Cementacion De Pozos Horizontales Y Direccionales 1x132n

CEMENTACION EN POZOS HORIZONTALES Y DIRECCIONALES Una de las finalidades de cementar pozos horizontales es la de evitar la inestabilidad mecánica y fisicoquímica del pozo, además de aislar zonas para que no haya comunicación de fluidos. En pozos horizontales, uno de los problemas que afectan la cementación en el depósito de los recortes del lodo de perforación en la parte baja del pozo. Esto se puede evitar haciendo un buen diseño del lodo, específicamente en el punto de cedencia. El depósito de solidos evita el desplazamiento y frustra el propósito de la cementación:

rodear

completamente

y

homogéneamente

la

tubería

de

revestimiento con una envoltura de cemento y afianzarla a la formación. Otro aspecto muy importante es centrar la tubería de revestimiento para mejorar el desplazamiento del lodo. Para lograr una buena cementación es muy importante colocar uniformemente la lechada de cementación en el espacio anular, y que en el diseño de la lechada de cemento no hay agua libre y no se asienten partículas. Dentro de los pozos horizontales existen las variables de pozos de alcance extendido y pozos multilaterales. 1. Introducción En la industria de ingeniería de cementaciones se ha evolucionado de una manera vertiginosa. En pocos años se ha logrado obtener grandes avances tecnológicos de manera que ha facilitado la cementación de pozos petroleros

por medio de computadoras que simulan el comportamiento

dentro del mismo. La cementación es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y situarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor. Durante la construcción de un pozo petrolero el proceso de cementación es de vital importancia para el mismo, dado que una deficiente operación de cementación traería drásticas consecuencias; tales como incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo, riesgos hacia el ambiente, fuga de

gases, grietas en la cuales haya fugas de agua y a la seguridad. Por tal motivo al momento de diseñar y cementar un pozo petrolero se deben tomar en cuenta las nuevas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas al proceso de cementación. La cementación tiene una gran importancia en la vida del pozo, ya que los trabajos de una buena terminación dependen directamente de una buena cementación. 2. Objetivo Dar a conocer la cementación de un pozo horizontal o direccional, especificando las características, propiedades, limitaciones y pasos que se realizan en el proceso. 3. Marco teórico 3.1. Pozos horizontales y direccionales 3.2. Clasificación de los pozos horizontales Los pozos horizontales son aquellos en los que en una parte del pozo esta desviada 900 con respecto a la vertical. La técnica de perforación horizontal puede ser subdividida en cuatro grupos, dependiendo del ángulo con el que se ha construido el pozo, que pueden ser: de radio largo. Medio, corto y ultracorto.



Radio Largo: En un sistema de radio largo se usa la tecnología de perforación direccional. Aquí los incrementos de ángulo van desde 3 0 a 80 por cada 30 m y dependiendo del alcance, requieren de incremento para ser desarrollados en dos o tres secciones.

EL drene de pozos horizontales de radio largo puede ser relativamente grande, con una máxima longitud de 1,220m. La perforación de pozos altamente desviados puede ser o no de “alcance extendido”. Estos son:

Generalmente estos pozos se empiezan a construir de un punto de partida con una desviación de 400 a 500, seguida por una sección grande de declive para terminar en una sección horizontal dentro del yacimiento. Con esta tecnología en la perforación de pozos horizontales se logran longitudes de drene que exceden los 610m, diámetros de 51/2” a 91/2”, la sección vertical no presenta mayor problema en los primeros 5m, cuando son atravesadas formaciones problemáticas y en profundidades verticales mayores a los 

3,048m. Radio Medio: Para la perforación de un pozo de radio medio se emplea el equipo convencional de perforación modificado y se va desviando a u n ritmo de 80 a 200por cada 30m, aunque ritmos de incrementos de orden de 500por cada 100ft son teóricamente posibles. El largo de la sección



horizontal puede ser de 915m o más. Radio Corto: El método de perforación lateral de radio corto tiene un ritmo de incremento del ángulo de entre de 1.5 0 a 30 por ft. Permite desviar el pozo desde la vertical hasta la horizontal

en menos de 30m. Las

penetraciones laterales arriba de 274m son comunes. Se utiliza un equipo muy especializado combinándolo con herramientas rotatorias con coples y juntas especiales para articular la tubería. Frecuentemente son perforados múltiples drenes desde la misma vertical del pozo con esta técnica.



Radio Ultracorto: El método de radio ultracorto utiliza la acción de inyección a chorro a través de una tobera de alta presión montada al final de la tubería flexible orientada. El ritmo de incremento del ángulo es de 90 0 /pie; sin embargo la longitud y el diámetro de cada uno de los agujeros está limitada de 30 a 60m y 5cm de diámetro. Se pueden perforar mas de 10 agujeros de drenes pequeños en el mismo plano de anglos rectos con respecto a la vertical, que se conocen como “star jet holes”. 3.3. Procedimiento de terminación En la actualidad varios agujeros horizontales son terminados sin ser cementados. La sección horizontal generalmente se termina con tubería corta ranurada, o bien perforada, o en algunos casos, con cedazos para el control de la arena. En tales pozos, la roca de la formación debe ser o suficientemente compacta como para impedir el colapso, particularmente cuando se aproxima el agotamiento. Muy raramente los pozos horizontales pueden ser terminados en agujeros abiertos, sin algún método de revestimiento. Las tuberías de revestimiento intermedias se encuentran, por lo general en la sección altamente desviada. por lo general, en la sección altamente desviada, por lo que deben tener un buen trabajo de cementación. Esto es necesario para evitar la filtración de fluidos y para proveer un aislamiento entre el revestimiento de la parte superior y los intervalos productores de la parte inferior. Sin embargo, frecuentemente existen ciertos aspectos de producción y terminación de pozos horizontales que determinan en donde se deberá meter una tubería de revestimiento y en algunos casos en forma aislada. Algunas de estas situaciones se mencionan a continuación: Cuando en un yacimiento se planea un tratamiento de estimulación en intervalos múltiples. Cuando hay problemas para controlar la conificación de gas y agua, las cuales deben ser prevenidas durante la perforación del agujero. Esto da como resultado la pérdida del control direccional pues esto causaría que el agujero se perfore sin rumbo, o simplemente, perforar el casquete de gas antes de entrar en la zona de aceite.

Cuando un intervalo de producción requiera de una cementación de reparación para impedir la producción de agua indeseada o el avance del gas. Un ejemplo de un pozo horizontal, cementado y terminado, en el caso de pozos horizontales, las propiedades más importantes de la lechada de cemento son la estabilidad y la pérdida de filtrado. La estabilidad de la lechada de cemento es siempre importante pero, aún más, en un pozo desviado. Hay dos propiedades que la determinan: el agua libre y la sedimentación. El agua libre es importante debido a que puede migrar a la parte superior del agujero y crear un canal abierto a través del cual los fluidos del pozo pueden viajar; la sedimentación puede causar un cemento poroso de baja resistencia en la parte superior del pozo. Por consiguiente, deben llevarse a cabo pruebas de laboratorio para asegurarse que lo anterior no ocurrirá a medida que el ángulo aumenta. El agua libre debe mantenerse en cero y puede prevenirse junto con la sedimentación por medios químicos tales como la adición de agentes viscosificantes y/o sales metálicas que forman hidróxidos complejos.

El control de la pérdida de fluido es particularmente importante en pozos horizontales, debido a que la lechada de cemento está expuesta a secciones permeables más largas que en pozos verticales. Los ritmos bajos de pérdida de fluido son necesarios para preservar las propiedades reológicas cuidadosamente diseñadas de la lechada de cemento. El ritmo de pérdida de fluido siempre debe ser menor a 50 ml/30 min. Otras propiedades en la lechada de cemento es el control de la densidad y las concentraciones

uniformes de aditivos, las cuales son particularmente importantes para asegurar que las propiedades del cemento sean consistentes en todas las partes del intervalo cementado. La lechada de cemento deberá ser mezclada en su totalidad, antes de ser bombeada, siempre que esto sea posible. Una vez que la lechada de cemento ha sido diseñada, los gastos de flujo deberán ser verificados en un simulador. Esto es importante para poder verificar que no se excedan las presiones de poro y de fractura de la formación. Puntos que se deben considerar en la cementación de pozos horizontales, basados en investigaciones y en experiencia de campo, las principales claves para el éxito de una cementación de un pozo horizontal puede resumirse como sigue: • Prevenir el asentamiento de los sólidos del fluido de perforación • Optimar las propiedades de la lechada • Maximizar la limpieza del espacio anular • Centrar la tubería de revestimiento • Circular el lodo • Reciprocar y rotar la tubería de revestimiento • Bombear baches compatibles Diseñar gastos de desplazamiento para flujo turbulento (sin llegar al límite de la presión de poro y presión de fractura). La experiencia dentro de la industria confirma que con buenas prácticas de cementación y una atención rígida a los detalles especiales de planificación y ejecución de los pozos horizontales, se podrán 3.4.

cementar con óptimos resultados. Pozos de alcance extendido Este tipo de pozos son producto de las más recientes innovaciones tecnológicas en la industria petrolera. Son pozos del tipo horizontal pero con una sección horizontal mayor, llamados convencionalmente de alcance extendido (extended reachwells). Estos pozos tienen un punto de origen y logran desarrollar desviaciones del orden de 40 a 50°, seguidos por una sección de ángulo constante y por último una

sección

horizontal

dentro

del

yacimiento.

Esta

última

no

necesariamente deberá ser horizontal. Con la presente tecnología se han desarrollado pozos con un alcance de hasta 10,000 metros con una profundidad vertical de hasta 3,000 metros. Para la cementación de estos pozos se emplea el mismo principio de los pozos horizontales, pero con la característica de que en este caso se tendrán mayores distancias con respecto a la vertical para ser cementadas. Tanto el diseño del programa de revestimiento como el de cementación deberán tener en cuenta los pesos y grados de las tuberías para no tener un mayor impacto en los costos del pozo. Las tuberías deberán ser diseñadas, fundamentalmente, para permitir un margen de seguridad para el colapso, debido al peso de las formaciones suprayacentes, reventones y el esfuerzo de tensión. Por estas razones, el cemento colocado alrededor de la tubería de revestimiento 3.5.

deberá

desarrollar

una

alta

resistencia

a

la

compresión. Remoción del lodo Como en la cementación convencional, el desplazamiento del lodo es absolutamente esencial para obtener una buena cementación primaria. Los principios para una remoción normal del lodo son aplicables en agujeros horizontales; sin embargo, hay algunos

3.6.

factores adicionales que se deberá considerar. Propiedades del lodo La limpieza del agujero durante la perforación ha sido, siempre, una de las mayores consideraciones la perforación direccional. Esto se debe a la tendencia de los recortes que se asientan en la parte baja del agujero y a la dificultad para removerlos. En pruebas de laboratorio se determinó el comportamiento del asentamiento de los sólidos y cómo afectaba al desplazamiento del lodo durante la cementación. Ellos construyeron un aparato para simular a escala una sección de la desviación de un pozo de gas o aceite. El modelo simulaba una tubería de 5" en un agujero de 6 ½", y podía ser colocado en una formación permeable o no permeable,

hecha de arenisca o de acero, respectivamente. El modelo fue operado a tres inclinaciones 0, 60 y 85°. Dos formulaciones de lodo base agua y una composición de cemento fueron usadas. No se emplearon fluidos espaciadores. El procedimiento de prueba fue diseñado para simular un trabajo actual de cementación. La circulación del lodo y su acondicionamiento fueron desarrollados, y se bombeó suficiente lechada de cemento a través del modelo para simular el tiempo de o entre la tubería y la formación que experimenta un trabajo de cementación. El cemento fraguó, el aparato fue desensamblado, y se cortó en segmentos. Las eficiencias de desplazamiento fueron determinadas con base en la revisión de todos los segmentos con canales del lodo. Del análisis de los resultados se observó que para un gasto dado, la capacidad de un lodo para prevenir el asentamiento de sólidos está relacionado a su punto de cedencia y al esfuerzo de Gel. Adicionalmente, Keller encontró que la severidad del asentamiento de sólidos fue significativamente mayor a 85° con respecto a 60°. Crook investigó sobre la influencia del punto de cedencia, empleando el mismo modelo del pozo descrito anteriormente. Las pruebas de desplazamiento del lodo fueron similares a las desarrolladas por Keller, a 60 y 85° de desviación. Las propiedades del lodo y de la lechada de cemento fueron monitoreadas, y la eficiencia del desplazamiento fue determinada después de desmantelar el modelo, una vez que el cemento se colocó. Las conclusiones principales fueron: 1. Habrá un valor crítico en el umbral, debajo del cual aparecerá un canal continuo de sólidos. 2. El valor del punto de cedenciarequerído para prevenir la formación de un canal aumenta con un incremento en el ángulo de desviación. Un punto de cedencia mínimo de 20 lbf/100 ft para una desviación de 60°, y 28 lbf/100 ft para 85°, se recomendó para prevenir el asentamiento a partir del lodo. Las pruebas de laboratorio y la experiencia en la industria indican también que el flujo turbulento es

esencial para la remoción de recortes en un agujero horizontal. Para inducir flujo turbulento, varios operadores perforan con un lodo de viscosidad aparente baja, mientras se mantiene un gasto de circulación por arriba de 500 gal/min, y una relación del punto de cedencia/viscosidad plástica, arriba de 1. Aparte de mantener el agujero limpio, el lodo también debe evitar dañar el yacimiento, evitar la incompatibilidad con los fluidos del yacimiento, asegurar la estabilidad de la perforación en formaciones no consolidadas, y reducir el torque y arrastre de la sarta de perforación y tubería de revestimiento. Para satisfacer estas 3.7.

condiciones, con frecuencia se prefieren los lodos a base de aceite. Circulación del lodo La circulación del lodo antes de la cementación es tan importante en pozos horizontales como en pozos convencionales. La circulación apropiada con el gasto más alto permisible de la bomba es necesaria para romper la fuerza de gel de lodo y facilitar su remoción por el desplazamiento de fluidos. Así como en pozos convencionales, la circulación debería ser al menos de dos veces el volumen del agujero, y debería ser continua hasta que un 95% del lodo circulable este en movimiento. Un operador “marca” el lodo frecuentemente para determinar cuándo está fluyendo el volumen, máximo de lodo. Se deberá mantener flujo turbulento sin rebasar la presión de fractura, esto puede verificarse mediante el uso de simuladores como el cemento W(IMP). El empleo del sistema de perforación top – drive (TDS por sus siglas en inglés) es prácticamente obligatorio para proporcionar una adecuada limpieza del agujero en pozos altamente desviados y horizontales. El TDS proporciona varias ventajas con respecto a la perforación rotaria convencional: • La capacidad para intercambiar y rotar la tubería

de

perforación durante la circulación, con el fin de mejorar la limpieza del agujero durante su acondicionamiento antes de sacarla.

•

La capacidad al hacer conexiones, para repasar en cada

parada de tubería con el top drive, al menos una vez en agujero calibrado y tres veces en zonas deslavadas. • La capacidad para hacer frecuentes viajes de limpieza a partir de la zapata de la tubería de revestimiento con circulación por lo 3.8.

menos durante las 10 primeras paradas de tubería. Movimiento de la tubería El movimiento de las tuberías corridas a la superficie o tubería corta es importante para ayudar a romper el esfuerzo de gel del lodo, y para permitir un buen desplazamiento de fluidos. Es recomendable aplicar tanto el movimiento rotacional como reciprocante. En realidad se prefiere la combinación de ambos. Sin embargo, es recomendable la rotación en agujeros calibrados ya que n la fuerzas rotacionales provocaran un barrido completo a rededor del espacio anular. El movimiento reciprocante es una alternativa aceptable, y deberá ser empleada en agujeros deslavados. La rotación debe ser de 10 a 20 RP, el reciprocante de 10 a 20 ft, con uno a dos movimientos cada uno o dos minutos. El movimiento debe comenzar al momento de iniciar la circulación del lodo y terminar hasta que el último tapón es desplazado. La combinación de ambos movimientos se ha utilizado para pozos horizontales y puede ser empleado para sartas hasta superficie y tuberías cortas. Se ha observado que el movimiento de tubería es mucho más fácil con lodo a base de aceite que con lodo de base

3.9.

agua, debido a que la fricción en las paredes es de cerca de la mitad. Centralización La centralización es esencial para proporcionar un área uniforme que será la ruta abierta de flujo hacia al espacio anular. Si la tubería no está centrada, impedirá el movimiento del lodo en la parte baja del agujerodebido a las diferencias en el patrón de flujo no hay un régimen de flujo o ritmo de flujo practico que pueda remover el lodo entrampado. La experiencia de campo indica que un 67% de centradores necesario para lograr la mejor oportunidad de remover el lodo de la

parte estrecha del anular. Esto fue confirmado por Wilson y Sabins (1988) quienes en estudio de laboratorio observaron que a pesar de un control estricto sobre el lodo, existía contaminación del lodo y una pobre eficiencia de desplazamiento cuando el centrado API de una tubería menor del 60%, el espaciador y las características de la lechada de cemento.

La dificultad para mantener el flujo turbulento hacia una tubería excéntrica esta mostrada en la figura. El promedio de nuero de Reynolds critico se incrementa a 2.5 veces cuando es centrado se reduce del 67 al 40% . El centrado de la tubería de revestimiento es complicado cuando el ángulo de desviación es alto, debido al incremento d la carga sobre los centradores. Para mantener el óptimo centrado, una regla de “dedo” es mantener el espaciamiento entre centradores por debajo de 20 ft(6.1m) los centradores de barra solidos son los recomendados

cuando se

cementa en agujeros calibrados. Los centradores soldados tipo “fleje “pueden ser empleados en secciones deslavadas. Los centradores deberán incluir un cojinete que permita el movimiento rotacional y reciprocante en la tubería sin que se mueva los centradores. El número requerido y el posicionamiento de los centradores pueden ser determinados con precisión mediante simuladores de cómputo.  Efecto de cuña Cuando hay bajos gastos de flujo (flujo laminar), existe la posibilidad de que el cemento más pesado pueda actuar como cuña y como

canal debajo del lodo. Sin embargo, este efecto puede compensar por diferencia de velocidades entre la parte superior e inferior del espacio anular durante el desplazamiento, debido a la excentricidad de la tubería a la aparente excentricidad por el asentamiento de solidos del lodo de perforación. Más aun, no han aparecido publicados estudios teóricos o experimentales concernientes a los efectos de la diferencial de densidades y el aislamiento de la TR; por lo que las recomendaciones en estos aspectos están basados en experiencia e campo 3.10. Fluidos espaciadores y lavadores Los fluidos espaciadores y lavadores químicos deberán preceder siempre a la lechada de cemento. Idealmente, todos los fluidos deberán desplazarse en flujo turbulento, incluyendo el lodo. Sin embargo, si el cemento no puede ser desplazado en flujo turbulento entonces, al menos, se debe preceder por el flujo turbulento de un fluido espaciador o lavador. La lechada de cemento puede, entonces, desplazar un fluido más delgado, que tiene una baja resistencia al flujo. Para determinar las condiciones de cementación, la fig. 19 indica el gasto para alcanzar el flujo turbulento del lodo en el espacio anular para diferentes tamaños de tubería de revestimiento en un agujero de 8 ½ pulg, y su correspondiente

margen

de

seguridad

esta

figura

muestra

claramente que se necesita alcanzar flujo turbulento en la TR 5 ½ pulg, un margen de seguridad de 300 psi permanece al final del desplazamiento , mientras que para una TR 7pulg, la presión de fractura de la formación ha sido sobrepasada por 200 psi.

FIGURA 19 3.11. Propiedades de la lechada de cemento Varias propiedades de la lechada de cemento se consideran necesarias para una cementación exitosa. Algunas de estas propiedades son más críticas en la cementación de pozos horizontales que en pozos menos desviados. Dos de los más importantes propiedades son la estabilidad de la lechada de filtrado. 3.12. Estabilidad de la lechada La estabilidad del cemento es siempre importante, pero aunmas cuando se trata de pozos desviados. Existen dos propiedades que determinan la estabilidad de la lechada: el agua libre y la sedimentación. El agua libre es importante debido a que puede

migrar hacia la parte alta del agujero y crear un canal abierto a través del cual los fluidos del pozo pueden fluir. La sedimentación puede provocar una baja resistencia, una porosidad alta del cemento en la parte superior del pozo. La perdida de aislamiento entre zonas puede ocurrir y causar una migración de fluido y una reducción en el control eficiente del yacimiento. Aunque la propiedad del agua libre y la sedimentación pueden ocurrir juntos no están necesariamente relacionadas. Una propiedad puede presentarse sin la presencia de la otra; por lo tanto, las pruebas que se hagan deberán considerar que sean independientes. El agua libre debe mantenerse en cero. En el laboratorio, el agua libre y la sedimentación deben medirse contemplando el máximo angulo de desviación. Aunque un método de prueba estándar de la API no existe actualmente para pozos horizontales, la mayoría de las compañías

operadoras

y

de

servicio

han

desarrollado

procedimientos internos para pruebas de evaluación del agua libre. El agua libre y la sedimentación pueden ser prevenidos por medios químicos, tales como la adición de agentes viscosificantes y/o sales metálicas, las cuales forman hidróxidos complejos. 3.13. Perdida del fluido El control de pérdida de fluido es particularmente importante en pozos horizontales, debido a la exposición de la lechada a grandes secciones permeables que son más críticas que en pozos verticales. Se requieren bajos ritmos de perdida de fluidos para preservar las propiedades reológicas diseñadas para la lechada. Los ritmos de pérdida deben ser siempre menores a 50 ml/30 min. Un método para lograrlo, sin efectuar adversamente el control del agua libre y la viscosidad, es mediante el uso de un sistema propiamente diseñado de cemento latex- modificado. Otras propiedades de la lechada: El control de la densidad de la lechada y una concentración uniforme de los aditivos son particularmente importantes para asegurar que las propiedades del cemento sean consistentes a través del intervalo

que se va a cementar. Se deberá tener un control estricto de la mezcla de la lechada. Si se requiere el control de sistema de cemento de baja densidad, por problemas de perdida de circulación, los cementos a base de microesferas podrían ser mejores que los sistemas convencionales de cementos ligeros, sobre todo para obtener una mayor resistencia a la compresión. 3.14. Equipos que se utilizan en la cementación En la operación de cementación se emplean dos tipos de equipos, estos son: 1. Equipos Superficiales 2. Equipos Sub-superficiales 1) Equipos superficiales a) Cabezales de cementación b) Tuberías de cementación para bombeo de lechada, uniones chicksan c) Planta de almacenamiento de cemento y adictivos a granel (móviles o fijos) d) Almacenes móviles de cemento y adictivos en saco e) Equipos de mezclado f) Equipo de bombeo g) Equipos de medición y registro a) Cabezales de cementación Las Cabezas de Cementación o también llamados Contenedores de Tapones se utilizan en la mayoría de los trabajos de cementación para adaptar la tubería de revestimiento a la bomba así como para liberar los tapones de cementación al momento adecuado. Los tapones de cementación se utilizan para separar los fluidos del pozo y la lechada de cemento. Las cabezas de cementación están diseñadas para retener uno o dos tapones que se pueden cargar antes de mezclar la lechada de cemento. Las cabezas de inyección se instalan en la parte superior de la cañería de revestimiento antes de trabajos de cementación para permitir a los operadores aplicar el tapón de cementación superior sin abrir la cañería de revestimiento. Debido a que no se requiere circulación

continua

en

la

mayoría

de

las

situaciones

de

cementación, el bombeo puede detenerse suficientemente como para insertar el tapón inferior. Cabeza de Cementación Las cabezas de cementación tienen ventajas con respecto de otros métodos de aplicación de tapones: ▪ Se puede cargar un tapón en un contenedor antes de la mezcla de la lechada de cemento. ▪ Se puede liberar un tapón del contenedor en cualquier momento sin interrumpir la operación de bombeo. ▪ No ingresa aire en la cañería de tal manera que el movimiento de la lechada no se detiene. Las cabezas de cementación están disponibles en dos tipos: - De caída libre - Múltiple b) Tuberías de cementación para bombeo de lechada, uniones chicksan No se cuenta con la información necesaria sobre este dispositivo de cementación. c) Planta de almacenamiento de cemento y adictivos a granel (móviles o fijos) El manejo de cementos a granel a través de un proceso neumático involucra el mezclado de materiales secos moviéndolos de tanque a tanque. El material seco mezclado subsecuentemente se mueve al siguiente tanque o camión descargándolo a un flujo de aire de alta velocidad. Las ventajas de este tipo de sistemas son: ▪ Alimentación uniforme del cemento recién aireado (fluidizado), sin enjarres y sin grumos al sistema de mezclado. ▪ El mezclado de cemento del movimiento entre tanques a una presión de aire de 30 a 40 psi y hacia los tanques de mezcla o transferencia para una aireación continua y una mezcla más homogénea de los materiales. Tanques de almacenaje.- Tolvas verticales de forma de cono o cuadradas que brindan capacidad de almacenaje y descarga de los cementos y aditivos comúnmente utilizados en esa ubicación

geográfica. La mayoría de los sistemas a granel portátil o marino usan tanques de almacenamiento presurizados que permiten colocarlos en cualquier sitio, mientras que los tanques de almacenaje permanente operan con el principio de alimentación por gravedad. Tanque scale.-Tanque presurizado con forma de cono en el que los materiales de cemento a granel son neumáticamente colocados en el vacío y densificados. Tanque de reserva/mezcla.- La maria de las plantas a granel están equipadas ya sea con un tanque receptor superior de alimentación de gravedad no presurizado o un tanque de mezcla presurizado. Esos tanques mezclan aún más los materiales en seco y también retienen temporalmente el cemento y los aditivos antes de descargarlos al camión para su transportación. Tanque de desperdicios.- Un tanque de tipo de almacenaje con un colector de polvo en el que otros tanques de almacenaje neumáticos pueden

ventearse.

Tambien

puede

almacenar

material

de

desperdicio del campo hasta que su desecho es posible. d) Almacenes móviles de cemento y adictivos en saco Los componentes principales de la unidad son los productos genuinos importados, que realzan grandemente su funcionamiento. La operación de la unidad se observa a través del sistema del electrico, del sistema hidráulico, del sistema pheumantic y del sistema

de

transmisión

mecánico.

Todos

los

sistemas

son

controlados a través del de control, que facilita al para funcionar y realiza la automatización de alto nivel. e) Equipos de mezclado La Mezcladora Recirculante de Cemento (RCM) es un sistema de mezclado de tipo avanzado con diferentes ventajas con respecto de otros sistemas convencionales. Entre estas ventajas podemos citar:

▪ La mezcladora podrá configurarse para un control más preciso sobre la densidad de la lechada, lo que permite variaciones según como lo requieran los requisitos de un trabajo específico. ▪ Mayor energía de mezcla. ▪ Mayor control sobre las propiedades de las lechadas. F) Equipo de bombeo El equipo de bombeo de cemento es parte esencial de cualquier operación. Las unidades de bombo pueden estar montadas en camiones, remolques, patines o contenedores de agua. Se operan intermitentemente a alta presión y a diferentes rangos. Las unidades de bombeo deben contar con un alto caballaje y amplios límites de torque. Deben contar con la relación de peso a caballaje más baja posible para satisfacer las consideraciones de su transportación. La mayoría de las unidades son energizadas mediante motores de combustión interna o motores eléctricos. Las unidades de cementación pueden contar con múltiples de dos o tres bombas. Para sistemas de alta presión, una bomba mezcla mientras la otra desplaza. Los sistemas de baja presión utilizan una bomba centrífuga para mezclado y dos bombas de desplazamiento positivo para desplazar. La mayoría de los trabajos de cementación involucran una presión máxima de menos de 5 000 psi, sin embargo se podrán encontrar operaciones que demanden hasta 20 000 psi. Debido a que las condiciones

operativas

varian

grandemente,

la

bomba

de

cementación y el tren de potencia fueron diseñados para soportar máximas presiones. Para un trabajo dado, el número de camiones que se requerirán para mezclar el cemento dependerá del volumen de cemento, la profundidad del pozo y las presiones anticipadas. Para sartas superficiales y conductoras, usualmente basta con un camión; para cañería intermedia de revestimiento o cañería de

producción se podrían requerir hasta tres unidades. También se podrán requerir varias revolvedoras en trabajos en donde se requieran más de 1 000 sacos o donde se esperan altas presiones. Las lechadas de campo usualmente se mezclan y bombean en la cañería de revestimiento al rango más alto posible. Esto varia de 20 a 50 sacos/minuto, dependiendo de la capacidad de cada unidad mezcladora. Como resultado, el primer saco de cemento de un trabajo de cementación primaria lleva al fondo en un periodo relativamente corto. G) Equipos de medición y registro Existen dos de medidores de densidad: Medidores de densidad radioactivos El densómetro radioactivo es un sistema totalmente eléctrico diseñado para largueros, remolques y utilización portátil. El sistema cosiste de un desplegado y un sensor de densidad. Está diseñado para operar con batería. Un densómetro radioactivo difiere de un densómetro neumático en: - El calibrado utilizado aire en vez de agua. - Sensa la magnitud de los rayos fuente radioactivos conforme pasan a travez de la lechada de cemento y convierte el valor a densidad de la lechada. Báscula de lodo balanceada a presión Esta báscula es un instrumento para medir la densidad absoluta de una muestra de fluidos. La unidad es similar en su operación a las básculas de lodo convencionales. La diferencia radica en que la muestra de la lechada puede colocarse en una tasa de muestra de volumen fijo bajo presión. Uno de los principales problemas es que tiene con los medidores de densidad de fluidos, lechadas de cemento y de lodos es que a menudo cuentan con una cantidad considerable de aire atrapada. Sin embargo la presurización de la tasa de muestra puede reducir el volumen de aire atrapado a una cantidad insignificante. 2) Equipos sub-superficiales

Durante las etapas tempranas del proceso de perforación, el pozo está equipado con una tubería de revestimiento de acero brinda un diámetro adecuado para las herramientas necesarias para perforar y terminar el pozo. Los tipos de equipo de fondo de pozo que se analizan

en

esta

sección

contribuyen

para

un

trabajo

de

cementación; también ayudan a asegurar una capa de cemento uniforme por detrás de la cañería de revestimiento. Equipos utilizados dentro del pozo: a) Equipos para cementaciones primarias b) Zapatos guías c) Collares flotadores d) Centralizadores e) Raspadores o limpiadores de pared f) Canatas de cemento g) Tapones de desplazamiento de cemento a)

Equipos para cementaciones primarias

El equipo de guía ayuda a guiar la cañería de revestimiento después de pasar por salientes y patas de perro al fondo del pozo. El equipo de flotación permite correr la cañería de revestimiento en el pozo parcialmente vacio, situación que elimina un poco de la tensión de la estructura del equipo y los malacates. También, las válvulas de contrapresión del equipo de flotación permite liberar la presión de la cañería de revestimiento, después de un trabajo de cementación, para reducir los problemas de micro espacios anulares. Se puede crear un micro espacio anular cuando se permite que una cañería de revestimiento con esfuerzo (debido a la presión interna) se relaje después de que el cemento haya endurecido y unido. Conforme la cañería de revestimiento se contrae, la leve reducción del diámetro externo de la cañería de cómo resultado un espacio muy angosto entre el cemento y la cañería que podría permitir el desplazamiento de fluido y poner el riesgo el aislamiento de las zonas.

b)

Zapatos guías

La zapata guía tienen los siguientes objetivos: ▪ Proteger a la sarta de cañería de revestimiento en contra de los impactos relacionados con el asentado de la misma en el fondo del pozo. ▪ Ayuda a pasar a la cañería de revestimiento a pasar por tramos angostos y desviados. La zapata guía estándar cuanta con un agujero de diámetro interno grande en su centro, lo que permite máximos rangos de bombeo de cemento asi como el paso de tubos los cuales se introducen en la sarta de cañería de revestimiento. c)

Collares flotadores

El collar flotador diferencial de presión incluye una válvula flotadora. Esta válvula permite que la tubería de revestimiento se llene mientras se corre el pozo y permite la circulación del fluido en cualquier momento sin desactivar la unidad de llenado. Los collares flotadores pueden correrse en la misma sata de perforación y permiten que entre el fluido en la parte interior de la cañería de revestimiento y en el exterior de la misma. Después que se ha corrido toda la cañería de revestimiento, se deja caer una bola de plástico densificada en la cañería desde la superficie y se bombea por la herramienta. Este procedimiento desactiva la opción de llenado diferencial. Después de que la bola pasa por el collar esta se cierra contra su asiento evitando que el cemento reingrese al diámetro interno de la cañería de revestimiento. Todo esquipo que se corre con estas herramientas debe contar con un diámetro interno lo suficientemente grande como para permitir el paso de una bola desnsificada que libera la válvula de contrapresión. Los tamaños de herramientas de 4½ a 6⅝ in, requieren de una bola

de 1⅜ in. de diámetro, mientras que las herramientas de 7 in y mas grandes requieren de una bola de 2 ⅜ in de diámetro. El collar flotador no debe utilizarse en pozos desviados más de 30˚ de la vertical, y deberán perforarse con trepanos PDC. d)

Centralizadores

Los centralizadores son dispositivos que ayudan a centrar la cañería de revestimiento en el pozo durante las operaciones de cementación, permitiendo que el cemento se distribuya homogéneamente en torno de la cañería de revestimiento. El grado al que la cañería de centra depende del desempeño del centrador y del espaciamiento de los centradores instalados en el diámetro externo de dicha cañería. Los centralizadores arqueados tanto soldados como no soldados, brindan las siguientes ventajas: ▪ Ayudan a centrar la cañería de revestimiento en el pozo, permitiendo un distribución homogénea del cemento. ▪ Ayudan a reducir el arrastre de la cañería en el pozo durante las operaciones de baja de la misma. ▪ Ayudan a evitar el pegado o atascamiento por presión diferencial de la cañería de revestimiento. ▪ Incrementan la turbulencia del fluido en la herramienta. e)

Raspadores o limpiadores de pared

Debido a que el fluido de perforación y el cemento no deben mezclarse, la buena unión del cemento entre la cañería de revestimiento – cemento y entre el cemento – la formación depende de la remoción del enjarre de las formaciones. Los raspadores o limpiadores de pared (en algunas ocasiones denominados también como agitadores de lodo) se instalan en el exterior de la cañería para remover mecánicamente el enjarre o revoque del lodo de la pared del pozo con puntas de acero de resorte o cable.

Los limpiadores o raspadores mecánicos de la cañería de revestimiento agitan el lodo y facilitan su desplazamiento. El movimiento de los raspadores rompo el esfuerzo gel del lodo en el espacio anular y ayuda a adelgazar el fluido de manera que pueda desplazarse y sacarlo del pozo. La remoción del lodo también es asistida mediante el bombeo de la lechada de cemento a un rango lo suficientemente alto como para crear un flujo turbulento. Existen dos tipos comunes de rapadores estos son: - Raspadores de rotación - Raspadores de reciprocación El raspador de tipo rotación limpia la formación cuando se rota la cañería de revestimiento a aproximadamente 15 a 20 RPM. Se requiere tener una larga y continua longitud de raspadores en todas las zonas que se vayan a limpiar. El raspador tipo reciprocación cuanta ya sea con puntas de acero largas o con un cable. Estos dispositivos raspan o limpian la formación conforme la cañería está siendo levantada de 10 a 15 ft del fondo del pozo. Se debe tener precaución – debido a que algunos raspadores de tipo reciprocación pueden instalarse al revés y por lo tanto se tornarían inútiles cuando llegan a la formación de explotación. f) canastas de cemento También se instalan canastas de cemento en el exterior de la cañería de revestimiento. Ayudan a soportar parte de la presión hidrostática que produce la lechada de cemento hasta que fragua y protege a la formación de explotación en contra de contaminación del cemento. Una canasta de cemento cuenta con una lona o camisa metálica que está soportada mediante peldaños de acero. Esta camisa filtra los sólidos de cemento, que pueden formar un puente entre la cañería y el pozo. La cantidad máxima de presión

que cualquier canasta de cemento debe poder soportar es de aproximadamente 50 psi. Una canasta de cemento debe tener una capacidad de viajar a todo lo largo del tramo de la cañería. Las canastas de cemento se utilizan: - Por arriba de zonas débiles que puedan romperse bajo la presión hidrostática de la lechada del cemento. - Para la cementación de cañería a través de un tramo del zapato para brindar un soporte adicional a la columna de cemento. g) tapones de desplazamiento de cemento Los tapones que se utilizan en la cementación primaria minimizan la contaminación del cemento en la cañería de revestimiento limpiando la cañería. Existen dos tipos de tapones: - Tapones inferiores - Tapones superiores Tapones inferiores La función del tapón inferior es ingresar en la cabeza de cementación delante de la lechada de cemento. Limpia el lodo y los sólidos de la pared de la cañería y evita que los sólidos vayan adelante del tapón. Los tapones inferiores casi siempre se utilizan en la cementación primaria, con excepción que cuando se corren materiales de pérdida de circulación con el cemento. Cuando el tapón llega al cople o collar flotador, la presión diferencial entre el interior de la cañería de revestimiento y el espacio anular rompe el diafragma en la parte superior del tapón y se permite que la lechada fluya y salga del zapato y suba al espacio anular. El cuerpo del tapón es lo suficientemente fuerte como para soportar las fuerzas de impacto y la presión diferencial a la ruptura. Tapones superiores Un tapón superior se bombea hacia abajo mediante el fluido de desplazamiento después de que se ha bombeado la lechada. Evita

que el fluido de desplazamiento haga canalizaciones a través de la lechada de cemento más viscosa. Los tapones superiores no tienen diafragma y el fluido no puede bombearse por ellos. Cuando llega a la parte superior del tapón inferior la presión se acumulará e indicara que el trabajo se ha concluido. Aunque los tapones superiores e inferiores llevan a cabo funciones relativamente iguales (separación de dos fluidos), son bastante diferentes estructuralmente.