01 - revisión de la tecnología de cementación
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Revision de CementacionCementacion Primaria, Remocion de Lodos,
Reologia,Cementacion Secundaria, Aditivos de Cementacion,Pruebas de Laboratorio
2 KTC – JB June2004
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Agenda• Cementacion Primaria
• Criterios para una Cementacion Exitosa
• Reologia
• Cementacion Secundaria
• Aditivos de Cementacion
• Pruebas de Laboratorio
3 KTC – JB June2004
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ObjectivosAl finalizar este modulo, los participantes seran
capaces de:• Nombrar los diferentes revestidores primarios
en un pozo• Enumerar los criterios para una cementacion
exitosa• Enumerar y explicar los 2 tipos de regimen de
flujo y sus modelos reologicos• Entender los metodos para la ejecucion de una
cementacion secundaria
4 KTC – JB June2004
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Objectivos• Explicar el porque los aditivos son agregados a
una lechada• Enumerar las familias de aditivos de
cementacion • Nombrar los diferentes equipos usados en las
pruebas de laboratorio • Analizar los resultados de laboratorio
5 KTC – JB June2004
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Cementacion PrimariaLa introduccion de un material cementante en el espacio anular entre revestidor y hoyo, se realizacon el objectivo de:– Aislar zonas – Soportar las cargas axiales de
los revestidores a ser corridosposteriormente
– Proveer soporte y proteccion al revestidor
– Proteger el hoyo
Agua Potable
Zona Impermeable
Salmuerao Petroleo
6 KTC – JB June2004
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Objectivos de una CementacionPrimaria
• Aislar totalmente las zonas (AdherenciaHidraulica)
• Soportar las cargas axiales (Adherencia al esfuerzo axial)
• Proteger el revestidor
7 KTC – JB June2004
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Tipos de Revestidores
• Conductor
• Superficie
• Intermedio
• Revestidores de Produccion o Liners
8 KTC – JB June2004
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Conductor• Proposito:
– Previene “wash outs”– Proveer elevacion al niple de flujo
• Problemas:– Flujo de agua superficiales – Bajas Temperaturas (Costa Afuera)– Perforacion a traves de hidratos
gaseosos bajo condiciones de aguasprofundas (Costa Afuera)
• Otros: – Se consideran grandes excesos – Cementacion Stab-in es comun– Lechadas de cemento neto aceleradas
Revestidor de 30 ‘’ en Hoyo de 36’’
o
Revestidor de 20 ‘’ en Hoyo 26’’
@
30 ft - 200 ft
9 KTC – JB June2004
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Cementacion a traves de la Tuberia de Perforacion (Stab-in)
• Puntos Claves:– Menor contaminacion del cemento– Menor canalizacion– Menor Desplazamiento– Bombear hasta que el cemento llegue a
superficie– Tiempo de trabajo menor (Tiempo de
taladro)– Menos cemento
10 KTC – JB June2004
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Cementacion Externa (Top Job)• Puntos Claves:
– Traer el cemento hasta la superficie
– Se usan Tubos No-API – Max. profundidad 250-300 ft– Presiones muy altas debido a la
friccion– Conexiones No-standards
11 KTC – JB June2004
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Revestidor de Superficie• Propositos:
– Proteger las formaciones de aguapotable
– Revestir zonas inconsolidadas o zonasde perdidas
– Proveer soporte mecanico para lasoperaciones posteriores (BOP, etc.)
• Problemas:– Flujo de aguas superficiales – Perforacion a traves de hidratos
gaseosos (Costa Afuera)• Otros:
– Lechadas ligera y de cola– Grandes excesos ( 50 - 150 %)
Revestidor de 16 ‘’ en Hoyo de 20 ‘’
oRevestidor de 13 3/8” en
Hoyo de 17 ½” @
100 ft – 3000 ft
12 KTC – JB June2004
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Revestidor Intermedio(s)
Revestidor de 13 3/8” en Hoyo de 17 ½” o
Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” entre
3000 to 10,000 ft (vertical o desviado)
• Proposito:– Aislamiento del hoyo en secciones de
trabajo• Problemas:
– Zonas de sobre-presion, perdidas, formaciones salinas, lutitas deleznables
– Rango entre la presion de poro y la presion de fractura muy cercano
13 KTC – JB June2004
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Revestidor Intermedio(s)
13 3/8” casing in 17 ½” hole or
Revestidor de 9 5/8” en Hoyo de 12 ¼” @
3000 to 10,000 ft (verticales o desviados)
• Otros :– Son frecuentes las cementaciones en dos etapas– Se requieren buenas practicas de cementacion – Tope del cemento hasta superficie o la zapata
anterior– Comunmente se usan lechadas de barrido
seguidas por lechadas de cola con alta resistenciaa la compresion
– Lechadas Especiales (ligeras, pesadas, sistemas salinos, etc)
14 KTC – JB June2004
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Cementacion de Dos Etapas• Puntos Claves:
– Aislamiento de Zonas (Separacion)– Reduccion de la presion hidrostatica– Dejar zonas en el anular sin cementar
(cemento a TD y en la superficie)
1ra Etapa
Collar de Etapas
15 KTC – JB June2004
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Revestidor de Produccion o Liner
Diametros Comunes:
4 ½”, 5”, 7’’, 9 5/8”
• Propositos:– Aislar la zona productiva de otras
formaciones y fluidos en esta– Servir de proteccion al equipo de
produccion• Levantamiento artificial • Completaciones Multiples• Rejillas para control de arena
– Cubrir revestidores intermedios dañados o bajo fatiga
16 KTC – JB June2004
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15
Liner o Camisa• Puntos Claves:
– Menos Revestimiento esnecesario
– Pozos mas profundos– El espacio anular es mas
pequeño– Se requieren equipos
especiales
Tapon del Liner
Dardo Limpiador De la TP
Colgador
Zapata Anterior
Solape del Liner
17 KTC – JB June2004
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Diseñando un Trabajo de Cementacion
• Calcular los volumenes de fluidos
– Capacidad del Hoyo
– Altura Anular
– Capacidad del Revestidor
• Bajo Costo implica:
• Basados en :
– Buen Mezclado y Bombeo economico• STAB-IN ?
( Lechada, Lavador, Espaciador, Volumen de Desplazamiento )
18 KTC – JB June2004
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• Verificar que el pozo este bajo control:– Simular el proceso de cementacion
– Presion de Poro de la Formacion– Presion de Fractura de la Formacion– Presion de Estallido de los tubulares– Presion de Colapso de los tubulares
• Verificar la temperatura y el tiempo de frague (espesamiento)
• Pozo bajo control al correr el revestidor
Calcular las presiones estaticas y dinamicas y compararlas con :
Diseñando un Trabajo de Cementacion
19 KTC – JB June2004
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• Diseñar una eficiente remocion de lodos para evitar canalizaciones y garantizar unbuen aislamiento de la zona
• Remover el revoque (enjarre)– Optimizar el volumen de los pre-flujos y
rata de bombeo
– Optimizar las propiedades de los fluidos
– Optimizar la rata de bombeo
– Optimizar la centralizacion del revestidor
Diseñando un Trabajo de Cementacion
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Criterios a seguir para una Cementacion
Exitosa
21 KTC – JB June2004
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Criterios a seguir para una Cementacion Exitosa
• Concepto
• Remocion de Lodos
• Accesorios del revestidor (Casing hardware)
• Propiedades de la Lechada
22 KTC – JB June2004
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Concepto
DiseñoPlaneacion &
Diseño de Lechada
EVALUACIONRegistros, Informacion,
Historia del Pozo
EJECUCIONMezcla de Lechada
& Colocacion
23 KTC – JB June2004
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Factores que pueden afectar un Trabajo de Cementacion
Pobre
Centralizacion
Zonas Lavadas:
Regimen de
Flujo Incorrecto
Canalizacion:
Incompatibilidad de
los pre-flujos o mala
remocion de lodos
24 KTC – JB June2004
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Remocion de Lodos
• Es un proceso de 3 pasos, a seguir antes de cementar:• Limpieza del Hoyo
• Acondicionamiento del lodo de perforacion
• Desplazamiento del lodo del espacio anular
25 KTC – JB June2004
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Remocion de Lodos (Cont.)• Limpieza del Hoyo
• Propiedades del lodo Controladas & Optimizadas• Viajes de Limpieza• > 95% Volumen total del hoyo debe estar en
circulacion• Registro o perfil del Hoyo – Fluidos Marcadores
26 KTC – JB June2004
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Remocion de Lodos (Cont.)• Acondicionamiento del Lodo
• Romper los geles • Bajar ty + pv• Solidos de perforacion < 6%• Rata minima de bombeo para alcanzar flujo total
alrededor del revestidor• Desplazar el Lodo del Anular
• Optimizacion de la Colocacion de la Lechada ---> CemCADE
• Centralizacion del Revestidor (STO > 75%)• Movimiento del Revestidor
27 KTC – JB June2004
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Criterios para una Remocion de Lodos Efectiva
• Centralizacion del revestidor• Movimiento del Revestidor• Raspadores• Tapones • Lavadores y Espaciadores• Seleccion del Regimen de Flujo
28 KTC – JB June2004
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El Revestidor Ideal
Revoque fino e impermeable(no gelificado o no-consolidado)
BHST al tope delcemento>BHCT a TD
Espacio AnularMinimo: 3/4”Ideal: 1 1/2”
Hoyo y LodoAcondicionadosApropiadamente
Diametro Exacto
Hoyo Estable
Uniforme (ni zonas lavadas ni restricciones)
Sin FlujoSin Perdida
Revestidor centrado en el Hoyo
BHST y BHCT reales
29 KTC – JB June2004
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Centralizacion del Revestidor•• VariacionesVariaciones de de FlujoFlujo Relativas como funcion Relativas como funcion de la de la excentricidadexcentricidad
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 20 40 60 80 100
WW
% Stand-off = wRH - RC
X 100
API % STANDAPI % STAND--OFFOFF
RE
LA
CIO
N d
e F
LU
JO y
PO
RT
AD
AR
EL
AC
ION
de
FL
UJO
y P
OR
TA
DA
RC
RH
30 KTC – JB June2004
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• Alcanzar un minimo Stand-Off de 75% as per SLB (67% API)
Centralizador Rigido Centralizadores Espiral & Turbolizer
Centralizando el revestidor
31 KTC – JB June2004
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Influencia de la Centralizacion del Revestidor (Stand-Off)
En Flujo Laminar
V2 = 4V1 (For 67%)
En Flujo Turbulento
V2 = 1.64 V1 (For 67%) VVnarnar VVwidewide
DDii
DDoo
32 KTC – JB June2004
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Efectos de la Centralizacion en la Remocion de Lodos
Disminuyendo el Stand-off
Lodo
Cemento
33 KTC – JB June2004
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Video “S – 15”: Importancia de la Centralizacion
34 KTC – JB June2004
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Movimientos del RevestidorROTACION
Comienza Rotacion
Lodo Casi
Removido tot
Revestidor Inmovil
Cemento Fluyendo
Lodo Gelificado
35 KTC – JB June2004
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Movimientos del Revestidor
Stand-off = 20 %
Stand-off = 100 %
RECIPROCAR
Stand-off = 20 %Stand-off = 20 %
Lodo
Lechada de Cemento
36 KTC – JB June2004
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Raspadores y Coples
Raspador Rotante Raspador Reciprocante
Cople Modelo J10H Cople Modelo J5H
37 KTC – JB June2004
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Tapones• Separar los fluidos
• Limpiar el Revestidor
• Indicacion positiva en superficie
Tapon Superior Tapon Inferior
38 KTC – JB June2004
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Lavadores Quimicos
• Fluidos de Baja Viscosidad
• Usualmente a base de Agua
• Pueden contener Surfactantes
39 KTC – JB June2004
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• Separar el cemento del lodo– Efecto de incompatibilidad
• Remover el lodo del anular– Flujo Turbulento a bajas ratas de bombeo– Erosionar, diluir y dispersar las particulas
• Cambiar la humectabilidad del revestidor y formacion– Funcion de los Surfactantes
• Aligerar la columna hidrostatica– Lodos base agua o base aceite
Lavadores Quimicos (Cont.)
40 KTC – JB June2004
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• Fluidos densificados viscosos para separar lodo y lechada
• Remocion de lodos
• Compatibilidad con lodos y lechadas de cemento
• Reologia Especifica– Baja para Flujo Turbulento– Ajustable para Flujo Laminar Efectivo
Espaciadores
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Propiedades de la Lechada
42 KTC – JB June2004
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Factores en el Diseño de la lechada quepueden afectar una Cementacion
Encogimiento
o Microanillos
Agua Libre
Migracion de Agua
Percol de Gas Percolacion de Gas
43 KTC – JB June2004
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Propiedades de las Lechadas
• Densidad de la Lechada• Reologia de la Lechada• Agua Libre• Tiempo de Frague o Espesamiento• Resistencia a la Compresion• Perdida de Filtrado• Compatibilidad
44 KTC – JB June2004
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ReologiaReologiaReologia eses la la ciencia que estudia ciencia que estudia el el flujo flujo y la y la deformacion deformacion
de la de la materiamateria
Si Si se se Aplica Aplica una fuerzauna fuerza
FLUIDOSFLUIDOSFLUIRANFLUIRAN
SiSi se se Aplica Aplica UnaUna fuerzafuerza
SOLIDOSSOLIDOSSe Se RomperanRomperan
45 KTC – JB June2004
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En En Cementacion Cementacion de de pozospozos
Reologia (Cont’)
NecesitamosNecesitamos la la reologiareologia para determinarpara determinar::La La mezclabilidadmezclabilidad y y bombeabilidadbombeabilidad
46 KTC – JB June2004
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üüEvaluar Evaluar la la Mezclabilidad Mezclabilidad y y BombeabilidadBombeabilidad de la de la LechadaLechada
üüDeterminarDeterminar rata de rata de bombeobombeo apropiadaapropiada o o para para obtenerobtener unauna remocionremocion de de lodoslodos efectivaefectiva y y buenabuenacolocacioncolocacion de la de la lechadalechada
üüCalcularCalcular laslas presionespresiones debidasdebidas a la a la friccionfriccion
üüCalcular los Calcular los HHP HHP parapara un un trabajotrabajo
AplicacionesAplicaciones de la de la Reologia Reologia CementacionCementacion
47 KTC – JB June2004
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AplicacionesAplicaciones de la de la ReologiaReologiaen en CementacionCementacion (Cont’)(Cont’)
LaboratorioLaboratorio CemCADECemCADETMTM
OperacionesOperaciones
MezclabilidadMezclabilidad / / BombeabilidadBombeabilidad
Parametros ReologicosParametros Reologicos
RemocionRemocion de de LodosLodosEfectivaEfectiva
PresionesPresiones porpor FriccionFriccion
HHP HHP necesariosnecesarios
PresionesPresiones RealesReales
ReologiaReologia ((altaalta) = ) = PresionesPresiones ((altasaltas) = HHP (altos)) = HHP (altos)
48 KTC – JB June2004
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Flujo Laminar
ü El Movimiento es deslizante (en estratos)
ü La Velocidad en la pared = 0
ü La Maxima Velocidad es maxima al centro del perfil de flujo
ü Vmax = 2 Vü Donde V = Velocidad media de la particula
V = 0
V = 0
V max
49 KTC – JB June2004
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Flujo Turbulento
ü El Movimiento es rotacional
ü La Velocidad media de las particulas es uniforme, a lo largo de toda la tuberia
DIRECCION del FLUJO
50 KTC – JB June2004
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Modelos Reologicos
Newtoniano
Velocidad de Corte
Esfu
erzo
de C
orte
Bingham
PlasticoPlastico de Binghamde Bingham
Modelo de Potencia
ModeloModelo de de PotenciaPotencia
Herschel-Bulkley
HerschelHerschel--BulkleyBulkley
51 KTC – JB June2004
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Effectos Adversos causados por :El Agua Libre
• Canalización
• Llenado incompleto
52 KTC – JB June2004
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Tiempo de Frague (Espesamiento)
• Si la BHCT estimada es muy baja:– OH OH…
• Si la BHCT estimada es muy alta:– Uso ineficiente de los aditivos
– Baja resistencia a la compresión
– Adherencia pobre (Formación y Tubería)
– Migración de Fluidos
53 KTC – JB June2004
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Predicción de la Temperatura• Factores básicos que afectan el desempeño del
cemento– La Temperatura– La Presión
• La Temperatura tiene la mayor influencia y afecta:
– El Tiempo de Frague– La Resistencia a la Compresión– La Perdida de Filtrado– La Reologia– EL Agua Libre
54 KTC – JB June2004
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Resistencia a la Compresión• Pobre protección contra las fuerzas laterales
Sistema Estable
Sistema Inestable
55 KTC – JB June2004
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• Mantener una relación fluido/cemento constante– Densidad Constante– Rendimiento Diseñado– Tiempo de Fraguado– Resistencia a la Compresión– Reologia– Propiedades Constantes
• Evitar el taponamiento Anular o presiones de bombeo excesivamente altas
• Reducir el daño a la formación
Control de la Perdida de Filtrado
56 KTC – JB June2004
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Contaminación Lodo - Cemento
• Acelera o retarda el Tiempo de Fraguado
• Reduce la resistencia a la compresión
• Reduce la adherencia hidraúlica
• Aumenta la perdida de filtrado
• Cambia las propiedades reologicas
57 KTC – JB June2004
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Criterios para obtener una Cementación Exitosa
• Concepto– D.E.E.
• Remoción de Lodos– Centralización, Movimientos del Revestidor, Lavadores y Espaciadores
• Accesorios de la tubería de Revestimiento– Raspadores y Tapones
• Propiedades de la Lechada– Densidad, Reologia, Agua Libre, Tiempo de Fraguado, Resistencia a la
Compresión, Perdida de Filtrado, Pruebas de Compatibilidad
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CementaciónSecundaria
59 KTC – JB June2004
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Tapones Balanceados
Un Tapón Balanceado puede ser usado para:
• Abandonar un pozo.• Desviar un pozo.• Sellar perforaciones no-deseadas. (Forzamiento)• Tapar zonas de perdidas de circulación.• Abandonar una sección no-deseada de un pozo.
60 KTC – JB June2004
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Tapones BalanceadosUn tapón correctamente colocado debe dejar la cantidad diseñada de lechada (regularmente en altura), luego de retirar la tubería de perforación:
Tapón Diseñado Tapón con la tubería dentro
Con la Tubería fuera
61 KTC – JB June2004
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Forzamiento
• Inyección de la lechada
• Perforaciones, Fugas en el revestidor
• Canales
• Se realizan Por debajo o Por encima de la presión de fractura
CEMENTO
revestidor
FORMACION
CEMENTO DESHIDRATADOLechada
tubing
packer
CANAL DETRASDEL REVESTIDOR
CEMENTO INICIAL
62 KTC – JB June2004
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Aplicaciones
• Reparación de cementaciones primarias
• Aislamiento de Zonas
• Abandono de Zonas
• Fugas en el revestidor
• Perdidas de Circulación
63 KTC – JB June2004
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Concepto Básico
• Proceso de Filtrado– Diferencial de Presión
Aplicado
– Medio Poroso
– Deposito de revoque en la superficie de la formación
cemento
revestidorCEMENTO
INICIAL
FORMACION
CEMENTO DESHIDRATADO
64 KTC – JB June2004
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Efectos del Control de Filtrado
Perforaciones Partialmente llenas
Perforaciones completamentellenas
Revestidor Parcialmente Taponado
Taponamiento Completo del Revestidor
65 KTC – JB June2004
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Forzamientos - Métodos
• Técnica de Bombeo• Vacileos• Continuo
• Técnica de Colocación• Alta Presión – por encima de la presión de fractura• Baja Presión – por debajo de la presión de fractura
• Herramientas• Empacadura/Retenedor• Bradenhead - BOP
• Tubería Continua - Coiled tubing
66 KTC – JB June2004
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Forzamiento de Baja Presión
• Presión de forzamiento por debajo de la presión de fractura
• Es el mejor método a usar en la zona productora• Pequeños volumenes de lechada• Se aplica en :
• Zonas Multiples• Largos Intervalos• Pozos con bajas presiones (baja BHP)• Formaciones Naturalmente fracturadas
67 KTC – JB June2004
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Forzamiento de Alta Presión
• Es necesario fracturar para colocar el cemento en los espacios
• Son necesarios grandes volumenes • Se aplica en:
• Zapatas• Tope de Liner• Forzamientos en bloque
• Lavador o acido por delante para minimizar las ratasde bombeo, requeridas para fracturar
68 KTC – JB June2004
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Forzamiento Continuo• El bombeo es continuo hasta que la presión final es
alcanzada• Fluidos limpios en el hoyo• Grandes volumenes de lechada sin control de filtrado• Forzamiento de Alta o Baja Presión• Aplicaciones:
– Flujo de agua– Abandono de perforaciones– Aumentar el tope del cemento– Zapatas de los revestidores– Tope de Liners – Zonas con perdidas de circulación
69 KTC – JB June2004
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Forzamiento ContinuoP
resi
ón
( p
si )
Time (min..)Tiempo(min)
• Grandes volumenes de lechadas son bombeadas usando estatécnica (en la mayoría de los casos)
70 KTC – JB June2004
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Forzamiento Intermitente• Bombeo Intermitente• Bajas Ratas de bombeo • Pequeños Volumenes de Lechada• Largos Tiempos de Ejecución• Aplicaciones:
– Reparación de Canales– Largos intervalos de perforaciones– Perdidas de Circulación
71 KTC – JB June2004
Schlum
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Forzamiento Intermitente• Rata of 0.25 - 0.5 bpm
• 10-20 min. (cada vacileo)
D
Tiempo (min)
A
Pre
sió
n(p
si)
A B CD
Schlum
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Aditivos de Cementación
73 KTC – JB June2004
Schlum
berger Private
Condiciones en un Pozo
Temperatura
Formaciones Permeables
Remocion de LodoPresion por FriccionMezclabilidadBombeabilidad
Perdidas de Circulacion
Control PozoSobre Presion
Formaciones Debiles
Retrogresion de la Resistencia
Antiespumantes
Espumantes (Cemento Espumado)
Control de Gas
74 KTC – JB June2004
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berger Private
CATEGORIA DE ADITIVOSOLUCIONES
ESTABILIDAD DE FLUIDOSCONTROL DE FILTRADO
RETROGRESION DE LA COMPRESION PRODUCTO DE LA HIDRATACION SILICA
ESPUMANTES ESTABIL - ESPUMA AGENTES ESPUMANTES
ESPUMA TENDENCIA A LA ESPUMA ANTI-ESPUMA
PERDIDAS DE CIRCULACIONCAPACIDAD DE TAPONARPROPIEDADES DE TAPONDENSIDAD
AGENTES GELIFICANTES
DISPERSANTES
LCM
EXTENDEDORES
REMOCION DE LODO
PRESION POR FRICCIONMEZCLA/BOMBEABILIDAD
REOLOGIA
TIEMPO DE FRAGUERETARDADORES
ACELERADORES
FORMACIONES PERMEABLES FLAC
CONDICIONES ESPECIALES O ANORMALES
PARAMETRO DE LA LECHADAPROBLEMA
CONTROL DEL POZOSOBRE PRESIONFORMACIONES DEBILES
DENSIDADAGENTES DE PESO
EXTENDEDORES
TEMPERATURA
Condiciones en un Pozo
75 KTC – JB June2004
Schlum
berger Private
Aditivos de Cementación
• Aceleradores y Retardadores– Cambian el Tiempo de
Frague– Modifican la velocidad de
desarrollo de la resistencia• Extendedores
– Reducen la densidad– Aumentan el rendimiento
• Agentes de Peso– Aumentan la densidad
• Dispersantes– Mejoran la remoción– Mejoran la mezclabilidad– Lechadas de agua reducida– Reducen las presiones por
fricción (Low Ty and Pv)• Controladores de Filtrado• Materiales para perdida de
circulación (LCM)
76 KTC – JB June2004
Schlum
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Aditivos Especiales
• Antiespuma/Desespumantes• Aditivos para mejorar la Adherencia • Aditivos Expansivos• Aditivos para controlar la migración de Gas• Sistemas Tixotropicos
77 KTC – JB June2004
Schlum
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Antiespumantes
• Que causa la Espuma?– Propiedades de los materiales– Mala humectación de las partículas sólidas
• Por que usar antiespumantes?– Para prevenir la gelificacion / prevenir una pobre hidratación– Para prevenir cavitación en las bombas– Para obtener y bombear una densidad real
• Propiedades de los antiespumantes– Deben ser Insolubles en el fluido espumante– Deben tener una superficie más áactiva que el fluido espumante
78 KTC – JB June2004
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Aceleradores
• S001 (CaCl2-sólido) 1 - 4 % BWOC– La pureza debe ser : S001 = 77% CaCl2 concentración– Reacción Exotermica
• D044 (NaCl) <10 % BWOW• Agua de Mar
– Verificar el comportamiento cerca de los deltas de rios• D077 (CaCl2-líquido) 0.2 - 0.4 gal/sk• ARCTIC SET para Bajas temperaturas
79 KTC – JB June2004
Schlum
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Efectos Secundarios del CaCl2
• Aumenta la temperatura– Calor de Solución del CaCl2– Efecto acelerador adicional (en superficie?)– Expansión del revestidor
• Aumenta la reología (gelificación)• Es Posible un aumento en la permeabilidad
– Disminuye la resistencia a los sulfatos
80 KTC – JB June2004
Schlum
berger Private
D044 Cloruro de Sodio
• No muy eficiente como acelerador• Actua como acelerador <10% BWOW• Rango preferido 3-5% BWOW
Tim
e to
reac
h 10
0 B
c Sl
urry
con
sist
ency
(hr)
136°F (58°C)
154°F(68°C)
179°F (81°C)210°F (99°C)
8
6
4
2
0 0 5 10 15 20 25 30NaCl EN AGUA DE MEZCLA (% BWOW)
81 KTC – JB June2004
Schlum
berger Private
Densidad de la Lechada
CambiandoCambiandoLa La DensidadDensidad
De la De la LechadaLechadaMasMas LivianaLiviana
Mas Agua*
•Absorbentes•Materiales Ligeros
Densidad MasDensidad Mas BajaBaja
Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H
Mas PesadaMas Pesada
Menos Agua
•Material Pesado•Dispersantes
DensidadDensidad MasMas AltaAlta
82 KTC – JB June2004
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Clasificación de los Extendedores• Extendedores base agua
– Agua– Arcillas (Bentonita) – D020, D128– Extendores químicos (Silicatos) – D075, D079
• Solidos de baja densidad– Puzolana (Fly ashes) – D035, D056, D061, D602– Kolite y Gilsonite – D042, D024– Perlita expandida – D072– Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155
• Materiales de muy baja densidad– Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADO– Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)
83 KTC – JB June2004
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Extendedores de Cemento
Bentonita
LITEPOZ 3 D035
LITEPOZ 7 D061
TXI Lightweight Cement D911
Diacel D D056
Perlita Expandida D072
Metasilicato de Sodio D079
Silicato de Sodio D075
LITEFIL D124
Cemento Espumado
Microsilica D154 / D155
LiteCRETE*
UltraLiteCRETE *
Densidad de la Lechada (lb/gal)Extendedor oSistema Ligero 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1512 14.7
10.8 13.6
12 14.2
11 14.5
10.6 13.8
11 14.5
14.511.5
9 12
1561511
11.2
1310.5
* Mark of Schlumberger
10.57.5
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Extendedores Bentoniticos
Arcillas BentoniticasArcillas Bentoniticas
Tratadas(Mejor Hidratación)
Tratadas(Mejor Hidratación)
No-TratadasNo-Tratadas
MontmorilonitaD020: Agua Fresca
MontmorilonitaD020: Agua Fresca
AtapulgitaD128: Agua de Mar
AtapulgitaD128: Agua de Mar
Propiedades Generales•Extendedor base agua•SG = 2.65•Mezclado en seco o pre-hidratado•Concentración 0 - 20% BWOC
•Economico y ampliamente disponible•Disminuye la resistencia a la compr.•Aumenta la permeabilidad•Viscosifica las Lechadas ( + sólidos)
85 KTC – JB June2004
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Extendedores QuímicosSilicato y Metasilicato de Sodio (D075 - D079)
• Reacciona con los cationesen el cemento (Ca++, Mg++)
• Forma un gel viscoso y gelatinoso
– Encapsula el agua adicional– Baja separación de agua libre
• Reologías bajas para flujo turbulento
• Mejores propiedades ymezclabilidad que lechadas bentoníticas
• Mejor resistencia a la compresión que laslechadas bentoniticas
• No controla la perdida de filtrado (usar D167 UNIFLAC)
• Se requieren bajasconcentraciones
• Ca-Silicato actua comoacelerador
• Usar retardador D110
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Retardarción de los sistemas de Cemento
• Aplicaciones:– Revestidores Intermedios y de producción – Forzamientos y Tapones – Altas temperaturas y profundidades
87 KTC – JB June2004
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X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
D13/D81
D13/D81 with Dispersant
D800/D801
D800/D801 with D93/L10
D110
D110 with D93/L10
D28/D150
D28/D150 with D121
D28/D150 with D93
D74 - for RFC only
D177 UNISET LT
D161 UNISET HT
BHCT oFRetardadores
100 200 300 400
140
100 185
125 250
250 310
300175
300 375
220 300
350300
400300
100 140
450
250
100
Fresca Mar 37%NaCl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Retardadores
80
250
88 KTC – JB June2004
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• Probables Efectos Negativos de los Retardadores en las Lechadas:– Gelificación (ej. Lignosulfonatos)– Dispersion– Aumento de la Perdida de Filtrado– Incompatibilidad– Retrasan el desarrollo de la resistencia a la compresión
Retardadores
89 KTC – JB June2004
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• UniSET - LT: D177 Retardador de Baja Temperatura– Sal Organica– Retardador de Baja a media temperatura– Teoría de la Nucleación – No debe ser usado con D075, D155 o cualquier otra forma de
nanosilica– Es Compatible ya sea con agua fresca o de mar– Baja sensibilidad al tiempo de frague con cambios de
temperatura
Propiedades Individuales de los retardadores UniSET
90 KTC – JB June2004
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UNISET* LT Sensibilidad a la Concentración
0
2
4
6
8
10
Tiem
po d
e Fr
ague
(hor
as)
0.05 (140) 0.15 (185) 0.30 (220)Concentracion en gal/sk (Temperatura en deg F)
Conc - 10% Conc Conc +10%
* Mark of Schlumberger
91 KTC – JB June2004
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UNISET* LT Sensibilidad a la Temperatura
0
2
4
6
8
10
12
Tiem
po d
e Fr
ague
(hor
as)
130 - 140 - 150 172 - 185 - 198Temperatura (deg F)
* Mark of Schlumberger
0.05 gal/sk
0.15 gal/sk
92 KTC – JB June2004
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Propiedades Individuales de los retardadores UniSET
• UniSET - HT: D161 Retardador de Alta Temperatura– Es una mezcla de Sales Organofostatica e inorganicas– Retardador de media a altas temperaturas– Teoría de la Adsorción– Más tolerante a:
• Variaciones de concentraciones• Variaciones de temperatura• Esfuerzo de corte
– Rápido desarrollo de resistencia a la compresión– Compatible con sistemas salinos hasta 25% NaCl
93 KTC – JB June2004
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Perdida de Filtrado
• Definición– Es el Filtrado o fase acuosa, perdida en la formación– Revoque depositado sobre la superficie de la formación
• Porque las lechadas pierden agua?– Presión Diferencial– Medio Permeable (formacion)– Relación Agua/cemento? Hidratación
94 KTC – JB June2004
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• Etapas en la Perdida de Filtrado– Perdida de Filtrado Dinámica– Perdida de Filtrado Estática
• Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la Lechada– Tiempo de Frague vs. concentración de agua– Daño a las formaciones por el filtrado– Migración de gas, a través del revoque de cemento y pobre
calidad del cemento
Perdida de Filtrado
95 KTC – JB June2004
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Efectos de la Perdida de Filtrado en las propiedades de la lechadaDISMINUYE AUMENTA
RendimientoAgua LibreTiempo de FragueSedimentaciónEncogimiento VolumetricoRemocion de Lodos (-Efic)Hidrostatica (psi/ft)
Densidad de la Lechada Viscosidad PlásticaPunto CedenteResistencia CompresivaAdherencia
96 KTC – JB June2004
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Tiempo de Fraguado vs. Densidad
Tiempo de Fraguado
Punto Cedente
160
40
16.415.6
Tiem
po d
e Fr
agua
do(m
in)
Punt
o Ce
dent
e
Densidad de la Lechada (ppg)
97 KTC – JB June2004
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Mecanismos para Controlar la Perdidade Filtrado
• Reducir la permeabilidad del revoque (enjarre)– Partículas de materiales para llenar los espacios– Partículas de Polimeros para taponar los poros– Película de polímero sobre los poros y el cemento cubriendolos– Cambiar la distribución de partículas con el uso de dispersantes
• Aumentar la Viscosidad de la fase acuosa– Agregando polimeros solubles en agua– Agregando agentes gelificantes– Efecto relativamente pequeño comparado con la reducción de
permeabilidad
98 KTC – JB June2004
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Mecanismos
Taponamento por Particulas Taponamento por Polimeros
99 KTC – JB June2004
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Aditivos para Controlar la Perdida de Filtrado
Particulas:• Particulas FLACs: D020, D600G, D500• Latex FLACs: D600G,D700Polimeros Solubles en Agua:• Derivados de la Celulosa: D059, D112• Polimeros Sintéticos No-Ionicos: D159, D160• Polimeros Sintéticos (UniFLAC): D167, D168
100 KTC – JB June2004
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Características del UniFLAC*
• UniFlac S: D167 Universal FLAC (Sólido)
• UniFlac L: D168 Universal FLAC (Líquido)
• Diseños más Robustos, Nobles y Simples– Amplio rango de aplicaciones
– Un set de aditivos puede cubrir completamente las necesidades de todos los revestidores
101 KTC – JB June2004
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Características del UniFLAC* (Cont.)• Ventajas
– Simplicidad al Diseñar– Baja Sensibilidad a los diferentes lotes de cemento– Baja Sensibilidad a las variaciones de temperatura– Sinergia con los retardadores universales (UniSET)– Aceleracion a baja temperaturas
• Beneficios– Un aditivo FLAC para la mayoría de las aplicaciones– Mejoramiento de la calidad de Servicio– Tiempo de Equipo (menos tiempo de espera)
102 KTC – JB June2004
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Rango Operativo FLAC
103 KTC – JB June2004
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Valores Límites de Perdida de Filtrado
Valores Típicos: (prueba API, 1000 psi)• Prevención de migración de Gas 30 - 50 ml/30 min• Cementación de Liners < 50 ml/30 min• Cementación de Revestidores 200 – 300 ml/30 min• Cementación de pozos Horizontales < 50 ml/30 min• Forzamientos
– Formaciones con K < 1 md 200 ml/30 min– Formaciones entre 1<K<100 md 100 - 200 ml/30 min– Formation con K>100 md 35 - 100 ml/30 min
• Lechadas de Alta Densidad < 50 ml/30 min
104 KTC – JB June2004
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Dispersantes con FLACs
Mecanismos de acción:• Dispersan los granos de cemento, mejorando el empaque,
reduciendo la permeabilidad• Floculados con sal, acción de taponamento
SIN DISPERSANTE CON DISPERSANTEREVOQUE
EMPAQUE ALEATORIO
ALTA PERMEABILIDAD
EMPAQUE ORDENADO
BAJA PERMEABILIDAD
105 KTC – JB June2004
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DispersantesReología de las Lechadas
– Volumen de particulas sólidas / volumen total de fluido– Interacciones entre las partículas– Reología de la fase acuosa
Se puede cambiar con los dispersantesPorque usar dispersantes?
– Reducen la viscosidad y punto cedente– Flujo Turbulento es mas facil de alcanzar – Reducen las presiones debido a la fricción– Mejoran la mezclabilidad de las lechadas (Ty más bajo)– Lechadas de agua reducida (densidades de hasta 18 lb/gal)– Mejoran la eficiencia de los aditivos para control de filtrado
106 KTC – JB June2004
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Tipos de Dispersantes
Sulfonados• Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080• Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A • Polimeros Aromaticos D065A, D080A• Polimeros Organicos D604M, D604AM
Lignosulfonatos• Acido Hidroxicarboxilico derivado D081de la Lignita• Acidos Hidroxicarboxilicos D121
107 KTC – JB June2004
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Densidad de la LechadaCambiando Cambiando la la
Densidad Densidad De la De la LechadaLechada
MasMas LivianaLiviana
Mas Agua*
•Absorbente•Material Lig
DensidadDensidad MasMas BajaBaja
Cemento Neto15.6 ppg Clase A15.8 ppg Clase G16.4 ppg Clase H
MasMas PesadaPesada
Menos Agua
•Material Pes•Dispersante
Densidad Mas Densidad Mas AltaAlta
108 KTC – JB June2004
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Agentes de Peso
• Requerimientos– Gravedad Específica Alta– Tamaño y distribución de partículas Compatible (Sed)– Baja Adsorción de agua (eficiencia)– Disponibilidad y costo aceptable – Pureza y consistencia del producto– Inerte
109 KTC – JB June2004
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Agentes de Peso Comunes
Agua Adicional
gal/lb
D031 Barita 4.22 0.0240
D076 Hematita 4.95 0.0023
D907 Cemento 3.2 0.0529
D157 (tetraoxido de Mn) Mn3O4 4.7 - 4.9
CODIGO AGENT SG
110 KTC – JB June2004
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Retrogresión • Por encima de 230 deg F la temperatura estática
(BHST) desestabiliza el cemento, causando:– Una reducción en la resistencia compresiva
– Un Incremento en la permeabilidad
• Efecto causado por la conversión del gel C-S-H
• Se previene agregando de 30 a 40% BWOC de silica, reduciendo la relación C/S ratio del gel C-S-H
111 KTC – JB June2004
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Arena de Silica D030 y Harina de Silica D066PROPIEDAD D030 - Arena de Silica D066 Harina de SilicaParticle Size
US Mesh~10% +12%
1.12 gal/sk 1.34 gal/skSpecific gravity 2.63 2.63
Alta Densidad Preferida AlternativaBaja Densidad Alternativa PreferidaSedimentación Alternativa PreferidaMezclabilidad Preferida Alternativa
Por encima de 300deg F Alternativa Preferida
Add. Water
Applicaciones
70 - 200 >200
112 KTC – JB June2004
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Aditivos Antisedimentantes• Los aditivos antisedimentantes reducen:
– El Agua Libre– La Sedimentación– La Inestabilidad de las Lechadas
• Son compatibles con todos los productos de cementación
• Solo afectan la reología de la lechada• Rango de Temperatura : hasta 300 deg F• Agente Antisedimentante: D153: 0.1 - 1.5 % BWOC• Antisedimentante Líquido: D162: 0.005 - 0.025 gal/sk
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Pruebas de Laboratorio
114 KTC – JB June2004
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Resultados de las pruebas de Laboratorio
En cursos anteriores se estudio que antes de ejecutar un trabajo, el laboratorio debe realizar y emitir un reporte de las siguientes pruebas:
l Tiempo de Frague (TT) en Bc.l Perdida de Filtrado (cc / 30 mins).l Reologia (300,200,100,60, 30,6,3).l Resistencia a la Compresión (12 & 24 hr).l Agua Libre (%).
115 KTC – JB June2004
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Funciones del LaboratorioSe ejecutan dos tipos de pruebas :1. Evaluación de las Lechadas
– Etapa de diseño de la lechada• Medición de las propiedades específicas de las lechadas bajo
condiciones simuladas de fondo de pozo
– Etapa de Ejecución• Monitorear la preparación y mezcla de los productos
2. Caracterización Química– Análisis quantitativo y qualitativo de los componentes de la
lechada antes del mezclado• Cemento• Aditivos• Fluido de Mezcla
116 KTC – JB June2004
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Evaluación de las Lechadas
• Se rigen por el comite API de “ Estandarización de cementos petroleros” Normas :10A & 10B
• Esta publicación consiste de:
• Especificaciones para laspruebas de lechadas de cemento neto
• Procedimientos operacionales para todas laslechadas
• Procedimientos diseñados para simular las condiciones de fondo de pozo
• Presión / Temperatura
117 KTC – JB June2004
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Propiedades de la Lechada
• Agua Libre y Sedimentación
– Separación de agua de la lechada estática
– Migra, acumulandose en bolsillos o al tope de la columna de cemento
– Resultado = Aislamiento Zonal Incompleto
• Densidad
– Balancear las presiones subyacentes
– Resistencia a la compresión final
118 KTC – JB June2004
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Propiedades de las Lechadas - Cont.
• Bombeabilidad (Consistencia)
– Tiempo durante el cual la lechada es bombeable
• Perdida de Filtrado
– Deshidratación de la lechada durante la etapa de colocación
• Reologia
– Modelo de Regimen de Flujo
119 KTC – JB June2004
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Propiedades del Cemento Endurecido• Adherencia
– Cemento - Revestidor & Cemento - Formación
• Resistencia a los Sulfatos– Reaccion a los sulfatos de Magnesio y Sodio
• Perdida de la resistencia a la compresión• Resquebrajamiento por esfuerzos
• Retrogresion– Perdidad de la resistencia a temperaturas >230°F (110°C).
• Permeabilidad– Lechadas Ligeras
120 KTC – JB June2004
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Flujograma de Pruebas
COMPATIBILIDAD CEMENTO-ESPAC-LODO TIEMPO DE FRAGUE
REPORTE DE LABORATORIO
RESISTENCIA A LA COMPRESION
REOLOGIADENSIDAD
AGUA LIBRE FILTRADO
SOLICITUD DEPRUEBAS
121 KTC – JB June2004
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Equipos de PruebaWaring Blender - Mezclador de Lechadas
Nota:
El Waring Blender impartemucha más energía de mezcla de la que es usada realmente en el campo, con los equipos de mezcla actuales, por lo tanto las condiciones de mezcla en el campo no son realmente simuladas.
122 KTC – JB June2004
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Balanza Presurizada - Densidad
Una en locación, otra en el Laboratorio
Equipos de Prueba
123 KTC – JB June2004
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Viscosímetro Rotacional - Reologia
Resorte de Torsion
Cilindro Interno
Rotor
Bob
Taza
Equipos de Prueba
124 KTC – JB June2004
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Consistómetro - Tiempo de Frague
HPHT
Atmosferico
Equipos de Prueba
125 KTC – JB June2004
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Filtro Prensa - Perdida de Filtrado
HPHT Baja Presión
Equipos de Prueba
126 KTC – JB June2004
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Resistencia a la CompresiónEquipos de Prueba
UCA – No DestructivoMétodo Destructivo
127 KTC – JB June2004
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ConclusiónLuego de haber completado este modulo, ya son capaces de:
• Nombrar los diferentes tipos de revestidores primarios• Enumerar los criterios para ejecutar una buena cementación• Enumerar y explicar los dos tipos de regimenes de flujo y
modelos reologicos• Conocer los métodos para ejecutar las cementaciones
secundarias• Explicar el Porque los aditivos son agregados a la lechada• Enumerar las familias de aditivos de cementación• Enumerar los diferentes equipos de laboratorio• Analizar los resultados de laboratorio
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