Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

Barinas – Barinas

Integrantes:

Briceño Rafael. 19613286

Cáceres Jesús. 18560562

Cuevas Yusneidi. 18772175

Gutiérrez Jeaneth. 19350299

Guedez Cesar. 20409751.

Nieto Nohel. 19069616.

Olivo Alexandra. 18560811

Osman Elias. 19069419.

Pinto Maria. 20011862

Sección `A`, 8vo semestre, Ing. De Gas

Trabajo de Cementación

Barinas, noviembre de 2010

Índice:

Pág.

15

Índice……………………………………………………………………………….3

Aditivos de cemento………………………………………………………………4

Aceleradores………………………………………………………………………5

Retardadores……………………………………………………………………..6

Extendedores…………………………………………………………………….9

Densificantes……………………………………………………………………10

Dispersantes…………………………………………………………………….11

Controladores de filtrado……………………………………………………..12

Controladores de pérdida de circulación……………………………………12

Aditivos especiales……………………………………………………………13

Reductores de fricción………………………………………………………..14

Conclusión……………………………………………………………………..15

Bibliografía……………………………………………………………………..16

Introducción:

15

La historia del uso de aditivos químicos en los hormigones se remonta

al siglo pasado, tiempo después que Joseph Aspdin patentó en Inglaterra el

21 de octubre de 1824, un producto que llamó «Cemento Portland».

La primera adición de cloruro de calcio como aditivo a los hormigones

fue registrada en1873, obteniéndose su patente en 1885. Al mismo tiempo

que los aceleradores, los primeros aditivos utilizados fueron hidrófugos.

Igualmente, a principios de siglo se ensayó la incorporación de silicato de

sodio y de diversos jabones para mejorar la imper-meabilidad. En ese

entonces, se comenzaron a añadir polvos finos para colorear el hormigón.

Los fluatos o fluosilicatos se emplearon a partir de 1905 como endurecedores

de superficie. La acción retardadora del azúcar también había sido ya

observada.

El concreto de uso común, o convencional, se produce mediante la

mezcla de tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los

cuales eventualmente se incorpora un cuarto componente que

genéricamente se designa como aditivo.

Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como una

revoltura de concreto, se introduce de manera simultánea un quinto

participante representado por el aire.

La mezcla intima de los componentes del concreto convencional

produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con

relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica hasta que al

cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto,

comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse

finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto

endurecido.

1. Aditivos de cementos:

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Los aditivos son sustancias que permiten adaptar los diferentes cementos

petroleros a las condiciones específicas de trabajo. Pueden ser sólidos y/o

líquidos (solución acuosa).

Muchos aditivos son conocidos por su nombre comercial usado por las

compañías de servicios de cementación. Los aditivos de cemento pueden ser

usados para:

• Variar la densidad de la lechada.

• Cambiar la resistencia a la compresión.

• Acelerar o retardar el tiempo de fragüe.

• Control de filtrado y perdida de fluido.

• Reducir la viscosidad de la lechada.

Los aditivos pueden ser entregados en la locación de perforación en

estado granular o líquido y pueden ser mezclados con el cemento en polvo o

ser añadidos al agua de mezcla antes de que la lechada de cemento sea

mezclada. La cantidad de aditivos usados comúnmente es expresada en

términos de porcentaje en peso del cemento en polvo (tomando como base

que cada saco de cemento pesa 94 lb). Muchos aditivos afectan más de una

propiedad y por tanto deben ser cuidadosamente usados.

Estos aditivos son:

Aceleradores:

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Son productos químicos que reducen el tiempo de fraguado de los

sistemas de cemento e incrementan la velocidad de desarrollo de la

resistencia compresiva.

Se usan en pozos donde la profundidad y la temperatura son bajas. Para

obtener tiempos de espesamiento cortos y buena resistencia a la compresión

en corto tiempo. Pueden usarse: cloruro de calcio (CaCl2, más

usado), silicato de sodio (Na2SiO3), cloruro de sodio (NaCl), ácido oxálico

(H2C2O4), sulfato de calcio, entre otros.

Cloruro de calcio: Esta sal se dosifica del 2 al 4% por peso de

cemento, dependiendo del tiempo de bombeo que se desea obtener.

Es el producto que exhibe mayor control en el tiempo bombeable.

o Efectos Secundarios del CaCl2:

Aumenta la temperatura.

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

Cloruro de sodio: Actúa como acelerador en concentraciones de

hasta un 10% por peso de agua, entre el 10 y el 18% produce un

tiempo de bombeo similar al obtenido con agua dulce. A

concentraciones mayores del 18% causa retardamiento. La típica

concentración de aceleradores es de 2 5% por peso de agua.

Sulfato de calcio: Es un material que por si mismo posee

características cementantes y tiene fuerte influencia en cuanto a la

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expansión del cemento fraguado; como acelerador se dosifica

basándose en tiempo que se desea y la temperatura a la cual va a

trabajar. Su concentración varía del 50 al 100%.

Agua Salada: Es ampliamente usado para preparar lechadas de

cemento en locaciones costa afuera (offshore). El agua de mar

contiene arriba de 25 g/l de NaCl, lo que resulta en un acelerador.

Retardadores del fraguado del cemento:

Son aditivos químicos que prolongan el tiempo de fraguado inicial y brinda

la posibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de presión y

temperatura. En pozos profundos, las altas temperaturas reducen el tiempo

de bombeabilidad de las lechadas de cemento. Los retardadores se usan

para prolongar el tiempo de bombeabilidad y evitar los riesgos del fraguado

prematuro. Para temperaturas estáticas por encima de 260 – 275 ºF se

deben medir los efectos de los retardadores a través de pruebas piloto.

Como la aceleración, los mecanismos para retardar el fraguado del

cometo portland son aun materia de controversia. Así han surgido varias

teorías que intentan explicar el proceso retardante. Estas teorías son: la de la

adsorción, la precipitación, la nucleación y la de la complejidad.

Considerando dos factores: la naturaleza química del retardador y la fase del

cemento (silicatos o aluminatos) sobre la cual actúa el retardador.

Los retardadores más conocidos son: los lignosulfonatos de calcio y los

cromolignosulfonatos de calcio, así como otros que son mezclas químicas.

Unos trabajan a temperaturas bajas y otros a temperaturas altas. Su

dosificación es de 0.1 a 2.5% por peso de cemento.

Los retardadores más empleados son:

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Lignosulfonatos: se componen de sales de ácidos lignosulfonicos de

sodio y calcio. Son polímeros derivados de la pulpa de la madera.

Usualmente son compuestos no refinados y contienen varias cantidades de

compuestos sacaroides con un peso promedio molecular que varía de

20000 a 30000.

Debido a que los lignosulfonatos purificados pierden mucho poder

retardante, la acción retardante de esos aditivos se atribuye a la presencia de

carbohidratos de bajo peso molecular.

Los retardadores de lignosulfonatos son efectivos con todos los cementos

portland y se dosifican de 0.1 a 1.5% por peso de cemento.

Son efectivos hasta 250 ºF (122ºC) de temperatura de circulación en el

fondo del pozo (BHCT) y hasta 600ºF (315ºC) cuando se mezclan con borato

de sodio.

Hasta el momento se ha comprobado que los retardadores de

lignosulfonatos afectan principalmente la cinética de la hidratación de C3S;

sin embargo, sus efectos sobre la hidratación del C3A no son significativos.

Ácidos hidroxilcarboxilicos: Estos ácidos contienen grupos

hidroxilcarboxilicos (OH) y carboxílico (CHn) en su estructura molecular. Son

retardadores poderosos y se aplican en un rango de temperatura de 200 ºF

(93ºC) a 300ºF (149ºC)

Otros ácidos hidroxilcarboxilicos con un fuerte efecto retardante, es el

ácido cítrico. Este también es efectivo como dispersarte de cemento y

normalmente se usa en concentraciones de 0.1 a 0.3% por peso de

cemento.

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Los ácidos de hidroxilcarboxilicos de manera similar que los

lignosulfonatos actúan más eficientes con cementos de bajo contenido de

C3A

Compuestos sacáridos : Los sacáridos son excelentes retardadores

del cemento portland. Se usa ocasionalmente en la cementación de pozos

por ser muy sensible a pequeñas variaciones en sus concentraciones.

Derivados de la celulosa: los polímeros de la celulosa son

polisacáridos derivados de la madera o de otros vegetales. Son estables a

las condiciones alcalinas de la lechada de cemento.

El retardador celulósico más común es el carboximetil hidroxietil celulosa

(CMHEC). Es efectivo a temperaturas superiores a 250ºF (120ºC).

También la CMHEC se usa como agente de control de pérdida de fluidos;

además, incrementa significativamente la viscosidad de la lechada.

Organofosfatos: Se aplican a temperaturas de circulación tan altas

como 400ºF (204ºC). presenta inestabilidad a variaciones sutiles en la

composición del cemento y tiende a bajar la viscosidad de la lechada

densificada.

Mecanismos de Retardación:

Factores que afectan el mecanismo de acción

o Naturaleza química del retardador.

o Composición química del cemento

Teorías de los mecanismos de acción

o Teoría de Adsorción.

o Teoría de Precipitación.

o Teoría de Nucleación.

o Teoría complexación

Posibles efectos negativos en las lechadas

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o Gelación.

o Dispersión.

o Incremento en el filtrado.

o Incompatibilidad.

Extendedores:

Son materiales que bajan la densidad de los sistemas de cemento y

reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen del producto

fraguado, con el fin de reducir la presión hidrostática y aumentar el

rendimiento (pie3/saco) de las lechadas. Entre los más usados se tienen:

bentonita, silicato de sodio (Na2SiO3), materiales pozzolánicos, etc

Clasificación de los Extendedores:

Extendedores base agua

o Agua.

o Arcillas (Bentonita) - D20, D128.

o Extendores químicos (Silicatos) - D75, D79

Solidos de baja densidad

o Puzzolana (Fly ashes) - D35, D56, D61, D602.

o Kolite y gilsonite - D42, D24.

o Perlita expandida - D72.

o Ceniza silica (Microsilica) - D154, D155

Materiales de muy baja densidad.

Nitrógeno - CEMENTO ESPUMADO.

Microesferas de cerámica - D124 (LITEFILL)

Extendedores Químicos:

Silicatos de Sodio y Metasilicatos

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o Reaccionan con los cationes en el sistema del cemento (Ca2+, Mg2+).

o Forma viscosa, silicato gelatinoso.

Capaz de ligar agua extra

Baja separación de agua libre

o Reologías bajas para flujo turbulento.

o Mejores propiedades y mezclabilidad que lechadas bentoníticas.

o No controla la pérdida de filtrado (usar D112 FLAC).

o Bajas concentraciones requeridas relativamente.

o Ca - El silicato formado actua como acelerador.

o Usar retardadors , D110 (or D109)

D79, METASILICATO DE SODIO - seco ( 0.2-3.0% BWOC).

D75, SILICATO DE SODIO - liquido ( 0.15 -0.60 gal/sk)

Densificantes:

Son materiales que incrementan la densidad de los sistemas de cemento.

Frecuentemente para compensar las altas presiones encontradas en

pozos profundos, se exigen lechada de cemento de alta densidad. Para

incrementar la densidad de la lechada es necesario aditivarla; estos aditivos

llamados Densificantes deben cumplir la siguiente propiedad:

Deben tener una gravedad específica en el rango de 4,5 a 5.0.

Debe tener un bajo rendimiento de agua.

No debe reducir significativamente, la resistencia a la compresión del

cemento.

No debe prácticamente afectar el tiempo de bombeabilidad de la lechada.

Deben ser químicamente inertes y compatibles con otros aditivos.

No debe interferir con los registros.

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Los más usados: barita, hematita, ilmenita, etc.

Dispersantes:

Son productos químicos que reducen la viscosidad de las lechadas de

cemento,

Entre ellos tenemos: polinaftaleno sulfonado, polimelamina sulfonado,

lignosulfonatos, ácidos hidrocarboxilicos, polimeros celulósicos.

Porque 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.

Tipos de Dispersantes:

Sulfonados.

o Polinaftaleno Sulfonato de Sodio (PNS) D065, D080.

o Polimelaminas Sulfonadas (PMS) D145A.

o Polimeros Aromaticos D065A, D080A.

o Polimeros Organicos D604M, D604AM

Lignosulfonatos

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o Acido Hidroxicarboxilico derivado de la Lignita.

o Acidos Hidroxicarboxilicos D121

Controladores de filtrado:

Son materiales que controlan la pérdida de la fase acuosa de los sistemas

de cemento, frente a zonas permeables. Previenen la deshidratación

prematura de la lechada. Los más usados son: los polímeros orgánicos

(celulosa) y reductores de ficción. Los componentes celulósicos de alto peso

molecular producirán baja pérdida de agua en todos los tipos de lechada en

concentraciones de 0,5 a 1,5% por peso de cemento.

Sin embargo el requerimiento de agua puede ser ajustado para producir

una viscosidad deseada. Los dispersantes, o reductores de ficción,

normalmente se agregan a la lechada de cemento para controlar la pérdida

filtrado por dispersión y concentración de las partículas de cemento al

Densificantes la lechada y, esto es especialmente eficaz cuando se reduce la

relación agua/cemento.

Controladores de pérdida de circulación:

Son materiales que controlan la pérdida de cemento hacia zonas débiles

de la formación o fractura.

La pérdida de circulación a veces llamada "pérdida de retorno" se define

como la pérdida de fluidos del pozo y/o la lechada de cemento hacia la

formación durante la perforación de un pozo o su terminación. Esto no debe

ser confundido con la disminución de volumen que es el resultado de la

filtración, o el volumen requerido para llenar una nueva porción del pozo hay

normalmente dos pasos al combatir la pérdida del circulación. El primero en

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reducir la densidad de la lechada, y el segundo es agregar un material de

puente o taponamiento. Otra técnica es agregar nitrógeno al sistema de lodo.

Aditivos especiales:

Es la miscelánea de aditivos complementarios para la cementación, tales

como: antiespumantes y Agentes expandidores del cemento fraguado.

Debido a la velocidad con que se maneja el cemento en el campo cuando se

está elaborando la lechada (aprox. 1 Ton/min), el cemento tiende a

entrampar una gran cantidad de aire, propiciando un erróneo control de la

densidad; asimismo, algunos productos químicos ayudan a mantener el aire

dentro de la mezcla y dificulta el trabajo de las bombas de alta presión con

que se maneja esta para ser bombeada al pozo.

El problema se minimiza mediante el uso de los agentes antiespumantes, lo

que eliminan la mayor parte de las burbujas de aire entrapadas.

Generalmente son sales orgánicas ácidas de solubilidad media y se dosifican

del 0,2 – 0,3% por peso de cemento.

Los expandidores:

Son aditivos que dilatan el producto hidratado, sin que esto sea originado

por efecto de la temperatura. Entre los que tenemos:

o Cloruro de Potasio: Este producto, además de ser eficiente

estabilizador de las arcillas, al 5% por peso de agua de mezcla exhibe la

misma dilatación que el 18% de cloruro de sodio en el cemento. Otra

característica es que al 2% por peso de agua hace que el filtrado de las

lechadas que lo contienen sea compatible con la mayoría de los aceites.

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Antiespumantes: Ayudan a reducir el entrampamiento de aire

durante la preparación de la lechada. Los más usados son: éteres de

poliglicoles y siliconas.

Propiedades de los antiespumantes:

o Deben ser Insolubles en el fluido espumante.

o Deben tener una superficie más áctiva que el fluido espumante.

Reductores de fricción:

Son productos que ayudan a obtener con gastos bajos de bombeo el

régimen turbulento. Reducen la fricción entre granos y entre estos y las

paredes.

De acuerdo con varias investigaciones realizadas en diferentes países de

ha demostrado la mayor eficiencia en la limpieza del lodo del espacio anular

se logra en régimen turbulento; es decir, cuando la lechada de cemento y los

colchones de limpieza desplazan a una velocidad tal que corresponda a un

numero de reynold de 3000 a 4000 o mayor, en función de sus

características reológicas: n´=índice de comportamiento de flujo K´=índice de

consistencia.

Generalmente, son sales de ácidos grasos y se dosifican de 0.2 al 2.5%

por peso de cemento.

Conclusión:

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De acuerdo con el estudio correspondiente al análisis experimental del

uso de aditivos, se quieres dar a conocer las siguientes conclusiones:

El uso de aditivos en los cementos, sirve para reducir la contracción

por secado mas no la elimina.

El uso de aditivos es prácticamente necesario en la elaboración de

cementos para poder disminuir los efectos de la contracción.

Los aditivos para la molienda y la mejora de las prestaciones del

cemento son la innovación que marcan la pauta. Esta gama de productos,

fruto del desarrollo tecnológico, nace ante la necesidad de las plantas

productoras de aumentar el rendimiento.

El Cemento con Aditivos es un Cemento al que se han modificado sus

propiedades introduciendo elementos añadidos para mejorar su plasticidad,

dureza, resistencia y fraguado. Los aditivos pueden ser:

Acelerantes/Retardantes, Impermeabilizantes, Adherentes, Mejoradores de

resistencias, Expansores, Plastificantes, Reductores / Incorporadores de

agua, Curadores, Desencofrantes.

Bibliografía:

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o Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de

Pozo en IPM. Schlumberger.

o Ingeniería de cementación.

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