4. Unidad IV - Tapones de Cemento

TAPONES DE CEMENTO Docente: Ing. Julio Montecinos

TAPONES DE CEMENTO Descripción 

Es la técnica balanceada de colocación de un volumen relativamente pequeño de cemento a través de una tubería de perforación, de producción, o con auxilio de herramientas especiales, en una zona determinada, en agujero descubierto o tubería de revestimiento.

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Su finalidad es proveer un sello contra el flujo vertical de los fluidos o proporcionar una plataforma plataforma o soporte para para el desvío desvío de la trayectoria del pozo.

TAPONES DE CEMENTO Objetivos Los tapones colocados dentro de agujeros entubados se utilizan para: •

Abandonar intervalos depresionados

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Proteger temporalmente el pozo

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Establecer un sello y abandonar el pozo

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Proveer un punto de desvío en ventanas.

TAPONES DE CEMENTO Objetivos Los tapones en agujero descubierto se colocan para: •

 Abandonar la parte inferior del pozo

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Aislar una zona para prueba de formaciones

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Abandonar capas de formación indeseables

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Sellar zonas de pérdida de circulación

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Iniciar perforación direccional (ej. desviación por pescado).

TAPONES DE CEMENTO Los datos necesarios para el diseño de un tapón por circulación son los siguientes: • •

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Geometría del agujero abierto Diámetro de la barrena Registro de calibración del agujero Porcentaje de exceso considerado Profundidad Datos del agujero Presión de poro Presión de fractura Litología Zonas de flujo o pérdidas Temperatura de fondo estática Temperatura de fondo circulante Zonas problema Pérdida de circulación Deslavadas Flujo de agua Alta presión de gas Datos de la tubería de revestimiento

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Diámetro Peso Profundidad Tubería anterior Datos de desviación Profundidad vertical real Profundidad medida Puntos de desvió Orientación Fluidos Tipo de lodo Densidad Reología

TIPOS DE TAPÓN Tapón de desvío •

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Durante las operaciones de perforación direccional puede ser difícil alcanzar el ángulo y dirección correctos cuando se perfora a través de una formación suave. Es común colocar un tapón de desvió en la zona para alcanzar el objetivo y curso deseado. Además, cuando una operación de pesca no se puede llevar a cabo por motivos económicos, la única solución disponible para alcanzar el objetivo del pozo es el desvió por arriba del pez.

TIPOS DE TAPÓN Tapón de Abandono •

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Cuando se requiere abandonar un pozo y prevenir la comunicación entre zonas y la migración de fluidos que pueden contaminar los mantos acuíferos, se colocan varios tapones de cemento a diferentes profundidades. Los pozos depresionados abandonan con cemento.

productores también se tapones de

En muchos países, el gobierno regula el abandono de los pozos petroleros con procedimientos específicos.

TIPOS DE TAPÓN Tapón de Abandono •

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Los tapones de abandono de pozos se colocan generalmente frente a zonas potenciales de alta presión. Se pone un tapón en la zapata de la tubería de revestimiento anterior (algunas veces con algún tapón puente mecánico) y se colocan todos los necesarios hasta la superficie.

TIPOS DE TAPÓN Tapones para Pérdida de circulación •

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La pérdida de fluido de perforación puede ser detenida si se coloca correctamente un tapón de cemento frente a la zona de pérdida. Aunque la lechada se puede perder, también puede endurecer y consolidar la formación. Un tapón de cemento también se puede colocar encima de una zona para prevenir su fractura debido a presiones hidrostáticas que pueden desarrollarse durante la cementación de una tubería de revestimiento

TIPOS DE TAPÓN Tapones para prueba de formación •

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Cuando se programa una prueba de formación, y bajo el intervalo por probar existe una formación suave o débil, o que pueda aportar a la prueba fluidos indeseables, se colocan tapones de cemento para aislar la formación por probar, siempre y cuando sea impráctico o imposible colocar un ancla de pared. Esto permite evitar el fracturamiento de la zona débil.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN •

Existen comúnmente tres técnicas para colocar tapones de cemento: •

Tapones Balanceados

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Dump bailer

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Método de los dos tapones (Plug Catcher)

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Tapón balanceado •

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El método más común de colocación de un tapón es la Técnica de Tapón Balanceado. Este método consiste en colocar un tapón sin escurrimientos de fluidos por dentro y por detrás de la tubería de perforación. El proceso se desarrolla de la siguiente manera: 1) Se introduce tubería de perforación y/o producción con difusor de flujo en el agujero a la profundidad deseada. 2) En algunos casos se utilizan tuberías de aluminio o fibra de vidrio y se dejan dentro del cemento formando parte del tapón. 3) Cuando se termina el desplazamiento del cemento, se desconecta la tubería de aluminio dejándola como parte integral del tapón de cemento, y se levanta la tubería de trabajo.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Tapón balanceado 4)

Por delante y detrás de la lechada se debe bombear un volumen apropiado de espaciador (agua, diesel, lavador químico y espaciador densificado), con el propósito de evitar la contaminación de la lechada de cemento con el lodo y balancear el tapón.

5)

Los volúmenes de lavador y espaciador son tales que sus alturas en el anular y dentro de la tubería son las mismas.

6)

Se completa el desplazamiento con lodo de control hasta la profundidad de la cima calculada del tapón.

7)

Es práctica común para el bombeo de 1 o 2 barriles antes de completar el volumen total de desplazamiento.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Tapón balanceado 8)

Esto se hace con el propósito de dejar el nivel del cemento dentro de la tubería un poco arriba del nivel del cemento en el anular, debido a que aumenta la posibilidad de que el cemento que cae de la tubería lo haga a la misma velocidad en ambos lados y propicie así que se balancee el tapón.

9)

Además esto ayuda a evitar que el cemento permanezca dentro de la tubería al momento de la extracción de ésta y se contamine con el fluido de control.

10) Una vez que el tapón ha sido balanceado, se levanta la tubería a una velocidad lenta, entre 3 y 5 min por lingada (tres tubos acoplados ) a cierta altura por encima de la cima del tapón y se circula en inverso desalojando el sobrante de la lechada, si esto fue programado de esta manera.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Tapón balanceado 11) Si no fuera así, entonces se levanta lentamente a la velocidad antes indicada, hasta alejarse lo necesario de la cima del frente lavador y se cierra el pozo el tiempo estimado para desarrollar su esfuerzo compresivo; al término de éste, se procede a sacar toda la tubería utilizada y se introduce la barrena seleccionada para afinar el tapón. 12) De esta manera se evita el movimiento de fluidos que pudieran producir la contaminación del cemento con el fluido de control del pozo.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Tapón balanceado

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Dump Bailer •

Los Dump Bailers son utilizados para la colocación de pequeñas cantidades de cemento encima de tapones puente o retenedores de cemento para proporcionar sellos a las presiones más fuertes y durables.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Dump Bailer Ventajas: •

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Fácil control de la Profundidad del tapón de cemento. Costo relativamente bajo.

Desventajas: •

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No es adecuado en caso de tapones profundos. Cantidad de cemento limitada al volumen del dump bailer.

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Método de los dos Tapones

TÉCNICAS DE COLOCACIÓN Método de los dos Tapones Ventajas de este método: •

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Aislamiento por delante y por detrás del cemento. La tubería es limpiada hasta el fondo del la tubería de cola. Tubería de cola (Tail pipe) frangible (puede abandonarse si se atora).

CONSIDERACIONES DE DISEÑO •

Por qué se está colocando un tapón de cemento?

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A qué profundidad se está colocando el tapón?

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A través de que tipo de formaciones será colocado el tapón?

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A qué densidad debería ser mezclada la lechada?

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Cuál es la temperatura de fondo de pozo BHT?

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Qué volumen debería ser bombeado?

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Cuál es el tiempo de espesamiento requerido (TT) ?

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Cómo asegurar que el cemento no se contaminara con lodo?

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Son necesarias la centralización y rotación de la cañería?

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Tiempo de espera de cemento?

DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO •

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El diseño de la lechada de cemento para los tapones por circulación, y sus propiedades, dependen de la aplicación del tapón, así como de la densidad requerida. Generalmente se utilizan volúmenes pequeños de lechada y se deben mezclar en volumen siempre que sea posible. Es muy importante considerar que el diseño de la lechada reviste más del 50% del éxito del tapón.

DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO Propiedades de la lechada •

Densidad – Liviana para perdidas de circulación

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Densidad – Alta para Desviar

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Densidad – Homogénea - Mezcla por tandas

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Reologia – Alta para Pérdidas de Circulación

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Reologia – Baja cuando usamos Coiled Tubing

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Resistencia a la Compresion – Mas Alta para Desviacion

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Resistencia a la Compresion –  Menos Importante para Perdidas de Circulacion Resistencia a la Compresion – Minimo 500 psi Tiempo de Espesamiento –  Entre 1.5 y 2 horas para colocacion

DISEÑO DE LA LECHADA DE CEMENTO Tiempo de Frague y Resistencia a la Compresión

FALLAS EN TAPONES DE CEMENTO Razones de fallas en Tapones de Cemento •

Fraguado insuficiente (Desviaciones).

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Aislamiento pobre (Obturación, abandono).

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Profundidad incorrecta (todos los tapones).

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Fuera de emplazamiento por hundimiento hacia el fondo (todos los tapones). Fuera de emplazamiento por zona de pérdida (pérdida de circulación).

FALLAS EN TAPONES DE CEMENTO Causas Comunes de fallas en los Tapones •

Lechada no diseñada para suficiente resist. a la compresión.

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Insuficiente tiempo de espera del cemento (WOC).

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Temperatura Estática de Fondo de Pozo imprecisa (BHST).

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Contaminación del Cemento durante el emplazamiento del cemento o el retiro de tubería. Lechada no diseñada específicamente para el problema (pérdida de circulación). Volumen de cemento insuficiente. Diferencia de densidad entre lechada y fluido del pozo, demasiado alta, provocando el hundimiento del tapón.