CEMENTACION BASICA DE POZOS PETROLEROS

1. Cementación de pozos petroleros
FEBRERO 2001
Presentación Técnica ante Programa Integral
de Adiestramiento (PIA)

2. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Contenido
PROCESOS
• Objetivos de la Cementación
• Herramientas de fondo y equipos de bombeo
• Proceso de Cementación
• Aspectos a considerar en la planificación del proceso
• Selección y evaluación de lechadas
• Selección y evaluación de preflujos
• Evaluación de la cementación

3. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Objetivos
• Aislamiento Zonal zonas de interés
• Proteger el revestidor de carga axial
• Proteger el revestidor de corrosión
• Sostener la formación

4. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Aislamiento zonal zonas de interés
Proporcionar sello hidráulico
• Protección de acuíferos
• Prevención de migración de fluidos de zonas de
alta presión a zonas de baja presión
 Pérdida de hidrocarburos o excesiva producción
de agua
• Aislamiento efectivo de la producción de
yacimientos continuos estratigráficamente
• Prevención de migración de fluidos de la
formación a la superficie a través del anular
Objetivos

5. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Proteger el revestidor de carga axial
Las cargas axiales que debe soportar el revestidor son el peso
propio y la tensión adicional que se produce al continuar la
perforación, después de asentar el revestidor.
El esfuerzo axial - Adherencia del cemento
Disminuyen:
• La tubería mojada con lodo
• Contaminación del cemento con el lodo
• Efecto de la presión y la temperatura - Microanillo
• Poca resistencia - alta relación agua/cemento
Aumenta:
• Alta densidad - resistencia a la compresión
• Cargas laterales
• Rugosidad y cuello de la tubería
• Presencia de aditivos poliméricos que desarrollen película
Objetivos

6. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Proteger de daños el revestidor
• Corrosión química por fluidos de la formación:
• Aguas con alto contenido de sales
• Presencia de gases agrios: H2S y CO2
• Esfuerzo de corte debido a falla estructural
Sostener la formación
A lo largo de la zona productora, el revestidor debe proveer un
medio de soporte a la formación, para garantizar su integridad,
durante la vida productiva.
Objetivos

7. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
 Asentado entre 100 a 3000 pies
 Protección de acuíferos superficiales
 Sellar formaciones sueltas
 Soportar subsecuentes sartas.
 Conectar los B.O.P y el Cabezal del Pozo
 Lechada de llenado: extendida + acelerador
 Lechada de anclaje: acelerada
REVESTIDOR
SUPERFICIAL
REVESTIDOR
INTERMEDIO
 Asentado 3000 - 12000 pies
 Presencia de geologías más complejas
 Espacio anular más estrecho
 Desviaciones de la vertical
 Lechadas dispersas, retardadas, mediano
control de filtrado, de densidad variable.
 Zona productora, asentado > 12000 pies
 Espacio anular aún más estrecho
 Desde 0 hasta 90° de desviación
 Estricto control de filtrado
 Lechadas homogéneas, control de retrogresión,
retardadas
 Lechadas complejas
CAMISA
PRODUCCION
Introducción
BHCT 

8. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
•Centralizadores
•Tapones
•Cabezal de cementaciones o
Contenedor de tapones
•Cuello flotador
•Zapata flotadora
HERRAMIENTAS QUE FACILITAN LA
COLOCACION DE LA LECHADA DE
CEMENTO:
Herramientas de fondo y
equipos de bombeo
EQUIPO DE BOMBEO

9. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Proceso de Cementación

10. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Proceso de Cementación
CEMENTACION EN DOS ESTAPAS

11. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Aspectos a considerar
en la Planificación del proceso
• Profundidad y Configuración del hoyo
• Profundidad Medida
• Diámetros interno y externo del revestidor
• Peso del Revestidor
• Diámetro y geometría del Hoyo
• Tipos de Esfuerzos
• Ambiente Físico-químico del hoyo
• Zonas de Baja Presión - Perdida de
Circulación
• Gradientes de Formación y Fractura
• Geología de la formación: presencia de
arcillas, zonas productoras de gas o agua
• Temperaturas (funcionalidad de los Aditivos)
• Temperatura Estática
• Temperatura Circulante
• Temperatura diferencial entre el fondo y tope
del cemento

12. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
TANQUE DE
MEZCLADO
ADITIVOS
QUÍMIICOS
LABORATORIO
CONSISTOMETROS PRESURIZADOS
BALANZAS
AGUA LIBRE
UCA....
TOLVAS DE CEMENTO,
SILICA, BENTONITA...
FILTRO
COMPRESOR
BALANZA DE
ADITIVOS
RECOLECTOR
DE POLVO
AIRE
PRUEBA
DE TANQUE
PRUEBA
PILOTO
OPERACIONES
DE CEMENTACION
EN POZO
Fabrica de cemento
Aspectos a considerar
en la Planificación del proceso

13. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Selección y Evaluación
de Lechadas
LECHADA DE CEMENTO:
Mezcla de cemento Portland con agua y aditivos químicos.
Cemento Portland: desarrolla su resistencia a la compresión como un
resultado de un mecanismo de hidratación.
Aditivos: modifican el cemento para soportar temperaturas y presiones
superiores a la ambiental, así como asegurar la homogeneidad de la lechada
durante el bombeo y fraguado en el pozo.
Propiedades Físicas de las Lechadas:
Deben ser evaluadas bajo condiciones de fondo de pozo (presión,
temperatura y esfuerzos de corte) antes de bombearla al pozo.

14. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Selección del Cemento Petrolero adecuado
• Relacionado con la profundidad del pozo
• Control de Calidad de acuerdo a las especificaciones
químicas y físicas de la API SPEC 10A
Formulación de la lechada con aditivos
• Medición de propiedades físicas según Prácticas
Recomendadas API RP-10B para evaluar Lechadas de
Cemento Petrolero a condiciones de fondo de pozo
• Selección de los aditivos de acuerdo a su funcionalidad
química y/o física y temperatura de uso
Selección y Evaluación
de Lechadas

15. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Requerimientos Químicos API SPEC 10A
Clases de Cemento
A B C D,E,F
G H
GRADO ORDINARIO (O)
Oxido de Magnesio (MgO), máximo, porcentaje
Trióxido de sulfuro (SO3), máximo, porcentaje
Perdida en ignición, máximo, porcentaje
Residuo insoluble, máximo, porcentaje
Aluminato tricalcio (C3A), máximo, porcentaje
GRADO DE RESISTENCIA AL SULFATO
MODERADA (RSM)
Oxido de Magnesio (MgO), máximo, porcentaje
Trióxido de sulfuro (SO3), máximo, porcentaje
Perdida en ignición, máximo, porcentaje
Residuo insoluble, máximo, porcentaje
Silicato tricalcio (C3S), máximo, porcentaje
mínimo, porcentaje
Aluminato tricalcio (C3A), máximo, porcentaje
Contenido total del álcali expresado como
equivalente a oxido de sodio (Na2O), máximo,
porcentaje
6.0
3.5
3.0
0.75
NR
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
6.0
3.0
3.0
0.75
NR
NR
8
NR
6.0
4.5
3.0
0.75
15
6.0
3.5
3.0
0.75
NR
NR
8
NR
NA
NA
NA
NA
NA
6.0
3.0
3.0
0.75
NR
NR
8
NR
NA
NA
NA
NA
NA
6.0
3.0
3.0
0.75
58
48
8
0.75
NA
NA
NA
NA
NA
6.0
3.0
3.0
0.75
58
48
8
0.75
Selección y Evaluación
de Lechadas

16. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Requerimientos Químicos API SPEC 10A cont...
Clases de Cemento
A B C D,E,F
G H
GRADO DE RESISTENCIA AL SULFATO ALTA (RSA)
Oxido de Magnesio (MgO), máximo, porcentaje
Trióxido de sulfuro (SO3), máximo, porcentaje
Perdida en ignición, máximo, porcentaje
Residuo insoluble, máximo, porcentaje
Silicato tricalcio (C3S), máximo, porcentaje
mínimo, porcentaje
Aluminato tricalcio (C3A), máximo, porcentaje
Aluminioferrito tetracalcio (C4AF) además del doble
aluminato tricalcio (C3A), máximo, porcentaje
Contenido total del álcali expresado como
equivalente a oxido de sodio (Na2O), máximo,
porcentaje
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
6.0
3.0
3.0
0.75
NR
NR
3
24
NR
6.0
3.5
3.0
0.75
NR
NR
3
24
NR
6.0
3.0
3.0
0.75
NR
NR
3
24
NR
6.0
3.0
3.0
0.75
65
48
3
24
0.75
6.0
3.0
3.0
0.75
65
48
3
24
0.75
Selección y Evaluación
de Lechadas

17. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Requerimientos Físicos y de Rendimiento API SPEC 10A
Clases de Cemento para Pozos
Mezcla del Agua, porcentaje del peso del
cemento (Tabla 6.2)
Pruebas de Finezas (Método Alterno)
Sección 5
Turbidimetria (superficie especifica,
mínima m2/kg)
Permeabilidad del Aire (superficie
especifica, mínima m2/kg)
Contenido de fluido libre, máximo mL
(Sección 7)
Pruebas de
Resistencia a
la
Compresión,
Tiempo de
Curado
8 Horas
(Sección 8)
Número
de Prog,
Tab. 8.1
Temp.
Final de
Curado,
ºF (ºC)
Presión
Final de
Curado,
psi
(kPa)
A B C D E F G H
NA
NA
6S
8S
9S
100 (38)
140 (60)
230 (110)
290 (143)
320 (160)
Atmos.
Atmos.
3000
(20700)
3000
(20700)
3000
(20700)
46
NR
250 (1.7)
NR
NR
NR
NR
200 (1.4)
NR
NR
NR
NR
300 (2.1)
NR
NR
NR
NR
NR
NR
500 (3.5)
NR
NR
NR
NR
NR
500 (3.5)
NR
NR
NR
NR
NR
500 (3.5)
300 (2.1)
1500 (10.3)
NR
NR
NR
300 (2.1)
1500 (10.3)
NR
NR
NR
46
NR
56
NR
38
NR
38
NR
38
NR
44
NR
NR
3.5
38
NR
NR
3.5
Resistencia a la Compresión mínima, psi (MPa)
NR
NR
NR
NR
NR
NR
220
400
160
280
150
280
Selección y Evaluación
de Lechadas

18. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Pruebas de
Resistencia a
la
Compresión,
Tiempo de
Curado
24 Horas
(Sección 8)
Número
de Prog,
Tab. 8.1
Temp.
Final de
Curado,
ºF (ºC)
Presión
Final de
Curado,
psi
(kPa)
NA
4S
6S
8S
9S
100 (38)
170 (77)
230 (110)
290 (143)
320 (160)
Atmos.
3000
(20700)
3000
(20700)
3000
(20700)
3000
(20700)
1800 (12.4)
NR
NR
NR
NR
1500 (10.3)
NR
NR
NR
NR
2000 (13.8)
NR
NR
NR
NR
NR
1000 (6.9)
2000 (13.8)
NR
NR
NR
1000 (6.9)
NR
2000 (13.8)
NR
NR
NR
1000 (6.9)
NR
1000 (6.9)
NR
NR
NR
NR
NR
NR
NR
NR
NR
NR
Resistencia a la Compresión mínima, psi (MPa)
4
5
5
6
8
9
30
30
30
30
30
30
90 min
NR
NR
NR
NR
NR
90 min
NR
NR
NR
NR
NR
90 min
NR
NR
NR
NR
NR
90 min
NR
NR
100 min
NR
NR
NR
NR
NR
100 min
154 min
NR
NR
90 min
120 max
NR
NR
NR
Pruebas para
el Tiempo de
Espesamiento
,
Presión
Temperatura
(Sección 9)
Prueba de la
especificación
Número de
Programa
Tabla 9.2
Consistencia
Máxima
Periodo
de agitación
15-30
MinutosBc5 Tiempo de Espesamiento Máximo/Mínimo, minutos
NR
NR
NR
100 min
NR
190 min
NR
90 min
120 max
NR
NR
NR
Requerimientos Físicos y de Rendimiento API SPEC 10A cont...
Selección y Evaluación
de Lechadas

19. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Contenido
] Aditivos para ajustar propiedades físicas de lechadas de cemento.
 Naturaleza química y mecanismos de acción
 Aceleradores
 Retardadores
 Extendedores
 Densificantes
 Dispersantes
 Antisedimentantes
 Controladores de Filtrado
 Antiespumantes
 Aditivos especiales: Antimigratorios, Expansivos, Fibras,
Protectores contra CO2 y H2S etc..
] Aditivos utilizados en lavadores y espaciadores.

20. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
• Tiempo de Espesamiento
• Resistencia a la Compresión
• Determinación de Fluido Libre
• Determinación de la Densidad
• Prueba de Pérdida de Filtrado
• Propiedades Reológicas
• Compatibilidad
• Pruebas Especiales (Sedimentación,
DGS, Resistencia mecánica etc..)
Evaluación de Propiedades Físicas de las Lechadas API RP 10B
Selección y Evaluación
de Lechadas

21. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Selección y Evaluación
de Lechadas
Tiempo de Espesamiento

22. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Resistencia a la Compresión
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Transit
Time
(microsec/in)
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
2700
3000
Compressive
Strength
(psi)
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
Temperature
(°F)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25
Time (Hours)
Selección y Evaluación
de Lechadas

23. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Los fluidos de perforación y las lechadas de cemento son
incompatibles:
Ø Aditivos utilizados en los lodos previenen el fraguado del
cemento.
Ø La superficie de contacto entre ambos fluidos se convierte en
una masa viscosa difícil o imposible de bombear: posible
fracturamiento o pérdida del pozo.
• Lavadores
Fluidos de densidad y viscosidad similar al agua o aceite
utilizado en el lodo, contienen dispersantes y surfactantes para
facilitar el ablandamiento del revoque gelificado y su dispersión.
• Espaciadores
Fluidos de mayor densidad y reología cuidadosamente
diseñada, contienen mayor cantidad de sólidos y son más
efectivos como buffers entre el lodo y el cemento. Son
formulados con viscosificantes, dispersantes, densificantes,
controladores de filtrado y surfactantes.
Preflujos

24. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Lavadores Espaciadores
• Separar lodo/cemento.
• Limpiar hoyo antes de la
cementación.
• Diseño para tipo de lodo
(agua/aceite).
• No densificados.
• Separar lodo/cemento.
• Limpiar hoyo antes de la
cementación.
• Diseño para tipo de lodo
(agua/aceite).
• Densificados agentes de peso
insolubles.
ENSAYOS
• Reología
• Tiempo de Espesamiento
• Resistencia a la Compresión
• Resistencia de Gel Estático
• Pérdida de Fluido
• Suspensión de Sólidos
• MEZCLAS DE LODO / PREFLUJO
• MEZCLAS PREFLUJO / CEMENTO
Selección y Evaluación
de Lechadas

25. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Preflujos
• Espaciadores
3 Viscosificantes:
å Polímeros solubles en agua: Poliacrilamidas Derivados de Guar
Derivados Celulósicos Goma xantana u otros biopolímeros
å Arcillas inorgánicas: Bentonita Atapulgita Kaolinita
3 Dispersantes:
å Aquellos utilizados en las lechadas de cemento: PNS.
3 Controladores de Filtrado
å Polímeros solubles en agua: Derivados Celulósicos Goma Guar
Polietileniminas Poliestireno Sulfonado
3 Densificantes
å Harina de sílice.
å Carbonato de calcio.
å Barita, hematita, ilmenita.
3 Surfactantes
å Los mismos utilizados en los lavadores.

26. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
Evaluación de la Operación
Objetivo principal: Aislamiento Zonal
Principales deficiencias:
 El cemento no proporcionó un sello efectivo en la zapata
 No se logro aislar las zonas de interés
 El cemento no alcanzó la altura mínima requerida (tope de cemento)
¿Cementación Secundaria ?
Métodos de Evaluación
Se basa en la interpretación de los registros sónicos o ultrasónicos,
como el CBL/VDL, PET/CET,SBT,USIT, CAST-V
CBL/VDL: Cement Bond Log/ Variable Density Log
PET/CET: Pulse Echo Tool/ Cement Evaluation Tool
SBT: Segmented Bond Tool
USIT: Ultra Sonic Imaging Tool
CAST-V: Circumsferential Acoustic Scanning Tool
Evaluación de la de cementación

27. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
POR QUE LA CALIDAD Y LA PLANIFICACIÓN EN LA CEMENTACIÓN DE POZOS SON TAN IMPORTANTE?
SI LA CEMENTACIÓN PRIMARIA FALLA
>INCREMENTO COSTOS OPERACIONALES
>AFECTA COMPLETACION Y PRODUCCION
>RIESGO PERDIDA DE POZO
>MENORES POSIBILIDADES EN EL NÚMERO
DE REHABILITACIONES DE POZOS
“LA CALIDAD DE LA CEMENTACION ES MAS IMPORTANTE
QUE EL COSTO DEL PROCESO”
LA CEMENTACION
REPRESENTA 5-8% DE
COSTO TOTAL
CONSTRUCCION DEL
POZO

28. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
CENTRALIZADORES

29. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
RR
W
RH
RH= Radio del Hoyo
RR= Radio externo del revestidor
W= Mínima separación entre la
pared del hoyo y el revestidor.
Standoff (S):
100
R
H R
R
W
%S
-
=
CENTRALIZACION

30. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
no Flujo Flujo Laminar Flujo Turbulento
Aumento tasa de bombeo

31. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
TAPON BLANDO
TAPON DURO
MEMBRANA

32. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
CUELLO Y ZAPATAS FLOTADORAS

33. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros

34. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
EQUIPOS DE BOMBEO
BOMBA:
•En operaciones de cementaciones se usan comunmente
combinaciones de bombas de piston con bombas centrifugas.
•El número de bombas depende de los requerimientos en caudal
y presión del trabajo particular.
MEZCLADOR
TRANSPORTE

35. Presentación Técnica ante Programa Integral de Adiestramiento
Cementación de pozos petroleros
SIMULARES
CEMCADE® SCHLUMBERGER DOWELL
OPTICEM ® HALLIBURTON
APICES® PDVSA INTEVEP
SE CUENTA CON SIMULADORES QUE FACILITAN TRABAJO DE
PLANIFICACION DE CEMENTACION: CALCULO VOLUMENES
CEMENTO, NUMERO DE CENTRALIZADORES PARA UN DADO
STANDOFF, PRESIONES DURANTE EL BOMBEO, ETC.