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Cochabamba - Bolivia NOMBRES: Juan Paolo Villarroel Terrazas Jose Murillo Campos Gilbert García Gamboa CODIGOS: C2941-6 ; C ; C MATERIA: Cementos Petroleros DOCENTE: Ing. Lizbeth Arce S. CARRERA: Ingeniería Petrolera SEMESTRE: Sexto CEMENTACION DE POZOS DIRECCIONALES Y HORIZONTALES Escuela Militar De Ingeniería Prestigio, Disciplina y Mejores Oportunidades

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Cochabamba - Bolivia

NOMBRES: Juan Paolo Villarroel Terrazas

Jose Murillo Campos

Gilbert García Gamboa

CODIGOS: C2941-6 ; C ; C

MATERIA: Cementos Petroleros

DOCENTE: Ing. Lizbeth Arce S.

CARRERA: Ingeniería Petrolera

SEMESTRE: Sexto

CEMENTACION DE POZOS

DIRECCIONALES Y

HORIZONTALES

Nombre del trabajo

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Escuela Militar De Ingeniería Prestigio, Disciplina y Mejores

Oportunidades

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CEMENTACION DE POZOS DIRECCIONALES Y HORIZONTALES

Escuela Militar De Ingenieria

INTRODUCCION

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 es 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 cadencia. El depósito de sólidos

evita el desplazamiento y frustra el propósito de la cementación: rodear

completa 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

desplaza- miento del lodo.

Para lograr una buena cementación es muy importante colocar

uniformemente la lechada de cemento 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 variantes de pozos de

alcance extendido y pozos multilaterales.

Clasificación de pozos horizontales

Los pozos horizontales son aquéllos en los que en una parte del pozo

está desviada 90° 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.

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Radio largo

En un sistema de radio largo se usa la tecnología de perforación

direccional.

Aquí los incrementos de ángulo van desde 3° a 8°

por cada 30 m (100 pies) y dependiendo del

alcance, requieren de este 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 1,220 m (4,000

pies). La perforación de pozos altamente desviados puede ser o no

de “alcance extendido”. Estos son mostrados en la figura 16.

Generalmente estos pozos se empiezan a construir de un punto de

partida con una desviación de 40° a 50°, seguida por una sección

grande de declive para terminar en una sección horizontal dentro del

yacimiento.

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Con esta tecnología en la perforación de pozos horizontales se

logran longitudes de drene que exceden los 610 m (2000 pies),

diámetros de 5” a 9”, la sección vertical no presenta mayor problema

en los primeros 5 m ( 16 pies), cuando son atravesadas

formaciones problemáticas y en profundidades verticales mayores

a los 3,048 m (10,000 pies).

Radio medio

Para la perforación de un pozo de radio medio se emplea el equipo

convencional de perforación modificado y se va desviando a un

ritmo de 8° a

20° por cada 30 m (100 pies), aunque ritmos de incremento del

orden de 50° por cada 100 pies son teóricamente posibles. El largo

de la sección horizontal puede ser de 915 m (3,000 pies) o más. El

diámetro es de 5” a 9” igual que en los pozos de radio largo.

Radio corto

El método de perforación lateral de radio corto tiene un ritmo de

incremento del ángulo de entre 1.5° a 3 ° por pie. Permite desviar el pozo

desde la vertical hasta la horizontal en menos de 30 m (100 pies). Las

penetraciones laterales arriba de 274 m (900 pies) son comunes. Se

utiliza un equipo muy especializado combinándolo con herramientas

rotatorias con coples y juntas especiales para lograr articular la tuberIa.

Frecuentemente son perforados multiples 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 tuberIa

flexible orientada. El ritmo de incremento del ángulo es de 90°/ pie;

sin embargo, la longitud y el diáme- tro de cada uno de los agujeros

está limitada de

30 a 60 m y 5 cm de diámetro. Se pueden perfo- rar más de 10

agujeros de drenes pequenos en el mismo plano en ángulos rectos

con respecto a la vertical, que se conocen como ”star jet holes”.

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Procedimientos de terminacion

En la actualidad, varios agujeros horizontales son terminados sin ser

cementados. La sección horizontal generalmente se termina con

tubera corta ranurada, o bien preperforada o, en algunos casos, con

cedazos para el control de la arena. En tales pozos, la roca de la

formación debe ser lo suficientemente compacta como para impedir el

colapso, particularmente cuando se aproxima el agotamiento. Muy

raramente los pozos horizontales pueden ser terminados en agujero

abierto, sin algun método de revestimiento.

Las tuberias de revestimiento intermedias se encuentran, 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 tuberia 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 multiples.

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 causarIa 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 produc- ción de agua indeseada o

el avance del gas.

Un ejemplo de un pozo horizontal, cementado y terminado se muestra en

la figura 17 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,

aun más, en un pozo desviado. Hay dos propiedades que la

determinan:

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el agua libre y la sedimentación. El agua libre es importante debido a

que puede migrar a la parte superior del aguje- ro y crear un canal

abierto a través del cual los flui- dos del pozo pueden viajar; la

sedimentación puede causar un cemento poroso de baja resistencia

en la parte superior del pozo.

Por consiguiente, de- ben 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 quimicos 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.

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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 mas

criticas en la cementación de pozos horizontales que en pozos

menos desviados. Dos de las mas importantes propiedades son la

estabilidad de la lechada y el filtrado.

Aditivos y sus Funciones

• Aceleradores

• Retardadores

• Extendedores

• Extendedores

• Densificantes

• Dispersantes

• Controladores de filtrado

• Controladores de perdidas de circulacion

• Aditivos especiales

Aceleradores

• Son productos químicos que reducen el tiempo de fraguado de los sistemas

de cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia

compresiva.

• Clases de Aceleradores:

1. Cloruro de calcio (CaCl2): Esta sal se dosifica del 2 al 4 % por peso

de cemento.

2. Cloruro de sodio (NaCl): Actúa como acelerador en concentraciones

de hasta un 10 % por peso de agua.

3. Sulfato de calcio (CaSO4): Es un material que por sí mismo posee

características cementantes y tiene fuerte influencia en expandir el

cemento fraguado.

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Retardadores del fraguado del cemento

• Son productos químicos que prolongan el tiempo de fraguado de los

sistemas de cemento.

• Los retardadores más empleados son:

1. Lignosulfonatos

2. Ácidos hidroxilcarboxílicos

3. Compuestos sacáridos

4. Derivados de la celulosa

5. Organofosfonatos

Aditivos especiales

• Estos aditivos químicos acortan el tiempo de bombeo e incrementan el

desarrollo de resistencia compresiva; disminuyendo el tiempo equipo de

perforación.

Tapones de cemento

• Los tapones de cemento son utilizados para separar la lechada de

cementación del espaciador o lodo para prevenir la contaminación. En

corridas de tuberías de revestimiento largas, tapones adicionales son

bombeados antes y entre el tren de espaciadores para minimizar la

contaminación causada por varios regímenes dentro de diferentes

espaciadores y para maximizar su efectividad cuando salgan hacia el

espacio anular.

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 fácilmente un fluido mas delgado, que tiene una baja

resistencia al flujo. Para determinadas condiciones de cementación, la

figura 19 indica el gasto para alcanzar el flujo turbulento del lodo en el

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espacio anular, para diferentes tamaños de tuberia de revestimiento

en un agujero de 8”, y su correspondiente margen de seguridad.

Esta figura muestra claramente que, incluso con el gasto mas alto, se

necesita alcanzar flujo turbulento en la TR de 5”, un margen de

seguridad de 300 psi, permanece al final del desplazamiento, mientras

que para una TR de 7”, la presión de fractura de la formación ha sido

sobrepasada por 200 psi.

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

mas criticas en la cementación de pozos horizontales que en pozos

menos desviados. Dos de las mas importantes propiedades son la

estabilidad de la lechada y el filtrado.

Estabilidad de la lechada

La estabilidad del cemento es siempre importante, pero aun mas

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 pérdida 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 estan necesariamente

relacionadas. Una propiedad puede presentarse sin la presencia de

la otra; por lo tanto, las pruebas que se hagan deberan considerar

que sean independientes.

El agua libre debe mantenerse en cero. En el laboratorio, el agua

libre y la sedimentación deben medirse contemplando el maximo

angulo de desviación. Aunque un método de prueba estandar de la

API no existe actualmente para pozos horizontales, la mayorIa de las

compañias operadoras y de servicio han desarrollado

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procedimientos internos para pruebas de evaluación del agua libre.

El agua libre y la sedimentación pueden ser prevenidos por medios

quimicos, tales como la adición de agentes viscosificantes y/o sales

metalicas, las cuales forman hidróxidos complejos.

Pérdida de fluido

El control de pérdida de fluido es particularmente importante en pozos

horizontales, debido a la ex- posición de la lechada a grandes

secciones permeables que son mas criticas que en pozos

verticales. Se requieren bajos ritmos de pérdida de f luidos 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 afectar adversamente el control del

agua libre y la viscosidad, es mediante el uso de un sistema

propiamente diseñada 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 particular- mente importantes para asegurar que las

propiedades del cemento sean consistentes a través del intervalo que

se va a cementar. Se debera tener un control estricto de la mezcla de

la lechada. Si se re- quiere el control de sistemas de cemento de baja

densidad, por problemas de pérdida de circulación, los cementos a

base de microesferas podrian ser mejores que los sistemas

convencionales de cementos ligeros, sobre todo para obtener una

mayor resistencia a la compresión.

Una vez que la lechada de cemento ha sido diseña- da, los gastos y

presiones de flujo deben ser revisa- dos en un simulador (tipo ”tubo en

U”), como Ce- menta W (IMP). Esto es importante para verificar que las

presiones de poro y de fractura de las formaciones no sean rebasadas

durante la operación.

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Guía para la cementación de pozos horizontales. Basados en la

experiencia de campo e investigación de laboratorio, las principales

consideraciones para una adecuada cementación de pozos horizontales puede resumirse en los siguientes puntos:

Prevenir el asentamiento de sólidos del lodo

Optimar las propiedades de la lechada de cemento

Optimar el claro entre la tubería y las paredes del pozo

Centrar la tubería

Circular el lodo, al menos, en un volumen del agujero

Mover la tubería tanto en rotación como reciprocante

Mezclar con recirculador y control automático de densidad

Diseñar los gastos de desplazamiento para flujo turbulento o

velocidad anular minima de 80 m/ minuto (dentro de los limites de

la presión de poro y fractura)

La experiencia dentro de la industria confirma que con buenas

prácticas de cementación y un control estricto de los detalles

especiales de diseño y ejecución, los pozos horizontales pueden

ser cementados con buenos resultados.

Salud y seguridad en el manejo de aditivos

La naturaleza de los materiales manejados por la planta de cemento

da lugar a ciertas consideraciones especiales, para la disminución de

riesgos y prevención de accidentes en el area de trabajo:

Todas las personas que se encuentren realizando las actividades

diversas que se llevan a cabo en la planta, como son: cargado de

bultos, vaciado de bultos, pesado de quimicos, manejo del panel, etc.

deberan portar, sin excepción:

1.- Lentes de seguridad. Protegen los ojos del con- tacto con los

polvos de los productos quimicos que pudieran haberse

volatilizado hacia la atmósfera.

2.- Mascarilla contra polvos. Previene la inhalación de estos polvos.

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3.- Overol. Proporciona una protección integral al cuerpo de cualquier

contacto cutaneo con los pro- ductos qulmicos.

4.- Casco. Resguarda la cabeza de golpes.

5.-Protectores auditivos.

6.-Guantes. Protegen las manos del contacto con el cemento y

productos qulmicos, ademas de gol- pes o cortaduras.

7.-Zapatos antiderrapantes con casquillo metalico

Instalaciones

La planta de almacenamiento debe contar con señalamientos de

localización de cada uno de los productos quimicos ahi almacenado.

En estas señales se encuentra la información basica del pro- ducto:

nombre, tipo de riesgo al manejarlo, tipo de equipo que se debe portar

al manejarlo. Otra practica segura es designar areas especiales con

bordes o represas en donde se almacenen productos líquidos para

prevenir, en caso de algún derrame, mayor daño al ambiente, y facilitar

la recuperación de los mismos.

En lo que corresponde al sistema neumático utilizado para la mezcla del

cemento y aditivos, cada uno de los componentes del sistema:

compresores, líneas y silos, deben contar con válvulas de desfogue

que prevengan de cualquier percance que pudiese ocurrir al sobre re-

presionar al sistema. Así mismo, el sistema debe estar provisto con

un colector de finos, el cual recolecta y almacena la gran mayoría de

los finos (polvos) generados por la dosificación y que de otra forma se

descargarían a la atmósfera.

También, entre el equipo básico de seguridad de la planta se deben

incluir lavaojos y lavamanos colocados en lugares estratégicos de fácil

acceso a las personas que se encuentran laborando.

Observaciones

Evite golpear los silos presurizados, pues pueden ocasionar un accidente.

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En caso de ser indispensable, golpear suavemente utilizando un martillo

de caucho.

Nunca debe cerrarse o abrir una válvula sin conocimiento pleno del

estado de la operación que se está realizando, figura 90.

Figura 90 Mezcla manual de lechada de cemento.