presentac. diseÑo de revest- y cementacion modulo iv ok ok

Diseño API

de Revestidores

Prep.Ing. Jairo C. Molero

DISEÑO DE REVESTIDORES

Fases más comunes de un pozo. Relación hoyo y Revestidor

Objetivos de los distintos tipos de Revestidores de acuerdo a las fases

Características y propiedades mecánicas de los Revestidores. Descripción de las Tablas de Revestidores

Análisis y definiciones de los esfuerzos que intervienen en el Diseño de los Revestidores.

Tipos y características de las conexiones de los Revestidores. Flujograma referencial de Selección

Tipos de Colapso. Definición. Cálculos de colapso, Estallido y Tensión. Casos de carga referenciales

Factores de seguridad de diseño. Descripción e importancia

Diseño gráfico API. Tabla de llenado. Cálculos

Diseño de Revestidores


Fases de la PerforaciónSon todas aquellas etapas necesarias para poder alcanzar

la zona productora de hidrocarburos seleccionada. Dependiendo de ciertas características del yacimientoalgunos pozos se perforan en dos o más fases

Fases más comunes en pozos profundos

Fase I Hoyo Piloto 36”

Fase II Hoyo Conductor 26”

Fase III Hoyo Superficial 17 ½”

Fase IV Hoyo Intermedio 12 ¼”

Fase V Hoyo Producción 8 ½”



26”

17 1/2”

12 1/4”

8 1/2”

HoyoConductor

Hoyo deSuperficie

Hoyo Intermedio

Hoyo de producción

Fases de hoyos más comunes



Objetivo de los Revestidores:Algunos de los objetivos generales de los revestidores que

conformarían las Fases antes mencionadas son:

Piloto:Es una tuberia hincada o pilote marino (percusiòn). Guía

Conductor:Reduce al mínimo la pérdida de circulación a poca

profundidadConducto por donde el lodo regresa a la superficie al

comienzo de la perforaciónMinimiza la erosión de sedimentos superficiales debajo del

taladroProtege de la erosión las tuberías de revestimiento

subsiguientesSirve de soporte para el sistema desviador en caso de

afluencia inesperada a poca profundidad



Objetivo de los Revestidores:

Superficial:Soporta el resto de los revestidores

Protege de la corrosión cualquier tramo de tubería de revestimiento subsiguiente

Previene los derrumbes de los sedimentos no consolidados, más debilitados, que se hallan próximos a la superficie

Protege de la contaminación las arenas someras que contienen agua dulce

Proporciona resistencia a las arremetidas para poder perforar a mayor profundidad

Sirve de apoyo primario para los preventores (BOP´s)



Objetivo de los Revestidores:

Intermedio:Permite utilizar grandes pesos de lodo sin dañar las

formaciones superficiales

Controla las zonas de sal y las lutitas desmoronables de fácil desprendimiento

Producción / Camisas de ProducciónProtege el ambiente en caso de una falla de tubería

Permite cambiar o reparar la tubería de producción

Aísla la zona productora de las demás formaciones

Crea un conducto de paso de dimensiones conocidas




Conductor

Revestidor superficial

Revestidor Intermedio

Tieback de producción

Tubería de producción Camisa de producción

Arreglos más comunes


20”

13 3/8”

9 5/8”

7”

Conductor

Superficial

Intermedio

Liner

Sarta de Revestimiento más común



Características y Propiedades MecánicasEl Instituto Americano del Petróleo (API) ha desarrollado

estándares para los Revestidores que han sido aceptadasinternacionalmente por la Industria Petrolera y que handefinido las características y propiedades mecánicas de los tubulares

Estas estan plasmadas en Tablas API la cual son utilizadas por los Ingenieros de Diseño y Planificación a fin de desarrollar los Programas de las Sartas de Revestimientopara los proyectos pozos

A continuación, describiremos las característicasincorporadas en dichas Tablas a fin de consolidar el manejode sus términos para poder ejecutar un Diseño de Revestidores



Características y Propiedades Mecánicas

Diámetro Nominal

Peso Nominal de los Revestidores

Grado de acero de los revestidores

Espesor de la pared

Diámetro interno

Conexiones para los revestidores




Díametro Mínimo Interno (Drift Diameter)

Resistencia a la Tensión en el cuerpo del tubo

Resistencia al Colapso

Resistencia al Estallido

Resistencia a la Tensión en la conexión





Grado Punto de cedenciamínimo (psi)

Punto de cedenciamáximo (psi)

Resistencia a la tensión mínima (psi)

H40 40,000 80,000 60,000

J55 55,000 80,000 70-95,000

K55 55,000 80,000 70-95,000

N80 80,000 110,000 100,000

L80 80,000 95,000 100,000

C90 90,000 105,000 100,000

C95 95,000 110,000 105,000

P110 110,000 140,000 125,000

Q125 125,000 150,000 135,000



Diámet. Peso Espesor Diámetro Diámetro Resisten Resist. Resist. Resist.Externo Nominal Grado de pared Interno Conexión drift Ten. cuer Colapso Estallido Tens. con.(pulg.) (lbs/pie) (pulg.) (pulg.) (pulg.) (10 3 lbf) (psi) (psi) (10 3 lbf)

20 94 K-55 0,438 19,124 Big Om 18,936 1.480 520 2.110 -

13 3/8 72 N-80 0,514 12,347 BTC 12,290 1.661 2.670 5.832 1.69372 P-110 0,514 12,347 BTC 12,29 2.284 2.890 7.400 2.22168 J-55 0,480 12,415 BTC 12,29 1.069 1.950 3.450 1.140

10 3/4 40,5 J-55 0,350 10,050 BTC 9,894 629 1.580 3.130 700

9 5/8 36 J-55 0,352 8,921 BTC 8,765 564 2.020 3.520 63943,5 N-80 0,435 8,755 BTC 8,599 1.005 3.810 6.328 1.07447 P-110 0,472 8,681 BTC 8,556 1.493 5.300 9.441 1.500



Esfuerzos que intervienen en un Diseño

En un Diseño API de Revestidores, es necesario conocerlos distintos esfuerzos a los cuales estarán sometidos dichostubulares, entre estos esfuerzos están:

La Presión Interna o Estallido

La Presión de Colapso

La Tensión

También en un Diseño es importante considerar otrascondiciones de cargas, tales como: Flexión o Pandeo

A continuación, se presentan las definiciones asociadas a estos esfuerzos:




Estallido:Son presiones internas que actuán del centro de la

tubería hacia las paredes de la misma

Estas cargas resultan de: Ph interna, presiones en la cementación, cambios en las densidades del fluidos y otros factores (ej: pruebas)

La situación de carga interna mas fuerte es cuandoocurre una arremetida o amago y el pozo se cierra con todo el hoyo lleno de gas

Es importante resaltar que la tensión de un tubular influye sobre la resistencia al estallido




Estallido:La resistencia mínima al estallido de la tubería de

revestimiento se calcula usando la fórmula de Barlow :

Pest = 0,875 [ (2 x Yp x t) / DE ]donde: Yp: Esfuerzo de cedencia mínima del tubular, psit: Espesor del tubular, pulgsDE: Diámetro externo del tubular, pulgs

El factor de 0.875 permite un espesor de pared de tubo mínimo. Tiene tolerancia para una variación de 12.5% en el espesor de la pared debido a los defectos de manufactura



Colapso:Las presiones externas son originadas por la Presión

Hidrostática del fluido en el pozo y actuán sobre la tuberíatratando de aplastarla o colapsarla

El mayor esfuerzo externo o Presión de Colapso ocurre en el fondo del pozo con la parte interior del revestidor vacía y la columna del fluido en la parte externa. También la Tensión influye al Esfuerzo de Colapso. Existen cuatro tiposde Colapso, a saber:

o Colapso de Esfuerzo Cedenteo Colapso Plásticoo Colapso de Transicióno Colapso Elástico

Estos dependen de la relación de DE/t (ver Gráfico y Tablaanexa para cada unos de los Tipos de Revestidores)




En esta figura, se representan las presiones de colapso según cada una de los modos, como función de la relación D/t, se toma como ejemplo un revestidor de 9 5/8” N-80

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00Relación Diámetro/Espesor (D/t)

Pres

ión

(psi

)

FluenciaColapso plásticoTransiciónColapso elástico



Tabla de Selección


Esfuerzo de Cedencia Mínima:Es importante mencionar, que la presencia de una carga

axial afecta la resistencia al colapso de una tubería.

API ha tomado en cuenta esto a través de un cambio en la resistencia nominal del tubo, el cual es calculado por la fórmula siguiente:

Yp aj = {[1 – 0,75 x (σa / Yp) ] - 0,5 x (σa / Yp)}x Yp

dondeYp aj: Esfuerzo de Cedencia Mínima ajustado, psiσa: Esfuerzo axial aplicado, psiσa= Carga Axial aplicada (lbs) / Área seccional del tubo (pulg cuad.)

1/22




Ejercicio:Dado los siguientes datos:

Calcule el Esfuerzo de Resistencia Mínima ajustado, de acuerdo a una carga axial a la cual esta sometido al revestidor

Diámetro del Revestidor: 9 5/8”

Diámetro interno del Revestidor: 8,755”

Tipo P-110, 43,5 lbs/pie

Carga Axial: 50.000 lbs-f


Colapso de Esfuerzo Cedente:La presión externa genera un punto de cedencia en la

pared interna del tubo (lo contrario de estallido) y se presenta a partir del Yp, de allí su nombre

Pc = 2 x Yp [((DE/t) – 1) / (DE/t) ]donde:Yp: Esfuerzo de cedencia mínima del tubular, psiDE/t: Relación del Diámetro externo y el espesor del tubular

Se aplica para relaciones D/t pequeñas

2




Colapso de Esfuerzo Cedente


Colapso PlásticoSe basa en una curva de regresión ajustada a los

datos de 2.488 pruebas hechas en especimenes de revestimientos K-55, N-80 y P-110 en 1.963. En este tipo de Colapso, el material empieza a fallar en la zona de deformación plástica, siempre por encima de Yp

Pc = Yp [ (A / (DE/t)) - B ] – C

donde:Yp: Esfuerzo de cedencia mínima, psiDE/t: Relación del Diámetro externo y el espesor del tubularA, B,C: Coeficientes empíricos, ver tabla




Colapso Plástico



Coeficientes empíricos para determinar laPresión de Colapso


Colapso de TransiciónBásicamente un ajuste para llenar la brecha entre las

formas de curva plástica y de curva elástica. Es una medida totalmente empírica, esto dado que la fórmulas para colapso plástico y elástico daban resultados que no se cruzan

Pc = Yp [ (D /(DE / t)) – E ]donde:YP: Esfuerzo de cedencia mínima, psiDE/t: Relación del Diámetro externo y el espesor del tubularD y E: Coeficientes empíricos, ver tabla del manual



Colapso ElásticoSe deriva clásicamente de la teoría elástica por

Clinedinst en 1939. Este tipos de Colapso se presenta como un Esfuerzo por debajo de Yp, lo cual significa que el material falla antes de alcanzar el limite elástico. Ocurre sólo para altos valores de DE/t

Pc = 46,95 x 10(DE/t) x ( (DE/t) – 1)

donde:DE/t: Relación del Diámetro externo y el espesor del tubular

6

2




Colapso Elástico


Tensión:Es el esfuerzo a la cual está sometida la tubería

originado por su propio peso. Esto esta asociado a la Resistencia a la Cedencia Mínima del Tubular

Por supuesto, esto evidencia que la Tensión serámáxima en la superficie y a medida que se profundizava decreciendo

Este esfuerzo conlleva a que durante el Diseño se prevea que el revestidor de mayor Esfuerzo o Resistencia se coloque en la Superficie



Tensión:Los valores de la Tensión debe ser calculado

tomando en cuenta el área seccional del tubo, el cualse calcula de la siguiente manera:

Asecc = π / 4 (DE – DI ) = pulgs

donde:DE: Diámetro externo del tubo, pulgsDI: Diámetro interno del tubo, pulgs

Luego la Tensión en el cuerpo del tubo es calculadapor.

Tensión (T) = Yp x Asecc = lbs

22 2



Conexiones de los RevestidoresUnos de las características que el Ingeniero de

Diseño debe conocer, esta asociada a los elementospresentes en la selección de las conexiones

Existen conceptos y especificaciones los cuales son de interés y que a continuación cubriremos en forma general de manera de familiarizarnos en el proceso de selección

Las conexiones son los elementos mecánicos que mantienen unidas las tuberías:




ConexionesLos principales cinco elementos que caracterizan

una conexión son:

Si es acoplada o integralacoplada o integral, es decir, si la caja es separada o es parte del tubo

Los didiáámetros internos y externosmetros internos y externos(en relación al tubo)

El tipo de roscarosca

El tipo de sellosello

El rebordereborde



Una conexión es acopladaacoplada cuando los tubos se unen a través de un acople:

Es integralintegral, cuando la caja está tallada en el tubo:

Tipos de acoplamiento




Junta acoplada

Junta integral

Acoplada Integral



Diámetros internos y externosEn la conexión acopladaacoplada el diámetro interno se mantiene igual, pero el diámetro externo aumenta debido al acople:




En la conexión integralintegral pueden haber cuatro tipos:

– Interna lisa

– Externa lisa

– Intermedia

– Toda lisa




Diámetros internos y externosEl problema de los diámetros es muy importante, ya que

se desea que la conexión tenga la misma resistencia que el tubo (transparencia estructural o de resistencia)(transparencia estructural o de resistencia)

Pero también se desea, que la conexión tenga las mismas dimensiones externas e internas que el tubo (transparencia dimensional o geom(transparencia dimensional o geoméétrica)trica)

TransparenciaIdeal

Transparencia Transparencia EstructuralEstructural

(Mayor (Mayor resistencia, pero resistencia, pero

didiáámetrosmetrosdiferentes)diferentes)

Transparencia Transparencia GeomGeoméétricatrica(Di(Diáámetros metros

iguales, pero iguales, pero menos menos

resistencia)resistencia)



La triangular (60°)o redonda:

y la Trapezoidal:

Tipo de roscaExisten básicamente dos tipos de rosca:



SelloEl sello es el dispositivo mecánico

explícitamente encargado de impedir que el fluido interno salga



RebordeTope mecánico que limita el movimiento de

enroscado

Proporciona la resistencia a la compresión.



ConexionesEs la estructura de agarre de una parte a la otra de la junta. Ofrece un mecanismo de sellado y resistencia a la tensión y compresión. Mantienen a los miembros de la conexión en su posición relativa adecuada para que los sellos puedan cumplir su función correctamenteLa clasificación más común está referida, sin embargo, a si la conexión está patentada o es de libre uso:

Conexiones APIAPI (uso libre)

Conexiones PREMIUM (patentadas)PREMIUM (patentadas)



ConexionesLas conexiones APIAPI son de uso libre y de acuerdo al tipo de rosca existen dos tipos:

Redondas:IJ IJ - Integral JointNUE NUE - Non upset tubing threadEUE EUE - External upset tubing threadSTC STC - Short thread connectorLTC LTC - Long thread connector

Trapezoidales (antiguamente eran patentadas o premium)

BTC BTC - ButtressXLXL- Extreme-line



ConexionesAsí pues por ejemplo, la STCSTC es una conexión acoplada,

con rosca redonda, usualmente de 8 hilos por pulgada (existen también de 10 hpp). No tienen sello, ni reborde

Para lograr el sellado se utiliza una grasagrasa con partículas metálicas en suspensión que se introducen entre los hilos.

Grasa



ConexionesLa BTC o BTC o ButtressButtress es la más popular. Es acoplada y usa una rosca trapezoidal. Tampoco tiene sello, ni reborde.



ConexionesLas conexiones PremiumPremium o Patentadas vienen en gran

variedad de formas y en general se clasifican como:MTC MTC - Estándar con sello metal-metal (VAM, BDS)MIJ MIJ - Integral con sello metal-metal (PH-6, IJ4S)HW HW - Especiales para paredes gruesas (HPC, VAM

HW)LD LD - Especiales para grandes diámetros (Big Omega,

ATS)SLHSLH - Especiales de alto rendimiento y línea reducida

(ULT, NJO)IFJ IFJ - Especiales integrales, el diámetro externo suele

ser menor a 1% por encima de la tubería (STL, FL-4S)



Sellos metal- metal

Reborde

Rosca trapezoidal

Conexión integral

ConexionesConexión PremiumPremium, integral, con

sello metal - metal.



Conexiones de Tubería de Revestimiento

Diámetro> 20”

Diámetro> 16”

No

No

Si

SiInicio

Buttress

Presión> 5.000 psi

oSeveridad> 10°/100’

Buttress NK3SBTC-II

DrillequipRL4S Big Omega

BTB

J. Integral

SLXNJO

STL511

Prof > 1.000’o

Pres. > 2.000psi

Inclinación> 45º

oHolgura

< 3/4”Bajascargas

(camisa)

Si

Si

SiSi

No

No

No

No

Pozos someros


Ejercicio:

Se requiere calcular la Presión de Colapso, Estallido y la Resistencia a la Tensión de un Revestidor con las siguientes características:

Diámetro de Revestidor: 9 5/ 8”Grado del Revestidor: N - 80Peso Nominal: 47 lbs / pie

Utilice las formulaciones que se encuentran en su manual. Compare los valores con su Tabla API



Factores de SeguridadPara el Diseño de Revestidores se requiere del uso de

unos Factores de Seguridad los cuales deben cumplir las normas y procedimientos pre-establecidos por las Industrias Petroleras

Estos factores de Seguridad garantizarán que aquellos Revestidores seleccionados cumplan con todos los esfuerzos involucrados en un Diseño durante la vida útil del pozo

Sus rangos dependerán del Esfuerzo a considerar y del Revestidor que se este diseñando, por mencionar algunos de estos se presenta la siguiente Tabla referencial:



Factores de Seguridad

Tabla Referencial

Existen otros Factores de Seguridad a considerar y están asociados a la Compresión y a los Esfuerzos Combinados

Revestidor Colapso Estallido Tensión

Conductor 1,0 - -

Superficial 1,0 1,1 1,6

Intermedio 1,0 1,1 1,6

Producción 1,1 1,1 1,6



Diseño Gráfico API de RevestidoresPara un Ingeniero de Diseño desarrollar un Programa de

Sartas de Revestimiento desde la superficie hasta el fondo donde se estima estén las formaciones prospectivas, involucra una serie de consideraciones de interés las cuales deben ser tomadas en cuenta al momento de realizar la Ingeniería Conceptual y Básica, esto dado a que el aspecto económico representa un alto porcentaje dentro de los costos finales en el proyecto pozo

Este trabajo de Ingeniería, parte desde el diseño de los diámetros de las brocas o mechas, diámetros de los revestidores, grados de los mismos, profundidades de asentamiento, etc, todo esto a fin de que el pozo pueda perforarse y completarse seguramente con las configuraciones de producción deseada



Diseño Gráfico API de RevestidoresExiste un Método Gráfico tradicional desarrollado por el

Instituto Americano del Petróleo (API) sobre los Diseños de Revestidores

Los mecanismos para desarrollar estos Diseños, involucran Casos de Carga a los cuales estará sometido durante su vida de servicio los revestidores, los cuales consisten en considerar que cada elemento se encuentra bajo un sistema inicial de cargas, llamado caso base

Sobre este sistema inicial se sobreponen las cargas de servicio, es decir las cargas normales que probablemente le impondrá la operación, estos son fuerzas y esfuerzos adicionales que se suman a las condiciones del caso base

Una sarta se considera que está bien diseñada, si para cualquier combinación de cargas base y de servicio mantiene los márgenes de seguridad mínimos necesarios



Diseño Gráfico API de RevestidoresEl caso de carga o condición de servicio queda definido por:

Un perfil de presión interna Un perfil de presión externaUn perfil de temperatura

Generalmente, para el revestidor el caso base es cuando esta colocada en sitio y cementada, este caso también requiere perfiles presión interna, externa y temperatura pues es un caso de carga

Las cargas de servicio pueden ser muchas, por mencionar algunos de ellas: Prueba de presión, vacío total, 1/3 vacío, arremetidas parcial o total de gas, fuga en la tubería de producción y estimulación

Todo esto para los Diseños por Esfuerzos de Colapso, Estallido, Tensión y otros Esfuerzos Combinados, considerando situaciones de criticidad que se pudiesen presentarse en el pozo durante la bajada del revestidor o durante su vida útil productiva



Procedimiento para el DiseñoDiseño por Colapso:

Calcule la Presión hidrostática con la densidad del fluido que se prevé perforar la zona de ese revestidor y a la profundidad donde se instalará el mismo o sea la zapata

Ph (zap) = 0,052 x Df x hzap = psi

Calcule la Presión de Colapso a nivel de la zapata (en el fondo) multiplicando esa Presión Hidrostática por el factor de seguridad seleccionado

Pc (zap) = Ph (zap) x F.S. Colapso = psi

Para la superficie no existirá Presión de Colapso o sea Pc (0´) = 0 psi (no existe columna hidrostática)



Procedimiento para el DiseñoDiseño por Estallido:

Para el cálculo de la Presión de Estallido en el fondo del pozo o sea la zapata, es necesario hacer dos consideraciones o alternativas. La alternativa de menor valor es la que se utilizaría para el Estallido a tomar en cuenta para la zapata

Alternativa No. 1: Considere que el pozo quede lleno de gas desde la profundidad final del próximo hoyo hasta la zapata del revestidor que se está diseñando

Pe(zap) = Pyac – Ph gas por debajo de la zapata

Pyac = 0,052 x (Dfpr – MV) x TVDpr = psiDfpr = Densidad a utilizar en el próximo revestidor, ppgTVDpr = Profundidad vertcal del próximo revestidor, pies




Phgas = Gradiente del gas x (TVDpr – hzap) = psi

Gradiente del gas para TVD > 10.000 pies = 0,15 psi / pie

Gradiente del gas para TVD < 10.000 pies = 0,1 psi / pie

Alternativa No. 2: Considere para esta alternativa lo relativo a la Presión de Fractura o Densidad Equiv. Máxima (DEm)

DEmax = Dfpr + (TVDpr / hzap) x 0,5 = ppg

Presión de fractura = 0,052 x DEmax x hzap = psi

Pe (zap) = Presión de fractura – Ph (zap) = psi




Calcule la Presión de Estallido a nivel de la zapata (en el fondo) multiplicando el valor seleccionado entre las dos alternativas por el factor de seguridad correspondiente

Pe (zap) = Pe (zap) seleccionada x F.S. Estallido = psi

Para el cálculo de Estallido en la Superficie, es necesario suponer que todo el pozo desde la zapata que se esta diseñando hasta la superficie quede lleno con gas

Pe (0´) = Presión de fractura – Ggas x hzap = psi




Calcule la Presión de Estallido a nivel de la superficie (0´) multiplicando por el factor de seguridad correspondiente

Pe (0´) = Pe (0´) x F.S. Estallido = psi

En resumen se tienen:

Colapso EstallidoPc (0´) y Pc (zap) Pe (0´) y Pe (zap)

Con estos valores se procede a realizar el Método Gráfico



Procedimiento para el DiseñoDiseño por Colapso:

Es importante mencionar que es posible que el Colapso deba ser corregido por Tensión. Todo esto se verificaráuna vez se calcule la altura máxima donde iría la I sección (desde abajo hacia arriba) y se compare esta con el punto neutro:

Para corregir : Altura de la 1ra Sección debe ser menor que el Punto Neutro

Punto Neutro = Pn = hzap x Factor de Flotación (FF)

donde: FF = ( 1 – (Df / 65,4)) = adimensional



Procedimiento para el DiseñoDiseño por Tensión:

Para el cálculo del Diseño por Tensión, es necesario conocer la Resistencia a la Tensión del menor Grado que esté en la sección superior o superficie

Esto dado que el mismo soportará todo el peso de las secciones por debajo de el más la de su propio peso, de allí se podrá obtener cual es la Tensión Permisible (Tp) de Diseño que se tiene:

Tp = Resist. a la Tensión – (Peso de las secciones) x FFF.S Tensión



Procedimiento para el DiseñoDiseño Gráfico

Grafique en papel milimetrado con las escalas similares la Profundidad (eje y) vs Presión (eje x)

Coloque los puntos en la gráfica de los valores de Presión de Colapso y Estallido con sus respectivos Factores de Seguridad. Una dichos puntos a través de una recta

Inicie la búsqueda en la Tabla de los Revestidores que cumplan los valores que están referidos en su gráfica para el Colapso y para el Estallido y trace sus valores. Considere el factor económico para su selección

Llene la Tabla de Revestidores sobre su selección



Ejercicio de Diseño:Se desea elaborar un Diseño del Revestidor para el hoyo

Superficial que tiene los siguientes datos:

Dhoyo = 17 1/2”Diámetro del Revestidor Superficial = 13 3/8”hzap = 3000 pies (Revestidor Superficial)Dfluido en el hoyo 17 1/2” = 9,1 ppg

TVDpr = 9.800 pies (Revestidor Intermedio)Dfluido en el próximo hoyo = 13,1 ppgMargen de viaje = 0,3 ppgMargen de Arremetida o Kick = 0,5 ppgGradiente del gas = 0,1 psi / pieFS Colapso = 1,0 FS Estallido = 1,1 FS Tensión = 1,6Revestidores: J-55 disponibles en todos los pesos




Intermedio que tiene los siguientes datos:

Dhoyo = 12 ¼”Diámetro del Revestidor Intermedio = 9 5/8”hzap = 9.800 pies (Revestidor Intermedio)Dfluido en el hoyo 12 ¼” = 13, 1 ppg

TVDpr = 17.000 pies (Revestidor de Producción)Dfluido en el próximo hoyo = 15,2 ppgMargen de viaje = 0,3 ppgMargen de Arremetida o Kick = 0,5 ppgGradiente del gas = 0,15 psi / pieFS Colapso = 1,0 FS Estallido = 1,1 FS Tensión = 1,6Revestidores: N-80 y P-110 disponibles todos los pesos




de Producción que tiene los siguientes datos:

Dhoyo = 8 1/2”Diámetro del Revestidor Intermedio = 7”hzap = 17.000 pies (Revestidor de Producción)Dfluido en el hoyo 8 ½” = 15,2 ppg

Margen de viaje = 0,3 ppgMargen de Arremetida o Kick = 0,5 ppgGradiente del gas = 0,15 psi / pieFS Colapso = 1,1 FS Estallido = 1,1 FS Tensión = 1,6Revestidores: P-110 disponibles todos los pesos



Prof.Desde

Prof. Hasta

Pies Sección

Peso(lbs/pie)

Grado Acero

Tipo Rosca

PesoSección

PesoAcumul.

PesoFlotando

Resisten.Colapso

FracciónResisten.

Valor utilizado

Hidrost.psi

Factor de

Diseño

Resist.Estallido

Cargapsi

Factor de

Diseño

Resisten.M lbs

Factor de

Diseño

Tabla de Revestidores

Colapso Estallido Tensión


Introducción a la

Cementación de

Pozos

CEMENTACIÓN DE POZOS

Función del Proceso de la Cementación de PozosLa función principal es la fijación del revestidor a las

paredes del hoyo para garantizar la perforación de la próxima fase, cumpliendo algunas de las siguientes razones:

Proteger y asegurar la tubería en el hoyoAislar zonas de agua superficial y evitar

contaminación de las mismasAislar zonas indeseables y zonas de diferentes fluidosEvitar o resolver problemas de pérdidas de

circulación, pegas de tubería, abandono de zonas no productoras

Tipos de CementaciónPrimariaSecundaria

Introducción a la Cementación de Pozos

Tipos de CementaciónEn la perforación de un pozo se efectúan por lo menos

dos cementaciones, sin embargo en la historia de un pozo petrolero pueden ser muchas las que pueden efectuarse:

Cementación de todo el espacio anular entre el hoyo y la tubería de revestimiento (Revestimiento superficial)

Cementación del espacio anular ,solamente en una sección inferior (Revestimiento Intermedio o de Producción)

Cementación de intervalos de espacio anular en pozos relativamente profundos o de características especiales (Cementación por etapas)

Cementación en zonas bien definidas para excluir producción de agua ,gas o para abandonamiento (Cementación forzada).

Cementación para formar puentes que obstruyan totalmente ciertos intervalos



Cementación de las Fases

Lechada de Barrido:Cemento clase “H”Volumen: 408 BLSDensidad: 98 lbs/pc (13.1 lbs/gal)

Lechada de Anclaje:Cemento clase “H”Volumen: 154 BLSDensidad: 121 lbs/pc (16.2 lbs/gal)

Lechada de Anclaje:Cemento clase “H”+AditivosVolumen: 204 BLSDensidad: 121 lbs/pc (16.2 lbs/gal)






Tipos de CementaciónPrimaria

Una vez bajado los diferentes revestidores se realiza una Cementación convencional, utilizando para ello un procedimiento que involucra: tapones, espaciadores, lechadas (barrido o cola), aditivos generales de acuerdo al tipo de pozo, fluido de desplazamiento

SecundariaEste tipo de Cementación se puede describir como el

proceso de forzamiento de lechadas de cemento, debido a un defecto de la Cementación primaria o por sellar, abandonar o proteger la migración de fluidos. Este tipo de Cementación conlleva a unos procedimientos más especializado para la solución de problemas existentes. En la figuras se anexan un Procedimiento y el Proceso Global




Equipos de Cementación Se utilizan herramientas sencillas y con una

función específica, estas son :

Zapata Guía: Es un niple colocado en la parte inferior del primer tubo, para permitir una libre introducción de la tubería en el hoyo. Su forma esférica en la parte inferior hace que el contacto con la pared del hoyo sea lo mas suave posible y permita la bajada del revestidor

Zapata Diferencial: Sirve de zapata guía y de flotador. Tiene un dispositivo que permite el llenado de la tubería, de esta forma ejerce una flotación y ayuda con el peso de la tubería, este dispositivo interno puede convertirse en una válvula de retención


Lodo base aceite

Espaciador base aceite

Lechada de cemento

p1 > p2 > p3 > p4 > p5p4 Pc4

Pc1 > Pc2 > Pc3 > Pc4> Pc5

LODO p = DensidadPc = Punto Cedente

p3 Pc3

p2 Pc2Espaciador base agua

Lavador base aceite

p5Pc5

p1 Pc1

Cementación del Pozo




Equipos de Cementación

Cuello Flotador: Se coloca en el extremo superior del primer tubo (en ocasiones del segundo tubo). Sirve de elemento de flotación y puede transformarse por medios mecánicos en una válvula de retención, permitiendo que el fluido circule de la tubería al espacio anular, pero no anular a tubería, así la mezcla agua cemento se queda en el anular y no regresa a la tubería. También sirve de soporte a los tapones de cementación

Cabezal de Cementación: Se coloca en la parte superior del tubo que asoma a la superficie. Se conecta por medio de “mangueras de acero” a los sistemas de mezclado y bombeo. Posee dos camaras de alojamiento para los tapones de cementacion (blando y duro) y válvulas que permiten la operación completa



Tipos de Válvulas FlotadorasTipos de VTipos de Váálvulas Flotadoraslvulas Flotadoras

Válvula de LengüetaVVáálvula de Lenglvula de Lengüüetaeta

Válvula de BolaVVáálvula de Bolalvula de Bola

Válvula de PistónVVáálvula de Pistlvula de Pistóónn



Cabezal de Cementación



Equipos de CementaciónTapones de Cementación : Se introducen en la tubería de

revestimiento durante la operación del bombeo y desplazamiento, se utilizan dos tapones durante el proceso:

Tapón Inferior: Separa la mezcla agua cemento del fluido en el pozo y limpia la pared de la tubería del fluido en el pozo, esta diseñado de manera que a presiones de 300 a 400 psi se rompe un diafragma y permite la continuación del flujo de cemento al llegar al cuello flotador.

Tapón Superior: Separa la mezcla agua cemento del fluido desplazante ,y limpia la tubería de la mezcla agua cemento . Es una pieza casi sólida y al llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la mezcla agua cemento ha sido colocada en su sitio.


Ingeniería Básica de Perforación


Desplazamiento

Bombeo de Cemento con Tapones Superior é Inferior

Bombeo de Cemento con Tapones Superior é Inferior

Método preferido.

Tapón Inferior barre la película del fluido

del ID del revestidor.

Indicación en superficie de la colocación

del cemento.

Máxima separación cemento / fluido.

Método preferido.

Tapón Inferior barre la película del fluido

del ID del revestidor.

Indicación en superficie de la colocación

del cemento.

Máxima separación cemento / fluido.



Equipos de Cementación

Centralizadores: Se colocan en la tubería de revestimiento para mantenerla centralizada en el hoyo y permitir que el espesor de cemento sea uniforme alrededor de toda la tubería, se colocan así:

- El primero, entre la zapata y el cuello flotador- El segundo, en la unión del segundo tubo con el tercer

tubo- De allí en adelante, un centralizador cada dos tubos,

hasta 40 pies por debajo del tope del cemento o según diseño

Raspadores: Se colocan en la tubería de revestimiento con el objeto de limpiar el revoque que se ha formado en la pared del pozo.



Centralizadores Inductores de

Turbulencia:

Son equipos que se colocan en

el revestimiento, los cuales no

solamente centralizan, sino que

también mejoran enormemente

el éxito de la cementación.

Tipos de Centralizadores




Centralizadoresde Flejes

Centralizadoresde Flejes

Centralizador de Fleje c/Turbo-aletaInstalado sobre Anillo Tope

Centralizador de Fleje Instaladosobre Collar del Revestidor



CentralizadoresRígidos

CentralizadoresRígidos

Centralizador Rígido

Centralizador para Hoyo Reducido




Definición de Standoff:Separación mínima permitida entre el hoyo y el revestidor

para garantizar una buena cementación. Según API el valor recomendado es 67 %

Definición de Standoff:Separación mínima permitida entre el hoyo y el revestidor

para garantizar una buena cementación. Según API el valor recomendado es 67 %

AB

Formación

Lodo

Cemento

Revestidor

C% Standoff = C x 100

(A – B )



Tipos de RaspadoresRaspadores de Pared RotatoriosRaspadores de Pared Rotatorios



Características del Cemento El cemento es un material fino con grandes propiedades

de endurecimiento que resulta de pulverizar la escoria que se produce de calcinar materiales calcáreos con cierto porcentaje de arcilla.

Tiene una Gravedad Específica de 3,14 ,y en contacto con el agua forma una mezcla espesa que lentamente va endureciendo hasta formar un sólido fuerte y compacto. La solidificación de la mezcla ocurre en tres etapas :

- a. Fraguado rápido : de 2 a 3 horas- b. Endurecimiento : de 18 a 24 horas- c. Solidificación : después de 24 horas

El Instituto Americano del Petróleo (API), ha especificado los tipos de cemento que deben usarse y las características que debe tener la mezcla agua cemento



PROCESO DE MANUFACTURA DEL CEMENTOPROCESO DE MANUFACTURA DEL CEMENTO


POZO

Fabrica de cemento

TANQUE DEMEZCLADO

ALMACENDE ADITIVOS LABORATORIO

TOLVAS DE CEMENTO, SILICA, BENTONITA...

FILTRO

COMPRESOR

BALANZA ADITIVOS

RECOLECTORDE POLVO

AIRE

PRUEBADE TANQUE

PRUEBAPILOTO

PROCESO GLOBAL DE CEMENTACIPROCESO GLOBAL DE CEMENTACIÓÓNN




Clase deCemento

Requerimiento de Agua (gal/sxs)

Densidad de la mezcla

(ppg)

Profundidad recomendada

(pies)

Temperaturaestática de fondo º F

A 5,2 15,6 6.0006.0006.00012.00014.00016.0008.0008.000

B 5,2 15,680 - 17080 - 17080 - 170

170 - 230170 - 230230 - 32080 - 200

C 6,3 14,8D 4,3 16,4E 4,3 16,4F 4,3 16,4G 5,0 15,8H 4,3 16,4 80 - 200

Clasificación API del Cemento



Pruebas del Cemento Al realizar una mezcla agua cemento se requiere conocer

sus propiedades para una eficaz cementación, por lo que se realizan las pruebas siguientes :

Relación Agua-cementoFiltraciónDensidadTiempo de FraguadoResistencia a la Compresión

Relación Agua-Cemento: El API, recomienda usar 5,2 galones de agua por saco de cemento .

Filtración: La filtración del cemento puro es alta, unos 1000 cc en un filtro prensa a 1000 psi y durante 30 minutos usando una malla N. 323. Para una cementación primaria debe reducirse a un rango de 150 a 400 cc o menos.



Densidad: La relación entre el peso de la mezcla y su volumen. La densidad de la mezcla agua cemento varia de acuerdo a los aditivos usados. Se mide con la balanza de lodos.

Tiempo de Fraguado: Se considera la mezcla no fraguada mientras mantenga su condición de bombeabilidad . El API considera el tiempo de fraguado, al tiempo que transcurre desde su preparación hasta que alcance una viscosidad de 100 poises, se mide con un “Consistómetro”, donde se pueden simular las condiciones de hoyo

Resistencia a la Compresión: El API recomienda que la resistencia a la compresión de un cemento después de 24 horas de fraguado no debe ser menor de 500 psi. El cemento puro ofrece mayor resistencia que lo especificado, pero al usar aditivos se deben realizar pruebas porque estos reducen este parámetro.



Aditivos del Cemento

Todas las mezclas agua - cemento usadas en la industria petrolera, contienen algún aditivo para variar alguna propiedad de la mezcla original. Estos son utilizados para:

Variar la Densidad de la mezcla

Variar la Resistencia a la Compresión

Variar el Tiempo de Fraguado

Controlar la Filtración

Reducir la Viscosidad



Aditivos del Cemento

Generalmente, se reconocen ocho (8) categorías de aditivos:

Aceleradores: Reducen el tiempo de espesamiento de la lechada, y ayudan a aumentar la tasa de desarrollo de la resistencia de compresión.

Retardadores: Incrementan el tiempo de espesamiento de la lechada.

Extendedores: Bajan la densidad de la lechada, y/o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen de la lechada.



Densificantes: Aumentan la densidad de la lechada.

Dispersantes: Reducen la viscosidad operante de la lechada.

Agentes de control de pérdida de fluido:Controlan la pérdida de la fase acuosa de la lechada hacia la formación.

Agentes de control o de pérdida de circulación:Controlan la pérdida de la lechada hacia formaciones débiles.

Aditivos especiales: Son controladores de gas, anti-espumantes, fibras, etc.



Muestra de Aditivos del Cemento



Espaciadores y LavadoresLa contaminación de la lechada de cemento por el fluido de

perforación, puede producir una interface incompatible, exhibiendo un incremento en la viscosidad y en la presión de bombeo.

En casos extremos pueden resultar en la suspensión del trabajo de cementación sin terminar el desplazamiento de la lechada o la fractura de la formación.

Por estas razones, se requiere el uso de Espaciadores y/o Preflujos diseñados, para separar el fluido de perforación de la lechada de cemento y/o Lavar o Diluir el fluido de perforación en el hoyo y acondicionarlo para la lechada de cemento respectivamente.

Para la selección adecuada de un Espaciador o Preflujo se deben realizar las pruebas de compatibilidad del mismo con el fluido y la lechada de cemento.



Compatibilidad de Fluidos.

Separación de Fluidos.

Mejora la Eficiencia de

Desplazamiento de Lodo.

Protección de Formación.

Suspensión de Sólidos.

Compatibilidad de Fluidos.

Separación de Fluidos.

Mejora la Eficiencia de

Desplazamiento de Lodo.

Protección de Formación.

Suspensión de Sólidos.

Espaciadores y Lavadores- Características:



Cementación Secundaria

Las cementaciones secundarias se definen como un proceso de bombear una lechada de cemento en el pozo, bajo presión, forzándola contra una formación porosa, tanto en las perforaciones del revestidor o directamente el hoyo abierto.

Cuando la lechada es forzada contra una formación permeable, las partículas sólidas pierden filtrado en la cara de la formación de tal manera que la fase acuosa que entra en la matriz de la formación, forma una torta que ocupa los espacios porosos creando un sello impermeable.




El objetivo de una cementación forzada es obtener una zona aislada o sellada en el espacio anular entre el revestidor y la formación.

La cementación secundaria se puede realizar durante la ejecución de cualquiera de los siguientes procesos:

Perforación

Completación

Reacondicionamiento.




Razones para realizar un Trabajo de C. SReparar un trabajo de cementación primaria deficiente,

debido a la canalización de la lechada de cemento a través del fluido o por altura insuficiente del cemento en el anular.

Eliminar intrusión de agua de las zonas adyacentes o también de la misma formación productora de hidrocarburos.

Reducir la alta producción Gas/Petróleo (GP), aislando las zonas de gas adyacente a los intervalos productores de hidrocarburos.

Reparar una filtración causada por corrosión o partidura del revestidor.

Abandonar una zona no productora o agotada.


Formulario General

.- Capacidad interna (Cap. int.) en bls / pieCap. int. = ID ² / 1029.4

.- Capacidad anular (Cap. anu.) en bls / pieCap. anu. = [ID ² - OD ² ] / 1029.4

.- Volumen interno (Vol. int.) en barriles (bls)Vol. int. = Cap. int. x Long. interna seleccionada

.- Volumen anular (Vol. anu.) en barriles (bls)Vol. anu. = Cap. anu. x Long. anular seleccionada

.- Volumen de la lechada (VL) en galones / sksVL = (Peso: Cemento + Aditivos + Agua) (lbs/sks) x Vol.absoluto (gal/lbs)

Nota: Calcular en forma individual y luego sumar. Volumen absoluto = 1 / (SG cemento o aditivos x 8,33) = gal / lbs




.- Densidad de la mezcla (Dm) en lbs / galDm = Peso (lbs/Sk): (Cemento + Aditivos + Agua)

VL

.- Volumen Total de Cemento (Vtc) en pie ³Vtc = Vol. interno + Vol. anular = bls 1 bls = 5.615 pie ³

.- Rendimiento de la mezcla (Rm) en pie ³ / sksRm = VL (gal / sks) / 7.48 (gal / pie ³)

Nota: Cada cemento mezclado API tendrá un % de Agua por Peso de Cemento (BWOC) a menos que se especifique otro tipo de mezcla (mezcla no API)

.- Requerimiento de Agua (Ragua) en gal / sksRagua = Peso del agua requerida (lbs/sks) x Vol. absoluto del agua (gal / lbs)

Nota: Peso del agua requerida incluye Cemento y Aditivos. Volumen absoluto del agua (1 / 8.33 = 0.12)



.- Número de Sacos de Cemento (No. sks)No. sks. = Vtc (pie ³) / Rm (pie ³ / sks) = sks

.- Requerimiento Total de Agua (Rt agua) en blsRt agua = Ragua (gal / sks) x No. sks = bls

42 gal / bls

.- Velocidad anular (Vel. anu.) en pie / minVel. anu. = (24.5 x Q) / (DM ² - dm ²) = pie / min

donde: DM = Diámetro mayor en uso, pulgadas, Dm = Diámetro menor en uso, pulgadas. Q = Gasto o Caudal, gal / min

.- Desplazamiento de la Bomba Triplex (Db) en gal / emboladasDb = 0,0102 x Dc ² x Lc x % EV

donde: Dc = Diámetro de la camisa de la bomba, pulgs, Lc = Largo de la carrera o vástago, pulgs, % EV = % de Eficiencia Volumétrica, fracción



.- Fuerzas hacia arriba (F↑) en libras (lbs)F ↑ = (Long. TR x Cap. Ext. TR x Dm ) x 42

donde: Cap. Ext. TR = OD ² del TR/ 1029.4 = bls / pie

.- Fuerzas hacia abajo (F↓) en libras (lbs)F ↓ = (Long. Sup – CF x Df x Cap. int.) x 42 + (Peso TR x Long. TR)

donde: Df = Densidad del fluido en lbs / gal

.- Presion interna (Pr. int) en psiPr. int. = (0,052 x Dm x h zap-cf) + (0,052 x Df x h sup-cf)

.- Presion anular (Pr. anu.) en psiPr. anu. = (0,052 x Dm x h cemento) + (0,052 x Df x h fluido)

.- ΔP = Panular – Pinterna en psi



.- Factor de seguridad al colapso (Fsc)Fsc = Resistencia al Colapso (psi)

∆P (psi)

.- Factor de seguridad a estallido (Fse)Fse = Resistencia al estallido (psi)

∆P (psi)

.- Tiempo de colocacion de la lechada (Tc) en minutosTc = Td + Tm = minutos

donde:Td = Tiempo de Desplazamiento del Tapon Superior a la tasa de desplazamiento seleccionada, en minTm = Tiempo de mezclado de la lechada de cemento a la tasa de mezclado seleccionada, en min.



Ejercicios de Diseño:Datos:

Prof. TR intermedio: 9800 piesProf. TR Superficial: 4500 piesDhoyo = 12 ¼” (agregar 15 % de exceso por derrumbe)Tope del cemento: 4000 piesTR de 9 5/8” – P-110 – 53,5 lbs/pie, Rosca ButtressID de TR de 9 5/8” : 8,535 pulgsTR de 13 3/8” – J-55 – 68 lbs/pieID de TR de 13 3/8”: 12,415 pulgsLongitud Zapata – Cuello Flotador: 80 piesDfluido: 13,1 ppg (para desplazar y en el hoyo)Tasa de mezclado: 9 bls/minVelocidad crítica deseable: 200 pie / min2 Bombas Triplex: 6” x 12”, EV= 95%, 120 spm c/uCemento Tipo “H”, 38% de BWOW2% de Bentonita (5,3% por cada 1% de Bentonita)Presión de Colapso: 7950 psi y Presión de Estallido: 9160 psiProfundidad del Hoyo de 12 ¼”: 9810 piesTiempo de fraguado: 3 hrs, 45 min (Valor asumido)Tasa de desplazamiento: 8 bls / min


Ejercicios de Diseño:Calcule:

Volumen Total de cementoDensidad de la mezcla (ppg)Rendimiento de la mezcla (pie cubico/sxs)Requerimiento de agua (gal/sxs)Número de sxs de cemento (sxs)Caudal requerido para producir la Velocidad crítica (gal/min)Número de strokes para producir el caudalPresión interna y anular. Diferencial de presión (psi)Factores de Seguridad de Colapso y EstallidoFuerzas hacia abajo y hacia arribaTiempo de desplazamiento de la lechada de cementoTiempo de mezcladoTiempo total de la operación. Comparación



presentac. diseÑo de revest- y cementacion modulo iv ok ok

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