evaluación de cementación

REGISTROS DE EVALUACI N DE CEMENTACI N

PET-209

PET-209

El cemento portland es una mezcla compleja de caliza (u otros materiales con alto contenido de carbonato de calcio), slice, fierros y arcilla, molidos y calcinados, que al entrar en contacto con el agua forman un cuerpo s lido.

Esta mezcla se muelen, se calcinan en hornos horizontales con corriente de aire y se convierten en clinker, el cual contiene todos los componentes del cemento excepto el sulfato de calcio que se agrega como componente final.

INTRODUCCI N

El prop sito principal de la cementaci n de un pozo petrolfero es aislar zonas productivas de otras zonas indeseables.

Para asegurarse cuando esto ha sido cumplido se han desarrollado muchos mtodos de perfilaje, tales como: perfiles de temperatura, trazadores radioactivos, etc.

Todos estos mtodos responden a la presencia de cemento detrs de la caera, pero ninguno de ellos

indica el grado de adherencia del cemento al cao.

Las primeras aplicaciones del perfilaje acstico mostraron que la atenuaci n que ocurra en casingscementados, podra dar evidencia de la adherencia del cemento.

INTRODUCCI N

El desarrollo de circuitos electr nicos capaces de efectuar registros continuos de la amplitud del sonido viajando en el casing di lugar a extensas investigaciones y pruebas de campo que dieron como resultado un mtodo de evaluaci n de la adherencia del cemento que tiene una aplicaci n total en la evaluaci n de la calidad de las cementaciones.

INTRODUCCI N

Para poder interpretar correctamente un perfil de CBL (Cement Bond Log) analizaremos brevemente el fundamento acstico involucrado en el funcionamiento de la hta.

La herramienta tiene un transmisor que genera pulsos de energa acstica.

El sonido emitido viaja en todas direcciones propagndose a travs del fluido que llena la caera como una onda compresional con la velocidad del sonido.

Al llegar el frente de ondas a la caera, este se refracta siguiendo la ley de Schnell: (sen ^ i/sen ^ r = Vfl/Vca:

En particular nos va a interesar aquel camino en que lo seal acstica se transmite a lo largo del cao; para ello es necesario que la seal se refracte con el ngulo crtico, lo que implica que:

^ r =90. sen ^ i = Vfl/Vca= 0, 3016 Vfl=12,545 ft/seg Vcao=5,291 ft/seg ^ i=17 35

FUNDAMENTO AC STICO

Luego, nicamente la seal que sale del receptor llegando al cao con ese ngulo se refractara y continuara su viaje a lo largo del mismo.

Esta seal se desplaza generando ondas compresionales en el fluido que llegan a un receptor de energa acstica.

A lo largo de su viaje por el cao la seal sufre una atenuaci n que depende de la longitud del camino recorrido y de las dimensiones del cao si este no esta cementado. Cuando este esta cubierto por una capa de cemento adherido perfectamente, la atenuaci n del sonido dependerde los factores expuestos anteriormente de la resistencia a compresi n del cemento y que cantidad del permetro del cao estrodeado de cemento.

La atenuaci n se calcula de acuerdo a la expresi n convencional. Atenuaci n (dB/ft) = 20/Z logA1/A2

A1 y A2 son las amplitudes de la onda acstica al comienzo y al final del intervalo Z.

Valores tpicos de atenuaci n encontrados experimentalmente muestran que para un cao de 5 1/2 , 23 lb/ft sin cementar la atenuaci n es de 0,8 db/ft.

El mismo cao cementado con una capa de 1 1/4" de cemento tiene una atenuaci n 8 db/ft con lo que para un espaciamiento de 4pies la atenuaci n es de alrededor de 32 veces con respecto al cao sin cementar.

FUNDAMENTO AC STICO

Los ensayos han demostrado que la atenuaci n depende fundamentalmente de las dimensiones del cao, la resistencia a la compresi n del cemento y del porcentaje de la circunferencia del cao rodeado por el cemento.

Cuando el peso del cao disminuye, la atenuaci n aumenta; esta tambin aumenta logartmicamente con la resistencia la compresi n del cemento y con el porcentaje de circunferencia cementada.

Otra variable que debe ser tomada en cuenta en el espesor de la capa de cemento; evidencias experimentales han demostrado que es necesario que la capa de cemento sea mayor que 1/4 de la longitud de onda de la seal acstica para que esta no tenga influencia sobre la atenuaci n, cuando es menor que 1/4 de longitud de onda, a medida que el espesor disminuye la atenuaci n tambin disminuye, para las frecuencias tpicas de las herramientas actuales, ese espesor critico oscila entre 3/4" a 1" .

FUNDAMENTO AC STICO

El registro CBL se corre con las herramientas clsicas de s nico.

Un pulso de energa acstica, con frecuencia aproximada de 20 KHz, es emitido peri dicamente por un transmisor omni direccional hacia la formaci n.

La medici n consiste en registrar la amplitud o atenuaci n de las ondas que se propagan axialmente a lo largo de la tubera; esto se logra mediante dos receptores ubicados en la sonda a una distancia de 3 y 5 pies respectivamente del transmisor.

Dichas mediciones dependen del grado de acoplamiento mecnico (principalmente de cizallamiento) entre el cemento y la tubera.

REGISTRO CBL (CEMENT BOND LOG)

Se ha demostrado que la cantidad de energa acstica transmitida por la tubera depende de la velocidad de propagaci n de una onda plana en sta, de su densidad y del espesor del cemento.

La distribuci n del cemento alrededor de la tubera afecta considerablemente la transmisi n de la ha demostrado que la cantidad de energa

REGISTRO CBL (CEMENT BOND LOG)

Una herramienta de CBL consta de un transmisor acstico que emite pulsos de sonido (a raz n de 20/por segundo) aproximadamente 20 Kc.

El receptor de la energa acstica se encuentra normalmente separado 4 pies del transmisor.

La seal, del receptor es acondicionada en una secci n electr nica para su envo a la superficie a travs del cable de perfilaje.

DISE O DE LA HERRAMIENTA

La figura muestra la seal recibida por el equipo electr nico de superficie. Una compuerta electr nica permite que solamente la parte sombreada de

la seal ingrese. a un integrador, el cual tiene como salida a una seal que es proporcional al rea bajo la curva y por lo tanto a la energa acstica recibida durante el tiempo que esta abierta la compuerta.

Esta es la seal que se registra en la curva de CBL, la cual es proporcional a la atenuaci n que la seal sufre en su viaje entre el transmisor y el receptor

DISE O DE LA HERRAMIENTA

Cuando estamos en presencia de una caera totalmente libre el sonido emitido por el transmisor se refracta al llegar al cao viajando a lo largo de este hasta llegar al receptor.

La atenuaci n que sufrirla energa acstica en su viaje por el cao sermnima observndose una seal como la de la figura.

Durante el tiempo en que estabierta la compuerta electr nica la seal sergrande y la curva de CBL indicara un valor alto.

Debido a los valores de velocidad del sonido de los distintos medios involucrados en el problema y de acuerdo a la ley de Schnell nada de sonido se propagarhacia el transmisor a travs de la formaci n, por lo tanto las nicas seales que llegan al receptor son las que se propagan a lo largo del cao y un tiempo despus la que se propaga por el fluido reflejndose en la pared del cao; que no tiene inters para nuestro anlisis.

INTERPRETACION DEL CBL

Lodo

Cuando el cemento ha llenado totalmente el espacio entre el cao y la formaci n y se ha adherido perfectamente al cao (Fig.) se produce una fuerte atenuaci n en la energa acstica que viaja por el cao de tal manera que durante el tiempo en que la compuerta electr nica estabierta, la seal que se integra sermuy dbil o nula cayendo a cero la seal de CBL.

Debido a que ahora el cemento provee un buen acoplamiento acstico con la formaci n, parte de la seal generada por el transmisor, viaja por la formaci n y llegaral receptor en un tiempo determinado por la velocidad del sonido en la formaci n, cual normalmente es menor que la de la caera, por lo tanto la seal que ha viajado por la formaci n llega al receptor cuando ya se ha cerrado la compuerta electr nica.


Cemento

En la fig. se ve el caso de un cao descentralizado, en este caso particular el cemento deja un canal en la zona en que el cao se encuentra ms cerca de la pared del pozo, por lo tanto de ese lado el sonido viajarpor el cao y la atenuaci n dependerdel porcentaje de cao cementado; por el otro lado del cano, el cemento permitirun buen acople con la formaci n y por lo tanto tendremos en el receptor seal que ha viajado por la formaci n.

La amplitud de la seal que entra en la compuerta electr nica, por lo tanto, dependerdel tamao del canal y el valor de la curva de CBL variarsegn ese valor.


Cemento

Lodo

Ya que hay un nmero considerable de variables que afectan una cementaci n; habrtambin una gran cantidad de variables afectando el CBL.

El tipo de cemento y los aditivos utilizados modifican la resistencia a la compresi n y las propiedades de atenuaci n que tiene el cemento sobre el cao.

Otro efecto a tener en cuenta es el espesor de la capa de cemento, que fue discutido en un punto anterior.

El tiempo de frag e es importante, para permitir que el cemento adquiera la resistencia a la compresi n necesaria para obtener una atenuaci n considerable.

Perfiles de CBL corridos antes de completar el tiempo de frag e muestran una mala cementaci n debido a la baja atenuaci n de la energa acstica.

Otro factor que puede tener importancia es el recubrimiento de pintura u otros elementos que suele tener el cao pues dependiendo de las caractersticas y el espesor del recubrimiento se puede llegar a perder adherencia entre el cemento y el casing.

Es muy importante la centralizaci n del cao, pues como se ha visto antes, los canales que se forman por esta causa afectan el CBL.

Otros factores de importancia a considerar son los efectos que introduce la calibraci n del instrumento.

VARIABLES QUE AFECTAN EL CBL

En caso de caeras bien cementadas puede ocurrir que frente a formaciones duras, con altas velocidades de propagaci n, la energa acstica que se propaga por la formaci n llegue al receptor antes o al mismo tiempo que la seal de caera; cuando se presente ese caso, aunque la atenuaci n de la seal de caera sea alta, dentro del tiempo que est abierta la compuerta electr nica estarpresente la seal de formaci n y por lo tanto la curva de CBL tendrun valor alto.

Otro factor determinante de la calidad de la adherencia de cemento y por lo tanto del CBL es la presi n interna de la caera. Ensayos experimentales han demostrado que cuando la separaci n entre el cao y la capa de cemento es mayor que 0,009" ya no se produce atenuaci n en la energa acstica que viaja por el cao.

VARIABLES QUE AFECTAN EL CBL

VDL (Variable Density Log) Del punto anterior se ve que san muchos los factores

que afectan en forma negativa los perfiles de CBL. Fundamentalmente es muy importante conocer la

adherencia del cemento a formaci n puesto que esa informaci n nos ayuda a interpretar distintos casos en que el CBL no muestra una perfecta adherencia a la caera (micro anillo, canalizaci n del cemento, formaciones de alta velocidad).

De toda esto se desprende que seria interesante poder disponer de un mecanismo que registre la seal acstica completa para poder ver las seales de caera y formaci n.

El REGISTRO DE MICROSISMOGRAMA (VDL)

VDL (Variable Density Log) En la figura se observa la tcnica

de registro de este perfil. A la seal que se recibe de la

herramienta se le recortan los semiciclos negativos y luego con esta informaci n se modula la intensidad de la seal de micro slsmograma logrndose una seal cuya intensidad aumente con la amplitud de los semiciclos positivos y se anula en los semiciclos negativos, quedando de esa manera un registro continuo de las variaciones del tren de ondas acstica del pozo.


CANERIA LIBRE

Un tren de ondas acstico de caera libre se caracteriza por los arribos constantes de caera como se ve en la figura.

Una anomala tpica es la presencia de la seal de culpas con caracterstica forma de W y el desplazamiento hacia la derecha de las lneas por el aumento del camino al corrido a lo largo de la cupla.

INTERPRETACI N DEL REGISTRO DE MICROSISMOGRAMA (VDL)

A medida que la herramienta se acerque al cuello, mas rapido llegara el rebote y la perturbacion (A)sera cada vez cercana en el tiempo hasta afectar al primer arribo de casing (B). A partir de aqui como la herramienta ahora se aleja, las perturbaciones se alejaran el tiempo hasta desaparecer del track por superar los 1.200 microsegundos (C)

200 usec1.200 usecTiempo en microsegundos

Onda transmitida

Se refleja al llegar al cuello y es detectada por el receptor

A

B

C

CANERIA y FORMACION BIEN CEMENTADAS

Este registro se caracteriza por la desaparici n de la seal de caera y por la coherencia de la seal de formaci n a lo largo del mismo.

En formaciones de alta velocidad se ve la seal de formaci n llegar a tiempos correspondientes a la seal de caera.


CANALIZACION DEL CEMENTO

En la figura se observa un ejemplo de correspondiente a una cementaci n en la que ha quedado un canal detrs de la caera sin adherencia de cemento.

La seal de caera es clara y se observan las cuplas y por otro lado se recibe una fuerte seal de formaci n indicando que parte de la periferia del cao tiene cemento bien adherido a l y a la formaci n.


BUENA ADHERENCIA A LA CANERIA y NO A LA FORMACI N

En el ejemplo de la figura se observa una caera en la que salvo un pequeo intervalo en la parte superior no se ve la seal de caera, indicando esto una buena adherencia del cemento a la misma.

La seal de formaci n en cambio, desaparece en algunos intervalos, esto indica una prdida de adherencia del cemento a este ltimo, existiendo por lo tanto posibilidades de comunicaci n entre el cemento y la formaci n a travs de esas zonas.


MSG A POZO ABIERTO

En la figura se ven dos MSG, uno a pozo abierto y el otro corrido en el mismo pozo luego de la cementaci n, la adherencia del cemento tanto al cao como a la formaci n es buena.

El MGS a pozo entubado presenta una seal de formaci n mas clara que el corrido a pozo abierto, sobre todo en las zonas donde el caliper presenta derrumbes, esto se debe a que al estar el espacio anular lleno de cemento existe un mejor acople acstico con la formaci n, en particular donde la pared del pozo es ms rugosa.


ENSAYO DE PRESION

En la figura se observan dos CBL-MSG reliadas antes y despus de un ensayo de presi n durante el cual se aplicaron 3000Psi en boca de pozo.

En el primer CBL se observa una buena adherencia de cemento tanto a la caera como a la formaci n, manifestada por la clara seal de formaci n en el MSG.

Despus de aplicar presi n observamos que en tres zonas aparece seal de caera, en estas zonas la formaci n no era lo suficientemente fuerte para soportar la expansi n del casing


Existen diferentes rangos de dimetro de CCL, para toda variedad de dimetros comerciales de caeras que son utilizados para la terminaci n de los pozos.

El CCL corresponde a los cambios de volmenes de metal como en los cuellos de DP, casing, etc.

Cuando la hta pasa por un cuello de la caera y cambia el volumen de metal, el flujo magntico entre dos imanes sufre una distorsi n.

Las aplicaciones son: Control de profundidad en caera y tuberas. Ubicaci n de severos daos en la caera o tubera. Conformaci n de la profundidad e intervalos baleados.

CASING COLLAR LOCATOR (CCL)

CONCLUSIONES

El CBL es una herramienta adecuada para evaluar una cementaci n si se tienen en cuenta las limitaciones que este presenta. En ciertas condiciones estas limitaciones pueden inducir a errores en la interpretaci n del CBL y es imperativo acompaar a este con un registro de MSG.

El perfil de MSG, debido a que registra la seal acstica completa que proviene de la herramienta permite lograr una excelente interpretaci n de la adherencia acstica del cemento tanto a la caera como a la formaci n.

Es importante tener presente que la combinaci n MSG provee una indicaci n de la adherencia acstica del cemento y no de la cantidad de cemento que hay detrs del casing.


REGISTRO CBL-VDL-CCL

CCL. Casing collar locator

EVALUACI N CUANTITATIVA DEL REGISTRO CBL

CEMENT EVALUATION TOOL (CET)

ULTRASONIC IMAGING (USI)

EJEMPLO DE UN PERFIL EN

AGUJERO ENTUBADO

23

CBLIMAGEN

ACUSTICA VDLDELTA T

EJEMPLO DE UN PERFIL EN

AGUJERO ENTUBADO

23

CBLIMAGEN

ACUSTICA VDLDELTA T

evaluación de cementación

Documents