Vi Jornadas De Perforacion Ii

Diseños de Lechadas Livianas para la Cementación de Pozos Petroleros VI Jornadas de Perforaciones UNSa S.R.T. Tartagal – Salta - Rep. Argentina Noviembre 2008

Objetivos de la Cementación en un Pozo Petrolero: ► Integración

de la cañería de revestimiento con la formación soportándola y reforzándola. ► Protección de la zonas productoras. ► Evitar comunicación y contaminación entre los fluidos de las distintas formaciones. ► Evita la corrosión de la cañería alargando la vida útil del pozo. ► Sellar las zonas de perdidas de circulación.

► Evitar

la migración vertical de los fluidos. ► Realizar tapones de abandono. ► Reparar roturas de casing. ► Otros.

Propiedades de la Lechada Fraguada ► Resistencia

a la compresión. ► Resistencia a la tracción. ► Flexibilidad. ► Impermeabilidad. ► Resistencia a los contaminantes.

Razones para Realizar una Cementación con Lechadas Livianas: Principalmente la razón de emplear este tipo de lechadas son los bajos gradientes de fractura de la formaciones, cuando se trata de generar altos anillos de cemento.

Durante una operación de cementación primaria, la presión desarrollada en el espacio anular a lo largo de todas las profundidades del pozo, no debe superar el máximo definido por el correspondiente gradiente de fractura de la formación. Esto ha generalizado en numerosos yacimientos el uso de lechadas de cemento de densidad reducida para disminuir la presión desarrollada y evitar inducir perdidas de circulación.

Distintas Alternativas Usadas en la Industria Petrolera para Bajar la Densidad de la Lechada y Evitar la Fractura de las Formaciones

Primera Alternativa: La reducción de densidad clásicamente se ha obtenido mediante la incorporación de una mayor cantidad de agua), junto con aditivos extendedores (bentonita por ejemplo) que estabilizan el exceso de agua y controlan la disminución de calidad de las propiedades de la lechada.

Una Segunda Alternativa es la incorporación de materiales inertes de baja densidad como ciertas asfáltitas que además de alivianar la lechada tienen carácter obtúrante. Estos productos disminuyen las propiedades del cemento.

Una Tercera Alternativa de alivianar la lechada es con el uso de microesferas huecas de vidrio o de cerámica que permiten el diseño de lechadas satisfactorias de menor densidad.

co2

Cemento

N2

Cemento

LIMITACIONES Estos productos tienen dos tipos de Limitaciones:

1º A grandes presiones se produce el colapso de las microesferas, se reduce su volumen efectivo, pierden su carácter alivianador por lo que no se pueden usar a profundidades muy grandes. El limite de aplicación efectiva varia según el producto utilizado.

2º Esta segunda limitación importante es que de acuerdo de la proporción o cantidad de material utilizado incrementa notablemente el costo de la lechada.

Una Cuarta Alternativa es la utilizacion de lechadas espumadas de cemento, generado por la incorporación de gases (nitrógeno principalmente) a la lechada de cemento base. Este diseño surgió como un medio versátil y económico para cementar pozos con un material de muy baja densidad y gran resistencia mecánica.

Cemento Espumado con micro burbujas de Nitrógeno

Propiedades Especiales que Definen al Nitrógeno como la Mejor Alternativa para la Generación de Lechadas Espumadas.

► Inercia

Química: No reacciona con

ninguna sustancia en las condiciones existentes en el pozo.

► Baja

Solubilidad en los Líquidos:

Permite su uso eficiente en la generación de espuma y expansión de la lechada.

► Amplio

Rango de Temperaturas y Presiones de Servicios: Facilitado por sus propiedades criticas.

► Seguridad: No solo es inerte sino que puede ahogar combustiones o disminuir el tenor explosivo de algunas mezclas.

► Bajo

Costo y Disponibilidad: Se

obtiene como producto secundario del fraccionamiento del aire.

Por lo anterior se ha determinado que las propiedades intrínsecas de las lechadas con espuma han ampliado su campo de aplicación y su uso se facilita por razones económicas es decir, el costo relativamente bajo del nitrógeno y la reducción en el consumo de cemento y aditivos.

LECHADAS DE CEMENTO CON ESPUMAS DE NITROGENO 1.

2.

3.

En el diseño de lechadas con espuma se consideran las propiedades convencionalmente de interés en lechadas comunes. Cada una de ellas será resultante de la interacción entre propiedades físicas y químicas de la lechada base con el gas dispersado. En la mayoría de las propiedades de la lechada espumada el mecanismo controlante es la interacción entre las

Densidad La proporción de nitrógeno en una lechada espumada se expresa con la relación nitrógeno/cemento:

R

NC

Definida como el cociente entre el volumen de nitrógeno en condiciones “Standard” y el volumen de lechada base. La unidad en la que se expresa normalmente esta relación es Pies cúbicos Standard por barril (pcs/bbl).

Ecuación para el Calculo de la Densidad de la Espuma

ρe

ρL + 2,106.10−4 x RNC =

1 + 5,035.10−3 x (ZT/P) x RNC

Nomenclatura ►RNC

= Relación Nitrógeno Cemento en ft3 / bbl

►Z

= Factor de Compresibilidad del Gas.

►T

= Temperatura Absoluta en ºR.

►P

= Presión en PSI.

►ρe = Densidad de la Espuma en gr./ cm

3

►ρL

= Densidad de la Lechada Base en gr./ cm3

Densidad

Grafico densidad vs. presión

gr. / cm3

2,00

100ºC

1,5

1,00

0,5

2000

6000

10000

Presión en PSI

Rendimiento El rendimiento esta estrechamente relacionado con la densidad y además con la presión de confinamiento, pues para valores reducidos de presión es muy rápida la variación en rendimiento y densidad. Rendimiento Litros/bolsa 100

100ºC Rendimiento 20

2000

10000 Presión en PSI

Resistencia Mecánica del Cemento espuma En los diversos diseños de lechadas de espuma con las diversas clases de cemento superaron los 500 PSI de resistencia a la compresión después de 24 horas de fraguado. Compresión

Cemento Clase H

PSI 2400

24 horas

800

7

8

11

Densidad PPG

► Porosidad ► Perdida

y Permeabilidad.

de Filtrado.

► Reología. ► Tiempo

de Bombeabilidad.

► Conductividad

Térmica.

Antes de realizar cualquier operación de cementación en el campo, es importante conocer las propiedades de la lechada de cemento para así garantizar la formulación y su aceptabilidad. En los ensayos de laboratorio hay que simular las condiciones reales de trabajo para una aplicación determinada para que tenga sentido. Por importantes razones, la resistencia a la compresión del cemento que va a ser utilizado en aplicaciones de los campos petroleros deben ser determinados previamente en el laboratorio.

Algunos Instrumentos y Ensayos de Laboratorio

Viscosímetro Este instrumento nos permite determinar en el laboratorio las propiedades reológicas de la lechada

Consistometro Sirve para realizar ensayos de laboratorio, bajo condiciones simuladas de reservorio para examinar el verdadero tiempo de espesamiento de la lechada

Perdida Por Filtrado La invasión de filtrado dentro de las zonas productivas causan daño de formación, lo cual puede reducir en gran forma la producción potencial del reservorio. El desarrollo de lechadas de cemento que tienen una mínima perdida de filtrado, previenen las operaciones remediantes de la cementación que son caras y reducen el daño de formación.

Mezclador de Velocidad Constante El Mezclador de Velocidad Constante facilita la preparación de los cementos para pozos petroleros para ensayos de acuerdo a los lineamientos establecidos dentro de la Especificación API 10. Los desarrollos han demostrado que las propiedades de los cementos para pozos son altamente dependientes del proceso de mezclado.

Compresometro Mecánico

Este instrumento nos permite determinar con precisión la resistencia a la compresión de un cemento.

Compresometro Sónico

Midiendo el cambio en la velocidad de una señal acústica, el analizador ultrasónico de cemento provee un método continuo no destructivo para determinar la resistencia compresiva en función del tiempo

Cámara de Curado

La Cámara de Curado HTHP provee un medio de curado de especimenes de cemento bajo condiciones típicas downhole de presión y temperatura.

Aspectos Operativos Dispositivo en el campo Camión Bombeador

Agua

mezclador

Cemento a granel

Dosificador de espumante

Bombeador de nitrógeno 27ºC

Monitor Tanque de Nitrógeno -190ºC

Pileta

Pozo

Preguntas