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TECNICAS UTILIZADAS PARA LA CEMENTACION DE POZOS
TECNICAS UTILIZADAS PARA LA CEMENTACION DE POZOS
BRADENHEAD METHOD:
Fue el primer método utilizado y que se cumple a través del tubing o barra sin el uso del packer. La presión obtenida cerrando el BOP o válvula de control después que el cemento ha sido bombeada cerca de la zona a tratar. Una determinada cantidad de lechada se bombea a una cierta altura por afuera del tubing o barras. Los tubings son luego levantados fuera de la lechada y se cierran las válvulas de superficie.
STAGES OF CEMENTING
A continuación se bombea el fluido de desplazamiento por los tubings hasta que se consigue la presión que se desea o hasta una cantidad determinada de fluido haya sido bombeado. Este método se usa extensamente en pozos poco profundos, en obturaciones y zonas de perdida de circulación durante la perforación.
La aplicación del método está restringida porque hay que presurizar el casing y por lo tanto las máximas presiones están limitadas por las especificaciones de resistencia del mismo.
Además es difícil ubicar el cemento exactamente en el lugar deseado sin usar un packer.
METODO UTILIZANDO PACKER:
El método usa packer o tapones recuperables o no, ubicados en una posición cercana a la parte superior de la zona a ser intervenida. Esta técnica se considera superior a la anterior ya que confina la presión a puntos específicos.
Antes de ubicar el cemento se hace una prueba de presión para determinar la presión de rotura, en algunos casos la sección inferior de la zona a ser tratada puede ser aislada con un tapón puente. Cuando la presión deseada se ha obtenido la lechada remanente debe ser reversada. Los objetivos y las condiciones de las zonas son las que gobernara la elección del método a ALTA PRESION O BAJA PRESION.
REQUERIMIENTOS DE UNA CEMENTACION A PRESION:
Muchos trabajos se definen por la presión requerida para obtener un sello “SELLO HIDRAULICO”. La técnica de ALTA PRESION utiliza agua salada para determinar la presión de rotura de la formación. No se debe usar para esta finalidad la inyección porque puede tapar o dañar la formación. Después de la rotura la lechada de cemento es colocada cerca de la formación y bombeada a bajos caudales; a medida que el bombeo continua la presión de inyección comienza a subir hasta que la presión de superficie indica que se ha producido ya sea deshidratación del cemento o penetración de la lechada. La presión es momentáneamente mantenida para verificar las condiciones estáticas y luego es liberada para determinar si el cemento se mantiene en el lugar. El exceso de lechada por afuera de las perforaciones debe ser reversado.
SQUEZZE CEMENTING-CASED HOLE
Si la presión deseada se obtiene se aplica el METODO DE HESITACION O NUEVAS ETAPAS. Ello involucra a preparar “BATCH” de 30 a 100 sacos, colocarlos frente a la formación, esperar hasta que este cercano al punto de fragüe y repetir la operación tantas veces como sea necesario.
LAS TECNICAS DE BAJA PRESION están consideradas como el método más eficiente en base al desarrollo de los aditivos de control de filtración y de packer recuperable. Con esta técnica se evita la fractura. Se usa Hesitación, el cemento es colocado en una sola etapa pero con periodos alternados de bombeo y espera. El control de las propiedades de perdida de filtrado determina que se forme un revoque contra la formación o dentro de las perforaciones, mientras que el cemento remanente permanece en estado fluido en el interior del casing.
La pérdida por filtración de las lechadas de cemento puro es muy elevada y se produce una deshidratación en el casing antes que la lechada haya cubierto completamente un área de la formación.
HESITATION SQUEZZE
El resultado puede ser un tapón de cemento a través de las perforaciones abiertas en la zona superior y no cubre con cemento las perforaciones inferiores.
El control de filtrado evita la perdida de fluido prematuro como la rápida formación de un bloque solido en el casing. Los cementos que contienen aditivos para perdida por filtrado pierden agua frente a la formación mucho más lentamente que con un cemento puro.
SQUEEZE CEMENTING PROCEDURE
Remedial, or secondary, cementing is performed to exclude water or gas from a well, improve primary cementing job, recomplete in a new zone or repair corroded/damaged casing. Good primary cement jobs eliminate problems when drilling, completing and producing a well. If primary cement job is inadequate, and cement bond log (CBL) did not show deficiency, a great deal of money may be spent trying to repair it by squeeze cementing.
Squeeze cementing displaces cement to a desired point; it is controlled by a packer(s) or a permanent packer already in casing is used as a squeeze tool. Once at the desired depth, cement is circulated down to the squeeze point. The tool is set to isolate/protect casing from high pressure. Cement is pumped into area to be sealed off. Hydraulic pressure is applied, squeezing cement slurry against the formation. This may be done in open hole or through perforations in casing or liner. Excess cement can be reversed out of well or drilled out at a later date.
Jobs are successful if cement is left in casing opposite perforations or damaged area, and not drilled out after squeeze operation.
HIGH PRESSURE SQUEZZE AND CEMENT OPERATIONS MAY REQUIRE ADDITIONAL PUMPS
So plug back jobs have been the most successful. There have been poor results with block squeezes to shut off water, especially in gas wells where at common depths fractures are vertical, not horizontal, (cement layers radiating from wellbore in a circle) as was once thought.
Vertical fractures have vertical wings which make it difficult when trying to shut off water. In almost all cement squeezes, cement goes up the hole between the formation and casing. Once annular channel is shut off, producing zone can be squeezed. Whole cement does not enter formation pores, but rather the water in the cement. Water is forced into the formation under pressure, leaving cement to plate out across formation face. The water loss, coupled with a chemical reaction, sets up, or hardens, cement. If enough pressure is applied to fracture the formation, cement could enter fracture.
Important prerequisites for a good squeeze cement job are clean perforations, channels and a cement slurry designed to meet the downhole conditions and type of squeeze to be performed. Minimal blockage and clean surfaces assure a better and more thorough bond; sometimes an acid job may be used to ensure this. A wide selection of oil well cement is used for squeeze cementing, varying from heavy to light slurries. Additives adjust water/cement ratios, viscosity, set strength, pumpability time, temperature tolerance and other factors. There are many methods of applying cement under pressure. Terms used in squeeze cementing are:
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Bradenhead Squeeze – There is no packer in the hole. Casing valves are closed and the well is pressured up on the casing and the workstring during the operation.
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Bullhead Squeeze – The packer is set when the job starts and all fluid in the workstring is pumped into the formation ahead of the cement. The casing may be pressured, if necessary, to reduce the differential pressure across the packer.
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Hesitation Squeeze – Cement is pumped out through the casing perforations and into the annular area between the casing and formation. Then the pumps are stopped for a few minutes. Pumping is started and stopped until the desired pressure is obtained.
- HESITATION SQUEZZE
CEMENTACION PARA EVITAR LA MIGRACION DE GAS – PARTE 1
AJUSTE DE LA ALTURA DEL ANILLO DE CEMENTO. El método más simple y efectivo para reducir el potencial de flujo de gas en el espacio anular después de cementar, consiste en disminuir la altura del anillo del cemento. Esta técnica efectivamente disminuye la cantidad de columna de cemento que se revertirá a un gradiente hidrostático de agua de mezcla. La columna de cemento debe ser de suficiente altura para cubrir completamente todas las zonas productivas, con el fin de prevenir la comunicación interzonal, y proveer sustentación adecuada para la estabilidad del casing.
Sin embargo, si la capacidad de flujo en el espacio anular está indicada por el análisis gráfico, puede ser deseable reducir la altura de la columna de cemento y solucionar cualquier problema de inestabilidad en la cañería (casing) en forma anticipada de cualquier otra manera. Los requerimientos de regulación pueden considerarse también cuidadosamente al ajustar las alturas de las columnas de cemento.
El siguiente grafico muestra un pozo de 8000 fts con una densidad de lodo de 11 lbs/gal a su vez cementado con una lechada de 15,6 lbs/gal.
AJUSTE DE LA ALTURA DEL CEMENTO
En este ejemplo, el tope del cemento de 600 fts (CASO II) cubriría en forma adecuada los horizontes productivos, pero la práctica corriente de campo en esta área ha tenido que volver a cementar a una profundidad de 3000 fts. (CASO I)
Un análisis grafico indica que cuando la columna de cemento se revierte a un gradiente hidrostático de agua dulce, la altura de la columna de cemento posee un efecto significativo sobre el estado de balance del pozo. En este ejemplo, una reducción de 3000 pies en la altura de la columna de cemento debería ser tenido en cuenta para un incremento de 417 psi de la presión hidrostática ejercida a 8000 pies, durante el periodo en que la columna de cemento estuviera exhibiendo el gradiente de fluido del agua en el espacio anular podría resultar un problema significativo en el CASO I, con el tope del cemento a 3000 pies. En el CASO II la migración de gas en el espacio anular después de cementar no se anticiparía debido a el sobre balance hidrostático razonable mostrado en la misma figura.
VARIACION DE LOS TIEMPOS DE BOMBEABILIDAD DE LA LECHADA DE CEMENTO:
En situaciones donde se precisan grandes columnas de cemento, los tiempos de bombeo de la lechada pueden ajustarse en el anillo de cemento con el objeto de prevenir de retardadores y aceleradores, los tiempos de bombeo pueden variar el tope del anillo. Idealmente, el cemento puesto frente a cualquier potencial de flujo en el espacio anular alcanzaría la suficiente resistencia a la compresión, para prevenir la intrusión de gas, antes que la lechada superior se revierta al gradiente hidrostático del agua de mezcla. El efecto de ajustar los tiempos de bombeabilidad de la lechada es semejante al alcanzado con cementaciones convencionales en múltiples etapas.
Este grafico muestra una condición que comúnmente existe en la Costa del Golfo de Texas, con la ubicación del tope del cemento a los 3000 pies, un flujo potencial de gas en el espacio anular es indicado, por análisis gráfico, de formaciones por debajo de los 6400 pies. La presión hidrostática de la columnaajustada de
VARIACION EN LOS TIEMPOS DE BOMBEABILIDAD
lodo/cemento es aproximadamente de 400 psi menor que la presión poral de formación a 6700 pies. Si no se usara la técnica preventiva en esta situación, la comunicación interzonal o la migración de gas hacia la superficie seria esperada.
Con el objeto de ubicar correctamente el perfil ajustado del gradiente hidrostático hacia la derecha, la columna de cemento puede dividirse en dos lechadas separadas por el tiempo de bombeabilidad en etapas. En este ejemplo, con una diferencia en el tiempo de bombeabilidad de aproximadamente 2 horas, la lechada en el fondo tendría un cierto fragüe antes que la lechada superior alcance el fragüe inicial y pierda la mayor parte de su gradiente hidrostático inicial.
CEMENTACION PARA EVITAR LA MIGRACION DE GAS – PARTE 2
INCREMENTO DE LA DENSIDAD DEL LODO EN EL ESPACIO ANULAR. El incremento de la densidad del lodo de perforación encima de la columna del cemento, es otra técnica preventiva que se puede usar para ubicar la totalidad del perfil hidrostático desde la superficie hasta la profundidad final.
Este grafico muestra un pozo de 8000 fts con una densidad de lodo de 10 lbs/gal y una densidad de cemento de 15,6 lbs/gal. Si el pozo fuera cementado en esas condiciones, el flujo en el espacio anular se esperaría desde numerosos intervalos bajo los 6000 pies que es el tope del cemento. Esta ubicación de la línea sería
INCREMENTO DE LA DENSIDAD DEL LODO EN EL ESPACIO ANULAR
suficiente para proveer un desbalance positivo hidrostático mínimo y consecuentemente prevenir la migración de gas en el espacio anular.
El factor más importante a tenerse en cuenta, cuando se utiliza esta técnica, es la integridad de la formación. El uso de esta técnica tiene validez solamente si el pozo puede existir el efecto hidrostático adicional del aumento de la densidad del lodo. Si en pozo no puede existir la presión hidrostática total ejercida por esa columna, es probable que ocurran perdidas de circulación durante la cementación. Las perdidas pueden resultar en una migración del gas en el espacio anular y problemas de control de pozo potencialmente graves.
APLICACIÓN DE PRESION SUPERFICIAL EN EL ESPACIO ANULAR CEMENTADO
La capacidad de flujo de gas en el espacio anular puede también reducirse mediante la aplicación de una presión superficial sobre el espacio anular cementado inmediatamente después de la colocación del cemento. Esta presión aplicada, compensa la perdida de gradiente hidrostático del cemento que ocurre a medida que la lechada se fragua. Esta técnica de fuga de gas requiere la lechada se diseñe para adquirir resistencia tan rápidamente como sea posible después de su fragüe inicial.
Esta grafico muestra un pozo con potencial de gas en el espacio anular determinado debajo de los 7000 pies. Existe una zona de particular interés a los 7800 pies, se estima tener un desbalance de 100 psi en menos
PRESION SUPERFICIAL EN EL ESPACIO ANULAR
cuando la columna de cemento de 2000 pies se revierta a una gradiente hidrostática de su agua de mezcla.
Aplicando una presión superficial de 300 psi, la totalidad del perfil ajustado hidrostático lodo/cemento, se ubica hacia la derecha. Esta ubicación de la línea provee aproximadamente 200 psi de desbalance positivo a 7800 pies, reduciendo consecuentemente la capacidad de migración del gas. Esto es imperativo de que la presión superficial sea aplicada inmediatamente después de cementar de tal manera que el gradiente de presión se transmita a lo largo de toda la longitud de la columna lodo/cemento. Una vez que la columna de cemento ha comenzado a tomar fragüe inicial y/o la columna de cemento ha comenzado a incrementar su fuerza de Gel, es dudoso que la presión pueda transmitirse a través de la columna de fluido en el espacio anular a la profundidad que hubiese sido necesaria.
CEMENTACION PARA EVITAR LA MIGRACION DE GAS – PARTE 3
CEMENTACION EN ETAPA MULTIPLES Y AUMENTO DE LA DENSIDAD DE AGUA EN EL CEMENTO
Cementación en Etapas Múltiples:
Cuando una de las técnicas más simples y económicas para la prevención de flujo de gas en el espacio anular no es práctica, las herramientas de cementación en múltiples etapas en el pozo puede ser empleadas para cementar selectivamente el casing. Cada etapa de cementación o columna debería fraguar se antes de realizar una etapa subsiguiente. Esta técnica puede prevenir la migración de gas en el espacio anular en algunos pozos mediante el uso de columnas de cemento más cortas, no continuas. Mediante la abertura sucesiva de los dispositivos de cementación, cada etapa subsiguiente, es bombeada al pozo provocando una separación física y en tiempo de cada etapa de cementación.
La siguiente figura muestra un ejemplo de un pozo que contiene numerosas zonas productivas entre 3000 y 5000 pies y de 6500 a 8000 pies.
CEMENTACION EN ETAPAS MULTIPLES
Si el pozo se cemento desde el fondo hasta los 300 pies, estarían desbalanceadas negativamente varias zonas de gas debajo de los 6500 pies. Basado en el perfil de gradiente hidrostático ajustado lodo/cemento que se muestra también, un incremento neto de 261 psi en la presión hidrostática podría realizarse separando esta gran columna en 2 etapas. Este pozo seria firme candidato para la cementación en etapas, dado que la ausencia de horizontes productivos entre los 5000 y 6000 pies no requiere que este intervalo se cemente.
Aumento de la densidad de Agua de mezcla del Cement Slurry:
El incremento de la densidad del agua de mezcla de la lechada de cemento es otra técnica que puede utilizarse para la prevención de gas en el espacio anular en algunos pozos. Los ensayos fueron realizados en lechada con densidades de agua de mezclas incrementadas para verificar la retrogresión hidrostática atestiguada con lechadas de agua dulce. Esta figura
AUMENTO DE LA DENSIDAD DE AGUA DE MEZCLA DE LA LECHADA DE CEMENTO
muestra un pozo en el cual el casing de producción fue cementado entre 6000 y 8000 pies. Como se indica mediante la línea de gradiente de 8,34 lbs/gal, el potencial del gas en el espacio anular podría esperarse de zonas debajo de los 7000 pies. Aumentando la densidad del agua de mezcla de la lechada a 9,5 lbs/gal con el agregado del 18% de cloruro de sodio, un incremento neto de 122 psi en la presión hidrostática podría efectivizarse en el fondo del pozo. Esta presión hidrostática adicional sería suficiente para prevenir la migración de gas en el espacio anular.
