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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
ESCRIBA LA CONSIGNA AQUÍ.
Escuela Militar De Ingeniería Prestigio, Disciplina y Mejores
Oportunidades
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.