Comportamiento Reológico de Una Lechada de Cemento

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA TIERRA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA PETROLERA

Laboratorio de Ingeniería de Perforación de Pozos

Práctica No. 3: “Comportamiento Reológico de una lechada de Cemento” Docente: González Espinosa Juan Manuel

Integrantes: Ayala Aguilar Alan Díaz Hernández Natalia Gabriel Cartagena Jackeline García Marmolejo César Alejandro Gómez García Idalia Gómez Molinero Erick Ricardo González Rodríguez Carlos Emiliano Leal Villavicencio Fernando Abel Sanchez Garcia Jorge Alberto Grupo: Brigada:

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Semestre: 2017-1 Fecha de entrega: 30 de septiembre de 2016

Objetivos ◆ Determinar las propiedades reológicas de una lechada de cemento. ◆ Elaborar 2 modelos reológicos (Plástico de Bingham y Ley de potencias

con punto de cedencia) para entender su comportamiento dentro de tubería y dentro del espacio anular. ◆ Desarrollar la hidráulica del pozo, mediante un ejemplo de caso y utilizando

un formulario.

Introducción La reología de las lechadas se enfoca básicamente al estudio del flujo y la deformación de la lechada, se evalúa la mezcla y bombeabilidad de las lechadas, se determinan tasas de desplazamiento apropiados para una remoción de lodo efectiva y colocación de la lechada, se estiman las pérdidas de presión por fricción y la potencia requerida para el bombeo. La correcta caracterización del comportamiento reológico de la lechada de cemento puede determinar de manera más precisa las caídas por fricción y obtener un adecuado desplazamiento del lodo de perforación en el agujero, podemos evaluar la mezcla y bombeabilidad de la lechada y determinar las presiones de sugerencia del cemento, esto implica desarrollar un correcto dominio para determinar la capacidad del cemento a levantar recortes por  consecuencia determinar las propiedades fundamentales como la viscosidad y la fuerza del gel. Considerando que la lechada de cemento no es un fluido newtoniano, no es posible definir sus propiedades reológicas por medio del factor de viscosidad, ya que la relación de velocidad esfuerzo/corte no es constante, y por lo tanto se determinan dos parámetros de flujo para el conocimiento de los cálculos de flujo. Para la lechada de cemento, el tamaño y la distribución de las partículas afectan de manera directa, ya que la velocidad de deshidratación depende de la finura del cemento. Las lechadas de cemento como ya se mencionó se comportan de manera a un fluido no-newtoniano y normalmente son fluidos pseudoplásticos con punto de cedencia, para los cuales la viscosidad disminuye con la velocidad de corte. Las propiedades reológicas de la lechada de cemento son dependientes no sólo de la velocidad de corte, sino también del tiempo. Es importante para determinar la capacidad del cemento o lodo a levantar recortes hasta la superficie, para analizar la contaminación de lodo por acción de sólidos,

químicos o temperatura y para determinar los cambios de presión en el pozo durante una maniobra de sacar y bajar herramienta. Las propiedades fundamentales son la viscosidad y la fuerza del gel. Una medición de las propiedades reológicas del fluido se obtiene utilizando un viscosímetro Fann, ver Figura 1, el cual utiliza una camisa que rota alrededor de un cilindro ajustado a tensión clástica interna y que posibilita lecturas directa de la resistencia de circulación de los fluidos.

Figura 1. Viscosímetro de Fann.

Materiales y equipos. ❖ Cemento clase H. ❖  Agua. ❖ Balanza granataria. ❖ Consistómetro Atmosférico 165AT. ❖ Cuchara metálica. ❖ Espátula de acero. ❖ Jeringa. ❖ Guantes y cubrebocas. ❖ Vaso de cristal para cementos. ❖ Mezcladora Chandler. ❖ Viscosímetro Rotacional 35A. ❖ Termómetro ºC.

Desarrollo de actividades: 1. Se hicieron los cálculos previos para determinar la cantidad de cemento y agua que se requerían para elaborar la lechada de cemento. 2. Se procedió a pesar el frasco de vidrio. 3. Posteriormente se pesó el cemento y seguidamente se vertió al frasco de vidrio. 4. Con ayuda de la espátula se hicieron los ajustes necesarios para que el cemento pesara según los cálculos obtenidos previamente. 5. Una vez obtenidas la cantidad de agua y cemento indicados procedimos a encender la mezcladora Chandler. 6. Colocamos en el vaso de la mezcladora Chandler el cemento y el agua previamente pesados, ingresando cada uno de manera rápida y de forma uniforme para evitar que se hicieran burbujas de aire en la lechada. 7. Se dejó revolver durante un periodo de tiempo hasta obtener una lechada óptima. 8. Vertemos la lechada en el tubo contenedor del consistómetro atmosférico y lo colocamos dentro del aparato con el fin de simular el bombeo de cemento en circulación por un tiempo total de 20 minutos. 9. Se llevó a cabo la prueba de fluido libre. 10. Utilizamos un viscosímetro rotacional 35C para obtener la velocidad de corte para lecturas ascendentes, descendentes y su promedio a diferentes velocidades de operación (baja,media,alta).

CONCLUSIONES ● Ayala Aguilar Alan: En esta práctica usamos lo que previamente habíamos aprendido, la realizaciòn de la lechada y además aprendimos el uso adecuado del viscosímetro rotacional ya que si no se usa de una manera correcta podría estropearse y dar una mala lectura de la viscosidad o se tendría que conseguir uno nuevo.

● Díaz Hernández Natalia: Es importante obtener los modelos reológicos, que éstos van a determinar  características como lo es la viscosidad de la lechada. Dicha propiedad va a permitir entender cómo se va a comportar la lechada al ser conducida en las tuberías para finalmente determinar su actuar en el pozo mismo. El viscosímetro Fann es un instrumento que va a permitir la medición verdadera, ya que se tiene una directa en centipoise.

● Gabriel Cartagena Jackeline. Con la práctica pudimos observar el comportamiento reológico de una lechada de cementación y así mismo elaborar dos modelos reológicos, a partir de las mediciones con el viscosímetro Fann, usamos dos tipos de cementos clase H y cemento de construcción para poder obtener sus respectivos modelos reológico, y poder entender cómo se comporta al momento de usarlos y que estos estén en el espacio anular y dentro de la tubería.

● García Marmolejo César Alejandro Esta práctica nos ayudó a comprender el comportamiento reológico de una lechada de cemento para lo cual, utilizamos un viscosímetro Fann, a partir de mediciones tomadas, nosotros pudimos determinar el modelo reológico que le correspondía a nuestra lechada de cemento. En esta práctica fueron usados 2 tipos de cemento, uno clase H y un cemento de construcción.  A partir de los modelos reológicos nosotros podemos darnos una idea de cuál será el comportamiento de nuestro cemento dentro de la tubería y el espacio anular.

● Gómez García Idalia Mediante el desarrollo de esta práctica obtuvimos el comportamiento reológico de una lechada de cemento a partir del uso del viscosímetro Fann, en nuestro caso fue determinado para un cemento de construcción, al igual para ello, hicimos uso del consistómetro atmosférico que nos ayudó a determinar el tiempo de espesamiento de la lechada de cemento a condiciones de temperatura y presión.  A partir de los datos obtenidos por medio del viscosímetro Fann,se realizaron dos gráficos, los cuales determinaron el tipo de reología que concluimos es Plástico de Bingham mediante la interpretación de la curva obtenida, al igual que concluimos que en la tixotropía se obtuvo que el tipo de gel es geles planos.

● Gómez Molinero Erick Ricardo La importancia de conocer la reología de la lechada del cemento radica en entender cómo será su comportamiento durante su circulación en el interior  del pozo y los problemas que se podrían presentar al realizar un mal diseño de la lechada para cementar el pozo. Cabe mencionar que se deben realizar los procedimientos adecuados para acondicionar la lechada para realizar análisis reológicos precisos y confiables. Por otra parte también es relevante modelar el comportamiento reológico de la lechada para compararlo con los modelos establecidos y poder comprender  mejor su comportamiento.

● González Rodríguez Carlos Emiliano Esta práctica nos ayuda a determinar de forma eficiente y correcta las mediciones de las propiedades reológicas utilizando un viscosímetro Fann, con el cual se determinó, y con base a conocimientos previos, el modelo reológico del cemento usado (Clase H y cemento de construcción) para entender su comportamiento dentro de la tubería y dentro del espacio anular , se concluyó que la lechada no es un fluido newtoniano, por lo cual no es posible definir sus propiedades reológicas por medio del factor de viscosidad, ya que la relación de velocidad esfuerzo/corte no es constante.

● Leal Villavicencio Fernando Abel. La determinación del volumen del peso en agua de una lechada es de suma importancia pues muestra la cantidad de agua (en volumen) que ocupa una parte representativa de la lechada y así sus propiedades, es decir, las partes proporcionales de una lucha o un tramo de lechada en teoría deberían tener  las mismas propiedades pero en. Realidad actual de forma distinta, en la práctica se obtuvo una densidad esperada diferente a la que teóricamente se

espera gracias al principio de Arquímedes se pudo obtener esto. Así mostrando que para diferentes partes de la lechada cambian las diferentes propiedades de la lechada

● Sanchez Garcia Jorge Alberto. Una correcta caracterización del comportamiento reológico de la lechada que usaremos para la perforación de nuestro pozo puede determinar de manera más precisa las caídas por fricción y de esta manera podemos obtener un mayor  conocimiento para tener un adecuado desplazamiento del lodo de perforación y de esta manera tener un mejor control tanto económico como de seguridad al momento de la perforación.

Bibliografía ● B. Nelson Erick. (2012). Fundamentos de cementación de pozos. 27 de  Agosto del 2016, de Schlumberger Sitio web: https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish12/sum12 /define_cement.pdf  ● Tesis Huerta, M. and Legorreta, R. (2010). Cementación de pozos Horizontales. Licenciatura. UNAM.