Controlar los gastos de desplazamiento y la reología de las lechadas - I

Generalmente, altos gastos de desplazamiento mejoran la eficiencia si el cemento puede alcanzar flujo turbulento hasta el espacio anular. Las condiciones que pueden evitar alcanzar esto, incluyen:

· Capacidad de gasto de desplazamiento limitada (equipo de bombeo).

· Una presión limitada de desplazamiento y

· Condiciones de flujo inapropiadas (reología) de lodo y/o lechada.

Las propiedades de la lechada de cemento también se pueden alterar; por ejemplo, se pueden agregar dispersantes para bajar resistencias de gel y punto de cedencia y alcanzar el flujo turbulento a bajo gasto de desplazamiento. Lo anterior es recomendable cuando se requieren altos gastos de bombeo. 

Cuando las condiciones de la pared del pozo son tales que la turbulencia no deba alcanzarse, hay que desplazar el cemento en régimen de flujo tapón para mantener un perfil de velocidades favorable en el espacio anular. Mientras que las fuerzas de arrastre con flujo tapón no son tan efectivas como cuando se tiene flujo turbulento, puede ser beneficioso incrementar la resistencia del gel del cemento tan alto como sea posible, particularmente en la primera parte de la lechada.

Evitar reacciones adversas lodo-cemento

Por los efectos de contaminación, puede existir la posibilidad de mezclar el cemento y el lodo durante el bombeo y el desplazamiento, lo que da como resultado: 

· Que el fraguado se acelere o retarde. 

· La reducción de la fuerza de compresión del cemento. 

· El aumento de pérdida de filtrado (más alta en el lodo que el cemento), y si es lodo base aceite puede llegar a formarse una mezcla imbombeable y que el cemento no fragüe o no alcance consistencia. 

Un estudio API, mostró que químicos inorgánicos tienen un efecto adverso sobre los cementos (generalmente tienden a acelerar el fraguado) y el efecto depende de la concentración, mientras que los químicos orgánicos generalmente lo retardan y en algunos casos pueden inhibirlo completamente. Antes de efectuar trabajos con algunas relaciones lodo-lechada de cemento, se deben realizar pruebas de laboratorio para identificar problemas potenciales. 

Para prevenir problemas de contaminación de las lechadas con el lodo, es mejor disminuir o evitar su contacto. El tapón limpiador previene la contaminación dentro de la tubería y el fluido espaciador reduce el contacto en el aspecto anular.

Acondicionar el lodo antes de la cementación

Reduciendo la resistencia del gel y la viscosidad plástica de lodo, se mejora notablemente la eficiencia del desplazamiento y se reducen las presiones requeridas en la interfase lodo-cemento. 

También se reducen las fuerzas de arrastre de desplazamiento requeridas para remover el lodo canalizado y disminuir los efectos de las fuerzas resistivas tubería-lodo-pared del agujero. 

Bajo ciertos y bien definidos límites de presión, puede bajarse la densidad del lodo empezando con la resistencia del gel y la viscosidad plástica, casi al límite de presión de formación del pozo. Si esto se logra, la tubería debe ser rotada sólo para ayudar en la acción de limpieza y puede llevar a reducir la presión por debajo de la presión de formación.

Mover la tubería durante el acondicionamiento del lodo y la cementación

Como ya se mencionó, el tipo de movimiento de la tubería también altera los efectos entre el lodo y la tubería en una fuerza de resistencia positiva de desplazamiento. Algunos estudios, indican que la rotación es más efectiva que el movimiento reciproco para remover el lodo canalizado donde la tubería esta descentralizada. En resumen, en las fuerzas de arrastre lodo-cemento hay fuerzas entre la tubería-cemento que también ayudan al desplazamiento. 

Durante la rotación, las fuerzas de arrastre tubería-cemento son más efectivas que durante los movimientos recíprocos, ya que el cemento tiende a empujar la columna de lodo canalizado en lugar de pasar de largo. Rotando la tubería de 15 a 25 rpm se proporciona un movimiento más relativo del tubo y los fluidos del espacio anular que moviéndola recíprocamente ½ metro en ciclos de 1 minuto. 

En resumen, las fuerzas de arrastre son más efectivas en la dirección de rotación de la tubería que las fuerzas de arrastre al moverla recíprocamente durante el desplazamiento. Los movimientos recíprocos causan movimientos laterales o cambios de excentricidad. Los centradores se mueven a través de las irregularidades de la pared del pozo. Estos movimientos laterales alteran el área de flujo y estimulan el desplazamiento del lodo canalizado. 

Los movimientos recíprocos crean una presión substancial y oleadas de velocidad en la pared del agujero, que favorecen el efecto de erosión del cemento sobre el lodo canalizado por un aumento de fuerzas de arrastre y de desplazamiento. Sin embargo, es importante conocer la magnitud de los cambios de presión para evitar fracturar la formación y originar pérdidas de circulación. Al remover el enjarre de lodo, teóricamente se mejora la adherencia del cemento con la formación. Ahora bien, esto beneficiaría las cementaciones siempre y cuando se logre la remoción total del enjarre, pero se podrían generar pérdidas de circulación y otros problemas relacionados con la deshidratación de cemento (pérdida de filtrado).

Fuerzas de arrastre del lodo, resistencia del gel y erosión del lodo - II

Moviendo recíprocamente la tubería hacia arriba y abajo, se ejerce una fuerza de arrastre de desplazamiento, menos positiva que con la rotación. Sin embargo, la reciprocidad también afecta la velocidad del cemento y el lodo y beneficia cuando se tiene flujo turbulento o laminar. 

Las fuerzas de arrastre en la interfase lodo-cemento pueden causar la erosión del lodo canalizado, si éstas son suficientemente altas, y si el tiempo de contacto lograra una remoción completa del lodo. 

En tales condiciones, es probable que exista remoción de la mayor parte del lodo canalizado cuando el cemento está en flujo turbulento. 

El tiempo de contacto es definido como el periodo durante el cual (en alguna posición en el espacio anular) se mantiene el lodo en contacto con la lechada de cemento que está en el flujo turbulento. Para remover el lodo, el tiempo de contacto no debe exceder de 10 minutos.

Fuerzas de arrastre del lodo, resistencia del gel y erosión del lodo - I

Las fuerzas de resistencia al arrastre del lodo tienen un efecto en la eficiencia, que es proporcional a la resistencia del gel. Por ejemplo: a más alta resistencia de gel se incrementa la resistencia diferencial para fluir a través del área no concéntrica.

El efecto de la fuerza requerida para iniciar el flujo en el lado estrecho del espacio anular, es mayor cuando se tienen fluidos plástico de Bingham en flujo turbulento. 

Las fuerzas que resisten al arrastre entre el lodo y la tubería pueden ser alteradas con una fuerza de desplazamiento positiva al rotar la tubería mientras se desplaza el cemento, esto ayuda a la remoción del lodo canalizado en el lado angosto del espacio anular, como se muestra en la figura 7.10.

Figura 7.10 Efecto de rotar la tubería de revestimiento durante la cementación

Centradores - III

Espaciamiento mínimo Se debe utilizar como mínimo un centrador:
· En la zapata.
· Dos tramos arriba de la zapata.
· Cada tramo, y 30 metros arriba y debajo de la zona de interés.
· Cada tramo en cualquier parte donde la adherencia es crítica.

Una pobre eficiencia de desplazamiento, deja normalmente un volumen substancial de lodo en la interfase formación-cemento-tubería, como puede observarse en la figura 7.9 lo que puede conducir a problemas durante la terminación y vida de producción del pozo.

Figura 7.9 Ejemplo de una baja eficiencia de desplazamiento de cemento
 La tendencia del cemento a canalizarse a través del lodo es una función de:
· Las propiedades del flujo o reología del lodo y cemento.
· La geometría del espacio anular.
· La densidad del lodo y cemento.
· El gasto del flujo.
· Los movimientos de la tubería de revestimiento.