DISEÑO DE UNA LECHADA DE CEMENTO

Para el diseño de la lechada de cemento se requiere la densidad, el rendimiento, el requerimiento de agua, la temperatura, los aditivos necesarios para el tiempo bombeable requerido, etc. Un ejemplo es la lechada con las siguientes especificaciones:

Densidad lechada = 1.89 gr/cm3.

Rendimiento = 38 lts/saco.

Requerimiento de agua = 22 lts/saco.

Retardador = 1.5% en peso del cemento.

Reductor de filtrado = 0.5 % en peso de cemento

Se requieren 19600 lts (123 bls) de lechada.

Existe software o programas técnicos en donde se introducen los datos que va solicitando cada pantalla y automáticamente proporcionan el volumen de desplazamiento, la cantidad de sacos de cemento, volumen de agua, etc., así mismo proporcionan gráficas y tablas de como va a quedar la cementación de la tubería de revestimiento y los materiales requeridos, es muy importante mencionar que él mismo software nos indica si se fractura la formación con los datos de gradiente de fractura que le proporcionaron y la densidad de la lechada de cemento, de la densidad del bache espaciador, limpiador y también la densidad del lodo de perforación que se tiene en el momento de la cementación de la tubería de revestimiento.

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LA LECHADA Y RENDIMIENTO - II

Aplicación de las fórmulas:

Densidad de lechada – 1.89 gr/cm3.

Volumen de lechada total – 19,600 Lt *

Sacos de cemento de 50 kg.

Operaciones:

Cantidad de agua necesaria = 22.472 lt/saco x 511 saco = 11,483 Lt. » 11.5 m3

* El cálculo del volumen de la lechada de cemento se realiza con base a las capacidades anulares, en donde se requiere la cementación de la T.R., fórmulas que se han aplicado en el manual del perforador.

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LA LECHADA Y RENDIMIENTO - I

Uno de los aspectos importantes de las operaciones de cementación, es tener la cantidad de agua disponible para formar la lechada de cemento. Para dicho cálculo, se requiere conocer la densidad y el volumen de la lechada de cemento y el rendimiento. Posteriormente se aplican las siguientes fórmulas:

Donde:

Va = Volumen de agua para la cementación, en Lt. /saco.

P = Peso de un saco de cemento, en Kg.

D = Densidad de la lechada de cemento, en gr/cm3.

l V = Volumen de la mezcla de cemento y agua (lechada), en Lt/saco

(Rendimiento).

Vs = Volumen de un saco de cemento, en lt/saco.

Ns = Nro. de sacos de cemento.

V = Volumen total de la lechada, en Lt.

Da = Densidad del agua, en gr/cm3.

Cementos espumados Son lechadas de cemento de extremada baja densidad que se aplican a pozos con bajo gradiente de fractura y yacimientos depresionados y que, además, ya hayan producido. Estas lechadas tienen una alta eficiencia de desplazamiento del lodo del espacio anular con baja densidad variable y relativamente alta consistencia. Así se obtiene buena adherencia y aislamiento hidráulico, que evita el daño que causa la carga hidrostática. Además de establecer las adherencias más apropiadas y el aislamiento entre zonas, el proceso de aislamiento le permite al operador ajustar la densidad de la lechada durante el trabajo a la densidad necesaria y a lograr una operación de alta efectividad. Desde luego se debe hacer un monitoreo de los parámetros de cementación en tiempo real, con lo que se evitan costosos trabajos de reparación. Los requerimientos principales para la cementación de pozos son: · Adherencia y soporte de la tubería de revestimiento. · Aislamiento entre las diferencias capas de la formación. · Sello entre las zonas de pérdida de circulación El éxito de esta técnica de cementación consiste, básicamente, en producir una espuma estable de alta calidad. Esto se logra cuando se cuenta con el equipo y la tecnología apropiada. - III

El cemento espumado es la mezcla de la lechada de cemento, con un agente tensoactivo espumante, un estabilizador de la espuma y un gas (normalmente es nitrógeno). Si estos compuestos se mezclan apropiadamente se obtiene una espuma de calidad y estable, cuya apariencia es como la espuma para afeitar y de color gris. 

Microsílica 

Llamada también humos condensados de sílice, es un subproducto de la producción de silicio, ferrosilico y otras aleaciones de silicio. Las partículas individuales son microesferas, amorfas, vidriosas y cristalinas. El tamaño principal de partícula está, usualmente, entre 0.1 y 0.2 mm de 50 a 100 veces más fino que las partículas del cemento Portland o que las Puzolanas, consecuentemente, el área superficial es extremadamente alta (15,000 a 25,000 m2/Kg). La Microsílica es altamente reactiva y, debido a su tamaño fino de grano y su grado de pureza, es el material puzolánico más efectivo disponible actualmente. El alto grado de actividad puzolánica ha permitido la introducción de sistemas de cemento de baja densidad con mayor velocidad de desarrollo de resistencia compresiva. La alta área superficial de la Microsílica incrementa el requerimiento de agua para prepararse una lechada bombeable; de tal forma que las lechadas con densidades del orden de 1.32 gr/cm3 pueden prepararse sin que reporten agua libre. La concentración normal de este material es de aproximadamente 15% por peso de cemento; sin embargo, se puede aplicar hasta un 28% por peso de cemento. Lo fino del grano de la Microsílica también promueve el control mejorado del valor de filtrado, posiblemente por reducir la permeabilidad del enjarre inicial del cemento. Por esta razón, también se usa para evitar la migración de fluidos en el anular, además, está siendo introducida como fuente de sílice en los sistemas de cementos térmicos.

Nuevas tecnologías en cementación primaria - I

Cementos espumados 

Son lechadas de cemento de extremada baja densidad que se aplican a pozos con bajo gradiente de fractura y yacimientos depresionados y que, además, ya hayan producido. Estas lechadas tienen una alta eficiencia de desplazamiento del lodo del espacio anular con baja densidad variable y relativamente alta consistencia. Así se obtiene buena adherencia y aislamiento hidráulico, que evita el daño que causa la carga hidrostática. Además de establecer las adherencias más apropiadas y el aislamiento entre zonas, el proceso de aislamiento le permite al operador ajustar la densidad de la lechada durante el trabajo a la densidad necesaria y a lograr una operación de alta efectividad. Desde luego se debe hacer un monitoreo de los parámetros de cementación en tiempo real, con lo que se evitan costosos trabajos de reparación. Los requerimientos principales para la cementación de pozos son: 

· Adherencia y soporte de la tubería de revestimiento. 

· Aislamiento entre las diferencias capas de la formación. 

· Sello entre las zonas de pérdida de circulación 

El éxito de esta técnica de cementación consiste, básicamente, en producir una espuma estable de alta calidad. Esto se logra cuando se cuenta con el equipo y la tecnología apropiada.

Nuevas tecnologías en cementación primaria - I

Tecnología de lechadas de baja densidad con alta resistencia compresiva Existe una formulación de mezclas de cementación en la que se emplea cemento Portland y aditivos especialmente seleccionados, de tres tamaños de partícula y diferente gravedad específica, que simulan a las utilizadas en la industria de la construcción. Se pueden diseñar lechadas en un amplio rango de densidades que van de 1.25 a 2.89 gr/cm3. La principal diferencia entre estas mezclas y las tradicionales es el desarrollo de alta resistencia compresiva temprana que proporciona en cualquiera de sus densidades. A las 12 horas se logra obtener con baja densidad un valor aproximado de 2,000 psi, a temperaturas de fondo del orden de 70°C en adelante. Estas formulaciones se han aplicado con gran éxito en cementación de tuberías de revestimiento, en campos depresionados con bajo gradiente de fractura y en la colocación de tapones de desvío con fluidos de baja densidad. Hay otra formulación de mezclas de cementación en las que se emplea cemento Portland y aditivos especialmente seleccionados para proporcionar lechadas de baja densidad y que desarrollan resistencias compresivas aceptables, del orden de 500 a 2,500 psi en 24 horas, a temperaturas de 27 a 110°C, en un rango de densidades de 1.20 a 1.66 g/cm3. Se han aplicado estas lechadas en cementación primaria, en campos de bajo gradiente de fractura y baja presión de poro. 

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

Los gastos de bombeo no deben producir un aumento de velocidad en el espacio anular mayor a 90 pies/minuto. Bajo ciertas condiciones, lo anterior no puede efectuarse controlando el flujo (gasto de bombeo). Por ejemplo, con efecto de tubo U por la alta densidad de cemento y la presencia de pérdida de circulación. Finalmente, podemos mencionar como se colocan generalmente los accesorios en las tuberías, y se realizan de la siguiente manera: 

ð Zapata guía en el primer tramo, puede ser flotadora y esto dependerá de las condiciones de diseño. 

ð Cople flotador o diferencial, generalmente se coloca entre el segundo y el tercer tramo, y también dependerá de las condiciones de diseño. 

ð Dos centradores en cada uno de los dos primeros tramos y luego alternados uno cada tercer tramo o como se determinen de acuerdo al registro de calibración. Los centradores pueden ser rígidos o flexibles. 

ð La zapata y el cople necesitan enroscarse utilizando algún tipo de pegamento adecuado para el acero, esto evita el desenroscamiento o desprendimiento de los mismos, así como de los tramos de tubería conectados a ellos. Existen los accesorios insertables que se adhieren al interior de la tubería por medio de presión y desarrollan las mismas funciones que la zapata y cople.

 ð En la cementación de las tuberías conductoras y superficiales, generalmente se cementa hasta la superficie. ð Si durante la cementación de las tuberías superficiales no sale cemento a la superficie, se introduce una tubería de diámetro adecuado por el espacio anular entre la tubería de revestimiento y agujero o conductor según sea el caso, a fin de bombear el cemento necesario, que sirve para fijar los tramos superficiales.