Cementacion Primartia

INGENIERIA DE CEMENTACION PETROLERA
1. Que es la Cementación Primaria
Se realiza una vez terminada la fase de perforación con la tubería de revestimiento ya en el
pozo y consiste en bombear cemento hacia el espacio anular.
La cementación primaria tiene como principales funciones:
•
Evita el flujo de los fluidos entre las formaciones.
•
Fija la tubería de revestimiento con la formación.
•
Ayuda a evitar surgencias descontroladas de alta presión detrás del revestimiento.
•
Aísla la zapata de revestimiento.
•
Aísla las zonas productoras previniendo el flujo cruzado entre los intervalos a
diferentes presiones.
La técnica de cementación primaria utilizada consiste en lo siguiente
a) Circulación de lodo, para acondicionar el pozo: Antes de bombear la lechada en el
pozo, se lleva a cabo otro proceso; utilizando la bomba del equipo de perforación se
hace circular lodo de perforación (también conocido como fluido de perforación) en el
pozo, con el fin de acondicionar el lodo y lavar el pozo.
Si no se lleva a cabo el acondicionamiento, el paso de fluido (la lechada de cemento)
por el anular puede verse dificultado por la presencia de sectores con lodo de corte
gelificado.
Entrada del lodo
Salida del lodo
b) Lanzamiento del tapón inferior: En los trabajos de cementación primaria, antes y
después de la inyección de la lechada de cementación, se lanzan tapones limpiadores.
Estos elementos sirven para separar la lechada de los fluidos de perforación, limpiar
las paredes interiores de la tubería de revestimiento y obtener una indicación positiva
(presión) de que el cemento ya está en posición fuera de la tubería de revestimiento.
MODULO 3: TIPOS DE CEMENTACION– Unidad 1: Cementación Primaria
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c)
Bombeo de lavador y espaciador: Antes de bombear la lechada de cementación, por
lo general, se bombea un lavador químico o un espaciador densificado, o ambos, para
que actúen como buffer entre el fluido de perforación y el cemento. Los lavadores
químicos son fluidos base agua que pueden utilizarse en espacios anulares pequeños
con geometría del agujero regular. Estos fluidos pueden utilizarse cuando se puede
lograr turbulencia en todas las secciones del espacio anular. Los espaciadores son
fluidos densificados que se bombean en flujos turbulentos o laminares. Estos
productos sirven para eliminar completamente los fluidos de perforación del anular
antes de inyectar la lechada de cementación.
Entrada lavador – espaciador
Salida de Lodo
Tapón inferior
El fluido lavador – espaciador desplaza al lodo fuera del
d) Bombeo de la lechada inicial o de relleno: Esta lechad es de menor densidad, está
diseñada para proteger la parte superior del anular del revestimiento
Bombeo de lechada
Salida del lodo y espaciador
Lechada de cemento
Lavador - espaciador
El tapón inferior
asienta en el
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e) Bombeo de la lechada de cola: La lechada de cola es una lechada de mayor densidad,
diseñada para cubrir la sección inferior del anular desde el fondo del agujero.
Normalmente, la lechada de cola presenta unas propiedades superiores a las de la
lechada inicial. Es esencial que la lechada de cementación tenga la densidad correcta
para que sus propiedades sean las deseadas
Lechad de cola
Lechada de cemento
Lavador - espaciador
Lechada de cemento
(en el anular)
f)
Lanzamiento del tapón superior: El segundo tapón limpiador de cementación se
denomina tapón superior. Se bombea al final de los trabajos de cementación con el fin
de separar la lechada del fluido de desplazamiento que se bombea en la siguiente
etapa del proceso, y evitar así que sea contaminada por dicho fluido. Una vez que la
lechada ya se ha bombeado en la tubería de revestimiento, el tapón superior se lanza
desde la cabeza de cementación
g) Desplazamiento de las lechadas y tapones con fluido para desplazamiento: A
continuación, las lechadas de cementación y los tapones limpiadores se bombean (son
desplazados) hacia el fondo del pozo mediante el fluido de perforación u otro fluido.
Este fluido de desplazamiento empuja el tapón superior y la lechada hacia abajo por la
tubería de revestimiento. Cuando el tapón limpiador inferior llega al collar de
flotación, la membrana situada en su parte superior se rompe y la lechada es
bombeada, saliendo de la parte inferior de la tubería de revestimiento y subiendo por
el anular.
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Cuando el tapón superior llega al tapón inferior, hay un aumento de presión. Las
lechadas de cementación se encuentran en el espacio anular y en el recorrido de
zapata. El proceso habrá finalizado cuando se indique un aumento de presión en la
superficie y el proceso de desplazamiento haya terminado. Luego, retornarán de dos a
cinco barriles y parará el flujo. Si este flujo de retorno continúa, significa que hay fugas
en el collar de flotación.
Entrada de fluido
de desplazamiento
Salida del fluido o
lodo
Tapón superior
El fluido de desplazamiento desplaza al cemento fuera del revestido
h)
Comprobación de retorno de fluido: El collar de flotación está equipado con una
válvula de retención que evita que los fluidos regresen por la tubería de revestimiento.
Si la válvula está defectuosa, la lechada puede empujar los tapones y el fluido por la
tubería de revestimiento, debido al efecto de retorno de los tubos en U.
Al final de un trabajo de cementación, es necesario comprobar que el collar de
flotación o la zapata de flotación no presenten fugas.
Para realizar esta comprobación se espera a que el fluido retorne a los tanques de
desplazamiento de la unidad de cementación.
Si el collar de flotación o la zapata de flotación funcionan correctamente, dejarán que
vuelvan de dos a cinco barriles y luego se interrumpirá el flujo.
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Si este flujo de retorno continúa, significa que el collar de flotación tiene algún
defecto.
Fluido de desplazamiento
Retorno de cemento
El tapón superior
asienta en el flotador
i)
Perforación del siguiente tramo si corresponde
Salida del cemento
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2. Cementación en una etapa
Básicamente es la más sencilla de todas, la lechada de cemento es ubicada en su totalidad en
el espacio anular desde el fondo hasta la profundidad deseada, para esto se requerirá de
presiones de bombeo altas lo que implica que las formaciones más profundas deban tener
presiones de formación y fractura altas y no permitir que se produzcan perdidas de circulación
por las mismas.
Usualmente esta técnica es usada en pozos poco profundos o para cementar el casing
superficial, y el equipo de fondo será el básico para la cementación, zapato guía, collar
flotador, centralizadores, raspadores, tapones de fondo y tope
3. Cementación en múltiples etapas: Los trabajos de cementación con múltiples etapas se
utilizan para separar y aislar zonas.
En primer lugar, la lechada de cementación se asienta alrededor de la sección inferior de una
sarta de revestimiento con el cemento colocado hasta una profundidad determinada. A
continuación, a través de los puertos del collar o collares de etapa colocados en la sarta de
revestimiento, se cementan de forma sucesiva las etapas superiores. Un collar de etapa es
básicamente una junta de revestimiento con puertos que se abren y cierran o sellan mediante
camisas de accionamiento a presión. La cementación de etapas múltiples se utiliza con los
siguientes fines:
•
Reducir la presión hidrostática en las Formaciones que no pueden soportarla presión
hidrostática ejercida por una columna larga de cemento
•
Aislar dos zonas con problemas en una misma sección del agujero del pozo, por
ejemplo, una zona de alta presión y una zona con una presión de fractura baja
•
Ahorrar cemento en aquellos pozos en los que sólo es necesario cementar la parte
inferior y una porción superior de la tubería de revestimiento
Las tres técnicas de cementación de múltiples etapas más utilizadas son:
•
Cementación regular en dos etapas; la Cementación de cada una de las etapas es una
operación independiente y distinta
•
Cementación continua en dos etapas; ambas etapas se cementan en una sola
operación continua
•
Cementación en tres etapas; la cementación de cada una de las etapas es una
operación independiente y distinta.
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4. Cementación del linner
5. Problemas en la cementación primaria
Uno de los problemas que se presenta durante la cementación en los yacimientos es la pérdida
de circulación, esta, es la invasión de un fluido hacia la formación. En la mayoría de las veces
no se puede evitar debido a la misma naturaleza de la formación.
Básicamente la pérdida de circulación se presenta de dos maneras diferentes: invasión y
fracturación.
5.1. Invasión: Es la pérdida de la lechada de cemento hacia las formaciones que presentan
cavernas, fisuras, fracturadas o no consolidadas y las causas principales son las siguientes.
•
Las formaciones de grano grueso no consolidadas, pueden llegar a tener una
permeabilidad suficiente para que la lechada invada la matriz de la formación, esto es
frecuente principalmente en arenas y lechos someros. Cabe mencionar que el lodo de
perforación también enfrenta este tipo de problema por lo que en la etapa de
perforación se debe evitar la pérdida en estos intervalos pocos profundos, ya que esto,
puede provocar el socavamiento de las formaciones no consolidadas causando
inestabilidad, favoreciendo un derrumbe bajo la acción de una sobrecarga.
•
Las formaciones agotadas, la excesiva producción de la zonas productoras que están
ubicadas en el mismo campo o cercanas, pueden causar una presión de poro menor
que la normal, en tal caso las densidades requeridas de las lechadas de cemento
tienden a ser altos para controlar la presiones de poro de las otras formaciones
expuestas, pero al llegar a la zona depletada la lechada la invade por su baja presión
de poro.
•
Las zonas cavernosas o fisuradas están estrechamente ligadas con las formaciones de
carbonatos, es decir, de calizas y dolomía naturalmente fracturados, en las
formaciones de caliza las fisuras se deben principalmente a que el agua disuelve parte
de la matriz de la roca. En el momento de la cementación, la columna puede invadir
libremente la zona vacía, el volumen perdido depende del grado de interconexión
entre las fisuras. En algunas ocasiones, la pérdida de circulación se puede dar en los
límites no sellados de las fallas.
5.2. Fracturación: Es debido a la fracturación hidráulica producida por las presiones excesivas
inducidas, por la columna hidrostática que ejerce la lechada debido a su densidad. Una
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vez que se ha hecho la fractura es muy difícil repararla y es muy poco probable que se
restablezca la integridad del agujero
a
d
b
Entrada del lodo
a
d
a) Arenas no consolidadas y grava de alta
permeabilidad
b) Zonas cavernosas o fisuradas en carbonatos
(caliza o dolomía)
c) Fracturas naturales, fallas y zonas de
transición en carbonatos o lutitas duras
d) Fracturas inducidas por el exceso de presión
c
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Una vez que ocurre la pérdida de circulación la roca afectada reduce su permeabilidad cuando
hay una disminución del espacio poroso, esto se debe principalmente a la invasión de
pequeñas partículas que pueden quedarse atrapadas en las interconexiones, la mayoría de
estas partículas son provistas por el lodo de perforación o la lechada de cemento los aditivos
químicos, baches lavadores y espaciadores.
Esto conlleva a otro problema que existe en las operaciones de cementación: el daño a la
formación que se define como cualquier cambio de la permeabilidad a zonas aledañas al pozo,
generando un decremento substancial de la producción y reduciendo la vida útil del pozo.
Si bien, el daño a la formación no se puede evitar, se puede disminuir, especialmente en la
zona de interés (productoras), al evitar que se filtren partículas dentro de la formación.
Las formaciones débiles o con bajas presiones de poro y fractura, deben cementarse con sumo
cuidado para asegurar su aislamiento zonal y sin fracturarlas. Anteriormente los trabajos de
cementación se realizaban con cementos convencionales, éstos ocasionaban demasiados
problemas tales como mal aislamiento hidráulico, pérdida parcial o total de la lechada de
cemento hacia la formación, etc. y no daban resultados satisfactorios, por lo que hoy en día, se
disponen de nuevas lechadas de cemento cuya densidad son comparables a la del agua, que
evitan el fracturamiento de la formación y las pérdidas de circulación durante las operaciones
asegurando la integridad del pozo. Quizá el mayor desafío que se presenta en las operaciones
de cementación es controlar las pérdidas de circulación incluso los fluidos de perforación más
livianos y las lechadas de cemento más ligeras pueden perderse en zonas débiles o
fracturadas.
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