TAPONES DE CEMENTOEn alguna etapa durante la vida del pozo, puede ser necesario colocar un tapn de cemento en el pozo. Un tapn de cemento se disea para llenar la longitud de la caera o del agujero abierto y evitar el movimiento vertical del fluido. Descripcin: Es una tcnica balanceada de colocacin de un volumen relativamente pequeo de cemento a travs de una tubera de perforacin, de produccin o con auxilio de herramientas especiales en una zona determinada, en agujero descubierto o tubera de revestimiento. Su finalidad es proveer un sello contra el flujo vertical de los fluidos o proporcionar una plataforma o soporte para el desvo de la trayectoria del pozo. Objetivos: Los tapones de cemento colocados dentro de agujeros entubados se utilizan para: Abandonar intervalos depresionados. Proteger temporalmente el pozo Establecer un sello y abandonar el pozo Proveer un punto de desvo en ventanas.Los tapones en agujero descubierto se colocan para: Abandonar la parte inferior del pozo Aislar una zona para prueba de formaciones Abandonar capas de formacin indeseables Sellar zonas de prdida de circulacin Iniciar perforacin direccional (ej. Desviacin por pescado). Cmo obtener informacin del pozo que se va a intervenir.

TIPOS DE TAPNLos tapones se usan en la cementacin primaria para disminuir la contaminacin del cemento en la caera, barriendo la caera y actuando como barreras entre los fluidos del pozo y el cemento. Los tipos de tapones son: Tapn de desvo: durante las operaciones de perforacin direccional puede ser difcil alcanzar el ngulo y direccin correctos cuando se perfora a travs de una formacin suave. Es comn colocar un tapn de desvo en la zona para alcanzar el objetivo y curso deseado. (Figura 1). Adems, cuando una operacin de pesca no se puede llevar a cabo por motivos econmicos, la nica solucin disponible para alcanzar el objetivo del pozo es el desvo por arriba del pez.El xito de un buen tapn de desvo es su alto esfuerzo compresivo. Las lechadas de agua reducida con dispersantes alcanzan densidades de hasta 2.16g/cm3 y proveen los mejores resultados. Son cementos muy duros, densos, de baja permeabilidad. Esta lechada desarrolla altos esfuerzos compresivos que se alcanzan en periodos cortos por lo que se puede reducir el tiempo de espera de fraguado de cemento. La prdida de filtrado es reducida y tienen mejor resistencia a la contaminacin con los fluidos del pozo.Hay criterios tcnicos que aseguran tener mejor esfuerzo compresivo a travs del uso de arena slica. Est comprobado que la arena no ayuda a mejorar el esfuerzo compresivo. Si por costumbre se insiste en agregar arena, sta debe ser limitada 4.5 kg/saco. Cuando se colocan varios tapones antes de obtener alguno lo suficientemente fuerte para desviar, la falla se debe, entonces, a la inestabilidad de una lechada de alta densidad colocada sobre un lodo de baja densidad. La incidencia de fallas de tapones se puede reducir utilizando los mtodos correctos de colocacin. En tapones de desvo, despus de varios intentos de pesca, es comn que el agujero se haya lavado y haya creado una caverna en donde los registros geofsicos no puedan tocar las paredes de esa caverna; por lo tanto, ser difcil estimar correctamente el volumen de cemento requerido para balancear el tapn. El xito del tapn, en estos casos, se debe ms a la experiencia que a la tcnica. La profundidad de colocacin tambin es importante. La cima del tapn o de inicio de desviacin debe colocarse frente a una formacin fcilmente perforable, en donde la barrena pueda ser orientada en una buena direccin sin caer en el agujero original. Una consideracin muy importante en la colocacin de tapones de desvo, por cambio de rumbo o pescado, es que el tapn debe tener la longitud necesaria para asegurar que la barrena este lejos del agujero original en el momento que sobrepase la longitud del tapn. Abandono: cuando se requiere abandonar un pozo y prevenir la comunicacin entre zonas y la migracin de fluidos que pueden contaminar los mantos acuferos, se colocan varios tapones de cemento a diferentes profundidades. Los pozos productores depresionados tambin se abandonan con tapones de cemento, (figura 2). En muchos pases, como Mxico entre otros, el gobierno regula el abandono de los pozos petroleros con procedimientos especficos.Los tapones de abandono de pozos se colocan generalmente frente a zonas potenciales de alta presin. Se pone un tapn en la zapata de la tubera de revestimiento anterior (algunas veces con algn tapn puente mecnico) y se colocan todos los necesarios hasta la superficie.Si se plantea abandonar intervalos grandes de agujero descubierto, entonces se requiere la colocacin de varios tapones de cemento dentro del agujero. Se debe usar arena slica cuando la temperatura esttica del fondo exceda los 100C para prevenir la regresin de la resistencia del cemento (incremento de la permeabilidad y prdida de esfuerzo compresivo). Los aditivos de cemento deben ser mnimos, las lechadas extendidas tienen relativamente baja viscosidad y bajo esfuerzo compresivo son usadas pocas veces como tapn de abandono. Prdida de circulacin: La prdida de fluido de perforacin puede ser detenida si se coloca correctamente un tapn de cemento frente a la zona de prdida. Aunque la lechada se puede perder, tambin puede endurecer y consolidar la formacin, (figura 3). Un tapn de cemento tambin se puede colocar encima de una zona para prevenir su fractura debido a presiones hidrostticas que pueden desarrollarse durante la cementacin de una tubera de revestimiento.Las lechadas de cemento puro son efectivas para solucionar perdidas menores y brindan esfuerzos compresivos muy altos. Para cementos ms ligeros con mejores propiedades mecnicas se utilizan cementos espumados o microesferas. Estos tienen la ventaja natural de la tixotropa por lo que es menos probable que se pierdan. Las lechadas tixotrpicas son ampliamente utilizadas. Su habilidad para desarrollar geles, conforme el movimiento disminuye, es ventajosa pues ayuda a prevenir prdidas a la formacin y libera de presiones hidrostticas a las zonas dbiles.La adicin de materiales para prdida por circulacin tambin ayuda en el xito de los trabajos. Los materiales granulares son mas efectivos para fracturas ms grandes; los fibrosos o en escamas son mejores para prdidas en formaciones porosas o de alta permeabilidad.Para ayudar a la colocacin del cemento en el agujero tambin se utilizan los sistemas duales, con cemento y sistemas para prdida de circulacin.Es muy importante utilizar una temperatura de fondo circulante real. Las prdidas enfriarn el agujero por lo que la temperatura de fondo circulante puede ser mucho menor que la utilizada por los gradientes trmicos. Tapones para la prueba de formacin: Cuando se programa una prueba de formacin, y bajo el intervalo por probar existe una formacin suave o dbil, o que pueda aportar a la prueba fluidos indeseables, se colocan tapones de cemento para aislar la formacin por probar, siempre y cuando sea imprctico o imposible colocar un ancla de pared (figura 4). Esto permite evitar el fracturamiento de la zona dbil.

TCNICAS DE COLOCACIN Tapn balanceado: El mtodo ms comn de colocacin de un tapn es la Tcnica de Tapn Balanceado. Este mtodo consiste en colocar un tapn sin escurrimientos de fluidos por dentro y por detrs de la tubera de perforacin. El proceso se desarrolla de la siguiente manera: Se introduce tubera de perforacin y/o produccin con difusor de flujo en el agujero a la profundidad deseada. En algunos casos se utilizan tuberas de aluminio o fibra de vidrio y se dejan dentro del cemento formando parte del tapn. Cuando se termina el desplazamiento del cemento, se desconecta la tubera de aluminio dejndola como parte integral del tapn de cemento, y se levanta la tubera de trabajo.Por delante y detrs de la lechada se debe bombear un volumen apropiado de espaciador (agua, diesel, lavador qumico y espaciador densificado), con el propsito de evitar la contaminacin de la lechada de cemento con el lodo y balancear el tapn (figura 5).Los volmenes de lavador y espaciador son tales que sus alturas en el anular y dentro de la tubera son las mismas. Se completa el desplazamiento con lodo de control hasta la profundidad de la cima calculada del tapn. Es prctica comn parar el bombeo de 1 o 2 barriles antes de completar el volumen total del desplazamiento. Esto se hace con el propsito de dejar el nivel del cemento en el anular, debido a que aumenta la posibilidad de que el cemento que cae de la tubera lo haga a la misma velocidad en ambos lados y propicie as que se balancee el tapn. Adems esto ayuda a evitar que el cemento permanezca dentro de la tubera al momento de la extraccin de esta y se contamine con el fluido de control.Una vez que el tapn ha sido balanceado, se levanta la tubera a una velocidad lenta, entre 3 y 5 minutos por lingada (tres tubos acoplados) a cierta altura por encima de la cima del tapn y se circula en inverso desalojando el sobrante de la lechada, si esto fue programado de esta manera. Si no fuera asi, entonces se levanta lentamente a la velocidad antes indicada, hasta alejarse lo necesario de la cima del frente lavador y se cierra el pozo el tiempo estimado para desarrollar el esfuerzo compresivo; al trmino de ste, se procede a sacar toda la tubera utilizada y se introduce la barrena seleccionada para afinar el tapn. De esta manera se evita el movimiento de fluidos que pudieran producir la contaminacin del cemento con el fluido de control del pozo.Inestabilidad en la interface: Las causas principales relacionadas con las fallas de los tapones, durante la colocacin de la lechada, son el comportamiento inestable del flujo debido a la diferencia de densidad de los fluidos que comparten la interface de cemento y lodo, y la prctica de utilizar tubera franca para colocar el cemento.Debido a las fuerza gravitatorias adversas, los fluidos se movern en la interface ya sea contaminando la lechada o provocando que caiga. Esto se agrava cuando la tubera no est bien centrada, porque el efecto U no puede ser controlado y usualmente el sistema se perturba durante la operacin (por ejemplo: al levantar la tubera o bombear muy rpido, la presencia de gas, etc). Por eso, aun antes de que el cemento est colocado, puede estar canalizado (Figura 6). Esta inestabilidad puede ser mejorada reduciendo la diferencia de densidad entre el lodo y el cemento, perturbando el sistema lo menos posible y/o utilizando un frente viscoso de lodo debajo del tapn, que servir de apoyo y evitar la interdigitacin entre lodo y cemento de la parte inferior del tapn; tambin se debe instalar un difusor de flujo axial en el extremo inferior de la tubera de trabajo.Mejoras en la colocacin: se pueden utilizar dos mtodos para ayudara crear una interface cemento/lodo mas estable durante la colocacin del tapn.El primero considera tubera franca colocando un frente viscoso con la misma densidad del lodo para crear un soporte debajo de la lechada. De cualquier manera, para que los sistemas sean estables, es necesario bombearlos (frente viscoso y cemento) lo ms lamentable posible mientras que la tubera debe ser rotada para ser levantada, tambin despacio, al final del desplazamiento.El segundo mtodo utiliza un difusor de flujo que se coloca en la punta de la tubera que hace un cambio de flujo vertical a lateral y hacia arriba, (figura 7). Los agujeros a los lados de la herramienta deben tener, por lo menos, la misma rea de flujo que el rea interna de la tubera. Se han visto mejoras al incrementar la distancia entre los agujeros laterales con la salida inferior de la tubera tapada. Estos dos mtodos, utilizados en conjunto con las prcticas definidas para cada aplicacin del tapn, incrementan su probabilidad de xito. Como sea, al igual que con todos los trabajos de cementacin, una buena colocacin es bsica para obtener una cementacin exitosa.

CONSIDERACIONES DE DISEODiseo I: factores de xito del tapn: Los factores de xito de un tapn son los mismos que para lograr una cementacin primaria ptima. Las posibilidades de xito del tapn mejoran con el uso de buenas tcnicas de desplazamiento, as como de la seleccin de la lechada correcta; la planeacin y obtencin de datos correctos del pozo son esenciales.El diseo del trabajo depende del objetivo. La colocacin de un tapn para prdida de circulacin ser muy diferente que la colocacin del tapn para una zona depresionada o para la desviacin de un pozo, as como el diseo para el abandono de una zona en donde tenga aportacin de cualquier hidrocarburo o la litologa en donde se este colocando.

Diseo II: profundidad y longitud del tapn: La posicin de un tapn de cemento es de primordial importancia. Los registros de calibracin del agujero sirven para determinar en donde colocar el tapn y cunto cemento utilizar. Los registros de perforacin deben ser consultados para determinar en dnde colocar el tapn en agujero descubierto. La aplicacin del tapn depender del tipo de formacin frente a la cual se colocar, a menos que desee desviar el pozo, lo mejor es colocar los tapones en formaciones consolidadas. Las lutitas deben evitarse pues usualmente estn deslavadas y fuera de calibre. Para tapones de desvo, el cemento no debe ser colocado en formaciones excesivamente duras. Las formaciones altamente permeables o donde existan prdidas deben ser evitadas, pues puede suceder que las propiedades de la lechada cambien por el filtrado, o que el volumen de lechada no sea suficiente debido a la prdida. Si es posible, se deben seleccionar agujeros con mnima alteracin en su calibre. Si los volmenes de cemento son calculados con mayor exactitud, el desplazamiento ser mejorado y el balanceo ms fcil. El volumen de cemento depende del objetivo del tapn. Las longitudes y profundidades de los tapones de abandono son usualmente dictadas por regulaciones gubernamentales y varan dependiendo de las zonas y de las presiones entre otros factores, durante la perforacin del pozo. Los tapones para desvo deben ser lo suficientemente largos para permitir la desviacin gradual de la barrena en el agujero.La longitud mnima recomendada es entre 100 -150m. sta debe ser suficiente, tomando en cuenta que la parte superior del tapn podra contaminarse. Un registro de calibracin del agujero es til para el clculo de la cantidad de cemento requerido y para ubicar una seccin del agujero en calibre para que ste sea colocado. Si el tapn se va a colocar en un agujero fuera de calibre o una seccin deslavada, entonces se debe utilizar un porcentaje de exceso que podra ser del doble o mayor que el del volumen normal considerado. Esto ms bien se basa en la experiencia en tapones similares usados con xito, de acuerdo con estadsticas.Diseo III: desplazamiento y colocacin: El desplazamiento se puede mejorar con lo fluidos de bajo valor de filtrado. El agujero debe ser circulado, por lo menos, con el equivalente a un volumen del pozo y antes de colocar el tapn para alcanzar las condiciones reolgicas necesarias para el cemento que se va a manejar. Preferentemente, el cemento debe tener mayor densidad y propiedades reolgicas de los baches separadores, y ms que el lodo. Queda excluido de este orden el frente lavador, pues la mayora de stos, por ser newtonianos, tienen una densidad que flucta entre 1.00gr/cm3 o menor. El pozo debe estar estable para evitar la contaminacin del cemento. Algunas caractersticas recomendables para el lodo son: Viscosidad Funnel = 45-80seg, PV= 12-20 cp., Ty= 1-5 lb/100ft2 y la prdida de filtrado tan baja como se pueda. Estos valores pueden ser difciles de conseguir en la prctica. La contaminacin de las lechadas de cemento es la principal causa de falla de los tapones. Puede aumentar el tiempo de fraguado y reducir el esfuerzo compresivo; el 10% de la contaminacin por lodo puede reducir el esfuerzo compresivo hasta en un 50%. Se requiere el uso de lavadores y espaciadores para evitar problemas de compatibilidad. Los espaciadores deben ser utilizados cuando el control del pozo sea un problema, la densidad del espaciador debe ser 0.12-0.24 g/cm3 mayor que la del lodo. Los lavadores qumicos deben utilizarse en lugar de agua especialmente del lodo. Los lavadores qumicos deben utilizarse en lugar de agua especialmente cuando se utiliza lodo a base de aceite. Los lavadores usualmente fluyen en flujo turbulento, el desplazamiento en flujo turbulento es el ms recomendado. Se recomienda una altura anular de 150-250 m para lavadores y espaciadores. La centralizacin de la tubera mejora la remocin del lodo. (este aspecto es normalmente olvidado aun cuando la tubera sea levantada despus de la colocacin del tapn). Si la tubera no est centralizada correctamente, puede ocurrir canalizacin del cemento y as el balanceo del tapn ser ms difcil; ambos efectos contribuyen a la contaminacin de la lechada, aunque esto es terico pero no se debe olvidar que al levantar un tubo con centradores podra provocarse la contaminacin. De esta manera, es preferible utilizar tubera lo ms lisa posible y con rotacin.Se recomienda la rotacin de la tubera en lugar de la reciprocacin. Esto puede ser til puesto que la tubera se levantar fuera del cemento antes de circular en inverso cuando el tapn haya sido balanceado. La rotacin reduce la gelificacin del cemento y le permite caer ms fcilmente de la tubera conforme se levanta.Diseo IV: Fallas comunesUna vez que el tiempo de fraguado ha pasado, se toca la cima del tapn y se aplica peso de aproximadamente 5 toneladas sobre l. ste es el principal criterio para medir el xito de un tapn. Cuando el tapn servir de apoyo para una herramienta desviadora entonces la prueba es muy importante, pues si el tapn est colocado frente a caliza aunque la perforabilidad no alcance a la de la caliza, se busca una perforabilidad promedio de 4 min/m. en el punto en donde se iniciar el desvo.Las causas ms comunes de falla son: Contaminacin con lodo. Se debe a una deficiente remocin de lodo, a espaciadores/lavadores no efectivos, a falta de centralizacin, tiempos de espesamiento y fraguado muy largos, y a tcnicas de colocacin incorrectas. Lechadas sobre-retardadas o tiempo de espera de fraguado insuficiente. Suceden cuando el desarrollo de esfuerzo compresivo es inadecuado y el tapn ser perforado sin alcanzar el tiempo de perforabilidad requerida. Es necesario conocer el dato exacto de temperatura de fondo esttica y cuidar que el tapn sea diseado precisamente para las aplicaciones en las cuales ser utilizado. Informacin errnea de la litologa y geometra del pozo (especialmente la temperatura de fondo esttica) ocasiona la utilizacin de parmetros de diseo incorrectos: clculo errneo en la cantidad de cemento, propiedades errneas de la lechada, contaminacin o colocacin del tapn en un lugar incorrecto. Un volumen de cemento insuficiente debido a datos de los registros de calibracin incorrectos o desconocidos, proporciona un tapn de altura menor que la requerida. Se recomienda una altura de 100-150m y hasta el doble de exceso de cemento en secciones de agujero descubierto de dimetro desconocido, especialmente cuando largas operaciones de pesca han sido llevadas a cabo y es necesario colocar un tapn de desvo en el sitio de pesca. Los tapones pueden descolgarse o moverse cuando se utilizan lechadas de cemento de alta densidad en pozos con fluidos de control de baja densidad. Como resultado de la interface inestable formada, el cemento se canalizar y se diluir el lodo. Esto puede ser evitado con la colocacin de un volumen viscoso u otra tcnica de puenteo y con el uso de un difusor.

HERRAMIENTAS AUXILIARES PARA LA COLOCACIN DEL TAPN:Dump Bailer: Los Dumps Bailers son utilizados para la colocacin de pequeas cantidades de cemento encima de tapones puente o retenedores de cemento para proporcionar sellos a las presiones ms fuertes y durables.El cemento es colocado en una botella metlica de 2 1/8pg de dimetro (Dump Bailer) que transporta una cantidad medida de 18 litros de lechada de cemento por medio de un cable de 5/16 o 7/32 pg de acero. La botella se abre elctricamente al tocar el tapn puente permanente ubicado por debajo de la profundidad de colocacin del tapn; el cemento se deposita sobre el tapn al levantar la botella. (Figura 8). El tapn puente es colocado usando una herramienta de colocacin de tapones mecnicos (MPBT, Mechanical Plug Back Tool) colocada con cable. El MPBT y la botella se corren a travs de la tubera de produccin y el tapn se coloca en la tubera de revestimiento.Existen diferentes formulaciones de cemento clase H y varios aditivos para diferentes gradientes de temperatura. Se utilizan botellas de dos tamaos 1 11/16 y 2 1/8. Para calcular la altura del tapn que soportar la presin diferencial requerida para diferentes tamaos de tubera de revestimiento se utilizan tablas y un factor de seguridad. Estas tablas son limitadas puestos que no toman en consideracin la temperatura, presin o los efectos del fluido. Adems, las condiciones del tapn (contaminacin), y estado de las paredes se desconocen. Por lo anterior, es difcil determinar la altura ptima del tapn para proveer un sello contra una presin diferencial determinada.Las ventajas de este sistema es que la profundidad del tapn es fcilmente controlable y es, adems, un mtodo relativamente econmico. La principal desventaja es que la cantidad de cemento disponible est limitada al volumen de la botella y se deben hacer mltiples viajes. Adems no es recomendable para desviar en agujeros amplios, entubados o descubiertos si se duda que alcance las condiciones ptimas de perforabilidad.Mtodo de dos tapones con tubera de aluminio: Este mtodo utiliza una herramienta especial para colocar un tapn de cemento a una profundidad definida con un mximo de exactitud y un mnimo de contaminacin de la lechada. La herramienta consiste, esencialmente, en un ensamble de fondo instalado en la parte inferior de la tubera de perforacin, una tubera de aluminio, un tapn de barrido y otro de desplazamiento.El tapn de barrido es bombeado por delante de la lechada para limpiar la tubera y aislar el cemento del lodo. El perno de seguridad, que conecta el tapn limpiador al tapn, se rompe con un incremento de la presin de circulacin y ste es bombeado a travs de la tubera de aluminio.El tapn de desplazamiento se bombea detrs de la lechada para aislarla del fluido de desplazamiento.Cuando el tapn llega a su asiento se observa un incremento de presin en superficie. Se levanta la tubera de trabajo hasta que la punta de la tubera de aluminio alcanza la cima programada del tapn. Se contina bombeando para romper el perno de seguridad que se encuentra entre el niple de asiento y la camisa. Esto permite que la camisa se deslice y descubra el agujero para la circulacin inversa. Si durante la operacin la tubera de aluminio se atrapa en el cemento, sta se puede liberar con un incremento en la tensin aplicada a la tubera.

FIGURA 1: TAPN DE DESVO

FIGURA 2: TAPN DE ABANDONO

FIGURA 3: TAPN PARA LA PRDIDA DE CIRCULACIN

FIGURA 4: TAPONES PARA PROBAR INTERVALOS

FIGURA 5: BALANCEO DEL TAPN

FIGURA 6: INESTABILIDAD DE INTERFACE

FIGURA 7: DIFUSOR

FIGURA 8: DUMP BAILER

FIGURA 9: MTODO DE DOS TAPONES

CONCLUSINLa cementacin es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a travs de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el dimetro externo del revestidor.El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las zonas crticas (alrededor del fondo de la zapata, espacio anular, formacin permeable, hoyo desnudo, etc.). Luego se deja fraguar y endurecer, formando una barrera permanente e impermeable al movimiento de fluidos detrs del revestidor.Entre los propsitos principales de la cementacin se pueden mencionar los siguientes: Proteger y asegurar la tubera de revestimiento en el hoyo, aislar zonas de diferentes fluidos, aislar zonas de agua superficial y evitar la contaminacin de las mismas por el fluido de perforacin o por los fluidos del pozo, evitar o resolver problemas de prdida de circulacin y pega de tuberas, reparar pozos por problemas de canalizacin de fluidos, reparar fugas en el revestidor.La cementacin tiene una gran importancia en la vida del pozo, ya que los trabajos de una buena completacin dependen directamente de una buena cementacin.Los tapones se usan en la cementacin primaria para disminuir la contaminacin del cemento en la caera, barriendo la caera y actuando como barreras entre los fluidos del pozo y el cemento. Para ello se necesita tener en consideracin una serie de factores para su diseo y de igual manera algunas tcnicas de colocacin.

BIBLIOGRAFA http://www.cedip.edu.mx/tomos/tomo07.pdf21