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CEMENTACIONES
Información necesaria para la cementación
Diseño de la lechada de cemento
•Aditivos para al lechada•Selección de baches lavador y espaciador•Temperaturas•Densidad de la lechada
Diseño de la cementación
•Accesorios para la cementación•Cálculos en el pozo•Secuencia operativa•Estado mecánico del pozo•Información de las geopresiones•Información de los fluidos de perforación utilizados
CEMENTO
El cemento utilizado en construcción alcanza un esfuerzo compresivo de 1000 a 3000 psi
La grava utilizada tiene un esfuerzo compresivo de 5,000 a 20,000 psi
El compuesto cemento grava alcanza un esfuerzo compresivo de 4,000 a 15,000 psi.
CEMENTO
En pozos petroleros generalmente no se usan agregados sólidos( excepto; arena silica ), por lo que solo se logran esfuerzos compresivos de 200 a 3,000 psi. (temperatura ambiente)
CEMENTO
El API presenta nueve tipos de cementos A,B,C,D,E,F,G,H,J
El más utilizado es el cemento tipo “H” al cual se le pueden adicionar retardadores y/o aceleradores
CEMENTACIONES
Funciones de las cementaciones primarias
Soportar cargas radiales y verticales
Aislar formaciones productoras
Excluir fuentes no deseables de producción de fluidos
Proteger al Casing de corrosión
Confinar presiones anormales
Calculo del Volumen de Cemento
Normalmente se toma un registro de calibración
Este registro nos expresa el contorno del pozo.
“Obteniendo la volumétrica del agujero”
Registro
Calculo del Volumen de Cemento
Cuando no se cuenta con el registro de calibración , un exceso de volumen entre el 10 al 50% es recomendado, en formaciones consolidadas y no consolidadas
Calculo del Volumen de Cemento
Volumen del espacio anular
Volumen existente entre el O.D. de la tubería y el D.I. del agujero
Calculo del Volumen de Cemento
Volumen del espacio anular
Volumen existente entre el O.D. de la tubería y el D.I. del agujero
Vol ea = 0.00097144(Dag – Detr)H
Donde : D( plg) , H (ft)
Calculo del Volumen de Cemento
Volumen existente entre el cople y zapata
Vol cz = 0.00097144(Ditr)2h
Donde : D( plg) , h (ft) , Vol cz (bl)
Calculo del Volumen de Cemento
Volumen del espacio anular
Volumen existente entre el cople y zapata
Vol c = Vol cz + Vol ea
Donde : Vol c (bls)
Calculo del Volumen de Desplazamiento
Volumen del deplazamiento
Vol d = 0.00097144(Ditr)2h*
Donde : D( plg) , h (ft) , H (ft), Vol d (bls)
h* H
Calcular la cantidad de sacos de cemento
Rendimiento por saco ?
Volumen de lechada
+
Volumen de agua
Volumen de cemento de un saco
+
Volumen de aditivos
Calcular el rendimiento del cemento
Rendimiento por saco ?
RL =1 Saco ( 94 lbs)
Volumen de lechada
+
Volumen de agua
Volumen de cemento de un saco
+
Volumen de aditivos
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Sea; la densidad del cemento > que la del lodo de perforación
Pre
sión
de
bom
beo
Pbc
ρe = ρs
Q = ctePb = ∆Ptr + ∆Pea
Densidad equivalente de circulación ( DEC)
DEC = ∆Pea /(0.052)*H + ρL
∆Ptr
∆Pea
DEC
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Bache espaciador
Bache lavador
Bache Lavador:
El propósito de este bache es lavar la formación que se pondrá en contacto con el cemento para garantizar su adherencia.
Fluido Newtoniano
densidad de 8.34 lbs/gal
Agua con surfactante
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Sea; la densidad del cemento > que la del lodo de perforación
Bache espaciador
Bache lavador
Bache Espaciador:
El propósito de este bache es evitar la contaminación del cemento con el lodo:
Fluido no Newtoniano
densidad parecida al lodo de perforación > en 0.5 lbs/gal
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Sea; la densidad del cemento > que la del lodo de perforación
Volumen recomendado:
1.- 500 ft. lineales en el espacio anular mas amplio
2.- 10 minutos de tiempo de contacto con u punto especifico en el espacio anular
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Volumen recomendado:
1.- 500ft. lineales en el espacio anular mas amplio
2.- 10 minutos de tiempo de contacto con un punto especifico en el espacio anular
Estos dos volúmenes proporcionan los limites mínimo y máximo a emplear.
La decisión deberá de tomar en cuenta que la DEC sea mayor que la presión de poro.
GPf
GPff
Pro
fun
did
ad (
ft)
Gradiente (lb/gal)
ho
hn
7 pg.
9 5/8 pg.
11 ¾ pg.
16 pg.
Densidad del lodo
DEC mayor que la presión de poro.
GPf
GPff
Pro
fun
did
ad (
ft)
Gradiente (lb/gal)
ho
hn
7 pg.
9 5/8 pg.
11 ¾ pg.
16 pg.
Densidad del lodo menor que la presión de poro, por el bache lavador.
DEC mayor que la presión de poro.
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Sea; la densidad del cemento > que la del lodo de perforación
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
Pbc
ρe = ρs
Q = cte
GPf
GPff
Pro
fun
did
ad (
ft)
Gradiente (lb/gal)
ho
hn
7 pg.
9 5/8 pg.
11 ¾ pg.
16 pg.
Densidad del lodo estático
DEC mayor que la presión de poro.
DEC
Calculo de presiones durante el desplazamiento
tiempo
Cau
dal (
BP
M)
Bombeo del bache lavador
ρBL < ρL
Gasto necesario para generar un régimen turbulento.
Pre
sión
de
bom
beo
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
Bombeo del bache lavador
ρBL < ρL
Gasto necesario para generar un régimen turbulento.
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
Bombeo del bache lavador + espaciador
ρBe > ρL
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
Bombeo del bache lavador + espaciador cemento
ρc > ρL
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
ρc > ρL
Bombeo del bache lavador + espaciador cemento
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
ρc > ρL
h
Bombeo del bache lavador + espaciador cemento + lodo de perforación
Calculo de presiones durante el desplazamiento
Pre
sión
de
bom
beo
tiempo
Gas
to (
BP
M)
ρc > ρL
h
∆P= (ρc - ρL ) *h*0.052
Bombeo del bache lavador + espaciador cemento + lodo de perforación
Consideraciones y cálculos a realizar en las cementaciones
1.- Peso de la tubería de Revestimiento
2.- Cantidad de cemento y agua requerido
3.- Volumen de baches y Volumen de desplazamiento
4.- Máxima presión diferencial
5.- Tiempo de operación de cementación
6.- Accesorios a utilizar durante al cementación
7.- Potencia y equipo requerido
8.- Secuencia operativa
Peso de la tubería de Revestimiento
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
1700 pies
4950 pies
Densidad del lodo de perforación de = 11.5 lb/gal = 1.38 gr/cc
Peso de la tubería de Revestimiento
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
1700 pies
4950 pies
Densidad del lodo de perforación de = 11.5 lb/gal = 1.38 gr/cc
WtF = Ff *( Wt)
Ff = 1 – ρf/ρa
WtF = ( 1 – 11.5/ 65.4)( 4950)54 = 219186 lbs
Considere un exceso de cemento del 25%
1700 pies
4950 pies
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Considere un exceso de cemento del 25%
1700 pies
4950 pies
Donde : D( plg) , H (ft)
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol ea = 0.00097144*(D2ag – D2
etr)*H
Considere un exceso de cemento del 25%
1700 pies
4950 pies
Vol ea = 0.00097144*(D2ag – D2
etr)*H
Donde : D( plg) , H (ft), V (bls)
Vol ea = 0.00097144*((17.5)2 – (13.375)2)*4950
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol ea = 612 bls
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Considere un exceso de cemento del 25%
1700 pies
4950 pies
Vol cz = 0.00097144*(12.615)2)*100
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol cz = 18.4 bls
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol cz = 0.00097144*(Ditr)2*h
Donde : D( plg) , h (ft) , Vol cz (bl)
4850 pies
Considere un exceso de cemento del 25%
1700 pies
4950 pies
Vol ea = 0.00097144(12.615)2)100
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol ea = 18.4 bl
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol cz = 0.00097144(Ditr)2h
Donde : D( plg) , h (ft) , Vol cz (bls)
4850 pies
Vol T = 18.4 bls+ 612 bls
Vol T = 630.4 bls + 630.4 ( .25) bls= 788 bls.
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Cantidad de agua requerida para la cementación
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Se eligió un cemento de 1.7 gr/cc o 14 lbs/gal
Cantidad de agua requerida para la cementación
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Se eligió un cemento de 1.7 gr/cc o 14 lbs/gal
Requerimiento de agua 7.5 galones /saco
Cantidad de agua requerida para la cementación
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Se eligió un cemento de 1.7 gr/cc o 14 lbs/gal
Requerimiento de agua 7.5 galones /saco
sacos= 788 *5.615/1.123= 3940 Sacos
Rendimiento 1.123 ft3/saco
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Se eligió un cemento de 1.7 gr/cc o 14 lbs/gal
Cemento = 788 ( 94) = 74,072 Lbs de cemento o 33.6 toneladas
Requerimiento de agua 7.5 galones /saco
Calcular la cementación primaria de la tubería de 13 3/8” O.D. 54 lbs/pie
Cantidad de cemento requerido y tipo de cemento
Vol T = 788 bls.
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Densidad del lodo 1.38 gr/cc
Se eligió un cemento de 1.7 gr/cc o 14 lbs/gal
Requerimiento de agua 7.5 galones /saco
Rendimiento del cemento 1.123 ft3/saco
Volumen de desplazamiento
Vol d = 0.00097144*(Ditr)2*h*
Donde : D( plg) , h (ft) , H (ft), Vol d (bls)
1700 pies
Volumen de desplazamiento
Vol d = 0.00097144*(Ditr)2*h*
Donde : D( plg) , h (ft) , H (ft), Vol d (bls)
1700 pies
Vol d = 0.00097144*(12.615)2*4850
Vol d = 750 bl = 119 m3
Volumen de baches
Volumen recomendado:
1.- 500 ft. lineales en el espacio anular mas amplio
2.- 10 minutos de tiempo de contacto con u punto especifico en el espacio anular1700 pies
4950 pies
4850 pies
Volumen de baches
Volumen recomendado:
1.- 150 m. lineales en el espacio anular mas amplio
2.- 10 minutos de tiempo de contacto con u punto especifico en el espacio anular1700 pies
4950 pies
4850 pies
Vol ea = 0.00097144*((17.5)2 – (13.375)2)*500
Vol ea = 61.9 bls = 9.5 m3
Volumen de baches
1700 pies
4950 pies
4850 pies
Vol ea = 61.9 bls = 9.5 m3
Vol la = 5 m3
Vol E = 5 m3
Máxima presión diferencial
1700 pies
4950 pies
4850 pies
∆P= (ρc - ρL )* h*0.052
∆P= (14 - 11.5 ) *4850*0.052
∆P= 630 psi
Tiempo de la operación de cementación
El tiempo de la operación de cementación se divide en :
Tiempo de bombeo de cemento
Tiempo de desplazamiento
Tiempo de fraguado
Tiempo de bombeo de cemento y baches
En este tiempo se considera el necesario para mezclar y bombear dentro del pozo los baches y la lechada de cemento, puede variar entre 4 a 8 BPM .
Tiempo de la operación de cementación
Tiempo de bombeo de cemento y baches
En este tiempo se considera el necesario para mezclar y bombear dentro del pozo los baches y la lechada de cemento, puede variar entre 3 a 6 BPM .
Volumen de los baches 10 m3 = 62.8 ls
Volumen del cemento 788 bls
Tiempo de la operación de cementación
Tiempo de bombeo de cemento y baches
Volumen total a bombear 850.8 bls.
Tiempo de la operación de cementación
1700 pies
768 bls
Volumen de cemento 788 bls.
Tiempo de bombeo de cemento y baches
Volumen total a bombear 850.8 bls.
Tiempo de la operación de cementación
1700 pies
768 bls
Tiempo = 788/ 6 = 131 minutos = 2.18 hrs
Tiempo de bombeo de cemento y baches
Volumen total a bombear 850.8 bls.
Tiempo de la operación de cementación
1700 pies
768 bls
Tiempo = 788/ 6 = 131 minutos = 2.18 hrs
CALCULOS DE LECHADA
1. DENSIDAD DE LA LECHADA:
PESO POR VOLUMEN (LB/GAL) MEDIDA A UNA LECHADA DE CEMENTO.
PESO COMPONENTES x VOLUMEN ABSOLUTO = VOLUMEN (LBS) (GAL/LB) (GAL)
CEMENTO”A” 94 .0382 3.59
AGUA (46%) 43,24 .12 5.19
PESO T.COMP: 137.24 VOLUMEN T. COMP: 8.78
DENSIDAD LECHADA = PESO TOTAL COMPONENTES (LBS) = 137.24
VOLUMEN TOTAL COMPONENTES (GAL) 8.78
= 15.6 LB/GL