Capitulo 8 Cementación forzada
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La Cementación Forzada se puede definir como la colocación de una lechada de cemento en un juego de perforaciones, rotura de casing o canales detrás del casing, bajo suficiente presión diferencial para colocarla antes de fraguar. La inyección se puede efectuar bajo o sobre la presión de fractura de la zona dependiendo del tipo de trabajo y el caudal de inyección. La cementación forzada se aplica generalmente en los siguientes casos:
REPARACIÓNES REPARACIÓNES DE CEMENTACIONES CEMENTACIONES PRIMARIAS La falla de una cementación primaria puede generar una canalización, canalización, bajo tope de cemento o una pobre adherencia del cemento con la formación o con la tubería.
La Cementación Forzada se puede definir como la colocación de una lechada de cemento en un juego de perforaciones, rotura de casing o canales detrás del casing, bajo suficiente presión diferencial para colocarla antes de fraguar. La inyección se puede efectuar bajo o sobre la presión de fractura de la zona dependiendo del tipo de trabajo y el caudal de inyección. La cementación forzada se aplica generalmente en los siguientes casos:
REPARACIÓNES REPARACIÓNES DE CEMENTACIONES CEMENTACIONES PRIMARIAS La falla de una cementación primaria puede generar una canalización, canalización, bajo tope de cemento o una pobre adherencia del cemento con la formación o con la tubería.
Insuficiente remoción del lodo - Canalización del lodo - Micro anulares - Contaminación del cemento Mal diseño de la cementación - Sedimentación o agua libre (exceso de agua) - Deshidratación prematura (pobre control de filtrado) - Largo periodo de bombeabilidad (Pobre esfuerzo compresivo). - Migración de gas, etc. Perdidas de circulación durante la cementación primaria. Corte de agua – gas.
Forzamiento en zonas no productivas o zonas de baja presión de fondo.
Fallas del casing o liner debido a la corrosión o partes que han sido sometidas a torsión.
En zonas depletadas o de baja presión
Una cementación forzada es básicamente un proceso de filtración donde la lechada es inyectada dentro de la zona y sujeta a una presión diferencial a través de un medio poroso (la formación). La lechada pierde parte del filtrado, deshidratándose y formando una retorta. La velocidad de la formación de la retorta depende de los siguientes factores: - Permeabilidad de la formación - Presión diferencial. - Tiempo de circulación -Control de filtrado.
El filtrado de la lechada de cemento puede causar serios problemas si no es conscientemente manejado. Lechadas de cemento puro con un control de filtrado de > 800 ml/30 min., pueden conducir al completo taponamiento del casing evitando que las perforaciones por debajo de este taponamiento sean cementadas. Las lechadas con control de filtrado de alrededor de 150 ml/30 min., pueden conducir a formar grandes nodos en el casing evitando más inyección de lechada en la tubería.
Un control de filtrado con valores de alrededor de 50 ml /30 min., puede resultar en la formación de pequeños nodos en el casing al final del trabajo de forzamiento. En este caso la mayor parte de la lechada es inyectada dentro de la perforaciones y la formación. Un control de filtrado con valores de 15 ml/30 min. Es demasiado bajo e inaceptable. Esto provocara una construcción inadecuada de la retorta, resultando en altos volúmenes de lechada inyectada a la formación dejando las perforaciones expuestas. Se requerirá un agente de control de filtrado, FLAC, para alcanzar el valor deseado en el diseño de la lechada.
Limpieza de punzadosEl primer paso para lograr una colocación correcta, una buena adherencia del cemento a la formación, del cemento a la cañería existente, es asegurarse que los punzados estén destapados y limpios. Si un pozo fue punzado en lodo o si los punzados estuvieron en algún momento en contacto con el lodo, podría quedar restos de la torta o de lodo mismo con contaminación o taparían los punzados. En pozos viejos el taponado de los punzado pudieran ser causados por superposición de escamas, la deposición de productos corrosivos causados por agua de la formación o por depósitos de parafina Hay varias maneras de limpiar, punzados, por ejemplo mediante una remoción repentina de la presión hidrostática en el pozo o por un chorro a presión abrasivo. Pero el mejor método es mediante la acidificación matricial. Una formula ácido-surfactante disolverá o dispersara la mayoría de sólidos y lodos
.Antes de que pueda hacerse cualquier intento de cementación forzada , debe hacerse una prueba de inyección, a fin de comprobar que la inyección dentro los punzados pueda efectuarse sin fracturar la formación. Es importante que cualquier fluido, inyectado hacia dentro de una formación productora no cause daño. El fluido que se filtra fuera de la lechada de cemento puede causar daño a la formación. Desafortunadamente, no es posible agregarle nada a la lechada de cemento para prevenir el daño, pero la adición de sal podría ayudar a prevenir. Las lechadas de cemento son sistemas de sólidos suspendidos. Los estabilizadores de arcillas trabajan mediante la floculación o causando que las partículas de arcillas se peguen entre si, por lo tanto la adición de estabilizadores de arcilla a las lechadas de cemento, flocularan, se gelificaran o de cualquier forma dañaran la lechada. Los filtrados de los cementos saturados de sal directamente no causaran daño, sin embargo si el agua fresca o una sal muera de baja salinidad se da,
Deseamos probar que el agua si puede ser inyectada dentro de la formación a una presión menor a la presión de fracturamiento. Los resultados de la prueba de inyección, nos proporcionaran una orientación sobre la permeabilidad de la formación, y taponado del punzado, la calidad del cemento primario y las fracturas naturales de la roca de la formación. Son muy importantes en la practica, las pruebas de inyección antes de efectuar la cementación forzada, existe una formula aproximada y empírica para calcular el numero de sacos de cemento, utilizada por las empresas de servicios y es la siguiente: No se sacos = 112000 x Qi / Pi Qi = B.P.M. caudal de inyección inicial Pi = Presión de inyección
Se tiene ¼ BPM, con una presión de inyección de 700 PSI para el campo la peña pozo LPÑ-52 No de sacos = 112.000 x Qi / Pi = 112.000 x 0,25 / 700 = 40 bolsas En general se basa en los datos que da la experiencia para cada campo, una cantidad abultada no es recomendable, porque puede quedar la tubería llena de cemento fraguado.
Generalidades La cementación a presión es el tipo mas común de cementación correctiva. El proceso involucra la aplicación de fuerzas hidráulicas para forzar la lechada de cemento dentro de la formación, ya sea a pozo abierto o a través de punzados en la cañería. Los casos mas comunes de aplicación son:
petrolífera puede ser aislada de Alta relación gas – petróleo Cuando una zona petrolífera otra zona adyacente gasífera, se puede mejorar la relación gas-petróleo ayudando así al incremento de producción de petróleo.
Excesiva agua: Las arenas acuíferas vecinas a la zona petrolífera pueden ser eliminadas mediante una cementación a presión . También la relación agua – petróleo puede modificarse dentro una misma formación arenosa mediante la aplicación de este método correctivo. Reparación de perdidas en cañerías de entubación: Estas perdidas pueden ser reparadas a través de las mismas lechadas de cemento. Zonas de perdidas Zonas de baja presión que admiten petróleo, gas, o fluido de inyección pueden ser cerrados forzando lechada de cemento. Canalizaciones.-Canalizaciones o anillos deficientes detrás de la cañería de revestimiento también pueden ser reparadas mediante las cementaciones a presión
Anillo aislador o cementación a presión para producción : Se puede dar una protección a la migración de fluidos dentro de una zona productiva, punzando debajo de las zonas y cementando a presión. Abandono de zonas productivas o depletadas : Se emplea esta técnica para sellar punzados de zonas improductivas o depletadas.
Los trabajos de cementación forzada se pueden clasificar bajo tres principales categorías: Por colocación, por tipo de bombeo y por manera de aplicación. La técnica de colocación se refiere a como la lechada es colocada en la zona de interés. Esto puede hacerse a alta o baja presión. La técnica de bombeo se refiere refiere a la la forma forma de cómo cómo la presión final final de forzamiento es obtenida. Esto se se puede hacer de manera continua continua o intermitente intermitente (Hesitación).
La manera de aplicación se refiere a como la presión de forzamiento es aplicada. Esto se puede lograr usando los BOP o usando packer de fondo.
Es básicamente la inyección de lechada de cemento en la zona de interés a una presión por debajo de la presión de fractura de la formación. Esta técnica es principalmente usada para llenar las cavidades de las perforaciones o canales interconectados. Es la técnica más usada. El volumen de la lechada usada es generalmente pequeño debido a que no es necesaria la inyección de la lechada dentro de la formación. Precauciones especiales deben tomarse para asegurar que la formación no sea fracturada. Para eso calculamos la columna máxima de lechada que la formación puede soportar de acuerdo a la
La técnica de forzamiento a alta presión es usada cuando no es posible inyectar lechada a presiones por debajo de la presión de fractura. Esto sucede principalmente en los casos de canales aislados detrás del casing, micro-anillos y perforaciones tapadas. La colocación del cemento es lograda por el rompimiento de la formación y la inyección de una lechada de cemento en la zona. Los volúmenes de lechada son generalmente altos debido a que las fracturas y perforaciones creadas tienen que ser llenadas con la lechada. Como precaución especial un lavador o un acido débil deben ser bombeados delante de la lechada para minimizar los caudales requeridos para iniciar la fractura. Altos caudales se necesitan para fracturas largas con impredecible orientación la
Un forzamiento continuo significa tener que mantener constante el bombeo del volumen de lechada calculado, hasta alcanzar la presión final de forzamiento. Si la presión final permanece constante el trabajo es terminado y se vuelve a correr otro trabajo hasta que la presión final es lograda. Esta técnica se puede usar para forzamiento de baja y alta presión, el problema es que hay que utilizar grandes volúmenes de lechada a ser bombeadas.
Forzamiento continuo
Forzamiento intermitente
La técnica de forzamiento intermitente, envuelve la aplicación intermitente de presión,a caudales de 0.25 – 0.5 bpm en periodos de 10-20 minutos, hasta que la presión final de forzamiento es obtenida. El filtrado generalmente es muy alto al inicio pero decrece conforme la retorta crece. Relativamente pequeños volúmenes de lechada son usados en hesitación comparado con la técnica de forzamiento continua.
El tiempo de la operación intermitente depende del tipo de formación. Puede ser en el rango de 5 minutos en formaciones apretadas a 30 minutos en formaciones blandas. Este tiempo deberá ser considerado para determinar el tiempo bombeable de la lechada a ser bombeada durante el trabajo. Puntos clave: -a- Agua de mezcla filtrada durante la hesitación. -b- No más filtrado. Lechada deshidratada. -c- Descarga de presión. -d- Presión final es aplicada.
La técnica de forzamiento a pozo cerrado, algunas veces nombrada “Forzamiento del muchacho pobre”, no usa ninguna herramienta de fondo para aislar. Esto significa que todo el casing y la cabeza del pozo estarán expuestas a la presión final de forzamiento. Este sistema no es recomendable para trabajos donde existan casing viejos. Cuando hay perforaciones por debajo de la zona, puede ser necesario correr un tapón puente, para aislarla de la zona tratada. Esta técnica es aplicable en pozos poco profundos y en roturas largas de casing.
Un procedimiento típico del trabajo es como sigue:
Forzamiento a pozo cerrado
- Correr un drill pipe o tubing a la base de la zona. - Efectuar una prueba de admisión. - Abrir los RAM de los BOP. Bombear agua delante y detrás de la lechada. - Levantar el tubing por encima de la lechada del tapón balanceado. - Cerrar los RAM de los BOP. -Sacar exceso de cemento en reversa. - WOC (Esperar tiempo
La técnica de forzamiento con herramientas, implica el uso de cualquier tipo de herramientas de fondo de pozo recuperables o molibles. Existen dos tipos de herramientas:
Empacador recuperable - Empacador Hurricane - RBP
Retenedor de cemento
Ejemplos de herramientas recuperables pueden ser el empacador positrieve, el empacador Hurricane, herramientas cortas de forzamiento, tapón puente recuperable (RBP). Estas herramientas se pueden recuperar después del trabajo, revestirlas y reusarlas en otro trabajo. Un tubo de cola (tile pipe) se puede correr por debajo de los empacadores para facilitar el mejor desplazamiento de la lechada a través de la zona. Ejemplos de herramientas molibles o perforable son el retenedor de cemento y
Tapón puente de Baker modelo K-1. Estas herramientas pueden correrse solamente una vez y son molidas para sacarlas después que el cemento ha fraguado. Es tas herramientas generalmente se corren con tubería de perforación, tubería de producción o con cable Esta técnica envuelve el uso de un empacador recuperable (Positrieve, Hurricane, Herramienta corta de forzamiento, etc.), para aislar la parte superior del casing y la cabeza del pozo, de la presión de forzamiento.
Este método se prefiere cuando la integridad del casing esta en duda (en pozos viejos) y solamente cuando es necesario colocar la lechada a través de un intervalo largo, casing rotos o liner con perforaciones por debajo de la zona de tratamiento. El tubo de cola es usado para asegurarse de tener una buena colocación de la lechada a través de la zona y también es indispensable colocar un tapón puente en un liner, cuando se efectúa el forzamiento al colgador del liner o perforaciones o roturas en casing previos.
Empacador con tubería de cola
Aislar cualquier perforación abierta por debajo de la zona de interes. Correr por debajo con el empacador recuperable y la punta de la tubería de cola (EOT) a la base de la zona. Anclar empacador y realizar prueba de resistencia.
Desanclar empacador. Colocar un tapón balanceado a través de la zona. Levantar el empacador, con el extremo (EOT) por encima de la cima del cemento (TOC). Anclar el empacador. Inyectar la lechada dentro de la zona a la presión final de forzamiento, dejando 1 barril de lechada en el casing por encima del tope de la zona. Desanclar empacador. Sacar en inversa el exceso de cemento. Reanclar el empacador y reaplicar la presión final de forzamiento.
Empacador sin tubería de cola
Esta técnica, otras veces llamada forzamiento suicida, envuelve el bombeo continuo y la inyección de la lechada dentro de la formación. Un empacador recuperable (sin tubería de cola) se usa para aislar el casing y la cabeza del pozo. Las ventajas de esta técnica son similares a la de usar un empacador con tubería de cola, pero el principal problema es la posibilidad
de cementar el empacador en el agujero debido al efecto U-tubing y la posibilidad de un fraguado flash de la lechada. método es usado generalmente en Este intervalos cortos y roturas de tubería. No es recomendable usarlo para forzar en canales detrás del casing debido a la posibilidad de comunicación entre las zonas o canales. Una técnica de forzamiento continuo es recomendada cuando se forza con empacador sin tubería de cola.
- Aislar cualquier perforación abierta por debajo de la zona de interés. - Correr abajo con el empacador a la profundidad de asentamiento. - Anclar el empacador. - Realizar prueba de admisión. - Abrir el bypass del empacador. - Bombear agua delante y detrás de la lechada. -Desplazar hasta que la lechada este a un barril de altura del final del tubing. - Cerrar el bypass del empacador. - Inyectar la lechada en la zona, hesitarla si es necesario (si no incrementa la presión) hasta la presión final de forzamiento. (Continua sig.pag.)
- Abrir el bypass del empacador. - Circular en inversa para limpiar el tubing y el empacador (1.5 veces el volumen del tubing.)
La técnica de forzamiento con retenedor de cemento es similar al método usando empacador sin tubería de cola. Esta, sin embargo, utiliza una herramienta aisladora movible, el retenedor de cemento en vez del empacador recuperable. Esta técnica es principalmente usada cuando es difícil o inseguro para mantener la presión final, especialmente en perdidas de circulación y cuando altas presiones diferenciales pueden perturbar la retorta. El retenedor de cemento se puede anclar muy cerca de la zona, por cable o métodos mecánicos, esto disminuye el riesgo de contaminación del cemento.
La presión de forzamiento, es atrapada por debajo de la herramienta por medio de una válvula de control en el retenedor de cemento. El tubing, casing y cabeza de pozo, sin embargo están protegidos de la presión de forzamiento aplicada.
- Aislar cualquier zona perforada por debajo de la zona de interés. Correr abajo con el retenedor de cemento a la profundidad de asentamiento. - Anclar el retenedor de cemento. - Enchufar el stinger en el retenedor y efectuar pruebas de admisión. Desenchufar el stinger del retenedor.
Bombear agua al frente y detrás de la lechada. - Desplazar hasta estar 1 bbl. de altura del final
Retenedor de cemento
Enchufar el stinger en el retenedor. Inyectar la lechada dentro de la zona, hesitando si es necesario (si la presión no incrementa) hasta la presión final de forzamiento. Desenchufar el stinger del retenedor.
La técnica es usada para forzar en zonas depletadas o zonas de agua/gas en un pozo productor sin usar equipo de reparación o herramientas recuperables. Esto implica colocar la lechada de cemento a través de la zona de interés usando la tubería flexible, levantando arriba de la cima de cemento (TOC) y aplicando la presión de forzamiento. La lechada dejada en el pozo es contaminada y circulada en reversa para afuera antes de cumplirse el tiempo bombeable. El diseño de la lechada es muy critico para el éxito de trabajo los tiempos de operación son largos, experimentando altos esfuerzos de corte y un subsecuente acortamiento del tiempo de fraguado.
Correr con tubería flexible hasta la base de la zona. Colocar una píldora viscosa de gel o de lodo pesado por debajo de la zona. Colocar la lechada de cemento levantando el CT lentamente. Cerrar los RAMS y aplicar la presión de forzamiento. Liberar la presión y cerrar los RAMS. Circular contaminante (Bórax o espaciador mud push) al fondo de la zona. Circular en inversa para afuera toda la lechada contaminada y la píldora. Circular hasta limpiar el tubing y el pozo.
- Condiciones del pozo. - Propiedades de la lechada.
Desplazamiento de la lechada. - Presión de superficie - Equipo.
- Presión final de forzamiento. - Prueba de presión. - Prueba de influjo.
Un trabajo de forzamiento exitoso abarca el correcto diseño de la lechada de cemento dependiendo de las condiciones de pozo. Algunas propiedades criticas de la lechada incluyen: Control de filtrado, baja viscosidad, baja agua libre, tiempo bombeable controlado y densidad de la lechada.
La elección de la técnica de colocación depende de las condiciones del pozo. Un intervalo largo podría requerir un empacador con tubo de cola, tanto como un forzamiento a pozo cerrado podría ser usado para una rotura poco profunda. Cuando las perdidas son esperadas u cuando existe una comunicación entre zonas es preferible usar un retenedor de cemento, si es posible. Los volúmenes de lechada dependen del tipo de forzamiento (alta vs. Baja presión) y la longitud del intervalo. Es también muy importante monitorear de cerca la presión de superficie cuando se esta efectuando una cementación forzada de baja
El efecto U-tubing debe ser controlado especialmente cuando se forza con empacadores. Esto es para asegurarse que la lechada es inyectada dentro de los punzados y no arriba del empacador. La lechada de cemento por arriba de la herramienta podría atraparla y atorarse en el agujero. El equipo usado es el convencional en las operaciones de cementación incluyendo los mezcladores de baches. Este proporciona una lechada homogénea con propiedades consistentes. Las herramientas de aislamiento son usadas dependiendo de el tipo de trabajo y un manifol de forzamiento se usa en la superficie para tener centralizado el control de trabajo.
La evaluación de un trabajo de forzamiento se puede realizar con las técnicas siguientes: a) Obtener la presión final de forzamiento. b) Obtener una prueba de presión positiva después del tiempo de fraguado. c) Prueba de influjo creando una presión diferencial negativa por succión del pozo o desplazándolo por un fluido más ligero. d) CBL o registro de temperaturas.
Los cálculos de forzamiento envuelven los mismos pasos básicos de aplicación que usamos para la cementación primaria. Para trabajos de forzamiento a baja presión , es importante monitorear la máxima presión disponible de forzamiento (MASP). Esto se calcula en diferentes etapas del trabajo. En adición a esto, la lechada y los volúmenes de desplazamiento tienen que ser calculados para evitar un sobre-desplazamiento de la lechada dentro de las perforaciones. Las presiones de estallamiento y de colapso de los tubulares son también calculados para evitar dañar
La presión de forzamiento es definida como la presión ejercida sobre la zona durante el trabajo de forzamiento. Esta no deberá exceder la presión de fractura para los forzamientos de baja presión. = Pres. Superficie +Pres. hidros. P frac.= Grad. Fractura (psi/ft) X prof. Al tope perf. (ft). La presión inicial de forzamiento se refiere a la presión al fondo del pozo BHP a la que se inicia el trabajo de forzamiento y la presión final de forzamiento es la BHP al final del
- presión de forzamiento < presión fractura - presión de forzamiento >presión de formación -presión final de forzamiento – alta para formaciones apretadas y baja para formaciones suaves - presión final de forz. ~ BHP inicial + 500 psi
Esquema para explicar como la presión, se
Las presiones de estallamiento y colapso de los tubings y casings deben ser verificadas, durante el diseño de un trabajo de forzamiento. Guía recomendable: BHP anular arriba empacador< presión estallamiento interna casing. (Presión de forzamiento - BHP anular arriba del casing)< Presión colapso casing. (Presión de forzamiento – presión anular)< estallamiento del casing o presión de colapso
Volumen de la lechada de cemento y del agua enfrente y detrás. Nº de bolsas, agua de mezcla y aditivos. Altura del tapón con y sin el drill pipe o tubing. Volumen de desplazamiento para balancear el tapón. Volumen máximo de salmuera acumulada. Presión hidrostática al iniciar y finalizar el forzamiento. Presión máxima permitida en superficie (MASP). Tabla de presión de superficie contra volumen. Presión de estallamiento y colapso del casing o tubing.
Altura del tapón,
(ft) =
Volumen de lechada (ft³)
= Capacidad del tubing (ft³/ft)
= Capacidad anular (ft³/ft)
Volumen de desplazamiento para balancear el tapón
-
-
entre tope perf. Y la cima cemento - 1 bbl.
Diagrama pozo
Volumen lechada = 15 bbl. Densidad lechada = 15.8 ppg. Densidad de la salmuera = 9 ppg. N80 para presión de colapso y estallamiento Vol. Agua delante 10 bbl.
Se quiere realizar un forzamiento a pozo cerrado para abandonar algunas perforaciones en el pozo. Los datos del pozo y fluido estan en el grafico anterior. Efectuamos los cálculos necesarios para el trabajo: Datos del tubing y casing
SOLUCIÓN PROBLEMA # 1 (CONT.)
Solución problema # 1 (Cont.)
Solución problema # 1 (Cont.) Calculamos la presión hidrostática principio y final del forzamiento
al
Solución problema # 1 (Cont.) Presión hidrostática al final del forzamiento.
Solución problema # 1 (Cont.) Máxima presión permitida en superficie (MASP)
Solución problema # 1 (Cont.) Grafica presión de superficie.
Solución problema # 1 (Cont.)
Presiones de estallamiento y colapso
Delta P = presión de forzamiento – presión anular -Pty = Presión de estallamiento del tubing. - Ptc = Presión de colapso del tubing. - Pcy = Presión de estallamiento del casing. - Pcc = Presión de colapso del casing. -
-
Para forzamientos a pozo cerrado: Presión de forzamiento = Presión anular
Solución problema # 1 (Cont.) Presión de colapso y estallamiento
Los cálculos usando un empacador sin tubería de cola, deben determinar lo siguiente: Volumen de lechada y agua de frente y atrás. Nº de sacos agua de mezcla y aditivos. Profundidad para asentar el packer y cuando cerrar el bypass del packer. Máximo volumen de desplazamiento. Desplazamiento, presión hidrostática y MASP en las siguientes etapas: - Lechada a 1 bbl antes del tubing (Inicio del forzamiento) - Lechada inicial saliendo del tubing - Toda le lechada fuera del tubing - Lechada 1 bbl arriba del TOP ( Fin del forzamiento)
Grafica de volumen vs. Presión de superficie Presiones de colapso y estallamiento.
Se debe cementar con cementación forzada una rotura de casing a 8.000 ft en un casing viejo. La rotura fue identificada corriendo un empacador positrieve y RBP en tamden. Datos: - Vol. Lechada = 250 ft³ - Peso salmuera = 9.5 ppg - Agua frente = 5 bbl. - Agua detrás = 5 bbl. - Grad. de Frac. = 0.8 lb/ft - N80 para presión de colapso y estallamiento.
Datos del casing y del tubing, de tablas:
Cálculos de lechada:
El empacador ha sido asentado a 7.500 ft. El bypass es cerrado cuando la lechada esta a un 1 bbl. de la punta del drill pipe Vol. Del tubing – Vol. Lechada – agua detrás – 1 bbl. =
(7.500 ft x 0.00735 bbl/ft) – 44.5 bbl – 5 bbl. – 1 bbl,=
=
Vol. Max. Salmuera acumulativo:
Vol. Salmuera para desplazar lechada a 1bbl encima rotura = Vol. del tbg. +(Vol. Csg. Entre empacador y rotura) – agua detrás – 1 bbl. = 55.1 bbl. +(0.0732 bbl/ft x 500 ft) – 5 bbl. – 1 bbl.
Cálculo de la presión hidrostática al inicio del forzamiento
Calculo presión cuando el cemento comienza a salir del tubing.
Presión cuando el cemento sale totalmente del tubing
Presión cuando toda el agua sale del tubing
Presión final de forzamiento
Máxima presión permitida en superficie
Grafica de presiones en superficie
Cálculo presiones de colapso y estallamiento
Los cálculos para el uso de un empacador con cola tienen la siguiente secuencia: -Volumen de la lechada y del agua de frente y atrás. Número de sacos, agua de mezcla y aditivos. Altura del tapón con/sin drill pipe o tubing. Longitud de la cola. Volumen desplazamiento para balancear el tapón. Profundidad del packer. Volumen máximo de salmuera acumulada. Presión hidrostática al principio y al final. Presión máxima permitida de superficie (MASP). Grafica presión superficie vs. Volumen. Presión interna y de colapso del tubing.
Diagrama pozo
Datos: 100 bolsas de cemento clase G. Densidad de la lechada 15.8 ppg. Densidad de la salmuera 9.5 ppg. Gradiente de fractura 0.863 psi/ft. Agua adelante 10 bbl.
Datos del tubing y casing:
Presión hidrostática al inicio del forzamiento:
Presión hidrostática al final del forzamiento:
Presión máxima permitida en superficie (MASP)
Gráfica de presiones en superficie:
Presión interna y de colapso
Cálculos para el retenedor de cemento:
Similar al empacador sin cola
No hay bypass
Debe determinar cuando picar dentro del retenedor de cemento.
Caso típico de una cementación a presión para sellar una capa gasífera donde no debe fracturarse la misma:
Siendo G : gradiente de ruptura ( valor adoptado o experimental )
Profundidad = 1.800 m. Tubería = 2 7/8 ( 2 ½ nominal ) Volumen de lechada = 3,5 m 3 Densidad de lechada = 1,755 gr/c.c. Densidad de agua para desplazamiento = 1,00 gr./c.c.
Hc = 3.500 lts/ 3,1 lts/m = 1.129 m.
Ha = 1800 m - 1129 m
= 671 m.
Phi = 1,42 ( ( 1 x 671 ) + ( 1,755 x 1.129 ) )= 1,42 x 2.652 = 3.766 psi
Ph₂= 1,42x1 x 1.800
2.556 psi
Tomamos G = 0,75 psi/pie Y siendo 1.800 m = 1.800 x 3.281 = 5.906 pies
PRF = 0,75 psi/pie x 5.906 pies = 4.429 psi.
PRS₁ = 4.429 – 3.766 = 663 psi
Inicial
Por razones de seguridad tomaremos
Final PRS₂ = 4.429 – 2.566 = 1.866 psi
Por razones de seguridad tomaremos
400 psi
1.550 psi.
El primer paso para lograr una colocación correcta y una buena adherencia del cemento a la formación, al cemento existente y a la cañería, es asegurarse que los punzados estén destapados y limpios. Si el pozo fue punzado en lodo o si los punzados estuvieron en algún momento en contacto con el lodo, podría quedar restos de la retorta o de lodo mismo, que contaminarían o taponarían los punzados; en pozos viejos el taponado de los punzados pudieran ser causados por superposición de escamas, la deposición de productos corrosivos causados por el agua de la formación o por depósitos de parafina. Hay varias maneras de limpiar los punzados, el mejor método es mediante la acidificación matricial. Una formula acidosurfactante disolverá o dispersara la mayoría de sólidos y
Antes de que se pueda hacer cualquier intento de llenar los punzados con cemento, una prueba de inyectividad debe hacerse a fin de comprobar que la inyección dentro de los punzados puedan efectuarse sin fracturar la formación. Es importante que cualquier fluido inyectado hacia dentro de una formación productora no cause daño. Se puede causar daño de formación de tres maneras principales: Sólidos con un tamaño mayor a la mitad de un poro promedio pueden seriamente bloquear la permeabilidad de la formación. Cualquier inyección de agua debe por lo tanto estar libre de sólidos dañinos.
b.- Mediante la inyección de agua, que no encaje con el agua congénita
en cuanto a la salinidad se refiere, se causara un daño severo a la formación. Esta sensibilidad del agua es causada por la separación y movimiento de las partículas de arcillas. En agua congénita, las partículas son estables y se pegan entre si. La introducción de agua extraña causara hinchazón de las partículas o estas emigraran bloqueando así la permeabilidad de la formación.
c.- Los fluidos que se inyectan a la formación no deben formar emulsiones estables con el petróleo depositado. Las emulsiones pueden bloquear seriamente la formación. Además la humectabilidad de la formación debe ser considerada cuando se diseña un trabajo. Deben efectuarse pruebas de compatibilidad entre: fluidos de limpieza de el punzado ( o sea acido ) –
Lechadas de cemento- fluidos de reacondicionamiento de pozos y fluidos de inyección. Por ejemplo agua salada mezclada con cemento la cual acelerara el tiempo de fraguado El fluido que se filtra fuera de la lechada de cemento puede causar daño a la formación. Desafortunadamente, no es posible agregarle a la lechada de cemento aditivos para prevenir el daño, pero la adición de sal podría ayudar aprevenir este. Las lechadas de cemento son sistemas de sólidos suspendidos. Los estabilizadores de arcillas trabajan mediante la floculación o causando que las partículas de arcillas se peguen entre si. Por lo tanto la añadidura de estabilizadores de arcillas a las lechadas de cemento flocularan, se gelificaran o de cualquier forma dañaran la lechada. Los filtrados de los cementos saturados de sal directamente no causaran daño, sin embargo si el agua fresca o una sal muera de baja salinidad se da, entonces podría resultar en daño.
Deseamos probar que el agua si puede ser inyectado dentro de la formación a una presión menor a la presión de fracturamiento. Los resultados de la prueba de inyectividad, nos proporcionaran una sobre la permeabilidad de la formación , taponado del punzado, la calidad del cemento primario y las fracturas naturales de la roca de formación. El cemento consiste de partículas que tienen una escala en el orden de 10-100 micrones en diámetro. Los diámetro de los poros de la formación son menores que estos. El diámetro máximo de los poros siendo alrededor de 2 micrones para una formación altamente permeable ( 500 md ). Podemos observar por lo tanto, que es imposible para las partículas de cemento penetrar a la formación
Sin embargo, el agua de mezcla penetrara a los poros de formación, como así mismo cualquier partícula muy pequeña de cemento y cualquier resto de cemento que haya reaccionado y se haya disuelto, sin embargo, estas constituyen una proporción baja e insignificante del volumen total Esto nos permite bombear lechada dentro de los canales ciegos tales como los punzados. El agua de mezcla (filtrados) entraran a los poros de la formación y las partículas de cemento quedaran en las caras de la formación como una torta de cemento.
El volumen de la lechada debería llenar completamente la cañería
a través del intervalo punzado y un exceso de 0,1 pies cúbicos ( 0,018 bbl) por cada punzado debería permitirse para llenar cada cavidad en el punzado con la torta de cemento. Lechada adicional será necesario para llenar las fracturas naturales de la formación y las grietas y canales en el cemento original causados por una remoción incompleta de lodo, daño por el cañoneo durante el punzado o degradación térmica por ejemplo; es imposible calcular esta lechada adicional pero, por la experiencia de una zona en particular, un estimado puede ser obtenido. El volumen de lechada requerido podría ser pequeño y a menos de que este disponible un equipo de mezcla, será muy difícil mezclar una cantidad tan pequeña.
El volumen de la lechada será frecuentemente el mínimo de lo que prácticamente pueda ser mezclado aproximadamente 50 sacos. Bajo ninguna circunstancia debe el volumen de la lechada exceder la capacidad del tubo corrido y no debería ser tan grande que la columna pueda ser circulado en reversa. Algunas veces se recomienda utilizar una perdida de fluidos baja para una mas alta permeabilidad de formación y una mayor perdida de fluido para una permeabilidad de formación menor. Sin embargo el efecto de los parámetros de formación es rápidamente sobre compensada por el efecto de las torta de cemento
Nuestro objetivo es una colocación efectiva de la torta de cemento, no es una presión final alta. La presión final de forzamiento es relativamente de poca importancia, las presiones mas altas de lo necesario, no le agregan una mayor efectividad al trabajo, solo aumenta el riesgo de fracturamiento de la formación. Es de suma importancia que no se exceda la presión de la fractura de formación. Las presiones excesivas causaran que la formación se fracture y acepte cemento hasta el punto de que aumenten las presiones de fricción del cemento fluyente causándose así un fracturamiento adicional. Cantidades muy grandes de lechada serán bombeadas dentro de las fracturas y será difícil sellarlas. La torta de cemento, con lechada de baja perdida de fluido tiene capacidad hasta un cierto punto, de aislar la formación de las
Es por esto que es posible a veces exceder las presiones de fractura mientras se ejecuta un forzamiento con lechada de baja perdida de fluido. En esto sin embargo no se debe confiar ya que la presión final debería ser de por lo menos 500 PSI menos que la presión de fractura de la formación. Los gradientes de fracturación varían considerablemente entre campos, pero si el actual valor se desconoce, 0,75 psi/pie debe utilizarse. Las presiones hidrostáticas de los fluidos de reacondicionamiento deben considerarse cuidadosamente. Una columna llena de lechada de 15,5 lbr/galon fracturara una formación que tenga una presión de fractura de 0,8 psi/pie sin presión de superficie adicional. Si el exceso de cemento debe ser regresado hacia fuera, la presión de forzamiento deberá ser de 500 PSI mayor que la presión de circulación
Los tapones de cemento se utilizan para aislar zonas indeseables tanto en agujero abierto como dentro de cañería, para su diseño se consideran todos los factores y reología de las lechadas que se han estudiado anteriormente con bastante amplitud. La formula básica para calcular tapones es como sigue: N H = ------------------------ donde : C + T N = volumen de lechada en pies cúbicos H = altura de columna de cemento balanceado en pies C = pies cúbicos por pie lineal del volumen del espacio anular tubería o (dril pipe) casing o agujero abierto. T = pies cúbicos por pie lineal dentro de la tubería (o dril pipe o casing) C y T se encuentra en las tablas de cementación tanto de Halliburton como
Se desea colocar 110 pies cúbicos de tapón de cemento en agujero de cañería de 7”,26
lbs.pie a 8.000 pies de profundidad. N = 110 pies cúbicos de lechada de cemento C = 0,1697 pies cúbicos/pie T = 0,0325 pies cúbicos / pie Reemplazando 110 H =-------------------= 110 / 0,.2022 = 544 pies 0 ,1697 + 0,0325 el volumen de desplazamiento será: H1 =8.000 – 544 = 7456 PIESS. Desplazamiento requerido para balancear tapón de cemento es:
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