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Técnicas de cementación de pozos petroleros
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.
Técnicas de Cementación de pozos petroleros 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.
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 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.
DISEÑO DE LAS LECHADAS DE CEMENTO
DISEÑO DE LAS LECHADAS DE CEMENTO. Para diseñar adecuadamente los cement slurries es importante conocer ciertos puntos como la presión y temperatura; tipos de cemento; control de filtración, cantidad de cemento tiempo de espera.
TEMPERATURA Y PRESION:
En esta operación como el caso de una cementación primaria, tanto la temperatura como la presión tienen influencia en el tiempo de espesamiento de la lechada del cemento. En el caso de presiones que afecta la deshidratación del cemento- Las temperaturas encontradas en operaciones de presión pueden ser mayores que en los trabajos de cementaciones primarias por cuanto el pozo generalmente no es circulado con algún fluido que disminuya la temperatura de fondo.
Si una cavidad poco profunda debe ser llenada o si hay que abandonar perforaciones, la lechada debe ser diseñada para el tiempo de bombeabilidad más corto, pero una presión con hesitación a baja presión requiere una bombeabilidad de 4 a 6 horas. La lechada debe permanecer fluida el tiempo necesario no solo considerando el tiempo de operación sino también el de reversado.
TIPOS DE CEMENTO:
Para la mayoría de las operaciones de presión se pueden usar las Clases A; G o H por cuanto dichos cementos han sido manufacturados por condiciones de hasta 6000 pies y donde la temperatura estática no excede los 170”F. Para pozos más profundos las clases G o H deben ser retardadas adecuadamente sobre la base del tiempo estimado para la operación.
TIPOS DE CEMENTO B, G , H
CONTROL DE FILTRACION:
La filtración es importante en el diseño de una lechada para un trabajo de presión. Cuando la lechada es inyectada s través de un medio poroso, la presión diferencial fuerza el agua separándola de las partículas sólidas, formando un revoque. Este revoque es más bien blando y puede ser eliminado con un chorro, pero no es bombeable y se requiere una presión considerable para forzarlo a través de una pequeña abertura. El espesor del revoque dependerá de la permeabilidad del revoque o de la formación, las características de perdida de filtrado de la lechada, de la presión diferencial, y del tiempo que esa presión es mantenida.
CANTIDAD DE CEMENTO:
Básicamente de la cantidad de bolsas requeridas para poder realizar el trabajo de cementación.
TIEMPO DE ESPERA (WOC-WATER OIL CONTACT-):
El tiempo de espera para el fragüe del cemento una vez finalizada la operación es gobernada por la resistencia requerida en el cemento fraguado. El cemento debe tener la suficiente resistencia para soportar los golpes durante la perforación, para resistir el flujo de fluidos y para aislar un intervalo de producción durante una operación de fractura. El revoque del cemento deshidratado desarrolla su resistencia más rápido que una lechada que no ha perdido fluido bajo presión.
