3.-Guía 3 para el Diseño de Cementaciones Primarias

8/2/2019 3.-Gua 3 para el Diseo de Cementaciones Primarias

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Gua Prctica para Disear yEfectuar Cementaciones PrimariasCONTENIDO

1. Introduccin

2. Metodologa de diseo2.1. Informacin necesaria para la cementacin

2.2. Clculo del volumen de cemento2.3. Clculo del volumen para el desplazamiento2.4. Clculo de la presin diferencial durante el desplazamiento2.5. Densidad equivalente de circulacin

3. Diseo de la lechada de cemento

4. Baches lavador y espaciador

5. Check-list en el pozo

6. Clculos en el pozo6.1. Peso de la tubera de revestimiento flotada6.2. Volumen de desplazamiento

6.3. Tiempo de desplazamiento6.4. Mxima presin diferencial

7. Secuencia operativa

8. Cementacin por etapas

9. Cementacin de TR corta

10. Accesorios para la cementacin10.1. Accesorios para una TR corrida10.2. Accesorios para una TR corta

11. Aditivos para la lechada de cemento

12. Recomendaciones13. Nomenclatura

Referencias

Apndice A. Gasto mnimo para flujo turbulento.

La cementacin de pozos petroleros es el proceso mediante el cual se bombea una lechada de cemento alfondo del pozo a travs de la tubera de revestimiento, con el propsito de obtener una buena adherenciaentre las fases formacin-cemento-tubera y asegurar el sello efectivo que aisle las capas geolgicas ysoporte la tubera. Esta gua presenta una metodologa prctica para el diseo adecuado de cementacionesprimarias.


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1. Introduccin

La cementacin de pozos petroleros es el procesomediante el cual se mezcla una lechada de cementoy agua para bombearla al fondo del pozo a travs dela tubera de revestimiento. Esta operacin,conocida como cementacin primaria, requiere unaadecuada planeacin para seleccionar los sistemasde cemento y fluidos lavadores y espaciadores quedebern emplearse, as como para definir lascondiciones de desplazamiento de estos sistemaspara obtener una buena adherencia entre las fasesformacin-cemento-tubera y asegurar un selloefectivo que aisle las diferentes capas geolgicas yque soporte la tubera. La determinacin inadecuadade estos sistemas y de las condiciones dedesplazamiento para su colocacin resulta encementaciones con poca o mala adherencia, lo que

se refleja en prdidas econmicas para la empresa,pues se requieren trabajos adicionales para corregirla adherencia del cemento.

El objetivo de esta gua es el de proporcionar unametodologa prctica para disear y ejecutarcementaciones primarias de tuberas derevestimiento que reduzcan tiempos y costos en loscambios de etapa de perforacin.

Aqu se sealan los aspectos ms relevantes por

considerar en el diseo de las lechadas, diseo de lacementacin, y en la secuencia operativa de lascementaciones primarias: informacin necesariapara la cementacin, diseo de la lechada decemento, seleccin de los baches lavador yespaciador, diseo de la cementacin, clculos en elpozo, secuencia operativa, accesorios para lacementacin, y aditivos empleados para la lechada.

2. Metodologa de diseo

El ingeniero encargado de disear la cementacinadems de conocer el objetivo de la cementacinrequiere la siguiente informacin: datos del estadomecnico del pozo, datos de la formacin, y datosde los fluidos usados durante la cementacin.

2.1 Informacin necesaria para la cementacinDatos del estado mecnico del pozo: dimetro deagujero descubierto, profundidad, desviacindimetro, peso, y grado de la TR a cementar y de laTR anterior.

Datos de la formacin: temperatura de fondoesttica y circulante, tipo de formacin, presin deporo y presin de fractura. Se recomienda el uso dela gua prctica para la prediccin de geopresiones

para cuantificar estos dos ltimos parmetros.

Datos de fluidos involucrados en la cementacin: esindispensable conocer el tipo, reologa, y densidaddel lodo de perforacin, de la lechada de cemento, yde los fluidos lavadores y espaciadores. Serecomienda efectuar pruebas de compatibilidadcemento-lodo, lodo-fluido espaciador, y fluidoespaciador-cemento, para evitar reaccionesindeseables entre los fluidos.

2.2 Clculo del volumen de cemento.Se determina con el registro de calibracin osimilar, considerando la cima de cementoprogramada y el volumen de cemento entre zapata ycople. Cuando no se cuenta con el registro decalibre del pozo, un exceso de volumen de cementodel 10 al 50 por ciento es recomendado1 paraformaciones consolidadas y no consolidadasrespectivamente.

GUIA PRCTICA PARA DISEAR Y EFECTUAR

CEMENTACIONES PRIMARIAS


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Gua Prctica para Disear y Efectuar Cementaciones Primarias3

Volumen del espacio anular (VolEA):HDDVol ETRAGEA *)(*00319.0

22= (1)

Donde DAG y DETR son los dimetros del agujero yexterior de la TR, respectivamente, y H es laprofundidad del pozo.

Volumen entre cople y zapata (olC/Z):hDVol ITRZC **00319.0

2/ = (2)

DITR es el dimetro interno de la TR y h es ladistancia ente el cople y la zapata.

Volumen de lechada (olC):

ZCEAC VolVolVol /+= (3)

Cantidad de sacos de cemento:

sacoporoRendimientcos C

VolSa = (4)

Agua requerida para la mezcla:sacoporoRendimientcos*SaAgua = (5)

2.3 Clculo del volumen para el desplazamiento.El volumen de desplazamiento (VolD) es igual alvolumen dentro de la tubera de revestimiento desde

la superficie hasta el cople de retencin.

( )hHDVol ITRD = **00319.02 (6)

2.4 Clculo de la presin diferencial durante eldesplazamiento.Durante la ejecucin de una cementacin primaria,inicialmente los fluidos en el pozo se desplazan almismo ritmo de bombeo que en la superficie. Sinembargo, cuando la diferencia de densidades entreel lodo y la lechada de cemento es significativa, esta

diferencia de densidades causa, eventualmente, queel ritmo de flujo de los fluidos en el espacio anularsea diferente al ritmo de flujo dentro de la tubera derevestimiento. Este fenmeno es conocido comocada libre1 del cemento, y se detecta cuando lapresin de bombeo superficial es cero. La Figura 1ilustra este fenmeno.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100

tiempo [min]

Presi

nsuperficial[psi]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60 80 100

tiempo [min]

Gasto[bl/min]

Figura 1. Fenmeno de cada libre detectado cuando: a) lapresin superficial es cero, y b) los gastos de bombeo y EAson diferentes.

El entendimiento bsico del fenmeno de cada

libre es indispensable debido a que la eficiencia dela cementacin es controlada principalmente por losfenmenos que ocurren en el espacio anularInicialmente el ritmo de cada libre del cemento esalto, este ritmo disminuye paulatinamente a medidaque el cemento da vuelta hacia el espacio anular. Lacondicin ms crtica ocurre cuando el gasto dedesplazamiento no es suficiente, entonces ecemento puede alcanzar el equilibrio y detenersecompletamente. En este caso, si el fenmeno decada libre no es comprendido, esta condicin puede

ser errneamente interpretada como una prdida decirculacin inducida durante la cementacin.

La cuantificacin del ritmo de cada libre slo esposible por mtodos numricos, por lo que lautilizacin de software especializado es altamenterecomendable para el diseo ptimo de lacementacin.

Otro aspecto importante es cuantificar la presinsuperficial (PS) bajo condiciones dinmicas. Esta

Cada libre

Cada libre

Gasto de bombeo Gasto EspacioAnular

Mxima presinsuperficial

a)

b)


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diferencial de presin es dada por la siguienteexpresin2:

FTRFATRAS PPPPP ++= (7)

Donde PA y PTR son presiones hidrostticas en elespacio anular y dentro de la TR, respectivamente,mientras quePFA yPFTR son prdidas de presin porfriccin.

La Figura 2 muestra esquemticamente la operacinde cementacin durante la etapa de desplazamiento.

Figura 2. Desplazamiento de la lechada.

2.5 Densidad equivalente de circulacin:

Otro parmetro de diseo es la densidad equivalentede circulacin (ECD3). Este parmetro esparticularmente importante por dos razones.Primero, la ECD debe ser mayor que la presin deporo de la formacin para evitar que esta semanifieste cuando los baches lavador y espaciadorse encuentran en el espacio anular. Segundo, laECD debe ser menor que la presin de fractura.Particularmente al final de toda operacin decementacin primaria, cuando la columna de

lechada de cemento en el espacio anular ejerce lamayor presin hidrulica, se puede ocasionarprdida de fluidos por exceder el gradiente defractura de la formacin. La densidad equivalentede circulacin se calcula con la siguiente expresin:

)(7045.0H

PPECD FAA+

= (8)

La Figura 3 ilustra el comportamiento tpico de laECD calculada en el fondo del pozo durante unacementacin primaria.

Figura 3. Densidad de circulacin equivalente en el fondo depozo.

3. Diseo de la lechada de cemento1,4.

Pruebas de Laboratorio (Norma API SPEC 10)

ViscosidadSe adecua la viscosidad necesaria para asegurar eldesplazamiento ms eficiente de lodo que deberproporcionar buena adherencia en la formacin y laTR. El API recomienda una viscosidad de lechadade 10 a 15 Bc (unidades de consistencia usadas enpruebas a cementos).

Agua libre

Es el volumen de agua que se separa de la lechadaSe mide despus de haber agitado la lechada 20minutos en el consistmetro atmosfrico y haberladejado en reposo dos horas. El mximo valor deagua libre aceptado por el API es de 1.4 %. El agualibre se evita utilizando la cantidad de aguaadecuada y mezclando la lechada correctamente.

Tiempo bombeableSe debe considerar el tiempo en preparar, bombearla lechada, soltar tapones, y desplazar el cemento

CEMENTO

BACHESLODO 1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

0 20 40 60 80 100

tiempo [min]

ECD[gr/cm3] Baches entrando al

espacio anularLechada entrando al

espacio anular

Presin de fractura

Presin de poro

Ventanaoperacional


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ms un tiempo adicional de una hora como factor deseguridad.

Resistencia a la compresinSe debe verificar el desarrollo de la resistencia a lacompresin en 8, 12 y 24 horas de permanecer en

reposo a condiciones de presin y temperatura defondo de pozo. Es generalmente aceptado comoresistencia mnima para soportar el peso de la TR,500 psi (35 kg/cm2) a las condiciones de 3000 psi ytemperatura esttica de fondo del pozo.

DensidadLa densidad de la lechada debe ser igual oligeramente superior a la del fluido de perforacin,considerando no rebasar el gradiente de fractura.

Control de filtradoLa prdida de fluido en lechadas para tuberas derevestimiento superficiales e intermedias debertener valores mximos de 200 cm3/30 min, paracomplementos de 500 cm3/30 min, y para liners de50 cm3/30 min utilizando una presin diferencial de1000 psi a temperatura de circulacin de fondo.Para evitar canalizacin de gas, este valor debe serrestringido a un mximo de 20 cm3/30 min atemperatura esttica de fondo.

Consideraciones especialesPara formaciones saladas, se deber saturar concloruro de sodio (20 a 37%).

En caso de que la temperatura exceda los 110C(230 F), se usar harina de slice.

En las pruebas se debe utilizar la misma agua demezclado que se utilizar en el campo.

4. Baches lavador y espaciador

Se programan en funcin del tipo de cementacinpor efectuar, tipo de lodo, y caractersticas de laformacin. Normalmente se bombean un frentelavador y un frente espaciador con el propsito delavar y acarrear los recortes de formacinremanentes. El frente lavador es un fluidonewtoniano, normalmente agua con surfactante ydensidad cercana a 1.0 gr/cm3. El frente espaciadores viscoso y se comporta como fluido no-newtoniano. La densidad de este frente espaciador

debe estar entre la densidad del lodo y la delcemento. Si el gradiente de fractura de la formacinlo permite, se recomienda que la densidad del fluidoespaciador sea 0.06 gr/cm3 mayor a la del lodo5.

El volumen recomendado de los baches lavador y

espaciador (VolB), de acuerdo con el criterio deeficiencia de desplazamiento, se determina de lasiguiente forma6:

a) 150 m lineales en el espacio anular msamplio.

( ) 150**10067.5 224 ETRAGB DDxVol = (9)

b) 10 minutos de tiempo de contacto con unpunto especfico en el espacio anular.

EAB QVol *589.1=

(10)Donde QEA es el ritmo de flujo en el espacio anular.

Estos dos volmenes proporcionan los lmitesmnimo y mximo de baches a emplear. La decisinfinal del volumen de cada bache deber tomar encuenta que la ECD sea mayor a la presin de porode la formacin en toda la operacin.

Rgimen de flujo

El rgimen de flujo que ha mostrado mayoreficiencia de desplazamiento en trabajos decementacin es el turbulento, y se ha observado entrabajos experimentales que cuando no se puedealcanzar por las condiciones del agujero, lorecomendable es desplazar el cemento al mayorgasto posible, cuidando de no rebasar la presin defractura. El Apndice A muestra los clculosbsicos para determinar el gasto mmino dedesplazamiento para que la lechada de cementoalcance el flujo turbulento.

5. Check-list en el pozo.

Verificar ajuste final y profundidad total de latubera de revestimiento.

Verificar el peso fsico de la tubera derevestimiento.

Reciprocar la tubera para limpiar y mejorar el flujo


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en el espacio anular de acuerdo con el programa.

Verificar la cantidad de cemento y los baches deacuerdo con el programa.

Verificar que el volumen de lodo sea el suficiente

para el desplazamiento.

Verificar que el volumen de agua sea el suficientepara la operacin.

Verificar e identificar los tapones de limpieza ydesplazamiento para no meterlos invertidos.

Verificar la cabeza de cementar, revisar que losmachos funcionen correctamente, contando lasvueltas para meter y sacar el vstago que soporta el

tapn de desplazamiento y el buen funcionamientodel indicador del paso del tapn.

Verificar la instalacin y la prueba con presin delequipo de cementar.

Verificar la circulacin y la reologa del fluido decontrol segn programa.

6. Clculos en el pozo.

6.1 Peso de la tubera de revestimiento flotada(WTRF).

fTRTRF FHWxW **10491.13

= (11)

856.71 lodofF

= (12)

Donde WTR es el peso nominal de la TR yFf es elfactor de flotacin.

6.2 Volumen de desplazamientoSe calcula con la ecuacin 6. Cuando el volumen de

lechada es muy grande, se debe desplazar con labomba del equipo para evitar un problema defraguado prematuro. En caso contrario, desplazarcon la unidad cementadora haciendo la contabilidadcon las cajas de lodo.

6.3 Tiempo de desplazamientoa) Cuando se desplaza con la bomba del equipo:

Efepmq

Volt D

**

*9.158= (13)

Con bomba duplex:

( ) VVC LDDq *2*02575.0 22 = (14)Donde 0.02575 es una constante de la bomba.

Con bomba triplex:

( ) VC LDq **03862.02

= (15)

Donde 0.03862 es una constante de la bomba.

6.4 Mxima presin diferencial.Es la presin generada por la diferencia dedensidades del fluido de control y el cemento, desdeel cople de retencin/diferencial hasta la cima de lacolumna de cemento en el EA.

( ) ( )hHP lodoCS = **422.1max (17)

7. Secuencia operativa7,8

Efectuar una junta de seguridad con epersonal involucrado en la operacin

Revisar la cabeza de cementacin einstalar los tapones. Esto se debe hacerdurante la circulacin.

Instalar y probar las lneas de cementar a5000 psi.

Bombear los baches de lavado yespaciado. Los baches lavadores deben estarpreviamente preparados para ser bombeadossin ocasionar retrasos en la operacin. Unavez bombeado el bache lavador, se descargala presin diferencial para probar el equipode flotacin y la integridad de la tubera derevestimiento.

Soltar tapn limpiador. Al soltar el tapnde diafragma, se debe verificar el viaje delmismo por medio del indicador que se

localiza en la cabeza de cementar. Mezclar y bombear cemento. Al inicio

debe hacerse a bajo gasto para romper el gedel lodo y establecer circulacinposteriormente se bombea al gastoprogramado. Durante el mezclado se debemantener la lechada homognea. Esto selogra con el uso de un recirculador y secontrola por medio de lecturas de


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densistmetro, auxiliados con lecturas de labalanza de lodos presurizada.

Soltar tapn de desplazamiento. Al liberarel tapn de desplazamiento se verifica que elnmero de vueltas para sacar el vstago quesoporta al tapn de desplazamiento coincida

con las cuantificadas durante la revisin dela cabeza de cementacin. Adems, la salidadel tapn se detecta por medio del indicadorde paso del tapn.

Desplazar la lechada. El gasto dedesplazamiento debe ser de acuerdo con eldiseo. Cuando el tapn de desplazamientoest por llegar a su tope final de acuerdo aclculos, disminuir el gasto de bombeo a lamitad para evitar un incremento brusco depresin interna en la TR por la sbita llegada

del tapn.o Si el desplazamiento se efecta con bomba

del equipo, se recomienda disminuir el gastocuando el 70 por ciento del volumen dedesplazamiento programado ha sidobombeado.

o Si el desplazamiento se efecta con launidad cementadora, se recomiendadisminuir el gasto cuando falten 10 barrilesdel volumen de desplazamiento programado.

Descargar presin y verificar equipo deflotacin. La presin final se descarga en lascajas de la unidad de alta presin, paracuantificar el volumen de fluido que regresay al mismo tiempo verificar elfuncionamiento del equipo de flotacin. Sial descargar la presin se observa que no sesuspende el flujo del lodo, cerrar la vlvulade descarga para verificar la presindiferencial, bombear nuevamente unvolumen de lodo hasta observar un ligeroincremento de presin y cerrar las vlvulas

para esperar el tiempo de fraguado total conel pozo represionado con presin diferencial.

Colocar anillo de cemento superficial. Porprograma y cuidando el entorno ecolgico,el clculo de cemento para una tuberasuperficial se hace evitando que salga a lasuperficie, para que una vez terminada laoperacin, se proceda a colocar el anillosuperficial de cemento.

Espera de fraguado. El tiempo de espera defraguado est en funcin de las pruebas deesfuerzo compresivo. Pruebas de laboratoriohan demostrado que cuando el control de lacalidad de la cementacin es oportuno, eltiempo en que el cemento alcanza un

esfuerzo compresivo de 500 psi (35 kg/cm2)a las condiciones de 3000 psi y temperaturaesttica de fondo del pozo es dentro de lasprimeras 8 a 12 hr de curado1. Tiempo quese recomienda como espera de fraguado.

8. Cementacin por etapas.

Esta operacin se efecta en pozos donde serequiere cubrir con cemento una gran longitudcementar una TR demasiado larga, o se tienen zonas

de inters con separaciones muy grandes o conproblemas de prdida de circulacin debido al bajogradiente de fractura. Se utiliza la herramientacople de cementacin mltiple (CCM), la cuatiene integrado un juego de camisas deslizables.

La secuencia operativa de la primera etapa es lamisma que la previamente descrita. La segundaetapa consiste en lanzar un tapn llamado torpedoque se utiliza para romper los tornillos de corte en elCCM, deslizando la primera camisa, haciendo la

apertura y estableciendo comunicacin entre einterior de la TR y el EA. Se establece circulacin yse procede a la operacin de la segunda etapa comouna cementacin normal. Al arribar el tapn dedesplazamiento al CCM, la segunda camisa delcople se desliza sellando los orificios decomunicacin, observndose un incremento depresin, seal de que el sello es efectivo.

9. Cementacin de TR corta8,9

Cuando por razones tcnicas o econmicas se tomala decisin de introducir y cementar una TR corta oliner, el diseo de la cementacin previamentedescrito es aplicable calculando los volmenes delechada y desplazamiento de acuerdo a la geometradel pozo. Se utilizan accesorios de TR adicionalesy las diferencias en la secuencia operativa sonbsicamente las siguientes:


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Revisar la cabeza de cementacin einstalar los tapones. Si el colgador del lineres hidrulico, soltar la canica antes deinstalar la cabeza.

Colgar y soltar la TR corta. Antes decolgar el liner, se checa el peso de la sarta.

El liner se cuelga y suelta de acuerdo con eltipo y especificaciones del conjuntocolgador. Para comprobar que el liner fuesoltado, se comprueba que el peso de la sartaen el indicador de peso del equipo deperforacin sea el correspondiente al de latubera de perforacin flotada.

Bombear baches lavador y espaciador. Mezclar y bombear cemento. Soltar tapn de desplazamiento. Al liberar

el tapn de desplazamiento se verifica lasalida del tapn por medio del indicador delpaso del tapn.

Desplazar la lechada. El gasto dedesplazamiento debe ser de acuerdo aldiseo. El dezplazamiento se efecta con launidad cementadora. Cuando se hayadesplazado la capacidad de la tubera deperforacin TP se detecta el acoplamientodel tapn de desplazamiento al tapnlimpiador alojado en la herramientasoltadora. Se contina el desplazamientorecomendndose disminuir el gasto faltando10 bl del volumen de desplazamientoprogramado.

Descargar presin y verificar equipo deflotacin.

Sacar la herramienta soltadora.10. Accesorios para la cementacin.

10.1 Accesorios para una TR corrida.Zapata flotadora. El equipo de flotacin se utilizapara reducir esfuerzos en el mstil del equipo deperforacin. La zapata flotadora tiene integrada unavlvula de contrapresin que evita la entrada defluidos del pozo al interior de la TR, pero permite elpaso a travs de ella. Cuando no se requiereflotacin o se utiliza un cople flotador, se usa unazapata gua que slo sirve como gua para la TR.

Cople flotador. Tiene integrada una vlvula decontrapresin que evita la entrada de fluidos del

pozo al interior de la TR, pero permite el paso atravs de ella; sirve de retn de los tapones delimpieza y desplazamiento.

Cople de retencin. Sirve de retn de los tapones delimpieza y desplazamiento.

Centradores. Sirven para centrar la TR en el interiordel pozo. Se colocan en la seccin de la TR que estfrente al agujero descubierto.

Cabeza de cementacin. Es una herramienta tiponiple que se rosca en la parte superior de la TR parahacer la conexin con la lnea de la unidadcementadora. La parte superior aloja en su interiorlos tapones de cementacin. Tiene integrada una oms vlvulas para el bombeo del cemento y del lodo

a travs de la TR.

Tapn limpiador. Se utiliza en la interfase lodo-cemento

Tapn slido. Se utiliza en la interfase cemento-lodo de desplazamiento.

La Figura 4 muestra los accesorios normalmenteempleados en las operaciones de cementacin de lastuberas de revestimiento.

Figura 4. Accesorios de TR bsicos en una cementacin4.


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10.2 Accesorios para un a TR corta.Zapata flotadora tipo V. Es una zapata conorificios laterales para permitir circulacin cuandola TR se asienta en el fondo del pozo.Cople de retencin. Hay diferentes tipos, de acuerdocon el tipo de colgador utilizado (mecnico o

hidrulico).Unin giratoria. Permite desenroscar la herramientasoltadora en caso de no poder anclar el colgador.Colgador de TR. Los hay tambin mecnicos ehidrulicos.

11. Aditivos para la lechada de cemento

Aceleradores de fraguado. Reducen el tiempo debombeabilidad de la lechada e incrementan laresistencia a la compresin.

Retardadores de fraguado. Incrementan el tiempo debombeabilidad. Permiten que la lechada de cementotrabaje en amplios rangos de temperatura y presin,pero reducen la resistencia a la compresin.

Reductores de prdida de presin por friccin.Debido a que reducen la friccin, permiten alcanzarel rgimen turbulento ms fcilmente.

Reductores de prdida de agua. Tienen como

propsito evitar la deshidratacin de la lechada decemento durante el bombeo cuando pasa frentezonas permeables, donde se presenta el proceso defiltracin.

Reductores de densidad. Incrementan elrendimiento de la lechada y reducen la densidad. Seutilizan cuando se colocan grandes tirantes decemento para evitar rebasar el gradiente de fractura.

Densificantes. Son materiales qumicos inertes de

alto peso especfico con poco requerimiento de aguaque permiten densificar la lechada de cemento.

12. Recomendaciones

Disear la lechada con base en latemperatura de fondo medida en el pozo.

La lechada de cemento no debe tener agualibre, se debe controlar el filtrado y eltiempo de bombeo necesario para laoperacin.

El correcto centrado de la tubera derevestimiento mejora el desplazamiento delodo y la distribucin del cemento en eespacio anular. El mejor desplazamiento delodo a gasto ptimo se logra con un claroanular de 1 a 1.5

Adecuar la reologa del lodo para optimizarsu movilidad y eliminacin de recortes.

Acondicionar el lodo hasta obtener elequilibrio en parmetros de entrada y salida.

Utilizar frentes lavadores y espaciadores Reciprocar la TR antes y durante la

cementacin favorece la eficiencia dedesplazamiento. Esta operacin compensaun centrado pobre.

Procurar una densidad uniforme mediante eluso de recirculador.

Maximizar el gasto de desplazamientoCuando no se logre obtener flujo turbulentodesplazar al mayor gasto posible. Lasmejores cementaciones se logran cuando elsistema es bombeado a mxima energa.

Nomenclatura:

AGD = Dimetro del agujero (pg)

CD = Dimetro interno de la camisa de labomba (pg)

ED = Dimetro equivalente (pg)

ETRD = Dimetro exterior de TR (pg)

ITRD = Dimetro interno de TR (pg)

VD = Dimetro del vstago (pg)

ECD = Densidad de circulacin equivalente

(gr/cm3

)Eff = Eficiencia de la bomba (%)

Ff = Factor de flotacin (adimensional)

H = Profundidad (m)h = Distancia entre cople y zapata (m)

'K = ndice de consistencia (lb-segn/pie2)

VL = Longitud del vstago de la bomba (pg)

n = ndice de comportamiento de flujo(adimensional)

CNRe = Nmero de Reynolds crtico


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(adimensional)

SP = Presin superficial (psi)

AP = Presin hidrosttica en el espacioanular (psi)

TRP = Presin hidrosttica en TR (psi)

FA

P = Prdidas por friccin en el anular (psi)

FTRP = Prdidas por friccin en la TR (psi)

EAQ = Gasto en el espacio anular (bl/min)

minQ = Gasto mnimo para flujo turbulento(bl/min)q = Gasto superficial de bombeo (lt/emb)t = Tiempo de desplazamiento (min)

BVol = Volumen de baches (m3)

EAVol = Volumen de espacio anular (bl)

ZCVol / = Volumen entre el cople y la zapata (bl)

CVol = Volumen de lechada (bl)

DVol = Volumen de desplazamiento (bl)

TRW = Peso nominal de la TR (Lb/pie)

TRFW = Peso de la TR flotada (Ton)

Letras griegas

= Densidad (gr/cm3)

C = Densidad de la lechada de cemento

(gr/cm3)

lodo = Densidad del lodo (gr/cm3

)

300600 y = Lecturas del viscosmetro Fann (gradosaparato)

Referencias:

1. Smith, D. K.: Cementing, SPE Monograph series,Volume 4, 1990.

2. Beirute, R. M.: The Phenomenon of Free Fall DuringPrimary Cementing, SPE paper 13045, 1984.

3. Bourgoyne, A. T. y colaboradores: Applied Drilling

Engineering, Society of Petroleum Engineering,Second printing, Chapter 4, Richardson, Texas, 1991.4. Tejeda, A. J.: Ingeniera de Cementaciones,

Subdireccin de Perforacin y Mantenimiento aPozos e Instituto Mexicano del Petrleo.

5. Garaicochea, P. F., Bousieguez, L. M., y Becerra, A.T.: Temas selectos sobre cementaciones de Pozos,Divisin de Ingeniera en Ciencias de la Tierra,Unidad de difusin de la DEPFI, UNAM, 1987.

6. Brice, J. W. and Holmes, R.C.: Engineering CasingCementing Programs Using Turbulent FlowTechniques, J. Pet. Tech. (May, 1964), 503-508.

7. De la Serna, M. A., y Ros, J. A.: Procedimientopara cementaciones de tuberas de revestimientocorridas, Gerencia de Tecnologa, SPMPVillahermosa, Mxico, 2002.

8. Procedimientos de Operacin de IngenieraPetrolera, Subdireccin de Produccin PrimariaGerencia de Desarrollo de Campos, Mxico, 1988.

9. De la Serna, M. A., y Ros, J.A.:Procedimiento pararealizar cementaciones de tuberas de revestimientocortas, Gerencia de Tecnologa, SPMPVillahermosa, Mxico, 2002.


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APNDICE A

Generalmente se acepta que el modelo reolgicoque mejor describe el comportamiento de las

lechadas de cemento es el de Ley de potencias.

Modelo de la Ley de potenciasEl modelo de Ley de potencias requiere de dosparmetros para su aplicacin: el ndice decomportamiento de flujo (n) y el ndice deconsistencia (K). Estos ndices se obtienen de laslecturas del viscosmetro rotacionalFann.

Modelo reolgico de la ley de potencias:nK =

= Esfuerzo de corte= Velocidad de corte

ndice de comportamiento de flujo, n

=

300

600log322.3

n

ndice de consistencia, K

nK 511*510300=

Nmero de Reynolds crtico, NReCLa frontera entre la zona de transicin y elflujo turbulento se calcula como sigue:

nN C *13704270Re =

Flujo en la tubera y en el espacio anular.

El procedimiento para determinar el gasto mnimode desplazamiento para alcanzar el flujo turbulentoes el siguiente:

1. Determinar el ndice de comportamiento deflujo y el ndice de consistencia.

2. Obtener el nmero de Reynolds crtico.3. Calcular el gasto mnimo de bombeo para

alcanzar flujo turbulento.

Gasto mnimo para flujo turbulento

Para flujo en tubera

'2

1

2min 522.15

96'Re

05828.0

nn

ITRC

ITRD

KN

DQ

=

Para flujo en el espacio anular se utiliza el conceptode dimetro equivalente para aproximar laconfiguracin anular a la de una tubera equivalente

ETRAGE DDD =

'2

1

2min 522.15

96'Re

05828.0

nn

EC

E

DKN

DQ

=

3.-Guía 3 para el Diseño de Cementaciones Primarias

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