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.

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.