior o rotor, gira a una velocidad constante para cada ajuste de RPM, que es trasmitido a la lechada de cemento que lo rodea y ésta, a su vez, produce un cierto torque en un cilindro interior o bob sobre el que actúa un resorte. La torsión que adquiere el resorte puede relacionársela con la viscosidad de la lechada y medirla de esta manera.

PRUEBAS DE AGUA LIBRE.

Una vez que se ha preparado la lechada en el mezclador, se le agita en un consistómetro a presión atmosférica; se vuelve a pasar por el mezclador, y luego se le deja en un cilindro de vidrio graduado de 250 ml, perfectamente tapado para evitar la evaporación. Al cabo de dos horas de reposo, se habrá acumulado agua en la parte del recipiente, ese volumen de agua expresado en mililitros, es el contenido de agua libre de la lechada.

PRUEBAS DE FILTRADO Y CEMENTACIÓN.

 Se aplican 100 psi y se va leyendo la cantidad de liquido que cae en el cilindro graduado a los 1/4, 1⁄2, 1, 2, y 5 minutos de iniciada la prueba, y luego a intervalos de 5 minutos cada uno. Si la muestra se deshidrata totalmente antes de media hora, se registra el tiempo que tardó en hacerlo. El filtrado se reporta en cc/30 minutos a 100 psi. El filtro prensa de alta presión, incorpora un baño a una temperatura controlable a fin de simular las condiciones reales; la temperatura a la cual se hizo la prueba, deberá estar registrada en el reporte. Es debido a ésta ventaja que el filtro de alta presión se utiliza más que el de baja, y los resultados obtenidos son expresados como cc de filtrado cada 30 minutos a 1000 psi.

PRUEBAS API.

 Las pruebas que hemos visto están determinadas por la norma API RP 10B pero a veces, se necesita información específica para un cemento en especial, o para una lechada en particular.

Procedimiento para realizar una lechada de cemento.

1. Se pesa la cantidad de agua, cemento y aditivos en una balanza electrónica.

2. Se mezcla el agua, cemento y aditivo en una mezcladora API. La mezcla se realiza de la siguiente manera:

Por 15 segundos a 4000 rpm se mezclan los aditivos. Y luego por 35 segundos a 12000 rpm toda la lechada.

3. Se mide la densidad de la lechada en una balanza presurizada.

4. Después de mezclar la lechada en la mezcladora API se pasa al consistómetro atmosférico para simular las condiciones de mezclado que soportará la lechada antes de ser bombeada al pozo.

5. Se mide la reología de la mezcla en el viscosímetro FANN donde se le determina el punto decedente y la viscosidad plástica de la

lechada. Estas características nos permiten conocer que tipo de flujo nos va a permitir esa lechada (flujo turbulento o flujo tapón). Por medio del computador, nos dice si va a entrar en flujo turbulento con tantos barriles/min.

6. Se mide la cantidad de perdida de filtrado de la lechada en el filtro prensa bajo condiciones dinámicas de presión y temperatura.

7. Se toma una muestra de la lechada y se coloca dentro del consistómetro presurizado, que es el equipo el cual nos permite simular las condiciones del fondo del pozo (presión y temperatura) y determinar el tiempo de espesamiento de la lechada.

8. Se mide la resistencia a la compresión de la lechada: Analizador ultrasónico de cemento (UCA): Equipo diseñado para evaluar la resistencia a la compresión pero a partir del método sónico. Puede utilizarse para probar la resistencia de una lechada durante un tiempo prolongado.

CEMENTACION PRIMARIA Y SECUNDARIA.

La cementación es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor.

La cementación se clasifica de acuerdo con los objetivos que persiguen en:

Cementación primaria.

Cementación forzada.

Tapones de cemento.

Cementación primaria:

Es el proceso que consiste en colocar cemento en el espacio anular, entre la tubería de revestimiento y la formación expuesta al agujero asegurando un sello completo y permanente.

Cementación forzada (Cementación secundaria):

Es el proceso que consiste en inyectar cemento a presión a través de disparos o ranuras en la tubería de revestimiento al espacio anular. Esta es una medida correctiva a una cementación primaria defectuosa.

Tapones de cemento:

Los tapones de cemento comprenden un cierto volumen de lechada de cemento, colocado en el interior de la tubería de revestimiento

OBJETIVOS DE LA CEMENTACIÓN PRIMARIA.

Proporcionar aislamiento entre las zona del pozo que contienen gas, aceite y agua.

Soportar el peso de la propia tubería de revestimiento.

Evitar derrumbes de la pared de formaciones no consolidadas.

CEMENTACION DE REVESTIDORES DE SUPERFICIE, INTERMEDIO Y DE PRODUCCIÓN.

Cementación de tuberías de revestimiento de superficie.

En algunas áreas de perforación se puede requerir de un revestimiento adicional entre el conductor y el superficial, que se denomina Revestidor Estructural superficial. Este se corre comunmente entre los 500 y los 1000 pies. Este revestidor no se puede bajar al pozo sin antes haber perforado el hoyo en el que será corrido.

La tubería de revestimiento de superficie tiene tres objetivos primordiales:

Llevar el cemento hasta la superficie. Cementar la zapata y la zona circundante para desarrollar

resistencia a la compresión rápidamente y minimizar así el tiempo de perforación.

Crear un recorrido de zapata eficaz que permita llevar a cabo la prueba de integridad de presión/límite sin necesidad de realizar trabajos de cementación de reparación (cementaciones forzadas de la zapata).

Para compensar la dificultad que implica determinar el diámetro exacto del agujero abierto, se utilizan excesos de lechada de entre el 50% y el 100%. La cementación a través de tubería de perforación es la técnica más utilizada. El tiempo de perforación se reduce (los trabajos pueden realizarse con mayor rapidez), se ahorra cemento (el cemento se mezcla y bombea hasta que aparece en la superficie) y se consiguen trabajos de mejor calidad (menos riesgo de canalización y contaminación).

El tipo de lechada que se suele emplear es la lechada inicial y la lechada de cola. Las formulaciones de estas lechadas presentan las siguientes características:

La lechada inicial es una lechada extendida de baja densidad y con alto rendimiento. Ayuda a reducir el costo y las posibilidades de pérdida.

La lechada de cola es una lechada con cemento puro con un acelerador que contribuye a reducir el tiempo de espera para el fraguado del cemento (WOC) y que sirve como soporte de la tubería de revestimiento en la zapata.

Cementación de tubería de revestimiento intermedia.

Es corrido luego del revestidor superficial y pueden existir varios revestidores intermedios en un pozo, dependiendo de la profundidad del mismo. La perforación de la sección intermedia requiere la mayor parte de las veces de un peso de lodo más alto que el gradiente de presión normal, por lo tanto la primera función de este revestidor está ligada a controlar alto peso del lodo y la presión de formación.

Las tuberías de revestimiento intermedias pueden cementarse hasta la superficie o hasta la zapata de la tubería de revestimiento anterior, en función de las necesidades del cliente, la presión de fractura de la formación, etc. Si el tramo que hay que cementar es muy largo y hay formaciones con una presión de fractura baja, la tubería de revestimiento puede cementarse en dos etapas.

Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección del pozo. Las más utilizadas son la lechada inicial extendida y la lechada de cola con cemento puro.

Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fuido.

Las lechadas de cola pueden estar diseñadas con un retardador y, muchas veces, también con un dispersante y un aditivo para la pérdida de fuido. En alguno casos, cuando el cemento se va a utilizar para controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales.

Cementación de tubería de revestimiento de producción.

Esta sarta se corre dentro del pozo luego de bajar y asentar el revestidor de producción. Con esta sarta se corre el equipamiento de completación hacia abajo del pozo. El tubing tiene que ser lo suficientemente fuerte para soportar la carga de producción y ser capáz de trabajarse en trabajos futuros de reacondicionamiento (workover) del pozo.

Las lechadas de cola pueden llevar un retardador y, muchas veces, también un dispersante y un aditivo para la pérdida de fluido.

Cuando el cemento se va a utilizar para controlar ciertas zonas problemáticas (por ejemplo, zonas salinas y zonas de migración de gas) se utilizan aditivos especiales. El diseño de los trabajos de cementación es esencial para que los trabajos sean efectivos Se debe prestar una especial atención al diseño de las lechadas de cementación y a la colocación del cemento.

Cementación de camisa o liner.

Esta sarta o liner puede asentarse a una profundidad por encima, a medio camino o por debajo de la zona de producción, dependiendo de las estrategias y mecanismos de completación del pozo. Es muy crítico  un trabajo de cementación primaria, ya que ésta afecta la producción del pozo.

Los tipos de lechada de cementación utilizados dependen de las necesidades del cliente y de las condiciones del agujero en esta sección

del pozo. Se suele utilizar una sola lechada de cementación o lechada inicial extendida y lechada de cola pura. Las lechadas iniciales llevan un agente extensor y/o un aditivo ligero y, muchas veces, también un retardador y un aditivo para la pérdida de fluido.

Las lechadas utilizadas en la cementación de los liner están diseñadas para presentar unas propiedades de fluidez y de fraguado que garanticen una buena sustentación y aislamiento. Si el volumen lo permite, la lechada se mezclará por baches. Los liner pueden ser liner de producción, liner de perforación o conexiones de liner a superficie (“tie-back”).

CEMENTACIÓN POR ETAPA.

En este punto ya sabemos que la cementación realizada para asegurar la cañería y aislar las diferentes capas del subsuelo, se efectúa circulando una lechada de cemento hasta colocarla en el espacio anular desde el zapato hasta la altura deseada, es decir cubriendo la longitud que es necesario aislar.

En algunos casos, debido a la ubicación de las formaciones que se desea aislar, si se pretendiera aislar todo el conjunto con un solo tramo de anillo de cemento, su gran longitud podría acarrear algunos problemas que es necesario evitar. El principal inconveniente es que, salvo que la inyección con la cual se está operando tenga un peso específico similar al de la lechada de cemento, una columna de lechada más pesada que el lodo originará en el espacio anular una sobrepresión considerable.

Es necesario por lo tanto en muchos casos limitar la altura de los anillos de cemento, pero como al mismo tiempo se necesita aislar capas distantes, se debe recurrir a una forma especial de cementación primaria que se denomina cementación en etapas.

Con esta técnica es posible efectuar dos o hasta tres tramos de anillos de cemento en el espacio anular, independientes entre sí. Para llevar a cabo una operación de este tipo es necesario utilizar un conjunto de accesorios especiales de la cañería de los cuales el zapato y el asiento del tapón son sólo ligeramente diferentes a los usados para una sola

etapa, pero se incorpora un nuevo elemento llamado “dispositivo de cementación en etapas”.

El o los dispositivos de cementación en etapas se colocan intercalados en la cañería y en correspondencia con el nivel inferior del anillo de cemento que se desea realizar. Básicamente este dispositivo consiste en un sistema de camisas deslizables cuyo desplazamiento permite abrir o cerrar la comunicación entre el interior de la cañería y el espacio anular.

CÁLCULOS DE VOLUMENES DE LECHADA, ADITIVOS, AGUA Y CALCULOS DE ESPACIADORES.

Cálcalos de volúmenes de lechada.

Al realizar un diseño de cementación se requiere el conocimiento del Volumen de Mezcla agua-cemento que se usará en la cementación. Este volumen es función del diámetro del hoyo, diámetro de la tubería y de la altura de la columna de cemento.

Vmz = Van + Vrev

Donde:

Vmz: Volumen de la mezcla agua-cemento.

Van: Volumen Anular, Pies Cúbicos o Barriles

Vrev: Volumen del Revestidor lleno, Pies Cúbicos o Barriles

CONCLUSIÓN

La cementación de pozos tiene una gran importancia en la vida de él, ya que los trabajos de una buena completación dependen directamente una buena cementación. De ahí las pruebas de bombeabilidad, la prueba de resistencia a la compresión y la prueba de viscosidad ya que su grandes propósitos principales son determinar qué condiciones de cemento son las mejores para el pozo y de esta manera proteger y asegurar la tubería de revestimiento en el hoyo, aislar zonas de diferente fluidos, aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminación de las misma por el fluido de perforación o por los fluidos del pozo, evitar o resolver problemas de circulación y pega de tuberías, reparar los pozos por problemas de fluidos y reparar fugas en el revestidor entre otras e allí la gran importancia de las pruebas en los laboratorios para la cementación.

BIBLIOGRAFÍA

https://prezi.com/izwqopkzsw0n/presentacion-laboratorio-de-cementacion/

http://achjij.blogspot.com/2014/06/conocimientos-basicos-de-revestidores-y.html

http://www.petrogroupcompany.com/archivos/170153861257.pdf

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9403/8/4.1.%20Viscosidad.pdf