110011972 cementacion-forzada-teoria-y-calculos

1 Cementación Forzada

Cementación ForzadaCementación Forzada

Teoría y Cálculos Teoría y Cálculos

Programa de Entrenamiento Programa de Entrenamiento Acelerado Acelerado

Para Supervisores de Pozo Para Supervisores de Pozo


Definición de Cementación Forzada

Inyección de Lechada de Cemento

Disparos, Rotura de Casing,Canales.

Por Debajo o cerca de la presión de Fractura.

cementnodes

Casing

FORMACIÓN

CEMENTO DESHIDRATADOLechada

tubing

packer

CANAL DETRAS DELCASING

CEMENTACIÓN PRIMARIA


Aplicaciones• Reparaciones de Cementaciones Primarias

• Aislar Zonas

• Abandono de Zonas

• Roturas de Casing

• Perdidas de Circulación


Teoría de Cementación Forzada

Proceso de Filtración

– Permeabilidad de la Formacion

– Presión Diferencial aplicada

– Medio Poroso

– Deposito de enjarre o costra

NODOSDE CEMENTO

casing CEMENTACIONPRIMARIA

Formación

CEMENTODESHIDRATADO


Efecto del Control de Filtrado

Casing Totalmente Tapado

Casing Parcialmente Tapado

Disparos parcialmente llenos

Disparos completamente llenos Disparos completamente llenos (50 ml/30min)(50 ml/30min)


Técnicas de Cementación Forzada

A L T A P R E S I Ó NB A J A P R E S I Ó N

B O M B E O

C O N T I N U AI N T E R M I T E N T E

C O L O C A C I Ó N

S I N H E R R A M I E T A SC O N H E R R A M I E N T A S

A P L I C A C I Ó N

T I P O D E F O R Z A D A


• Aplicaciones• Forzamiento por debajo de la presión de fractura• Volumenes pequeños de lechada• Precauciones especiales

Forzadas a Baja Presión


Forzadas a Alta Presión

• Aplicaciones• Presión de forzamiento cerca de la fractura• Grandes volumenes de lechada• Precauciones especiales


Forzamiento Continuo•Bombeo continuo•Forzamiento final presión obtenida•Grandes volumenes de lechada

•Forzamiento a baja o alta presión

Pre

ssu

re (

psi

)

Tiempo (min)


Forzamiento Intermitente•Bombeo Intermitente

•Bajos Caudales de Bombeo

•Filtrado Inicial alto

•Pequeños volumenes

•Largos tiempos de trabajo

Tiempo (min..)

A

B C D

Pre

ssu

re (

psi

)


Forzamiento a Pozo Cerrado•Forzada Pobre

•No Herramientas de fondo

•Casing y Cabezal expuesto

•Procedimiento de trabajo TAPÓN MEC.

10' ARENA

CEMENTO

BOP

50FT


Técnicas con Herramienta

• Herramientas recuperables– Empacador Recuperable– Empacador Hurricane– RBP

• Herramienta Perforables– Retenedor de Cemento– Tapon puente perforable


Empacador con Tubería de Cola

•Herramienta de fondo aisladora

•Protección del Casing y del cabezal del pozo

•Tubo de cola para la colocación

•Intervalos largos

•Empaquetamiento multiple

EMPACADOR

CEMENTO

TUBERÍA DECOLA


Empacador sin Tubería de cola Herramienta de

fondo aisladora

Protección del casing y cabeza del pozo

Intervalos cortos

No tubería de cola

Forzamiento suicida

EMPACADOR

CEMENTO


Retenedor de Cemento

Herramienta aisladora perforable

Similar al empacador sin tubería de cola

Se utiliza un puente mecanico

PUENTE MEC.

10' ARENA

CEMENTO

RETENEDORDE CEMENTO


Forzamientos a través de C.T.

• Aplicaciones– Pozos Productores– A través del Tubing de producción

• Desventajas– Costo– Precisión de la colocación

• Diseño crítico de la lechada

• Procedimiento de trabajo


Trabajos• Diseño

– Condiciones del pozo– Propiedades de la lechada

• Ejecución– Desplazamiento de la lechada– Presión de superficie– Equipo

• Evaluación– Presión final de forzamiento– Prueba de presión– Prueba de influjo– Registros


Cálculos de Cementación Forzada


Tipos

• Forzada a pozo Cerrado

• Empacadura con tubería de cola

• Empacadura sin tubería de cola

• Forzada con retenedor de cemento


• Presión de forzamiento– Inicial– Final

• Presíon Maxima Permitida en Superficie ( MASP )

• Presión de Estallido

• Presión de Colapso

Terminología


Calculos un Forzamiento a Pozo CerradoDetermine lo siguiente:

– Volumen de la lechada de cemento y del agua enfrente y detras

– No. de sacos, agua de mezcla y aditivos– Altura del tapon con y sin el drill pipe o tubing– Volumen de desplazamiento para balacear el tapon– Volumen maximo de salmuera acumulada– Presión Hidrostatica al iniciar y al final del

forzamiento– presión Maxima Permitida en superficie ( MASP )– Tabla de presión de superficie contra volumen– presión de estallamiento y colapso del casing o

tubing


Ejercicio # 1• Hacer los cálculos necesarios

• Hacer la tabla de presión


• Datos– Volumen de Lechada = 15 bbls– Densidad de la lechada = 15.8 ppg– Densidad de la salmuera = 9.0

ppg– Gradiente de fractura = 0.8 psi/ft– N80 para presión de colaso y

estallamiento– 10 bbl agua por delante

7” 23 # /ft csg.

8315 ft

8345 ft

2 7/8 “ 9.5 # / ft tbg


Solución Ejercicio #1

1a. Datos del casing y tubing

Ct

Ca

Cc

Cuft/ft bbl/ft

0.02628 0.00468

0.1759 0.0313

0.2210 0.0394


Solución Ejercicio # 1 - Cont.

Volumen de lechada

Cant. cemento

Agua de mezcla

Aditivos

Agua adelante

Unidad

ft3

sacos

bbls

lb o gal

bbls

bbls

Pasos Cálculos

Agua detrás

15 bbls x 5.6146 ft3/bbl = 84.22 ft3

84.22 ft3 x 1.15 ft3/saco = 74 saco

4.97 gals/saco x 74 sacos x 1 bbl/42 gal = 8.8 bbls

nada

10 bbls

Wa x Ct/Ca = 10 bbls x 0.00468/0.0313 = 1.5 bbls


Solución ejercicio # 1 - Cont’d

Altura del tapón c/tbg

Altura del tapón s/ tbg

Vol. de desplazamiento

Vol. máximo p/forzar

ft

ft

bbls

bbls

2a

2b

3

4

Vs (ft3)/Ct + Ca) cuft/ft = 84.22 / (0.02628 + 0.1759) = 417 ft

Vs (ft3) / Cc (ft3/ft) = 84.22 / 0.2210 = 381 ft

(Prof. a base del Interv - Hp) ft x Ct - Wb - seguridad = (8345 - 417) ft x 0.00468 bbl/ft -1.5 bbl - 0.5 bbl = 35.1 bbl

(Hp s/ tubing - Long Zona) ft x Cc - 1 bbl = (381 ft - 30 ft) x 0.0394 bbl/ft - 1 = 12.8 bbls


Solución Ejercicio # 1 - Cont’d5a. Presión Hidros. al inicio y final del forzamiento

Fluido

Salmuera

Agua

Cemento

Total

(ppg) (bbl) (ft ) (psi)Densidad Volumen Longitud Presión Hidrostática

9.0

8.34 11.5

15.8 15(15/.0394) - 30 = 351 15.8 x 351 x 0.052 = 288.4

11.5/.0394 = 292 8.34 x 292 x 0.052 = 126.6

8345-381-292 = 7672 9.0 x 7672 x 0.052 = 3590

4005


Solución Ejercicio # 1 - Cont’d5b. presión Hidrostatica al final del

forzamiento

Fluido

Salmuera

Agua

Cemento

Total

(ppg) (bbl) (ft ) (psi)Densidad Volumen Longitud presión Hidrostática

9.0

8.34 11.5

15.8 1.0(1/.0394) = 25.4 15.8 x 25.4 x 0.052 = 20.9

11.5/.0394 = 292 8.34 x 292 x 0.052 = 126.6

8315 - 25.4 - 292 = 7997.6 9.0 x 7997.6 x 0.052 = 3743

3890.5


Solución Ejercicio # 1 - Cont’d

6. Máxima Presión Permitida en Superficie ( MASP )

Etapa

Inicio

Final

Vol de brine PFractura PHYD Psegu.bombeada (bbl) (psi) (psi) (psi)

MASP(psi)

0 6652 500

12.8 6652 500

4005 2147

3890 2262



7. Gráfica

Presión en Superficie

2147

2262

21402160218022002220224022602280

0 5 10 15

Vol. Salmuera Bombeada ( bbls )

)



8 . Presión de Colapso y Estallamiento

PAnnular Max. Psqueeze Delta P (psi) (psi) (psi) (psi)

Pcc(psi)

Pty PtcPcy

(psi) (psi)

6152 6152 0 16556 16684 6340 3830


Empacador sin Tubería de ColaDetermine lo siguiente:• Volumen de lechada y agua de frente y atras No. de sacos, agua de mezcla y aditivos Profundidad para asentar el packer y cuando cerrar el bypass del

packer Maximo Volumen de desplazamiento Desplazamiento ,presión Hidrostatica y MASP en las siguientes

etapas: Lechada a 1 bbl antes del tubing ( Inicio de la forzada ) Lechada iniciando a salir del Tubing Toda la lechada fuera del Tubing Lechada 1 bls arriba del TOP ( Fin del forzamiento )

Grafica de Volumen vs presión de superficie presiónes de colapso y estallamiento


Ejercicio # 2• Hacer los calculos

necesarios

• Dibujar la Grafica


• Datos:– Vol de Lechada = 250 ft3

– Peso salmuera = 9.5 ppg

– Agua frente = 5 bbls– Agua Detrás = 5 bbls– Grad. de Fractura = 0.8

psi/ft– N80 para presión

Colapso y Estallamiento

9-5/8", 47 #/ft

Emp. @ 7500 ft

Fuga @8000 ft

3 1/2" , 12.95 #/ft


Solución Ejercicio #2

1a. Datos del Tubing y Casing

Ct

Ca

Cc

ft3/ft Bbl/ft

0.04125 0.00735

0.3442 0.0613

0.4110 0.0732


Solución Ejercicio # 2 - Cont’dPaso

Volumen de Lec

Cant. Cemento

Agua de mezcla

Aditivos

Agua frente

Unidades

bbls

sacos

bbls

lb or gal

bbls

Cálculos

Agua Detrásbbls

250 ft3 = 250 ft3 / 5.6146 ft3/bbl = 44.5 bbl

250 ft3 / 1.15 ft3/saco = 217 sacos

4.97 gals/saco x 217 sacos x 1 bbl/42 gal = 26 bbls

nada

5 bbls

5 bbls


Solución Ejercicio # 2 - Cont’d3a. Prof. de asentamiento de empacador

3b. Cuando cerrar el bypass

4. Máximo volumen de desplazamiento

= =

= =


Solución Ejercicio # 2 - Cont’d5a. Presión hidrostática al inicio del

forzamiento

(ppg) (bbl) (ft ) (psi)Fluido

Salumera

Agua

Cemento

Agua

Salmuera

Total

9.5

8.34 5

15.8 44.5

8.34 1

9.5 36.6 500

4.6 625.8

680.3

6054.4

136.05

309.14

295.0

4974.3

59.00

247.00

5884

Densidad Volumen Longitud Presión Hidrostática


Solución Ejercicio # 2 - Cont’dCemento saliendo del tubing


Salumera

Agua

Cemento

Agua

Salmuera

Total


9.5 5.6

8.34 5

15.8 44.5

8.34 1

9.5 35.6

761.9

680.27

6054.4

13.66

486.34

376.38

295.02

4974.30

5.92

240.3

5892


Solución Ejercicio # 2 - Cont’d 5c. Cemento fuera del tubing


Salmuera

Agua

Cemento

Total


9.5 50.1

8.34 5

15.8 36.6

6816.33

680.27

500

3367.26

295.02

410.80

4073.08


Solución Ejercicio # 2 - Cont’dToda el agua fuera del tubing


Salmuera

Agua

Cemento

Total


9.5 7500

8.34 5

15.8 31.6

55.13

68.30

431.70

3705

29.62

354.7

4089.32


Solución Ejercicio # 2 - Cont’dFin del forzamiento


Salmuera

Salmuera

Agua

Cemento

Total

9.5 7500

9.5 30.6

8.34 5

15.8 1.0

55.13

418.03

68.30

13.66

3705

206.51

29.62

11.02

3952.35



Solución Ejercicio # 2 - Cont’d6. Máxima presión permitida en superficie

a. Inicio

b. Cto. saliendo tbg

c. Cto. Fuera tbg

d. Agua fuera tbg.

Vol of Sal. Pfractura Phyd. PSafety MASP bombeada (bbl) (psi) (psi) (psi) (psi)

e. Fin

Etapa

6400

6400

6400

6400

6400

500

500

500

500

500

4.6 5884

5.6 5892

50.1 4073.1

55.1 4089.3

85.7 3952.4

16

8

1827

1810.7

1947.6


Solución Ejercicio # 2 - Cont’d7. Gráfica



8. Presión de Colapso y Estallamiento

PAnular Max.PForzar Delta P (psi) (psi) (psi) (psi)

Pcc

(psi)Pty Ptc Pcy

(psi) (psi)

15000 15306 6870 47503705 5990 2195


Empacador con Cola - Cálculos• Determinar lo siguiente:

Volume de lechada y agua adelante y atrás Número de sacos, agua de mezcla y aditivos Altura del tapón con/sin drillpipe o tubing Longitud de la cola Volume desplazamiento para balancear tapón Profundidad del packer Volumen máximo Salmuera acumulada Presión hidrostática al principio y final Presión Máxima Permitida en Superficie ( MASP ) Presión Superficie vs carta Volumen Presión Interna y Colapso del tubing/casing


Ejercicio # 3• Haga los cálculos

necesarios

• Dibujar Carta Presión

• Procedimiento de Trabajo

• Datos– 100 sks class G cemento– Dens. lechada = 15.8

ppg– Dens. Salmuera = 9.5

ppg– Gradient Frac = 0.862

psi/ft– Agua adelante = 10

bbls

5 1/2", 20 #/ft

Empacador

Perfs @8840 ft - 8880 ft

2 3/8" , 6.2 # / ft

Cola



1a. Datos Tubing y Casing

Ct

Ca

Cc

ft3/ft Bbl/ft

0.01873 0.00334

0.0937 0.0167

0.1245 0.0222



Volume Lechada

Cant. Cemento

Agua Mezcla

Aditivos

Agua Adelante

Unidades

bbls

sacos

bbls

lb or

gal

bbls

bbls

Paso Cálculos

Agua Atrás

100 sacos x 1.15 ft3/sacos = 115 ft3 = 115 ft3 / 5.6146 ft3/bbl = 20.5 bbls

100 sacos

4.97 gal/saco x 100 sacos x 1 bbl/42 gal = 11.8 bbls

nada

10 bbls

Wa x Ct/Ca = 10 bbls x 0.00334/0.0167 = 2.0 bbls


Solución Ejercicio # 3 - Cont’d2a Altura de tapón con tubería ft

2b Altura de tapón sin tubería ft

2c Longitud de Tubería de Cola ft

3 Volumen de Desplazamiento bbls

4 Profundidad del empacador ft

5 Vol. Desplazamiento total bbls

Hp = Vs (ft3) / (Ct + Ca) ft3/ft = 115 / (0.01873 + 0.0937) = 1023 ft

Hp = Vs (ft3) / (Cc) (ft3/ft) = 115 / 0.1245 = 924 ft

Ht = Altura de Tapón + Agua por delante + Factor de Seguridad (1 barril)

= 1023 ft + (10/0.0167) + (1/0.0167)

= 1023 ft + 598.8 ft + 59.88 ft

= 1681.68 ft o 1682

Vp = (Prof. De disparos inferiores - Hp) ft x Ct - Wb - Seguridad = (8880 - 1023) ft x 0.00334 bbl/ft - 2.0 bbl - 0.5 bbl = 23.7 bbl

Prof. De disparos inferiores - altura de cto en casing - altura agua en casing - longitud de cola = 8880ft - 924ft - (12 bbl/0.222 bbl/ft) - 1682ft = 5733ft

(Altura de tapón sin tubería- Longitud zona) ftx Cc - 1 bbl - (924ft - 40 ft) x 0.0222 bbl/ft - 1 = 18.6 bbls


Solución Ejercicio # 3 - Cont’d5a. Presión Hidrostática al principio del

forzamiento

Densidad Volumen Altura P. hidrostáticaFluido

Salmuera

Agua

Cemento

Total

(ppg) (bbl) (ft ) (psi)

9.5 -

9.5 12

15.8 20.5

(20.5/0.0222) - 40 = 884 15.8 x 884 x 0.52 - 726

12/0.0222 = 541 8.34 x 541 x 0.052 = 235

8840 - 884-541 = 7415 9.5 x 7415 x 0.052 = 3663

4624


Solución Ejercicio # 3 - Cont’d5b. Presión Hidrostática al final del

ForzamientoFluido

Salmuera

Agua

Cemento

Total

Densidad Volumen Altura P. Hidrostática

(ppg) (bbl) (ft ) (psi)

9.5 -

8.34 12

15.8 1.0(1./0222) = 45 15.8 x 45 x 0.052 = 37.0

12.0/.0222 = 541 8.34 x 541 x 0.052 = 235

8840 - 45.0 - 541 = 8254 9.5 x 8254 x 0.052 = 4078

4349



6. Presión Maxima Permitida en Superficie. ( MASP )

(psi) (psi) (psi)Etapa

Principio

Final

Vol Salm. PFractura Phidr. Pseguridadbombeada (bbl)MASP(psi)

0 7620 500

18.6 7620 500

4624

4349

2496

2771



7. Gráfica

Surface Pressure Chart

18.2611.43

194918271812

0

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100

Volume of Brine Pumped ( Bbls)

Su

rface

Pre

ss

ure

( p

si )

Presión en Superficie

2496

2771

24502500255026002650270027502800

0 5 10 15 20

Volumen de Salmuera Bombeada ( bbls )

Pre

sió

n S

up

erf

icia

l (p

si )



8. Presión Interna y Colapso

PAnular Max. PForzamie Delta P (psi) (psi) (psi) (psi)

Pcc(psi)

Pty Ptc Pcy(psi) (psi)

15385 15651 9190 88302832 7120 4287


Cálculos - Retenedor de Cemento

• Similar al empacador sin cola

• No hay bypass

• Determinar cuando picar adentro del retenedor de cemento


Tarea

• Hacer cálculos necesários para las preguntas 2 y 1 o 3.

• Dibujar presión x volumen

• Escribir un procedimiento de trabajo completo

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