libro de cementos petroleros pet219

Programa de Cementros Petroleros PET-219

Pet-219 Arturo Lpez G. Pgina 1

PROGRAMA DE CEMENTOS PETROLEROS PET-219

CEMENTOS API INTRODUCCION TEMA I

Competencia : El estudiante conoce la disponibilidad de cementos petroleros API,

su uso y sus propiedades fisicoqumicas, de la misma forma para los cementos

especiales que se usan en la industria petrolera .

INTRODUCCIN

1.1. MBITO DE APLICACIN DEL PROGRAMA

El proceso de cementacin de un pozo petrolero es usado alrededor del

mundo, y ha crecido en complejidad, con muchas personas, organizaciones, y

tecnologas que han contribuido al estado del arte. Para ayudar al ingeniero

practicante con el planeamiento y evaluacin del trabajo, esta monografa ha

sido escrita como una referencia comprensiva con informacin acerca de la

variedad de materiales y tcnicas usadas en la cementacin de un pozo.

Los captulos estn dedicados a cementos, aditivos, pruebas, planificacin de

trabajo, y la ejecucin de trabajo de cementacin primaria, cementacin

squeeze, y operaciones de taponamiento.

La importancia de planificacin en alcanzar el aislamiento zonal es destacada.

Tambin dan cobertura al equipo mecnico y de bombeo, mezcladores,

sistemas de manejo de masa, y varios instrumentos subsuperficiales usadas

para colocar el cemento correctamente.

El programa muestra la secuencia lgica de las operaciones de cementacin de

un pozo para proporcionar al ingeniero petrolero los conocimientos bsicos del

trabajo para mejores prcticas de cementacin.

1.2. OBJETIVOS DEL TEXTO

Tiene dos propsitos:

1. Proveer al ingeniero petrolero responsable del proceso de cementacin

informacin que lo ayudar a juzgar segn sus propios mritos varias

tcnicas de cementacin y saber qu resultados pueden ser esperados.

2. Proporcionar un anlisis comprensivo del estado del trabajo.



1.3. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACIN

La cementacin de un pozo petrolero es el proceso de mezclar de cemento y

agua ( lechada) y bombearlo a travs de la caera de acero a puntos crticos

en el anular que se encuentra alrededor de la caera o en el agujero abierto

debajo de la sarta de caera. (Figura 1.1)

Las dos principales funciones del proceso de cementacin primaria son

restringir el movimiento de fluido entre las formaciones y para adherir y sostener

la caera.

En adicin el aislamiento de zonas productoras de petrleo, gas y agua, el

cemento tambin ayuda a:

1. Proteger la caera de la corrosin

2. Prevenir reventones mediante la rpida formacin de un sello.

3. Proteger la caera de impactos de cargas en perforaciones ms

profundas.

4. Y sellar zonas de prdida de circulacin, o zonas ladronas (que absorben

el fluido

El trabajo de una cementacin primaria consiste , en lo siguiente una vez

que la caera esta en fondo del pozo , hay que acondicionar el lodo ,

para luego reemplazarlo por una lechada que se prepara en superficie .

Antes de bombear la lechada se larga el tapn inferior, el cual l lega

hasta el collar flotador, por detrs s\ del tapn se bombea la lechada

luego el tapn superior, que se desplaza con agua o lodo. El tapn

superior asienta sobre el tapn inferior.



Fig 1-1



1.4.- ANTECEDENTES HISTRICOS

PRIMEROS TRABAJOS.- La industria estadounidense de petrleo

tradicionalmente data sus principios con la perforacin del pozo Draque en

1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada para

cerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arena

petrolfera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la Unin

Petrolera Co, es la primera vez que usa una lechada en la industria petrolera.

Este pozo antes de bombearle una lechada tenia la siguiente Produccin : 80

% de agua , 20 % Oil

Luego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras despus de

dejar el pozo 28 das sin actividad tenemos la siguiente produccin de lquidos:

90 % de ol, 10 % de agua. Hoy en da esta tcnica se usa

Le aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla que

consiste en 50 sacos de cemento portland puro. Despus de 28 das el cemento

fue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforacin a travs

de la arena petrolfera, la zona de agua haba sido efectivamente aislada. Esto



se convirti en una prctica aceptada y pronto se propag a otros campos en

California donde dificultades similares eran encontradas.

En el ao 1920 Halliburton logra perfeccionar las operaciones de cementacin,

teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y presin sobre las lechadas y el

cemento fraguado, hasta ese ao no se utilizan aditivos, a la fecha se conocen

ms de 60 tipos de aditivos.

1.5 .- A QUE SE LLAMA CEMENTOS.

Pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas, es decir capaz de

unir fragmentos de masas o de materiales slidos en un todo compacto, tal

definicin involucra a un gran # de materiales o sustancias diferentes, teniendo

muy poco en comn una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una de

ellas importancia tcnica diferente. Los cementos que se usan en la industria

petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta de

referirse a este tipo de cementos es hablar de cementos calizos.

1.6.- FABRICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND

Son el resultado de mezclar Clinker + Yeso ( Sulfato de calcio ) , en una

proporcin de (95 -97 %)/ (5 -3 % )

CLINKER

Es un compuesto qumico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamos

caliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de los

materiales ( 2:1 , 1:3/4 ) , que tiene un proceso de fusin a 1400 1600 *C.

Calizas

Pueden ser de diferentes tipos como ser:

El carbonato de calcio (CO3Ca), abundan en la naturaleza para fabricar el

cemento portland es adecuado el procedente de todas las formaciones

geolgicas , la formas ms puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse la

Creta y las Margas



Arcillas

La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esencia

son productos de meteorizacin de silicatos de los metales alcalinos y

alcalinotrreos, en especial los de feldespato y micas.

Pueden ser del grupo del caoln y/o montmorillonita.

Veamos el rea superficial de estas arcillas

Caoln aproximadamente 15 m2 / gr

Momtmorillonita aproximadamente 800 m2 / gr

1.7.- HORNO ROTARIO PARA PRODUCIR CLINKER VIA SECA

RECUPERACION DE MATERIAS PRIMAS

Tanto las arcillas como la caliza se las obtiene de las canteras, dependiendo de la

dureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este material

se lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamao adecuado

para llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormente

indicadas.

PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO

1.- ZONA DE DESHIDRATACION 100 0C

La temperatura en esta zona es de 100 0C, se pierde toda el agua libre que tiene la

materia prima.



2.- ZONA DE DESCARBONIZACION 400 0C

Es donde toda la caliza se descompone.

CO3Ca ( s) ------------------- CO2 ( gas ) + CaO(s)

En esta zona todo el material orgnico es eliminado. Si existen sulfatos se observa

eliminacin de los xidos de azufre ( SO2 y SO3).

Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contacto

con el agua reaccinan, para formar cidos, carbnico , sulfrico y sulfuroso.

Pueden tambin volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida de

materiales como gases puede llegar a ser hasta un 30 % de la carga inicial.

3.- ZONA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Es ac donde empiezan a reaccionar los xidos, esta es una zona de calcinacin,

el 20 30 % del material se funde y tiene lugar la formacin del clinker. En esta

zona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestos

cristalizados, la temperatura de 14001600 0C es muy importante para la calidad del

clinker.

El giro del horno mediante sus motores, su inclinacin de 10 a 20 grados hacen que

el material se vayan formando bolitas de hasta 2, esto es lo que sale del horno y se

llama clinker, al salir del horno tiene un enfriamiento programado luego pasa a una

serie de molinos donde se lo muele para darle una superficie especifica requerida (

cm2 / gr ) , luego hay que mezclarlo con yeso y se lo envasa. El yeso tiene la

finalidad de darle caractersticas hidrulicas al clinker y retardar su tiempo de

endurecimiento, e incrementar su resistencia.

PROCESO ESQUEMATICO VIA SECA

Caliza + Arcilla Chancado Transporte Molienda Horno

Enfriamiento Clinker Mezcla Yeso + Clinker

COMPOSICION QUIMICA DEL CLINKER

CO3Ca + Arcilla Clinker * Composicin

- SC3 ---- 3 CaO.SiO2 Silicato tricalcico. Alita



- SC2 ---- 2 CaO.SiO2 Silicato dicalcico. Belita

- AC3 --- 3CaO. Al2O3 . Aluminato tricalcico

- AFC4 4 CaO.Fe2O3 Al2O3 . Aluminato ferritatetracalcico

Hablemos un poco de la funcin de cada uno de los componentes del Clinker

SC3

Es el contribuyente mayoritario del cemento Portland 45 65 %. Es responsable

de la mayora de las reacciones hidrulicas en el estado inicial. Se encuentra

presente en el cemento de una manera impura. La formula real es:

54 CaO. 16SiO2 Al2O3. Mg O

Es el componente que influye en todas las etapas del frague del cemento, pero

especialmente en la etapa de endurecimiento hasta los 28 das.

SC2

Es el segundo componente del cemento portland entre 15 35 %. Existen 4 tipos

de cristales poliformes ( alfa , alfa prima , beta y gamma ). Predomina la forma Beta

, que tiene la siguiente formula qumica

Ca87 Mg.Al. Fe (Na0.5 KO0.5 ) (Al Si42 O180 )

Debido a que la velocidad de hidratacin es baja comparada con la del SC3 , no

tiene un rol importante en el desarrollo de la resistencia en tiempos cortos, si en

tiempos mayores a 28 das.

AC3

Pose una gran velocidad de hidratacin porque es importante en las primeras

reacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componente

minoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en la

resistencia final al ataque de las aguas sulfatadas.

Su formula general es :

((Ca ,Mg)72- (n+m)(Na(2n+m)))72 + n ((Al,Fe)48 (m+2) (Sim + Z ) ) O144

Las especificaciones del API permiten hasta un 15% - AC3 , para aquellos cementos

que tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los



cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm de

sulfatos se llaman sulfatadas Cuidado en la eleccin del cemento )

AFC4

No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en el

cemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indica

que la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener una

mxima resistencia a los sulfatos.

El Clinker tiene otros componentes de menor importancia como ser :

Trialuminato pentacalcio 5 CaO 3Al2O3 --- C5 3 A

La ferrita dicalcica 2 CaO Fe2O3

K2 O , Na2 O , MnO2

Estos no son importantes, porque estn en concentraciones menores al 2 %.

COMO REACCIONAN LOS COMPONENTES DEL CLINKER CON EL AGUA

EL SILICATO TRICALCICO

2 ( 3 CaO . SiO2 ) + 6 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + 3 Ca(OH)2

RAPIDA TOBERMARITA

EL SILICATO DICALCICO

2 ( 2 CaO . SiO2 ) + 4 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + Ca(OH)2

LENTA

ALUMINATO TRICALCICO

3 CaO. Al2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 3CaO. Al2O3 Ca(OH)2 . 12 H2O

RAPIDA

ALUMINATO FERRITA TERACALCICA

4 CaO.Fe2O3 Al2O3 + + 10 H2O + 2Ca(OH)2 6 CaO Fe2O3 Al2O3.12 H2O

LENTA

Las reacciones qumicas nos indican que las principales reacciones dan como

producto la TOBERMARITA . 3 CaO.SiO2 3 H2O , QUE ES UN GEL

COMPUESTO DE PARTICULAS MUY FINAS., QUE TIENEN UN GRAN AREA

SUPERFICIAL POR LO TANTO MEDIANTE FUERZAS ATRACTIVAS SE

ABSORBEN SOBRE TODOS LOS CRISTALES PRESENTES Y LOS UNE.



El exceso de agua que no se utiliza durante la hidratacin de los componentes del

clinker

, hace que el cemento fraguado pierda su resistencia, lo hace mas poroso y

permeable. Siempre debemos buscar que la lechada de cemento tenga la densidad

programada cuando vamos a cementar el zapato gua y las piezas de caera

cercanas al zapato.

COMPOSICION QUIMICA DE LOS CEMENTOS API

CEMENTO COMPONENTES MOLIENDA

API CLASE SC3 SC2 AC3 AFC4 Cm2 / gr

A 53 24 8 8 1500-1900

B 47 32 5 12 1500-1900

C 58 16 8 8 2000- 2800

D E 26 54 2 12 1200-1600

G , H 50 30 5 12 1400-1700

Los cementos API ms usados en la industria petrolera son el G y H. Un anlisis

qumico va seca de estos cementos nos da la siguiente composicin qumica.

Compuesto Formula Abreviatura % p/p

Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.43

Oxido de calcio CaO (C ) 64.70

Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 4.10

Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80

Magnesia MgO 1.9

Trixido de S SO3 1.67



Oxido potasio KO2 0.08

Cenizas 0.54

Analizando la composicin qumica de los cementos, podemos concluir:

Que en contacto con los lodos que tienen bentonita van a producir la floculacin de

la bentonita, el incremento del ph a valores > a 12, lo que resulta negativo

para los polmeros que tiene el lodo.

Si se reperfora cemento con lodos base aceite, la presencia de alta concentracin

de cal viva CaO, favorece al rendimiento de lo emulsionantes.

El control de la calidad de los cementos API es muy importante. Para esto tenemos

que solicitar un anlisis va seca. El API nos da la siguientes ecuaciones, que

deben usar para conocer a partir del anlisis la cantidad de los cuatro

componentes del clinker, estas ecuaciones son :

SC3 = 4.07 C 7.6 S 6.72 A 1.43 F 2.85 SO3

SC2 = 2.87 S 0.754 SC3

AC3 = 2.65 A 1.69 F

AFC4 = 3.04 F

Estas ecuaciones pueden ser usadas solo si la relacin Al2O3 / Fe2O3 , > a 0.64

Compuesto Formula Abreviatura % p/p

Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.2

Oxido de calcio CaO (C ) 65.60

Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 2.8

Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80

Magnesia MgO 1.9



Trixido de S SO3 1.8

Oxido potasio KO2 0.08

Cenizas 0.70

Verifiquemos la relacin anterior 5.8 / 2.8 = 2.07 > a 0.64

SC3 = 4.07(65.6) 7.6 (22.2) 6.72(5.8) 1.43 (2.8) 2.85 (1.8) = 50.2

SC2 = 2.87 (22.2) 0.754 (50.2) = 25.86

AC3 = 2.65 (5.8) 1.69 (2.8) = 10.64

AFC4 = 3.04 (2.8) = 8.51

Hemos mencionada que una vez esta molido el clinker tenemos que mezclarlo con

yeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso , esto porque el clinker tiene una velocidad rpida de

hidratacin al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energa Hidrulica ,

esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores ,el yeso

para retardar el frague, del cemento as obtenido se lo puede mezclar con agua ,

esta mezcla llega a fraguar pero depende de muchos factores.

El frague de la lechada es la generacin continua de la resistencia, es decir la

Consolidacin de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambios

qumicos debido a la hidratacin de sus componentes producindose una

cristalizacin de los mismos que generan una resistencia en los cementos en el

estado de frague.

En el proceso de hidratacin frague ocurre lo siguiente. Veamos desde el punto

de vista qumico y fsico el frague.

Desde punto de vista qumico.

La hidratacin del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos al

Principio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Clcicos

donde el azufre lo provee el yeso. En esta etapa el CaO libre que puede existir

tambin se hidrata dando lugar a los Ca(OH)2 . Luego de 24 horas de iniciado el

proceso empieza la hidratacin del AC3 cristalizando junto con el remanente de

CaO, mientras que el SC2 , menos bsico y el hidrato de silicio forman un gel

coloidal . La hidratacin del SC3 no se completa hasta los 28 das, donde en este

tiempo ya empieza a cristalizar.



Podemos nosotros hacer un resumen ms fcil:

La cristalizacin inicial de la lechada y la consolidacin se debe a la hidratacin del

AC3 y la hidratacin parcial del SC3 , el aumento posterior de la consistencia se

debe a la hidratacin continua del SC3 y SC2 que continua hasta que el cemento

llega a un estado de equilibrio

FRAGUE DESDE EL PUNTO FISICO

Primera etapa.- Frague inicial ocurre cuando la lechada pierde toda su

Plasticidad y se vuelve friable al grado tal que dos fragmentos de una mezcla rota

no pueden formar una masa homognea cuando se la pone en contacto intimo. La

plasticidad no se la recupera aun colocando los pedazos en agua.

Segunda etapa.-

Luego del fraguado inicial el cemento sufre cambios fsicos debido a que contina la

hidratacin, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayor

dureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como la

condicin que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una aguja

penetracin de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat.

Todos los alumnos deben buscar como se mide la consistencia de la lechada

en este aparato)

Tercera etapa.

Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 das, y como

consecuencia de nuevos ajustes qumicos que dan como resultado un aumento

gradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de endurecimiento,

este periodo es muy importante en las operaciones de cementar caeras, mientras

ms largo este tiempo ms antieconmico es para la operadora, para acortar estos

tiempos se han diseado los aditivos, para bajar este periodo a horas.



Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunos

compuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados

- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia , hay

que aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor rea

superficial ( mayor molienda)

- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC3 y de AC3

, mas rpido es el frague inicial.

- Si se quiere retardar el frague se debe controlar el contenido de SC3 y de

AC3 , y la molienda debe ser ms gruesa.

- Las aguas subterrneas que se encuentran durante la perforacin contienen

sales disueltas , las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles a

pequeos % de esta sales , por ejemplo :

- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho ms que

las de ClNa.

- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague,

aunque a veces lo aceleran.



- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual manera

cualquier aditivo que en solucin genere iones OH-

- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos trreos adems de afectar el

tiempo de frague pueden causar desintegracin del cemento fraguado, por

largos tiempo de contacto con el cemento fraguado.

- Las soluciones de SO4Na2 , SO4Mg , causan falta de solidez o fuerzas en el

cemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone en

contacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo un

hinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado una

cristalizacin con expansin originando disgregacin del cemento. Se tiene

igual comportamiento si el contenido de CaO es alto.

- Los cementos que tienen < del 3 % de AC3 , son inmune al ataque de las

aguas sulfatadas.

- Cuando las lechadas son contaminadas con los lodos de perforacin, se ven

afectadas las propiedades de las lechadas y del cemento fraguado , esto es

por el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4= , CO=3 ,

OH- , Cl- , CO3H- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidas

celulosa polianionica,etc.)

Es importante tener en cuenta que la molienda del cemento influye en el tiempo de

frague. La mayora de los cementos API estn molidos de manera que el 85 % del

mismo pasan por la malla # 200.

Veamos lo siguiente que nos permite ver lo importante de la molienda, tenemos un

mismo tipo de cemento, pero lo molemos de diferentes granulometra.

Muestra #1

Se la muele de manera que el 95 % ,pase por la malla # 200 , preparamos una

lechada en condiciones de presin y temperatura , el tiempo de frague fue de 55

minutos.

Muestra #2

Se la muele hasta que un 75% pase por la malla # 100 ; nuevamente preparamos

la lechada en condiciones similares de P y T , y su tiempo de frague es de 170

minutos.



Es importante entender el concepto de que todo cemento fraguado debe tener un

volumen similar al volumen de lechada que lo origino, esto no ocurre siempre as

depende del agua de mezcla. Existe un % de agua critico para formar la lechada ,

donde no hay separacin de agua de mezcla , un exceso del agua genera un mayor

volumen de lechada pero un menor volumen de cemento fraguado , ya que el resto

se separa como agua libre.

Como se observa en las figuras el agua libre se separa en la parte superior , para la

cantidad de agua libre que se libera de una lechada influye el agua usada para la

mezcla , el envejecimiento del cemento , la forma como ha estado almacenado el

cemento , es muy importante recordar que le cemento es un material higroscpico

toma con facilidad la humedad, cemento que se lo observa duro con bolas no debe

utilizarse para preparar las lechadas , otro factor importante es el contenido de

aceite en el lodo , que si se mezcla con la lechada retarda el frague de la lechada ,

produce falta de adherencia a la formacin y tubera , produce grietas por donde

puede migrar el gas.



1.8.- CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS

Un cemento determinado se lo fabrica de acuerdo al requerimiento del cliente (sea

para la construccin o la industria petrolera) , por esa razn los cemento varan en

su composicin qumica y fsica , molienda , segn sea la necesidad . Para regular

las especificaciones se han creados institutos que dictan las normas para regular

la fabricacin de los cementos entre ellos estn:

A.C.I AMERICAM CONCRETE INSTITUTE (INSTITUTO AMERICANO DEL

CONCRETO)

A.S.T.M. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS

(SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEBAS DE MATERIALES)

Es el encargado de dictar las normas para los cementos a usar en la industria de la

construccin, provee especificaciones para 5 tipos de cementos portland tipo I ,II, III

,IV , V. Todos son elaborados para condiciones de presin temperatura atmosfrica.

API AMERICAM PETROLEUM INSTITUTE

Provee especificaciones para los cementos clase A,B,C,D.E.F.G.H,J. Usados bajos

condiciones de presin y temperatura. Los cementos clase A, B , corresponden a

los cementos del ASTM I,II y III . Los tipos IV y V , no tienen correspondencia con el

API.

CLASIFICACINES API.- La industria petrolera compra cementos fabricados

predominantemente conforme a las clasificaciones API como se publicaron en las

normas API 10, " Datos especficos para Cementos de Pozos Petroleros y Aditivos

de Cemento. Estos datos han sido publicados anualmente por el Instituto

Americano de Petrleo en Dallas, Texas, desde 1953, cuando las primeras normas

nacionales sobre el cemento para su empleo en pozos fueron publicadas (emitidas).



Estos datos especficos son repasados cada ao y revisados segn las

necesidades de la industria petrolera. Las diferentes clases de Cemento API para

su empleo a temperaturas y presiones de fondo de pozo estn definidas abajo. Ellos

estn catalogados en las normas API de fecha 10 junio de 2004.

CLASE A.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Disponible slo

en el tipo ordinario (similar a ASTM C 150, tipo I)

.

CLASE B.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando las condiciones requieren de moderada a alta sulfato

resistencia. Disponible en ambos tipos: moderadamente (similar a ASTM C 150,

tipo II) y altamente resistentes al sulfato.

CLASE C- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de

profundidad, cuando las condiciones requieren de un alto endurecimiento

temprano. Disponible en los tipos: ordinario y moderadamente (similar a ASTM

C 150, tipo III) y altamente resistentes al sulfato.

CLASE D.- Dirigido para el empleo desde los 6000 a los 10 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de moderadas presiones y temperaturas.

Disponible en ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

CLASE E.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 14 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de altas presiones y temperaturas. Disponible en

ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

CLASE F.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 16 000 pies de

profundidad, bajo condiciones de extremadamente altas presiones y

temperaturas. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y altamente

resistentes al sulfato.

CLASE G.- Dirigido para su empleo como un cemento bsico de pozo desde la

superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con aceleradores

y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de pozos y

temperaturas. No adicionar otros aditivos ms que el sulfato de calcio o el agua,

o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la fabricacin del

cemento para pozo Clase G. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y

altamente resistentes al sulfato.



CLASE H.- D Dirigido para su empleo como un cemento bsico de pozo desde

la superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con

aceleradores y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de

pozos y temperaturas. No adicionar otros aditivos ms que el sulfato de calcio o

el agua, o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la

fabricacin del cemento para pozo Clase H. Disponibles en ambos tipos:

moderadamente y altamente resistentes al sulfato.

La tabla 2.5 lista las clases de cemento API e indica las cules son las

profundidades a las que son aplicables.

1.8.

1.8 PROPIEDADES DE LA COBERTURA DE CEMENTO SEGN LAS

ESPECIFICACIONES API

En las operaciones de terminacin de pozo, los cementos son casi

universalmente usados para desplazar el lodo de perforacin y para llenar el

espacio anular entre la caera y el agujero abierto. Para cumplir este propsito,

los cementos deben ser diseados para ambientes de pozo variando desde

aquellos que se usan en la superficie a aquellos que estn a profundidades

excedentes de los 30000 pies de profundidad, donde las temperaturas recorren

por debajo de la congelacin en reas congeladas a ms de 700F en pozos

perforados para la produccin geotrmica a vapor. Los datos especficos no

cubren todas las propiedades de cemento sobre tales amplias gamas de

profundidad y presin.



Estos, sin embargo, catalogan las propiedades fsicas y qumicas de las

diferentes clases de cemento que encajarn en la mayora de las condiciones

de pozos. Estos datos especficos incluyen el anlisis qumico y el anlisis

fsico. Estos anlisis comprenden: el contenido de agua, la fineza, la fuerza

compresiva, y el tiempo de espesamiento.

Aunque estas propiedades describen los cementos para objetivos especficos,

los cementos para pozos petroleros deben tener otras propiedades y

caractersticas para asegurar las funciones necesarias en fondo de pozo.

Las exigencias fsicas y qumicas de las clases de cemento API como se

definieron en las Normas API 10 son mostradas en las tablas 2.6 y 2.7. Las

propiedades fsicas tpicas de varias clases de cemento API son mostradas en

la tabla 2.8.

Las especificaciones de la API no son hechos cumplir por una agencia oficial;

sin embargo, el empleo del monograma API indica que el fabricante ha estado

de acuerdo con hacer el cemento segn los datos especficos perfilados en las

Normas API 10. Aunque el API defina ocho clases diferentes de cemento, slo

las clases A, B, C, G, y la H estn disponibles por los fabricantes y son

distribuidos en los EE UU.



1.9.- NORMAS DEL CEMENTO FUERA DE LOS E.E.U.U.

En la cementacin de pozos en pases distintos a EE UU, puede ser necesario

usar productos locales. La tabla 2.9 cataloga las clasificaciones que han sido

establecidas en varios pases para los tipos ms comunes de cemento de

Portland usados para la construccin.



Para algunos cementos, se hicieron clasificaciones adicionales por ejemplo,

OCI (el Tipo de Cemento de Portland Ordinario I), OCII, OCIII. Sin embargo,

tales clasificaciones causan problemas en la fijacin de una lnea divisoria clara

entre tipos, porque OC tipo II o III puede fcilmente ser confundida con el

cemento RHC o HSC.

En algunos pases un fabricante especfico puede, por velocidad y simplicidad,

usar un smbolo para identificar varios tipos de cemento. La tabla 2.10 cataloga

identificaciones equivalentes para varios tipos de cemento Portland, usados por

algunos pases comnmente asociados con la industria petrolera



Abajo estn listadas algunas Fbricas que mantienen el monograma de la API y

mercado de los cementos para la industria Petrolera.

Argentina Loma Negra, C.I.A., S.A.

Australia Adelaide Brighton Cement Ltd.

Blgica Compagnie des Ciments Belges

Brasil Companhia De Cemento Portland Alvarado

Cemento Aratu S.A. (Lone Star Industries)

Canad Canada Cement Lafarge Ltd.

Genstar Cement Ltd.

Colombia Cementos Hrcules

Dinamarca Aktieselskabet Aalborg Portland cement Fabrik

Ecuador La Cemento Nacional C.E.M.

Inglaterra Blue Circle Industries Ltd.

Francia Lafarge

Alemania Dyckerhoff Zementwerke Ag.

Grecia Titan Cement

Italia Italcement S.P.A.

Irlanda Irish Cement Ltd.

Japn Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd.

Nihon Cement Co. Ltd.

Sumitromo Cement Co.

Ube Industries Ltd.

Mxico Cementos Apasco S.A.

Cementos Veracruz S.A.

Noruega A/S Norcem

Arabia Saudita Saudi Cement

Singapur Pan Malaysia Cement Works Ptd. Ltd.

Tailandia Jalaprathan Cement Co. Ltd.

Trinidad Trinidad Cement Ltd.

Estados Unidos Arkansas Cement

Capital Cement Inc.

General Portland Inc.

Ideal Basic Industries Inc.

Kaiser Cement Corp.

Lehigh Portland Cement Co.

Lone Star Industries Inc.

The Monarch Cement Co.

Southwestern Portland Cement Co.

Texas Cement Corp.

1.10.- CEMENTOS ESPECIALES

Un nmero materiales cementantes, usados muy efectivamente para la

cementacin de pozos, no estn dentro de una Clasificacin especfica de la

API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo una

especificacin reconocida, sus calidades y uniformidad estn generalmente

controladas por el distribuidor.



Estos materiales incluyen:

1. Cementos Puzzolanos Portland

2. Cementos Puzzolano Cal

3. Cementos de Resina o Plstico

4. Cementos de yeso

5. Cementos diesel petrleo

6. Cementos Expansivos

7. Cementos Refractarios

8. Cementos de Ltex

9. Cementos para ambientes de congelacin permanente

Cementos Puzzolnicos.- Los Puzzolnicos incluyen cualquier material con

silicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de cal

y agua desarrollen caractersticas cementantes. Estos pueden estar divididos en

Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormente

de origen volcnico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos mediantes el

tratamiento de calentamientos de materiales naturales tales como arcillas,

lutitas y algunas rocas silceas.

El Fly Ash es una Combustin producto del carbn y es ampliamente usado en

la industria petrolera como una Puzolana. Este es la nica puzolana respaldado

por ambas especificaciones tanto la API como ASTM.

Cuando el cemento Portland se hidrata, el hidrxido de calcio es liberado. Este

qumico por s mismo no contribuye en la dureza o en el estrechamiento del

agua y puede ser removido mediante la lixiviacin. Cuando el Fly Ash est

presente en el cemento, se combina con el hidrxido de calcio, ambos

contribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.

El Fly Ash tiene una gravedad especfica de 2.3 a 2.7, dependiendo de la

fuente, comparado con la gravedad especfica del los Cementos Portland de 3.1

a 3.2. Esta diferencia en gravedad especfica da como resultado una lechada de

cemento Portland de peso ms liviano que las lechadas de consistencia similar

hechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la

API para el Fly Ash).



Cementos Puzzolnicos con Cal.- Los cementos puzzolnicos con cal o cal

silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, y

pequeas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con

agua para producir formas de Silicato de Calcio. A bajas temperaturas sus

reacciones son ms lentas que reacciones similar con Cementos Portland, y

adems generalmente son recomendadas para cementaciones primarias a

temperaturas superiores a los 140 F.

Las caractersticas de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores de

la retardacin, peso liviano, econmicos, y poseen una dureza estable a altas

temperaturas.

Cementos Plsticos o con Resina.- Los cementos plsticos o con resinas son

materiales especialmente usados selectivamente para taponamientos de

agujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementacin para

disposicin de desechos. Son usualmente mezclas de agua lquida con resinas,

y un catalizador mezclado con un Cemento API Clase A, B, G, o H. La nica

propiedad de estos cementos es que cuando la presin es aplicada a la lechada

la fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un



sello dentro de la formacin. Estos cementos son especialmente usados en

pozos con volmenes relativamente pequeos. Son efectivos a temperaturas

que van de un rango de 60 a 200 F.

Cementos de Yeso.- Los cementos de yeso son usados para trabajos de

remediacin de una cementacin. Normalmente, estn disponibles en:

1. Una forma semihidratada de yeso (CaSO4 * H2O) y

2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 *

2H2O).

Las nicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse

rpidamente, su alta dureza temprana, y su expansin positiva

(aproximadamente 0.3%). Los cementos de yeso son mezclados con Cementos

API Clase A, G, o H en un rango de 8 a 10% de concentracin para producir las

propiedades tixotrpicas. Esta combinacin es particularmente til en pozos

someros para minimizar los recursos de emergencia despus de su

desplazamiento (Ver figura 3.16).

Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material

de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo donde

no hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la prdida de circulacin,

los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volmenes iguales de

cementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble y

permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen

propiedades de ubicacin muy rpidas y pueden ubicarse prematuramente

durante el desplazamiento. (Ver seccin 3.6, concerniente a la prdida de

circulacin).

Cementos Diesel oil.- Para controlar el agua en la perforacin o en la

produccin de pozos, las lechadas de Cementos Diesel Oil son

frecuentemente usadas. Estas lechadas estn bsicamente compuestas de

Cementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosn con un

agente activo en superficie. Los cementos diesel oil tienen tiempos de

bombeabilidad ilimitados, y no se ubicarn a menos que sean desplazados en

una zona con asientos de agua: all la lechada absorbe agua y sita un cemento

denso y duro.

La funcin del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario para

humedecer las partculas de cemento. Algunas composiciones de cemento

diesel oil contienen un anin surfactante cuyo efecto es extender la reaccin o



tiempo de espesamiento para permitir una penetracin adicional a la formacin.

El cemento diesel oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo de

agua, pero tambin puede ser usado para reparar fugas en la caera, para

combatir algunos problemas de prdida de circulacin, para taponar canales

detrs de la tubera y para controlas la penetracin de la lechada. (Ver figura

2.5).

FIGURA 2.5.- EL PASO DE FLUJO DE AGUA ES CERRADO USANDO CEMENTO DIESEL OIL

Cementos Expansivos.- Para algunas condiciones de fondo de pozo es

deseable tener un cemento que se expandirn a travs del filtrado de lodo y de

la tubera. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composiciones

que se expanden ligeramente cuando se ubican. Estas reacciones que causan

esta expansin son similares al proceso descrito en la literatura de cementacin

como Ettringite. Ettringite es el proceso de formacin de un cristal que toma

lugar entre los sulfatos y el aluminato triclcico componente en el Cemento

Portland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 *

3CaSO4 * 32H2O) son tipo Portland a los cuales se les ha aadido un Anhdrido

Sulfoaluminato de Calcio (4CaO * 3Al2O3 * SO3), sulfato de calcio (CaSO4), y cal

(CaO).

Pozo productor

de agua y de

petrleo

Squeeze con

lechada de

cemento Diesel oil

El pozo produce

slo petrleo



FIGURA 2.6.- CRISTALES ETTRINGITE EN EL CEMENTO

Concurrentemente hay tres tipos de Cementos expansivos comerciales:

1. Tipo K.- Los cuales contienen Sulfoaluminato de calcio como

componente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de los

fabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, la

reaccin creada por la hidratacin de expansin es aproximadamente de

0.05 a 0.20%.

2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cemento

de alto C3Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un

10 a 15% de yeso. Las caractersticas expansivas son similares a

aquellas del tipo K.

3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la aadidura de pequeas

cantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producir

fuerzas expansivas.

Hay otras formulaciones de cemento expansivo:

a) API Clase A (cemento Portland) conteniendo de un 5 a 10% de formas

semihidratadas de yeso. (Las caractersticas expansivas de los cementos

API Clase A y Clase H contienen yeso sulfato de calcio son

comparadas en la Tabla 2.12)



b) Cemento API Clase A, G, o H conteniendo cloruro de sodio en

concentraciones que van de un rango de 5% a la saturacin.

La expansin es causada por las reacciones del silicato de cloro (Ver

Seccin 3.9 para una discusin de otros beneficios de la sal.)

c) Cementos Puzzolnicos. Fuerzas expansivas son creadas cuando el

lcali reacciona con un cemento Clase A, G, o H para formar cristales de

Sulfoaluminato.

En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificacin

en los estndares de la API para medir las fuerzas expansivas de los cementos.

La mayora de los laboratorios usan la prueba expansiva de bar, empleando un

molde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento. La fuerza expansiva es

medida cortamente despus de la ubicacin del cemento por una base de

referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansin

mxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidrulica tambin han sido

usadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos.

Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementos

con alto contenido de almina fabricados con la mezcla de bauxita

(aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertos

con crisol hasta que est licuado. Dos de los ms ampliamente usados

cementos con alto contenido de almina son los llamados Lumnite (fabricado

por Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra y

Francia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star



Lafarge Inc.). los anlisis de estos materiales difieren de los cementos Portland

porque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricacin del

Cemento Portland.

Los anlisis tpicos de estos cementos refractarios muestras que contienen

aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeas cantidades de Silicato y

Hierro. Los Aluminatos de Calcio en estos cementos producen un

endurecimiento rpido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque de

qumicos corrosivos.

Los cementos con alto contenido de almina son usados en pozos con

combustin in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 F

durante el proceso de quemado.

Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer las

condiciones individuales de cada pozo, pero las caractersticas de retardacin

se diferenciarn de los cementos Portland. La adicin de Cemento Portland a

los Cementos refractarios causarn una ubicacin rpida adems, cuando

ambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de forma

separada.

Cementos de Ltex.- Mientras que el Cementos de ltex es a veces clasificado

como un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos API

Clase A, G, o H con ltex lquido o en polvo. Estos ltex con qumicamente

conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones de

feniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtrado

de una lechada de cemento en los pozos. El Ltex lquido es aadido en

relaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El ltex en polvo no

congela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportado

al lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el ltex lquido son mostradas

en la tabla 2.13.



Cementos de Congelacin Permanente.- Los problemas especiales aparecen

en el conductor de cementacin y en la superficie de la caera en medios

ambientes congelados. A travs del rtico hay formaciones con cojinetes de

hielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden ser

descritos como suelos congelados en algunas reas y en otros como bloques

de hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente conveniente

usarlo para una colocacin rpida, con un cemento con calor de hidratacin

bajo que no derretir el suelo congelado (Ver seccin 14.10 Ambientes

Congelados).



FIGURA 2.7.- REAS DE CONGELACIN PERMANENTE EN NORTE

AMRICA.

Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso y

de cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla de

cemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicar a los15F antes

de su congelamiento. Para la superficie de la caera estas lechadas son

normalmente diseadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, an

as el desarrollo de dureza es un poco rpido y vara un poco a temperaturas

entre 20 y 80 F.

1.1. SUMARIO

En las ltimas dos dcadas, la estandarizacin de los cementos y su uso en los

campos ha sido grandemente simplificada. El nmero de clases API ha sido

reducido al punto que las Clases API G y H son las ms ampliamente usadas.

Aproximadamente el 80% de los cementos usados en pozos en pases no

comunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dos

clases. Aproximadamente el 65% del cemento hecho en los Estados Unidos es

el API Clase H (mayormente en las operaciones de la Costa del Golfo y en las

del Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido en

California y en reas de montaas Rocky. El resto de cemento usado en pozos

son el Clase A (10%) o el Clase C (10%).

Congelacin

permanente

Congelacin

discontinua

Temperatura anual

Media



En operaciones internacionales, la mayora del cemento usado en pozos es el

API Clase G (Canad, Europa, Medio Este, Sud Amrica, y el Este Lejano). Los

Cementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo el

mundo.



TEMA II

ENSAYOS BASICOS RECOMENDADOS POR EL API

Competencia :El alumno tiene el conocimiento necesario del muestreo de los

aditivos, para la preparacin de lechada en el laboratorio, analiza e interpreta los

diferentes ensayos sobre la lechada o el cemento fraguado. Analiza la Importancia

de cada uno de los ensayos bsicos y los puede modificar de acuerdo a las

necesidades de la operacin de cementacin.

MUESTREO

Cuando se muestrea una determinado lote de cemento, tenemos que tomar una

muestra representativa del lote, por ejemplo se recomienda sacar muestra de 1

saco por cada 50 sacos de cemento.

El ASTM nos indica cual es la muestra ms apropiada para el cemento. Para

efectuar ensayos simples se requiere de 11 kg de muestra, para ensayos completos

se necesita 107 kg; es recomendable llevar a laboratorio por lo menos un 25% ms

de lo requerido.

Una vez que la muestra llega a laboratorio, es muy usado el mtodo del cuarteo

para separar la muestra con la que se va realizar los ensayos.

En la mesada del laboratorio, se coloca una plancha de plstico.

Plancha Plstica

1 2

3 4

Mezclar

1+4

5 6

7 8

Muestra de cemento



Con la muestra seleccionada realizar los ensayos, siempre debe guardarse

muestras por cualquier reclamo que exista y sea necesario repetir el trabajo en un

segundo laboratorio.

PESO DE LA MUESTRA PARA LOS ENSAYOS

Mtodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.

Cantidad para Ensayo Doble Kg.

Estabilidad 0.5 0.5

Finura 0.5 0.5

Contenido de Agua 1.1 1.1

Cantidad de Lechada 1.1 1.1

RESISTENCIA A LA COMPRESIN

Mtodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.

Cantidad para Ensayo Doble Kg.

Presin Atmosfrica 1.1 42.5

A Presin 1.1 42.5

Tiempo de Bombeabilidad

1.1 6.8

Tiempo de 1.1 6.8

Permeabilidad 1.1 1.1

Prdida de Filtrado 1.1 1.1

Propiedades Reolgicas 1.1 1.1

Durante el curso veremos los de mayor utilidad

2.1.- PREPARACIN DE LA LECHADA

EQUIPOS RECOMENDADOS POR EL API

- Balanza que pese con una precisin de 0.2 grs para pesar la masa de

cemento

- Los volmenes de agua deben medirse en probetas

- Mezcladora de 2 velocidades.



- Las muestras del cemento deben ser tamizadas por una malla # 30. Todo

material retenido debe ser separado y expresado en % P/P.

- El agua y el cemento para ensayos de referencia debe estar libre de CO2

deben tener una temperatura de 80 oF + 5 oF.

El % de agua que debe ser agregado es el que se indica en la tabla del

API.,para cada tipo de cemento.

COMPOSICIN DE LA LECHADA

Cemento Clase API

Agua por Peso de Cemento %

Galn Agua por saco

A y B 46 5.19

C 56 6.32

D,E,F y H 38 4.29

G 44 4.97

J *

*Lo recomienda el fabricante.

Veamos un ejemplo para cemento clase A

1 Sc = 94 Lb de Agua = 0.46 x 94 = 43.24 Lb

Gal

Cuchilla

4000 RPM- 12000

La Lechada se prepara en la mezcladora que

tiene una capacidad de gal. ( 1 lt.) el

recipiente es de material resistente a la

corrosin, las cuchillas deben cambiarse

cada vez que pierda el 10% de su peso.



La densidad es:

D = M/V V agua = M/D = 43.24 Lb/8.33 lb/gal USA = 5.19 gal.

Para Bolivia:

110 Lb x 0.46 = 50.6 Lb. Donde: V = 50.6 Lb/8.33 Lb/gal = 6.07 gal (

Bolivia)

Nota:

El agregado de bentonita al cemento requiere del agregado de agua; por cada 1%

de bentonita, tenemos que agregar 5.3 % de agua. (este valor puede variar con la

calidad de la bentonita). Siempre es necesario realizar un ensayo piloto.

Por ejemplo para lechadas preparadas con cemento clase A y que tiene un 6% de

bentonita, cuanto es el agua total que hay que agregar a la lechada.

% = (46 + 5.3 x 6)/100 = 77.8%

COMO SE PREPARA LA LECHADA

En el laboratorio de cemento tenemos:

CLASE DE CEMENTO

Volumen Lechada

Componentes A B

C D, E F, H

G

Gr. Gr Gr. Gr.

Agua 355 383 327 349

600 cc. Cemento 772 684 860 792

Forma de preparar

Gal

4000 RPM- 12000

Colocar el agua + 4000 RPM

En + -15 seg agregar el cemento.

-Subir las RPM a 12000 y agitar 35 seg.



2.2.- DETERMINACIN DE AGUA LIBRE

La lechada preparada como se indico, debe ser colocada en un consistometro

atmosfrico (base agua bao mara)

20 `minutos ( 80 F )

Nivel Lechada

Paletas

Lechada

Nuevamente

mezclar a

12000 RPM a

35 seg.

Colocar en

probeta de

250 cc

Agua

Libre

Lechada

Dejar 2 Hrs. en reposo a 80 F

Eje con rotacin

rotacion



El agua libre se la extrae con una pipeta o se la puede medir en la misma probeta. (

la probeta taparla con un papel )

Para los cementos clase G y H, no debe exceder al 1.4 %. Para los otros tipos de

cemento no hay requisitos. Para los pozos horizontales el agua libre debe ser =

0 cc. Se consigue agregando aditivos principalmente reductor de filtrado

2.3.- ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIN

El cemento requiere de una determinada resistencia a la compresin para soportar

una caera.

En forma resumida indicaremos como se realiza este ensayo API.

PROCEDIMIENTO:

La lechada se la prepara como se la indico anteriormente, se usa moldes

recomendados por el ASTM, una prensa hidrulica recomendada por el API, Baos

para colocar la lechada de cemento en los moldes (envejecimiento), se introduce

los moldes en forma ntegra, hay dos tipos de baos:

1.- Un recipiente abierto a la presin atmosfrica donde se introduce los moldes con

cemento, la temperatura es de 180 oF + 3 oF, debe contar con un sistema de

homogenizacin de temperatura.

2.- Un recipiente cerrado donde se coloca los moldes con la lechada, a To 380 oF

(193 oC) y la presin de hasta 3000 psi.

PERIODO DE CURADO

Es el tiempo transcurrido desde que los moldes son sometidos a las temperaturas

hasta que se saca los mismos para el ensayo de compresin.

Para los moldes curados a presiones atmosfricas, el periodo de curado comienza

cuando los moldes son colocados a los baos de curado y termina curado, se saca

los moldes para el ensayo de resistencia a la compresin.

Si la presin de curado es mayor a la atmosfrica, el periodo de curado comienza

una vez alcanzada la presin referida.



El periodo especificado de curado es de 8, 24 Hrs. con excepcin del cemento J, que es de 12, 24

hrs, 7 das.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresin, lo cual

es necesario para soportar la caera. Muchos trabajos de investigacin han

demostrado que un anillo de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia a

la tensin puede soportar hasta 200 pies de caera, aun bajo condiciones de pobre

adherencia del cemento.

Debido a que el ensayo de resistencia a la compresin son mejor analizados que la

resistencia a la tensin, tenemos como regla que la R.T es de 8 a 10 veces mayor

que la resistencia a la compresin. Ejemplo:

10 psi de R. T. = 100 psi de R. Compresin

Bao de Curado

Molde lechada

Presin aplicada prensa

Hidraulica

4000 Lb / pulg2. / Min.

Molde Curado



En la industria petrolera se acepta que 500 psi de resistencia a la compresin,

garantiza continuar con las operaciones despus de realizar la cementacion.

Entonces con la resistencia a la compresin del cemento fraguado nos

contestamos la pregunta Qu tiempo debemos esperar para continuar

operaciones luego de realizado una cementacin de una caera?

Debemos esperar el tiempo en que la resistencia a la compresin es de 500 psi. En

ingles se dice WOC time



El gran problema de determinar la resistencia a la compresin en la prensa

hidrulica es que es destructiva y adems es dificultoso que todos los moldes

salgan iguales uniformes.

Hoy en da se mide la resistencia a la compresin en el analizador ultrasnico del

cemento UCA Ultra Sonic Cement Analyzzer

Con este aparato determinamos el desarrollo de la resistencia a la compresin de

las lechadas en forma continua una nica muestra es sometida a baja presin y

temperaturas, simulando las condiciones de fondo de pozo (temperatura y presin)

Se coloca la lechada de cemento a ser ensayada, se ajusta a las condiciones de

fondo de pozo. Se hace pasar una seal acstica a travs de la muestra del

cemento. As como la resistencia del cemento se incrementa con el tiempo de

fraguado, ms rpida ser la velocidad de la seal acstica atravesando la muestra.

Una computador con sistema Windows con el software mide los tiempos de transito

de la seal en funcin del tiempo o interpolar los valores de la resistencia de la

compresin.

Mediante este mtodo pueden conocer el tiempo en alcanzar el frage inicial (50

psi), podemos alcanzar el frage final o cualquier otro valor intermedio que

deseemos.

Hay aparatos que permiten trabajar hasta con 8 muestras simultaneas; pero con

tiempo de 999 horas; 20000 psi y 400 oF.

Es importante mencionar que el software que tiene computadoras fue desarrollado a

partir de ensayos distintos con la prensa hidrulica.

Seal acstica Computador

Control presin

Manta

calefactora

Transmisor Ultrasnico

Lechada

250 cc.

Receptor

ultrasnico



Cemento clase H 35% Silica Floor (Aditivo) Densidad = 15.0 lb/gal Temp. = 350 F Presin = 3500 Psi

4 8 12 16 20

2000

500

Tiempo (Hrs)

Psi

4 8 12 16 20

2000

500

Tiempo (Hrs)

Psi Cemento clase H 0% Silica Floor Densidad = 15.6 lb/gal Temp. = 350 F

Presin = 3500 Psi 15.6 lb/gal

Retrogresin del cemento

por efecto de To



FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO

DE 2 PULGADAS.

Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresin, lo

cual es necesario para soportar la caera en el pozo.



Para decidir cunto tiempo se esperar para que el cemento se frage (para

seleccionar un tiempo WOC), es importante:

1. Conocer cun fuerte debe ser el cemento antes de que la perforacin

pueda empezar, y

2. Entender las caractersticas de desarrollo de la dureza de los cementos

en uso comn.

Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8

y conocer qu temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la

fuerza. Para aplicar la informacin de dureza o fuerza del laboratorio

apropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener

algn conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHSTs en

la mayora de las reas geogrficas han sido razonablemente bien definidos

mediante el uso de datos isotrmicos de superficie con profundidades y

gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados mediante

estudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.

La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no

igualar a la temperatura de formacin, de hecho, esto incluso no tiene un valor

constante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo

las temperaturas del fluido de perforacin, lechada de cemento y el fluido

desplazado, tanto como el calor de hidratacin del cemento.

Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener

la caera est basada en el estudio y la experiencia del campo:

1. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la

caera durante la perforacin, y con un incremento de la densidad de la

lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerza

compresiva es disminuido.

2. La densificacin incrementa tanto la dureza como el calor de hidratacin

del cemento.

3. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultarn

un dbil cemento fraguado y por eso se deben evitar alrededor de la

parte baja de la caera.

4. Con la seleccin de los cementos apropiados y con buenas prcticas de

cementacin, el tiempo WOC para caera de superficie pueden ser

reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas y

de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.



TCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA

La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medicin

de la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva

ilimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza

compresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por ms de 40

aos para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherencia

del cemento a la caera y/o a la formacin. Correlaciones comparativas han

sido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerza

compresiva para producir la relacin mostrada en la figura 4.9.

Una tcnica ms nueva y ms popular para predecir la fuerza y los tiempos

WOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acsticas y ultrasnicas.

El analizador de cemento ultrasnico (UCA) continuamente monitorea la dureza

desarrollada por cualquier composicin de cemento dada (figura 4.10). Una

lechada simple es desplazada en una clula que est bajo condiciones que

simulan la presin y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidad

ultrasnica del cemento son empezadas durante el estado fluido y continuado

durante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza parcial o final

desarrollada.



FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE

CEMENTO FRAGUADO.

FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRFICOS PARA

EL DESARROLLO DE LA DUREZA.

FUER

ZA D

E A

DH

EREN

CIA

P

SI

FUERZA COMPRESIVA PSI

No es bueno una fuerza compresiva mayor a los 4 000 psi

- Cemento Puro - Cemento con 2% de cloruro de calcio - Cemento gel 4%



Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta

que la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del

fraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador

de grficos vs. Tiempo en cualquier punto de inters (figura 4.11).

FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO

FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASNICO.

Cemento API Clase C 14.8 lbm/gal Fu

erz

a C

om

pre

siva

(p

si)

Tiempo (das)

Cemento API Clase C 14.8 lbm/gal 4% bentonita 2% cloruro de calcio 13.5 lbm/gal

Fue

rza

Co

mp

resi

va (

psi

)

Tiempo (das)



El UCA funciona con poca atencin aparte del operador desde el inicio hasta el

final. La misma informacin de los estndares API sobre las pruebas para

aplastar la fuerza compresiva requerira la curacin de una multitud de

especmenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin

garanta de que la primera prueba sera lo suficiente corta o la prueba final lo

bastante larga para proveer con exactitud la informacin crtica del trabajo (ver

figura 4.12).

Las investigaciones han demostrado que una capa de cemento en un

anillo de 10 pies, teniendo solamente 8psi de resistencia a la tensin,

puede soportar ms de 200pies de caera, aun bajo pobres condiciones

de adhesividad del cemento. Al fijar la caera de superficie cuando sean

requeridas elevadas cargas de trepano para retirar el equipo de flotacin,

se ejerce una carga adicional a travs de la caera y la capa de cemento.

La Tabla 4 muestra las longitudes mnimas de caera, y medidas de

portamechas que pueden ser soportados por una columna de cemento de

10 pies con una resistencia a la tensin de 8 psi.

TABLA - 4

Longitud de la caera y medida de portamecha soportados por una columna de cemento

de 10 pies de longitud con 8psi de resistencia a la Tensin

Casing Portamechas -Medida (Pulg) Longitud Casing

(Pies)

Medida (Pulg) Libraje (lb/ft) OD ID

7

8-5/8

10-3/4

13 3/8

17,00

24,00

32,75

48,00

4-3/4

6-1/4

6-3/4

9

2

2-1/4

2-7/8

3-1/4

94

67

72

50



2.4.- TIEMPO DE BOMBEABILIDAD O DE ESPESAMIENTO

Una de las mayores preocupaciones cuando vamos a realizar una cementacin es

conocer porque tiempo puede estar bombeable la lechada, para contestar a esta

pregunta el API, nos recomienda el ensayo de determinacin del tiempo de

bombeabilidad, el cual se realiza el consistometro presurizado en cual podemos

simular las condiciones de F.P, ( 500 F y hasta 40000 psi)

El consistometro es esencialmente un recipiente cilndrico que contiene la lechada

dentro de este cilindro hay unas paletas estacionarias, todo est encerrado en una

cmara de presin, que tiene un aceite mineral recomendado por el API, esta

cmara est provista de un sistema de calentamiento que eleva la temperatura en 5

F / min, el recipiente gira a 150 rpm, la consistencia de la lechada est indicada por

la deformacin de un resorte calibrado que est conectado a la paleta que est en

contacto con la lechada. Mientras aplicamos calor y presin la lechada va ganando

consistencia que se transmite al resorte este resorte lo transforma en voltios.

l limite de bombeabilidad de la lechada es cuando el equipo alcanza las 100 Bc (

Unidades de Barden, o unidades de consistencia), el equipo estos valores los va

graficando en forma automtica y nos da el grafica mostrado en la parte inferior.

Se sabe que cuando tenemos 11 Voltios corresponde a las 100 Bc

Tambin conocemos que cuando tenemos 8 voltios tenemos 70 Bc

Las recomendaciones especificas de Tb, depende del tipo de trabajo, condicin del

pozo, del volumen de lechada que se va bombear, por ejemplo cuando las caeras

a cementar no pasan de 3000 m, el tiempo de bombeabilidad suficiente es de 3.0

3.5 horas, con este tiempo tenemos un factor de seguridad adecuado, en cambio

otros cementaciones, por ejemplo para colocar tapones de cemento solo

necesitamos 90 a 120 minuto de tiempo de bombeabilidad.(el tiempo de

bombeabilidad se puede modificar con aditivos).



En la foto mostramos el consistometro presurizado.



COLOCAR UNA COPIA DE UN TIEMPOD DE BOMBEABILIDAD

Importante es saber que la temperatura para la determinacin del tiempo de bombeabilidad

es la temperatura de circulacin y no la esttica de fondo de pozo, lo que se hace es

conocer la temperatura esttica de fondo de fondo pozo y luego de graficas que relacionan

la temperatura esttica y la de circulacin calculamos de la circulacin para realizar el

ensayo API, hay que considerar el gradiente trmico de la zona.

( Se utiliza la temperatura de circulacin, por que como vamos a ver el prximo tema,

antes de bombear la lechada se tiene que circular para acondicionar el lodo por lo menos

unas 6 horas como mnimo y esto hace que la temperatura en el fondo de pozo sea la de

circulacin, ver grafico a en la parte inferior).



2.5.- AGUA PARA PREPARAR LA LECHADAS

La funcin principal del agua en una lechada de cemento es humedecerlo y

transportar la lechada al EA. Muchos trabajos de cementacin han salido mal por

las impurezas que tena el agua. Idealmente el agua para preparar la lechada

debera estar limpia y clara libre de qumicos solubles , arena ,limo , material



orgnico soluble , material alcalino o cualquier otro contaminante ; esto no siempre

es posible dado que las fuentes de agua en los pozos es de distintas fuentes , sin

embargo aguas hasta con 500 ppm de slidos suspendidos puede ser utilizada

sin problemas.

Los materiales inorgnicos tales como /( Cl- , CO3= ,CO3H

- , SO4= , OH- )

,pueden acelerar el frague del cemento , la velocidad de aceleracin depende

de la concentracin .

El agua de mar como contiene de 30000 a 43000 ppm de slidos solubles acelera el

frague , esto puede ser neutralizado usando aditivos para retardar el frague.

Las impurezas del agua originan en las lechadas espuma lo que dificultad

alcanzar la densidad requerida. El agua potable es lo recomendado siempre

que las condiciones lo permitan.

Por ser tan importante el agua RECORDAR QUE LOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN

EN LOS LABORATORIOS DEBEN REALIZARSE CON EL CEMENTO QUE TENEMOS

EN CAMPO Y CON EL AGUA QUE VAMOS A UTILIZAR PARA PREPARAR LA

LECHADA EN EL POZO.

CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA

En la cementacin primaria, la lechada de cemento debe tener una viscosidad o

cedencia que permita el desplazamiento del lodo ms efectivo del EA y nos

permita una buena adherencia entre la formacin y la caera.. Para alcanzar

esto, la mayor parte de las lechadas son mezcladas con una cantidad de agua

que proporcionar un volumen fraguado igual al volumen de mezcla sin la

separacin libre de agua. El tamao de partcula, rea de superficie, y todos los

aditivos influencian en la cantidad de agua requerida para que la mezcla

alcance una viscosidad particular en una lechada dada. Hay rangos de

viscosidad para lechadas de cemento dadas y rangos de viscosidad que indican

cun espesa puede ser una mezcla y permanecer bombeable bajo condiciones

de pozo dadas para el fraguado. Estas cantidades de agua son dadas en

trminos especficos, definidas como sigue:



Agua Mxima.- es la cantidad de agua para la mezcla de cualquier

composicin de cemento que dar un volumen al fraguado igual al volumen de

la lechada con ms de 1% de agua libre separada. Esto es medido mediante

una prueba de asentamiento (figura 4.5) con unos 250 ml graduados despus

que la lechada ha sido agitada en un probador de tiempo de espesamiento

atmosfrico. El agua mxima es la cantidad usada para la mayora de las

cementaciones porque el mximo rendimiento o fill-up (llenado) es necesario

para cada saco de cemento.

FIGURA 4.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO API CON CEMENTO API

CLASE G A DISTINTAS RELACIONES AGUA DE MEZCLA CEMENTO

Agua Normal.- Es la cantidad de agua mezclada que alcanzar una

consistencia de 11 Bcs (unidad de consistencia) medida en un probador de

tiempo de espesamiento atmosfrico despus de 20 minutos de agitacin. La

API usa unidades de consistencia porque los valores obtenidos no son

verdaderos valores de viscosidad (poise). Bcs estn basados en un torque o

resistencia en lugar de la separacin de agua. El agua normal es a veces

llamada agua ptima porque provee una buena bombeabilidad a la lechada.

Agua Mnima.- Es la cantidad de agua mezclada que dar una consistencia de

30 Bcs luego de 20 minutos de agitacin. Esta nos dar una lechada bastante

espesa que puede ser usada, por ejemplo, para controlar prdidas de

circulacin.

Cemento API Clase A



La relacin agua cemento, volumen de la lechada, y volumen del fraguado

estn cercanamente relacionadas al tamao de partcula o rea superficial de

un cemento (ver tabla 4.6). Para la mayora de las Clases API, el tamao de

partcula y los requerimientos de agua para obtener ciertos niveles de dureza,

retardacin, bombeabilidad, etc., son especficos. Los estndares de la API no

clasifican el grado de fineza de los cementos Clase G y H, pero especifican la

cantidad de agua mezclada y el agua libre deducida, la cual es controlable

mediante el grado de fineza del cemento.

En una columna de cemento, el exceso o agua libre puede juntarse en

cavidades en lugar de separarse y migrar a la cima de la columna. Las pruebas

realizadas en una columna de cemento de 16 pies, con 1 pulgada en el espacio

anular mostr que un cemento con un rea superficial de 1 500 cm2/g, mezclado

con una lechada de densidad 15.4 lbm/gal, form un tapn slido de cemento

por encima de la columna. Cuando el cemento era mezclado con ms agua

(15.1 lbm/gal), el agua libre separada entraba en cavidades horizontales de

agua limpia cuyo dimetro era de a 1 pulgadas. Las cavidades empiezan a

formarse alrededor de 15 minutos despus de que la lechada de cemento fue

introducida a la tubera.



Esto debe ser enfatizado ya que un incremento en el contenido de agua

permitir un tiempo de bombeabilidad ms largo y aumenta el asentamiento

del cemento, el agua nunca debe ser incrementada a menos que el cemento

sea mezclado con bentonita o un material similar para justificar el exceso de

agua. El exceso de agua siempre produce un cemento ms dbil con baja

resistencia a la corrosin.

EFECTO DEL AGUA DE MEZCLADO SOBRE EL CEMENTO

Tipo ensayo : 2000 m cementacin de caera de 9 5/8

Tiempo de curado : 24 horas

Temperatura curado : 95 F

presin de curado : 5000 psi

Tipo de agua Tiempo de bombeab. Res. Compresin

( Hrs : min ) (Psi )

Agua corriente 2 :34 2150

Agua corriente

+ 2200 ppm CO3= 1:18 2300

Agua de mar 1:52 2610

2.6.- GRANULOMETRIA ( MOLIENDA DEL CEMENTO )

Hay muchas metodologas para determinar la granulometra del cemento ,

vamos a mencionar algunas



TAMIZACION (API)

Malla 20 Tamao de la partcula 850 micrones

Malla 325 Tamao de la partcula 44 micrones

TURBIDIMETRO- WAGNER (ASTM)

MICROSCOPIA

Se elaboran curvas granulomtricas con rayo Lser

DETERMINACIONES ANALTICAS DE TAMAO DE PARTICULA

Tcnicas comunes

Analticas

Tamao de partculas

Micrones

Dimensin medida

Microscopia Electrnica 0.001 a 5 rea proyectado

Dimetro estadstico

Microscopia de Barrido 0.1 a 100 rea proyectado

Dimetro estadstico

SEDIMENTACION

Mtodo de pipetas 3 a 60 Dimetro de Stokes

Mtodo de centrifuga 3 a 10 Dimetro de Stokes

RASTREO O BARRIDO DE

FLUJO

Contador Coulter 1 a 100 Volumen proyectado

Contador HYAC 2 a 100 Volumen proyectado

Fotmetro 0.3 a 10 Volumen proyectado



Veamos una curva granulometra de un cemento API G , fabricado por Loma Negra

Argentina. ( ver tamao ms grande las partculas)

La actividad qumica del cemento, por lo tanto la capacidad de adquirir el poder

aglomerante, cohesivo y el desarrollo de la resistencia del cemento fraguado

depende la superficie de reaccin que aumenta a medida que disminuye el tamao

de la partcula del cemento.

Estudios de investigacin han mostrado que una partcula se hidrata a solo

0.1 mm, esto significa que partculas de cemento con dimetros mayores a 0.2

mm, en el centro de la partcula no ocurrir la hidratacin del cemento por lo

tanto esto es como un material inerte.



Es importante entender lo del tamao de la partcula, porque nos

hace entender que no debemos utilizar cementos que presentan

bolas, terrones etc, dado que no podremos tener una buena

lechada.

2.7.- DENSIDAD DE LAS LECHADAS

La densidad de la lechada es una propiedad muy importante, debemos medirla en

el campo de la manera ms exacta posible. Las lechadas de cemento pueden

prepararse en gran rango de densidad, va depender de cada situacin de los pozos

( principalmente, s la caera a cementar estar en formaciones con presiones

porales subnormales, o anormales). En nuestro pas en un mismo pozo se utiliza

lechadas ms livianas que el agua y lechadas densificadas con baritina y/o

hematita.( los mega campos San Alberto , Sbalo , Margarita )



Veamos el siguiente cuadro

Lechada cemento

lb/gal

Vol. Aproximado

Agua gal/saco

Aditivo Concentracin

Lbs/saco de cto

6.0 10.0 6.0 N2 *

9.0 10.0 9 - 11 Esferas , vidrio

plsticas

30 40

11.0 25 Tierras diatomeas 40

12.0 13 Bentonitas

+diatomeas

12 + 1

13.0 10.5 Bentonita 8

14.0 6.0 Puzzolanas 50

15.0 5.8 Ninguno 0

16.0 4.4 Ninguno 0

17.0 4.0 Dispersante 1

18.0 4.0 Dispersante +

baritina

1 + 12


baritina

1+28


baritina

1+46


baritina

1+71

ES IMPORTANTE INDICAR QUE YPFB EN EL AO 1988 EN EL CAMPO PARAPETY ,

CON LA COMPAA DOWEL SCHLUMBERGER INTENTO PREPARAR UNA LECHADA

CON DENSIDAD DE 23 LB /GAL , DENSIFICADO CON HEMATITA , LA OPERACIN

FUE UN FRACASO POR QUE NO SE LOGRO TENER UNA DENSIDAD PERMANENTE

LE FALTABA GELES A LA LECHADA PARA SUSPENDER A LA HEMATITA.



La densidad se puede medir con la balanza de lodo , con la balanza presurizada de

Halliburton , los camiones tienen un densmetro Nuclear.

Cuando medimos la densidad de la Lechada con la balanza de lodos, tenemos una

medicin por defecto, esto se debe a que las lechadas atrapan mucho aire cuando

se las est preparando. La balanza presurizada de Halliburton nos da una lectura

ms real de la lechada de cemento, en realidad es una variante de la balanza de

lodos, con la salvedad que con una bomba manual se llena la tasa de la balanza

obligando a desalojar el aire de la lechada, sin embargo es ms dificultoso su uso. (

ver fotos )



Los camiones de las compaas de servicios de cementacin tienen un densmetro

Nuclear incorporado al camin, que puede medir la densidad a medida que s esta

bombeando la lechada al pozo ( Da una medida ms exacta de la densidad que los

otros instrumentos ya mencionados, ver la tabla de la parte inferior)

La densidad de la lechada durante la cementacin se la muestra en una

pantalla digital y la registra en una cinta, esto trabajo con una fuente

radiactiva de Cesio -137, el cual est fijado en la lnea de descarga donde la

lechada est sometida a altas presiones, el aire entrampado es minimizado y

de esta manera tenemos una medida ms exacta de la densidad de la lechada.

Veamos ahora para una misma lechada como varia el valor en funcin como

midamos la densidad.



Densidad terica

en lb/gal

Balanza de lodo

Lb/gal

Balanza

presurizada lb/gal

Densmetro

Nuclear

11.1 9.90 10.9 11.2

13.3 12.8 13.2 13.4

19.0 18.2 18.3 19.1

19.5 18.3 19.2 19.5

2.8.- CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado de las lechadas de cemento es muy importante en pozos

profundos, durante la cementacin de Liner, para efectuar cementaciones a presin

SQUEZZE, o cuando vamos a cementar la caera de produccin, la lechada que

esta frente a la zona potencialmente productora de hidrocarburos debe tener un

bajo filtrado.

La perdida de filtrado de una lechada en una zona permeable puede originar debido

a la perdida de agua, que la lechada levante su reologa, va originar

inmediatamente un revoque grueso, que puede cambiar el tipo de flujo de la

lechada. Los factores que influyen en la perdida de filtrado de la lechada es la

presin, temperatura, la permeabilidad del revoque, la permeabilidad del reservorio.

El API ha especificado lo siguiente:

El equipo donde se realiza el ensayo es muy parecido al equipo donde se

realiza el ensayo de filtracin para el lodo HPHT

El filtrado es el volumen de agua que se obtiene, despus de 30 minutos que

la lechada a sido sometida en la celda de filtracin a 1000 psi, y la

temperatura fijada por nosotros.

Ver la figura de abajo que -+ nos explica como se realiza el ensayo.



Para una lechada de cemento sin aditivo para controlar el filtrado, el valor de su

filtrado API es mayor a 1000 cc, en estos casos se observa que una vez que uno

aplica los 1000 psi a la lechada que est en la celda esta se deshidrata

completamente en menos de un minuto.

Se acepta la siguiente formula emprica para estimar la perdida de filtrado de una

lechada en un determinado tiempo.

FT x 5.477

F30 = -------------

T1/2

F30 = Filtrado a 30 minutos

FT = Filrado en un tiempo T



El control de filtrado se lo realiza agregando a la lechada aditivos que se

llaman reductores de filtrados en una concentracin del orden del 0.6 al 2.0

%. Para cementar zonas productoras un valor optimo del valor de filtrado es

de 50 a100 cc.

Adems es importante indicar que el filtrado de la lechada es muy alcalino ph

> 12, esto origina que si el matriz de la arena productora tiene arcilla, la va a

dispersar y generar finos, lo q trae como consecuencia el dao a la formacin

produciendo baja produccin de hidrocarburo

CONTROL DE FILTRADO

El control de filtrado en la lechada de cemento es muy importante en la

cementacin de liners profundos y en cementaciones Squeeze. La prdida de

fil

libro de cementos petroleros pet219

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