Pruebas de Laboratorio para los Cementaciones de pozos petroleros

Pruebas de Laboratorio
para los Cementos
Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores de Pozo
CM 117/ CL02
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Funciones del laboratorio
• Evaluación del Desempeño de las lechadas
n
Fase del Diseño de la Lechada
²La medición de ciertas características de la lechada bajo
ciertas condiciones de fondo de pozo.
n
Fase de Ejecución
²Seguir la preparación del material mezclado
• Características Químicas
n
Análisis cuantitativo o cualitativo de los componentes de la
lechada antes de que ésta sea mezclada.
²Cemento
²Aditivos
²Fluido de Mezcla
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Evaluación del Desempeño - Lechadas
• Regido por el comité de la API sobre la “Estandarización de
Cementos de Pozos de Petróleo” (Com. 10)
• La publicación consiste de lo siguiente:
n
Pruebas de especificación para lechadas de cemento puro
n
Procedimientos de examinación operacional para todas las
lechdas
• Procedimientos diseñados para simular las condiciones en el
fondo de un pozo
n
Presión
n
Temperatura
CM 117/ CL02
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Evaluación de Espaciadores y
Lavadores
• Evaluación del efecto de limpieza
• Compatibilidad con el Cemento
n
Tiempo de Espesamiento
n
Pérdida de Fluido
n
Fuerza Compresiva
n
Reología
• Efectos sobre el lodo
n
Reología etc.
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Caracterización Química
Se examinan cuatro tipos de muestras :
• Polvo de Cemento
n
C3A, C3S, C2S, C 4AF y Yeso
• Cemento Seco Mezclado
n
Consistencia
• Cemento Fraguado
• Agua de la mezcla
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Preparación de la Muestra
CM 117/ CL02
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Preparación de la Muestra
•
•
Utilice muestras representativas.
Obtención de la muestra
n Antes del envío
• No se debe utilizar ningún aditivo que no se encuentre en las
muestras de campo verdaderas
• Procedimientos de muestra y manipulación
n SPEC 10 Sección 3
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Diseño de la Lechada
CM 117/ CL02
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Características de la Lechada
• Agua Libre & Sedimentación de la Lechada
n
Separación del agua de una lechada estática
n
Se mueve hacia arriba, se acumula en bolsas o en la cima
de la columna de cemento.
n
El resultado es un aislamiento incompleto de la zona
• Densidad
n
Equilibrio de las presiones debajo de la superficie
n
Fuerza final del cemento
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Características de la Lechada - cont.
• Bombeabilidad (Consistencia de la Lechada)
n
Período de tiempo durante el cual la lechada permanece en
un estado líquido bombeable (Tiempo del Trabajo + 1.5
veces o 2 Horas )
• Pérdida de Fluido
n
Deshidratación de la lechada durante la fase de colocación
• Reología
n
Modelaje del flujo de la lechada
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Características del Cemento Fraguado
• Adherencia
n Cemento - Revestidor & Cemento - Formación
• Resistencia a los Sulfatos
n Reacción a los sulfatos de magnesio y sódio;
²pérdida de la fuerza de compresión
²agrietamiento bajo estrés
• Retrogresión de la Fuerza
n Desestabilizacion del Cemento por encima de >230o F.
• Permeabilidad
n Lechadas livianas
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Flujograma de Pruebas
SOLICITUD DE
PRUEBAS
DENSIDAD
REOLOGIA
AGUA LIBRE
FILTRADO
COMPATIBILIDAD
CEMENTO-ESPAC-LODO
TIEMPO DE FRAGUE
RESISTENCIA A LA
COMPRESION
REPORTE DE LABORATORIO
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Procedimientos & Equipos de
Laboratorio
CM 117/ CL02
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Solicitud de Análisis de Laboratorio
• Sometido a la formulación de la lechada de cemento requerida
por el laboratorio
• Designar los aditivos necesarios para la lechada
• Solicitar parámetros específicos de ejecucion:
n Densidad
n Reología (Viscosidad Plástica & Punto de Rendimiento)
n Pérdida de Fluido
n Tiempo de Espesamiento
n Agua Libre
• Suministrar toda la información sobre los parámetro del pozo
n Tipo de Trabajo, Profundidad, tipo dea agua de mezcla &
BHT, etc.
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Cálculo de la Muestra
•
•
El volumen de la muestra de lechada es 600 ml
Tomar en consideración la siguiente lechada compuesta de:
n Cemento de Clase G 44% de agua
Material
Cemento Clase G
peso
(lbs)
94
Water 44%
41.36
TOTAL
135.36
Volumen absoluto
(gal)
0.0382
0.1202
Volumen
(gal)
3.59
Peso
(gramos)
42637.7
Volumen
(ml)
13589.6
4.97
18760.6
18813.5
8.56
61398.3
32403.1
• Calcular para 600 ml
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Preparación de la Lechada
• Se Mezcla con una equipo de alto esfuerzo de corte (Waring
Blender)
n
Dos velocidades de rotación
²4000 RPM
²12000 RPM
• El Agua y los Aditivos Líquidos se mezclan primero
• Añadir Cemento / Sólidos a una velocidad de 4000 rpm (15
segundos)
• 12,000 RPM por 35 segundos
• El procedimiento de mezclado no es conveniente en los
siguientes casos:
n
Microesferas (D124)
n
Nitrógeno (Lechadas de espuma)
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Pruebas de Lechada
• Medición de la Densidad
n
Medido con una Balanza Presurizada
n
Las unidades de medición son ppg, Kg/m3, SG
• Prueba de Agua Libre (API spec. 10 sección 6)
n
La lechada es colocada en una probeta de vidrio
Graduada de 250 ml
n
El agua libre en ml, se mide luego de 2 horas
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Pruebas de lechada - cont.
Prueba de Pérdida de Fluido
• Simula la cantidad de filtrado pérdido bajo presión frente a una
formación permeable
• Existen dos tipos de prensa de filtro:
n
De baja presión (100 psi)
n
HPHT, de alta presión, de alta temperatura (1000 psi)
• El HPHT es usado para los Pruebas de lechada (simula las condiciones
de fondo de pozo)
• La formación permeable es simulada por una malla de 325 mesh
n
Con Respaldo de una malla 60 mesh
• Parámetros de la Prueba / Entrega de informes
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Pérdida del Filtrado
• Para las lechadas que se deshidratan en menos de 30
minutos , el valor de Pérdida de Fluido se obtiene
mediante:
n
Relación
F 30 = Ft
F30
Ft
t
n
× 5.477
t
= Filtrato a 30 minutos
tes
= Filtrato a Tiempo
= Tiempo en minutos
Simple cálculo = F30 = (F7 x 2)
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Pruebas de Lechada - cont.
Reología
• Calculada mediante la correlación entre el estrés del corte
y la tasa de corte
• Examinado con el Viscosímetro Rotacional (FANN 53)
n
Velocidad rotacional (Tasa de corte)
²300 RPM
²200 RPM
²100 RPM
²60 RPM
²30 RPM
• La velocidad de 600 RPM no es utilizada.
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Reología
• Las lecturas de 6 RPM y 3 RPM son omitidas .
• La lectura de 3 RPM se utiliza para determinar la fuerza
del gel fluido a:
n
10 segundos & 10 minutos
BOB (Estacionario)
Manga rotacional
Copa de la Lechada
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Pruebas de Lechada - cont.
Tiempo de Espesamiento
Determinar el tiempo durante el cual la lechada se mantiene en estado
fluido
• El consistómetro presurizado simula:
n La temperatura
n La presión
• La unidad de medición es la unidad de consistencia Beardon (BC)
• Límite superior de fluido (API) 100 BC
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Programas API
• Cambios de Presión y Temperatura
• Efecto sobre el Tiempo de Espesamiento
• Evaluación Realista del Laboratorio
• Simulación por Computadora (CemCADE)
• Instrumentación Nueva
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Curva del Tiempo de Espesamiento
Temperatura F
Tiempo (min)
0
100
200
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
300
400
500
Bc
Temp.
50
100
Bc
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Pruebas de Lechada - cont.
Fuerza Compresiva
• Fuerza del cemento fraguado bajo condiciones de fondo
de pozo
• Equipo:
n
n
Baño de Curado (Presión ATM & 82oC)
Cámara de Curado (3000 psi & 193oC)
• Procedimiento
• Unidad de Medición
• Otros métodos
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Resistencia a la Compresión
•
Pobre protección contra las fuerzas laterales
Sistema Estable
Sistema Inestable
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KTC
Compatibilidad de Fluidos
LAM
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Compatibilidad de Fluidos
• API Spec. 10 contiene los procedimientos para medir la
compatibilidad de los fluidos.
• Los effectos de un espaciador o Lavador Químico son
investigados .
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Compatibilidad de Fluidos
La compatibilidad está determinada por:
• Comparando las lecturas del Fann de diferentes velocidades con
lecturas del Fann de una lechada base de cemento.
• Comparando las lecturas del Fann de diferentes velocidades con
lecturas del Fann de un espaciador base.
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Compatibilidad de Fluidos
• Fluidos compatibles resultan en lecturas del Fann
similares
• Diferencias incongruentes entre los resultados de la
prueba indicaran incompatibilidad
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Informe del Análisis de Laboratorio
• Al finalizar la formulación y pruebas de la Lechada, se
registran los resultados en un informe, que incluye :
• Parte 1
n
n
n
Información requerida
Resumen de los resultados
Conclusiones y recomendaciones
• Parte 2
n
Pruebas de Laboratorio y Resultados
• Parte 3
n
Apéndice. De ser necesario
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Resumen de los Procedimientos de
la Prueba
Categoria de la Prueba
Equipo
Referencia de l Procedimiento
Toma de muestras
Toma de muestras de flujo divergente
ASTM C702, API SPEC 10 (3)
Preparación de la lechada
Mezclador de hélice de 2 velocidades
API SPEC 10 (5)
Tiempo de espesamiento
Consistómetro atmosférico
Consistómetro presurizado
Celda de pérdida de fluido
API SPEC 10 (8)
API SPEC 10 (7)
Agua Libre
Baño de agua, cámara de curación
Prensa hidráulica
Cilindro graduado de 250 ml
Permeabilidad
Permeámetro de agua
API SPEC 10 (ap. G)
Reología
Viscosímetro rotacional
API SPEC 10 (ap. H)
Fuerza estática del gel
Viscosímetro rotacional
API RP 13B (sección 2)
Expansión
Molde de barra, mangas cilíndricas
ASTM C 151
Comp. del Espaciador/Cem./Lavado
Viscosímetro rotacional, Celda de pérdida de fluido
API SPEC 10 (ap. P)
Pérdida de Fluido
Fuerza Compresiva
API SPEC 10 (ap. F)
api spec 10 (6) ap. M
Consistómetro, prensa hidráulica
Análisis de Particulas ( C. Portland) Permeámetro PBlaine ,
ASTM C 204
Análisis Químico de Mezclas Secas Espectrofotometría de la apsorpción UV
ASTM C 114
Análisis Químico del Agua de Mezcla Método de químicos mojados
API RP 45
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Equipos de Prueba
Waring Blender - Mezclador de Lechadas
Nota:
El Waring Blender imparte
mucha más energía de
mezcla de la que es usada
realmente en el campo,
con los equipos de mezcla
actuales, por lo tanto las
condiciones de mezcla en
el campo no son
realmente simuladas.
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Equipos de Prueba
Balanza Presurizada - Densidad
Una en locación, otra en el Laboratorio
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Equipos de Prueba
Viscosímetro Rotacional - Reologia
Resorte
de Torsion
Cilindro
Interno
Rotor
Bob
Taza
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Equipos de Prueba
Consistómetro - Tiempo de Frague
Atmosferico
HPHT
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Equipos de Prueba
Filtro Prensa - Perdida de Filtrado
HPHT
Baja Presión
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Equipos de Prueba
Resistencia a la Compresión
Método Destructivo
UCA – No Destructivo
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