Download - 04 - Aditivos de Cementación
1 Aditivos de Cementacion
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berger PrivatePrograma de Entrenamiento Acelerado
para Supervisores de Pozo en IPM
2 Aditivos de Cementacion
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Condiciones en un Pozo
Temperatura
Formaciones Permeables
Remocion de LodoPresion por FriccionMezclabilidadBombeabilidad
Perdidas de Circulacion
Control PozoSobre Presion
Formaciones Debiles
Retrogresion de la Resistencia
Antiespumantes
Espumantes (Cemento Espumado)
Control de Gas
3 Aditivos de Cementacion
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CATEGORIA DE ADITIVOSOLUCIONES
ESTABILIDAD DE FLUIDOSCONTROL DE FILTRADO
RETROGRESION DE LA COMPRESION PRODUCTO DE LA HIDRATACION SILICA
ESPUMANTES ESTABIL - ESPUMA AGENTES ESPUMANTES
ESPUMA TENDENCIA A LA ESPUMA ANTI-ESPUMA
PERDIDAS DE CIRCULACIONCAPACIDAD DE TAPONARPROPIEDADES DE TAPONDENSIDAD
AGENTES GELIFICANTES
DISPERSANTES
LCM
EXTENDEDORES
REMOCION DE LODO
PRESION POR FRICCIONMEZCLA/BOMBEABILIDAD
REOLOGIA
TIEMPO DE FRAGUERETARDADORES
ACELERADORES
FORMACIONES PERMEABLES FLAC
CONDICIONES ESPECIALES O ANORMALES
PARAMETRO DE LA LECHADAPROBLEMA
CONTROL DEL POZOSOBRE PRESIONFORMACIONES DEBILES
DENSIDADAGENTES DE PESO
EXTENDEDORES
TEMPERATURA
Condiciones en un Pozo
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Aditivos de Cementación
l Aceleradores y Retardadoresn Cambian el Tiempo de Fraguen Modifican la velocidad de
desarrollo de la resistencia
l Extendedoresn Reducen la densidadn Aumentan el rendimiento
l Agentes de Peson Aumentan la densidad
l Dispersantesn Mejoran la remociónn Mejoran la mezclabilidadn Lechadas de agua reducidan Reducen las presiones por
fricción (Low Ty and Pv)
l Controladores de Filtradol Materiales para perdida de
circulación (LCM)
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Aditivos Especiales
l Antiespuma/Desespumantesl Aditivos para mejorar la Adherencia l Aditivos Expansivosl Aditivos para controlar la migración de Gasl Sistemas Tixotropicos
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Conductores
l Previenen el derrumbamiento del Hoyo bajo el equipol El tiempo de espera por el cemento
debe ser más corto l Cemento de fraguado rápido - rápido
desarrollo del esfuerzo compresivol Lechadas aceleradas, e.g.:n Cemento Puro + NaCl (D44) 3-5%n Cemento Puro + CaCl2 (S1) 2-4%n Cemento Puro + agua de mar
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Aceleradores
l S001 (CaCl2-sólido) 1 - 4 % BWOCn La pureza debe ser : S001 = 77% CaCl2 concentración
n Reacción Exotermica
l D044 (NaCl) <10 % BWOW
l Agua de Marn Verificar el comportamiento cerca de los deltas de rios
l D077 (CaCl2-líquido) 0.2 - 0.4 gal/sk
l ARCTIC SET para Bajas temperaturas
8 Aditivos de Cementacion
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Efectos Secundarios del CaCl2
l Aumenta la temperaturan Calor de Solución del CaCl2n Efecto acelerador adicional (en superficie?)n Expansión del revestidor
l Aumenta la reología (gelificación)l Es Posible un aumento en la permeabilidadn Disminuye la resistencia a los sulfatos
9 Aditivos de Cementacion
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D044 Cloruro de Sodio
l No muy eficiente como aceleradorl Actua como acelerador <10% BWOWl Rango preferido 3-5% BWOW
Tim
e to
reac
h 10
0 B
c Sl
urry
con
sist
ency
(hr)
136°F (58°C)
154°F(68°C)
179°F (81°C)210°F (99°C)
8
6
4
2
0 0 5 10 15 20 25 30NaCl EN AGUA DE MEZCLA (% BWOW)
10 Aditivos de Cementacion
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Casing superficiales
l Zonas no consolidadasl Soporte de los BOPl Grandes volumenes de lechadasl Lechadas ligerasl Lechadas pesadas en la zapatal Lechadas extendidas con lechadas de
amarre , e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3% 12.8 ppgn Cemento Puro + 0.5-1% S1 15.8ppg
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Densidad de la Lechada
CambiandoCambiandoLa La DensidadDensidad
De la De la LechadaLechadaMas LivianaMas Liviana
Mas Agua*
•Absorbentes•Materiales Ligeros
Densidad MasDensidad Mas BajaBaja
Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H
Mas PesadaMas Pesada
Menos Agua
•Material Pesado•Dispersantes
DensidadDensidad MasMas AltaAlta
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Extendedores de Cemento
Bentonita
LITEPOZ 3 D035
LITEPOZ 7 D061
TXI Lightweight Cement D911
Diacel D D056
Perlita Expandida D072
Metasilicato de Sodio D079
Silicato de Sodio D075
LITEFIL D124
Cemento Espumado
Microsilica D154 / D155
LiteCRETE*
UltraLiteCRETE *
Densidad de la Lechada (lb/gal)Extendedor oSistema Ligero 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1512 14.7
10.8 13.6
12 14.2
11 14.5
10.6 13.8
11 14.5
14.511.5
9 12
1561511
11.2
1310.5
* Mark of Schlumberger
10.57.5
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Clasificación de los Extendedoresl Extendedores base agua
n Aguan Arcillas (Bentonita) - D20, D128n Extendores químicos (Silicatos) - D75, D79
l Solidos de baja densidadn Puzzolana (Fly ashes) - D35, D56, D61, D602n Kolite y gilsonite - D42, D24n Perlita expandida - D72n Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155
l Materiales de muy baja densidadn Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADOn Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)
14 Aditivos de Cementacion
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Extendedores Bentoniticos
Arcillas BentoniticasArcillas Bentoniticas
Tratadas(Mejor Hidratación)
Tratadas(Mejor Hidratación)
No-TratadasNo-Tratadas
MontmorilonitaD020: Agua Fresca
MontmorilonitaD020: Agua Fresca
AtapulgitaD128: Agua de Mar
AtapulgitaD128: Agua de Mar
Propiedades Generales•Extendedor base agua•SG = 2.65•Mezclado en seco o pre-hidratado•Concentración 0 - 20% BWOC
•Economico y ampliamente disponible•Disminuye la resistencia a la compr.•Aumenta la permeabilidad•Viscosifica las Lechadas ( + sólidos)
15 Aditivos de Cementacion
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Extendedores Químicosl Silicatos de Sodio y Metasilicatosn Reaccionan con los cationes en el sistema del cemento (Ca2+, Mg2+)n Forma viscosa, silicato gelatinoso
- Capaz de ligar agua extra- Baja separación de agua libren Reologías bajas para flujo turbulenton Mejores propiedades y mezclabilidad que lechadas bentoníticasn No controla la pérdida de filtrado (usar D112 FLAC)n Bajas concentraciones requeridas relativamenten Ca - El silicato formado actua como aceleradorn Usar retardadors , D110 (or D109)
l D79, METASILICATO DE SODIO - seco ( 0.2-3.0% BWOC)l D75, SILICATO DE SODIO - liquido ( 0.15 -0.60 gal/sk)
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Agregados Ligerosl PUZOLANAS: Tierra Diatomacea (D61, D602) & Ceniza ( D35)
n Reaccionan con el hidróxido de calcio en el cementon Resistencia a salmueras corrosivas ( Sulfatos )n Baja Permeabilidadn Resistencia Termal
l KOLITE (D42) y GILSONITE (D24):n Materiales a base de Carbón de piedra (D42) y Asfalto(D24)n Materiales efectivos para pérdida de circulaciónn Kolite (D42) es inerte
l PERLITA EXPANDIDA (D72)n material inerte y no afecta en tiempo de bombeon Normalmente añadida 2 - 6% BWOC la bentonita previene la flotacionn Reduce la permeabilidad del cementon Acciones de puente a altas concentraciones
l MICROSILICA (Silica Fume, D154, D155):n Material puzolanicon Buenas propiedades de la lechada
17 Aditivos de Cementacion
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Extendedores Ultraligeros
lMicroesferas de cerámica, LITEFIL D124n Microesferas de cerámica o vidrion Inertesn Rango de densidad: 8.5 lb/gal a 14.5 lb/gal
l Sistema de cemento espumadon Nitrógeno inyectado en la lechada con espumantesn Muy bajas densidades, > 6.0 lb/galn Buenas propiedades mecánicas
18 Aditivos de Cementacion
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Antiespumantes
l Que causa la Espuma?n Propiedades de los materiales
n Mala humectación de las partículas sólidas
l Por que usar antiespumantes?n Para prevenir la gelificacion / prevenir una pobre hidratación
n Para prevenir cavitación en las bombas
n Para obtener y bombear una densidad real
l Propiedades de los antiespumantesn Deben ser Insolubles en el fluido espumante
n Deben tener una superficie más áctiva que el fluido espumante
19 Aditivos de Cementacion
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Casing Intermediosl Secciones de trabajol Cementaciones en 2 etapasl Bajo Costol Lechada de relleno y principal e.g.:n Bentonita prehidratada 2-3%n D75 0.28 gps + 1% S1n 15.8 ppg lechada de amarre
l Todas las lechadas retardadasl Lechadas principales con control de
filtrado.
20 Aditivos de Cementacion
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Retardación de los sistemas de cemento
l Aplicacionesn Casings intermedios y de producciónn Cementaciones forzadas y tapones de cementonAlta temperatura y profundidad
l Clases de Retardadores Químicosn Lignosulfonatos (D013, D081, D800, D801)nAcidos Hydroxycarboxylicos (D109, D110)n Componentes Inorgánicos (D093, D074)nDerivados Celulosos (D008)n Retardadores mezclados (D028, D150, D121)n (Mezcla de retardadores)
21 Aditivos de Cementacion
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l Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas:n Gelificación (ej. Lignosulfonatos)n Dispersionn Aumento de la Perdida de Filtradon Incompatibilidadn Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión
Retardadores
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l UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperaturan Sal Organican Retardador de Baja a media temperaturan Teoría de la Nucleación n No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de nanosilican Es Compatible ya sea con agua fresca o de mar
n Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de temperatura
Propiedades Individuales de los retardadores UniSET
23 Aditivos de Cementacion
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Propiedades Individuales de los retardadores UniSET
l UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperaturan Es una mezcla de Sales Organofostatica e inorganicasn Retardador de media a altas temperaturasn Teoría de la Adsorciónn Más tolerante a:
» Variaciones de concentraciones» Variaciones de temperatura» Esfuerzo de corte
n Rápido desarrollo de resistencia a la compresiónn Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl
24 Aditivos de Cementacion
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Mecanismos de Retardaciónl Factores que afectan el mecanismo de acciónnNaturaleza química del retardadorn Composición química del cemento
l Teorías de los mecanismos de acciónn Teoría de Adsorciónn Teoría de Precipitaciónn Teoría de Nucleaciónn Teoría complexación
l Posibles efectos negativos en las lechadasnGelaciónnDispersiónn Incremento en el filtradon Incompatibilidad
25 Aditivos de Cementacion
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X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
D13/D81
D13/D81 with Dispersant
D800/D801
D800/D801 with D93/L10
D110
D110 with D93/L10
D28/D150
D28/D150 with D121
D28/D150 with D93
D74 - for RFC only
D177 UNISET LT
D161 UNISET HT
BHCT oFRetardadores
100 200 300 400
140
100 185
125 250
250 310
300175
300 375
220 300
350300
400300
100 140
450
250
100
Fresca Mar 37%NaCl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Retardadores
80
250
26 Aditivos de Cementacion
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Perdida de Filtrado
l Definiciónn Es el Filtrado o fase acuosa, perdida en la formaciónn Revoque depositado sobre la superficie de la formación
l Porque las lechadas pierden agua?n Presión DiferencialnMedio Permeable (formacion)n Relación Agua/cemento? Hidratación
l Etapas de la pérdida de Fluido ( filtrado ):n Pérdida de filtrado dinámican Pérdida de fluido estática
27 Aditivos de Cementacion
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Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la lechada
DISMINUYE AUMENTA
RendimientoAgua LibreTiempo de FragueSedimentaciónEncogimiento VolumetricoRemocion de Lodos (-Efic)Hidrostatica (psi/ft)
Densidad de la Lechada Viscosidad PlásticaPunto CedenteResistencia CompresivaAdherencia
28 Aditivos de Cementacion
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Tiempo de Fraguado vs. Densidad
Tiempo de Fraguado
Punto Cedente
160
40
16.415.6
Tiem
po d
e Fr
agua
do(m
in)
Punt
o Ce
dent
e
Densidad de la Lechada (ppg)
29 Aditivos de Cementacion
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Mecanismos del control de filtrado
l Reduccion de la permeabilidad del “enjarre” del cementon Partículas de material rellenando los porosn Partículas de polímeros taponando los porosn Película de polímero sobre la partículas del cemento/porosn Cambio en la distribución de las partículas del cemento con dispersantes
l Incrementando la viscosidad de la fase acuosanAdición de polímeros solubles al aguan Solamente reduce la permeabilidad del “enjarre”n Efectos pobres comparados con la reducción de la permeabilidad
30 Aditivos de Cementacion
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Aditivos para Controlar la Perdida de Filtrado
Particulas:
l Particulas FLACs: D020, D600G, D500
l Latex FLACs: D600G,D700
Polimeros Solubles en Agua:
l Derivados de la Celulosa: D059, D112
l Polimeros Sintéticos No-Ionicos: D159, D160
l Polimeros Sintéticos (UniFLAC): D167, D168
31 Aditivos de Cementacion
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Características del UniFLAC*
l UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido)
l UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)
lDiseños más Robustos, Nobles y SimplesnAmplio rango de aplicaciones
nUn set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos losrevestidores
32 Aditivos de Cementacion
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Características del UniFLAC* (Cont.)lVentajas
– Simplicidad al Diseñar– Baja Sensibilidad a los diferentes lotes de cemento– Baja Sensibilidad a las variaciones de temperatura– Sinergia con los retardadores universales (UniSET)– Aceleracion a baja temperaturas
lBeneficios– Un aditivo FLAC para la mayoría de las aplicaciones– Mejoramiento de la calidad de Servicio– Tiempo de Equipo (menos tiempo de espera)
33 Aditivos de Cementacion
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Rango Operativo FLAC
34 Aditivos de Cementacion
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Valores Límites de Perdida de Filtrado
Valores Típicos: (prueba API, 1000 psi)
l Prevención de migración de Gas 30 - 50 ml/30 min
l Cementación de Liners < 50 ml/30 min
l Cementación de Revestidores 200 – 300 ml/30 min
l Cementación de pozos Horizontales < 50 ml/30 min
l Forzamientos
n Formaciones con K < 1 md 200 ml/30 min
n Formaciones entre 1<K<100 md 100 - 200 ml/30 min
n Formation con K>100 md 35 - 100 ml/30 min
l Lechadas de Alta Densidad < 50 ml/30 min
35 Aditivos de Cementacion
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Dispersantes con FLACs
Mecanismos de acción:l Dispersan los granos de cemento, mejorando el empaque, reduciendo la
permeabilidadl Floculados con sal, acción de taponamento
SIN DISPERSANTE CON DISPERSANTEREVOQUE
EMPAQUE ALEATORIO
ALTA PERMEABILIDAD
EMPAQUE ORDENADO
BAJA PERMEABILIDAD
36 Aditivos de Cementacion
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DispersantesReología de las Lechadasn Volumen de particulas sólidas / volumen total de fluidon Interacciones entre las partículasn Reología de la fase acuosa
Se puede cambiar con los dispersantes
Porque usar dispersantes?n Reducen la viscosidad y punto cedenten Flujo Turbulento es mas facil de alcanzar n Reducen las presiones debido a la fricciónnMejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo)n Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal)nMejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado
37 Aditivos de Cementacion
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Tipos de Dispersantes
Sulfonadosl Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080l Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A l Polimeros Aromaticos D065A, D080Al Polimeros Organicos D604M, D604AM
Lignosulfonatosl Acido Hidroxicarboxilico derivado D081de la Lignital Acidos Hidroxicarboxilicos D121
38 Aditivos de Cementacion
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Acción del dispersante
POLYCEMENTO
C2SH- + Ca + - 03S
C2SH - + Ca + - 03SDISPERSANTEMOLECULA
•La cantidad del dispersante absorbido depende de la concentración•La superficie de los granos de cemento se convierten uniformementenegativos•Las señales se repelen uno a otro ---> dispersión
SO33
SO33
39 Aditivos de Cementacion
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Rango de trabajo del dispersante D80 en Cementos ETD vs DTD
YP
(lb/1
00ft
2)
20
15
10
5
5
10
15
20
30
5
10
15
20
30BAJODISPERSO
25
0.00 0.05 0.15 0.250.200.10
D80 (gal/sk)
25
SOBREDISPERSO
Yp
AGUA LIBRE
VISCOSIDADVISCOSIDAD PLASTICA(cp)15
AGUALIBRE (%)
D80
NOTE: CON CEMENTO ETD A 186°F
40 Aditivos de Cementacion
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Densidad de la Lechada
Cambiando Cambiando la la Densidad Densidad
De la De la LechadaLechadaMasMas LivianaLiviana
Mas Agua*
•Absorbente•Material Lig
DensidadDensidad MasMas BajaBaja
Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H
MasMas PesadaPesada
Menos Agua
•Material Pes•Dispersante
Densidad Mas Densidad Mas AltaAlta
41 Aditivos de Cementacion
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Agentes de Peso
lRequerimientosn Gravedad Específica Altan Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed)n Baja Adsorción de agua (eficiencia)n Disponibilidad y costo aceptable n Pureza y consistencia del producton Inerte
42 Aditivos de Cementacion
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Agentes de Peso Comunes
Agua Adicional
gal/lb
D031 Barita 4.22 0.0240
D076 Hematita 4.95 0.0023
D907 Cemento 3.2 0.0529
D157 (tetraoxido de Mn) Mn3O4 4.7 - 4.9
CODIGO AGENT SG
43 Aditivos de Cementacion
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Retrogresión l Por encima de 230 deg F la temperatura estática (BHST) desestabiliza
el cemento, causando:n Una reducción en la resistencia compresiva
n Un Incremento en la permeabilidad
l Efecto causado por la conversión del gel C-S-H
l Se previene agregando de 30 a 40% BWOC de silica, reduciendo la relación C/S ratio del gel C-S-H
44 Aditivos de Cementacion
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Arena de Silica D030 y Harina de Silica D066PROPIEDAD D030 - Arena de Silica D066 Harina de SilicaParticle Size
US Mesh~10% +12%
1.12 gal/sk 1.34 gal/skSpecific gravity 2.63 2.63
Alta Densidad Preferida AlternativaBaja Densidad Alternativa PreferidaSedimentación Alternativa PreferidaMezclabilidad Preferida Alternativa
Por encima de 300deg F Alternativa Preferida
Add. Water
Applicaciones
70 - 200 >200
45 Aditivos de Cementacion
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Aditivos Antisedimentantesl Los aditivos antisedimentantes reducen:
n El Agua Libren La Sedimentaciónn La Inestabilidad de las Lechadas
l Son compatibles con todos los productos de cementaciónl Solo afectan la reología de la lechadal Rango de Temperatura : hasta 300 deg Fl Agente Antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOCl Antisedimentante Líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk
46 Aditivos de Cementacion
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Conclusionl Grupos de Aditivos
lMecanismos de Accion
l Propiedades Individuales
l Proposito de agregarlos al cemento
47 Aditivos de Cementacion
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Nuevos FLACs D300l Control de filtrado ajustablel Bajo Costol No efectos de retardación a baja temperatural Rango de Temperatura de trabajo en agua dulce: arriba 230 Fl Rango de densidad : 12.5 to 15.8 ppgl Rango de Concentración: 0.35 to 1.1 gps (misma p/ cualquier
densidad)l Sal arriba de 10%BWOWl Compatible con S1; mejor extendido con D75l Incompatible con D80 y D20
48 Aditivos de Cementacion
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Nuevo HT Retardador D161l Retardador de media a alta temperatural Bajo Costo - reduce el WOCl Controlable y predecibles tiempos de fraguen Pruebas de laboratorio reproduciblesn Rápido desarrollo del esfuerzo compresivon Menor sensibilidad a pequeñas concentraciones/errores de mezcla
l Rango de temperatura de trabajo: 250 to 450 F (agua dulce)l Rango de densidad: 14 a 18 ppgl Rango de concentración: 0.6 to 2.5 gpsl Efecto sinergético con D158/D159l Incompatible con D600G y D134