Tecnicas de Cementacion

TECNICAS DE CEMENTACION

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PROPOSITO Los principales motivos por los cuales se necesita cementar la cañería de aislación en su lugar son: 1234-

Lograr sostén de la cañería Aislar las zonas productivas entre sí y de otras zonas permeables Proteger la cañería de agentes corrosivos externos Proveer posibilidad de control del pozo

Sostén de la cañería La fuerza necesaria para sostener el peso de la cañería es muy pequeña, por consiguiente es suficiente que el cemento desarrolle una resistencia a la compresión mínima de 800 a 1000 psi. La fuerza de sostén se cumple si el caño a sostener es suficientemente áspero, recomendandose por ello que se elimine la cubierta de barniz que suele recubrirla. Asimismo, si el lodo con que fue perforado el pozo fue base  petróleo, se debe cambiar la mojabilidad de la pared del caño de manera que el cemento logre un "pegado" aceptable. También depende de la resistencia a la compresión del cemento. Un punto importante a tener en cuenta es que el zapato de la cañería y los caños más profundos deben quedar  especialmente bien cementados si se continuará perforando el pozo para luego colgar un liner, por cuanto es importante ubicar el zapato frente a una formación consolidada. Cuando se rotan los elementos de retención del fondo del pozo, no solo se transfieren cargas axiales a la cañería, sino también esfuerzos de torque que pueden aflojar y soltar los caños más profundos. Es también muy importante por este motivo que el control del desplazamiento de las lechadas sea calculado correctamente y se utilicen siempre tapones de desplazamiento. Los elementos de guía y retención deben colocarse alejados unos de otros por un caño como mínimo.

Aislamiento de zonas El aislamiento de las zonas productivas de otras zonas permeables elimina el flujo de fluidos entre ellas y entre ellas y la superficie. Los factores que determinan el aislamiento entre zonas son el grado de aislación hidráulica a lo largo de todo el anillo de cemento entre el cemento y el caño y entre el cemento y la formación. La disminución de la aislación hidráulica puede ocurrir durante la disposición del cemento al dejar el interior  de la cañería con presión en los casos en que no actúan los dispositivos de retención de cemento. Luego del fraguado, y después de liberar la presión aplicada, ocurre una contracción de los caños a su tamaño original, creando así un microanulo por donde puede migrar el gas. También el microanulo puede ocurrir por una  pequeña contracción del cemento durante el proceso de fragüe. El grado de adherencia del cemento a la formación también define la aislación hidráulica. Los revoques gruesos no removidos frente a formaciones permeables reducen la asimilación hidráulica. En formaciones inconsolidadas la adherencia del cemento a formación puede ser baja pero aun así, la aislación hidráulica puede lograrse.

Protección de la cañería La cañería puede exponerse a ambientes perjudiciales durante la vida productiva del pozo. El daño puede deberse a cargas físicas, fluidos corrosivos o salinos, gases ácidos, o combinación de varios de ellos.

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Las cargas físicas pueden ser laterales ejercidas por formaciones plásticas o fuerzas tectónicas por  desplazamiento de placas. Los fluidos corrosivos incluyen zonas de agua salada, gases como el CO2 y el H2S, potenciado su poder  corrosivo por las altas temperaturas. Otra fuente de corrosión son las colonias bacterianas.

Sostén de las paredes del pozo La producción de los pozos en la mayoría de los casos se logra a través de los punzados del caño. Cuando las  paredes del pozo no están sostenidas por el cemento, se produce el colapso progresivo de las mismas sobre el caño, disminuyendo la capacidad de flujo.

PLANIFICACION DE LA LECHADA Consideraciones para el diseño Se diseñan lechadas de cemento para cada caso particular. Para ello deben determinarse los siguientes  parámetros: 1- densidad de lechada mínima aceptable 2- máxima densidad deseada 3- temperatura de fondo de pozo 4- permeabilidad 5- diámetro del pozo 6- longitud del tramo a cementar  7- presiones de formación 8- presencia de gas 9- requerimientos de resistencia a la compresión para futuras fracturas hidráulicas y punzamientos 10- tiempo mínimo necesario de mezclado y bombeo para alocar el cemento en el pozo. 11- Elección del tipo de cemento (clase)

El cemento básico usado en la industria petrolera es el conocido como "Cemento Portland" y es fabricado con piedra caliza, arcilla, hierro y/o aluminio. La mezcla afecta las características, tiempo de fraguado, resistencia a la compresión, hidratación, resistencia a los sulfatos etc. Se clasifican en clase A, B, C, D, E, F, G y H, cada uno de los cuales pueden ser aditivados para lograr  lechadas de características diferentes. Tabla 1-b

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Profundidad Agua de Densidad de Temp. Clasificación de mezcla lechada Estática API aplicación (m3/ton) (Kg/m3) (ºC) (m)  A (Portland) 0,46 1872 0-1850 27-77 B (Portland) 0,46 1872 0-1850 27-77 C 0,56 1776 0-1650 27-77 D (Retardado) 0,38 1968 1850-3260 77-127 E (Retardado) 0,38 1968 1850-4900 77-143 F (Retardado) 0,41 1944 3000-4500 110-160 G* (basico) 0,44 1895 0-2400 27-93 H* (basico) 0,38 1968 0-2400 27-93 * Pueden ser acelerados o retardados de acuerdo a l as condiciones del pozo Tabla 1-a - Clasificación del cemento

Gravedad específica ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,  Area supeficial ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Peso por bolsa (kg) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Volumen por bolsa (m3/bolsa) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Propiedades de la lechada a- Agua (m3/ton) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, b- Densidad de lechada (Kg/m3) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, c- Volumen de lechada ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, TEMPERATURA

PRESION (Kpa)

3,15 1400-1700 40,2 0,075 0,44 1895 0,76

Resistencia a la Compresión (Kpa) a la s 24 hs

16 ºC 27 ºC 35 ºC 43ºC 60 ºC 77 ºC 93 ºC

0 0 5500 11030 20700 20700 20000

3030 8173 17518 20090 28960 33303 35233

PROFUNDIDAD

TEMPERATURA (ºC)

TIEMPO DE BOMBEABILIDAD

(m)

ESTATICA / CIRCULACION

(Hs/min - a alta presión)

610 1220 1830 2440

43 60 77 93

33 39 45 52

Tabla 1-b Propiedades físicas del cemento clase "G"

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03:00 02:30 02:10 01:44

Los aditivos más comunes son: ACELERADORES DE FRAGUE  cloruro de calcio (del 2 al 3%)  Sal (1 al 6%)  Mezcla de cloruro de sodio y cloruro de calcio  Cloruro de amonio RETARDADORES DE FRAGUE  CMHEC (Carboxi Metilhidroxi Etil Celulosa)  Bórax  Lignosulfonatos de calcio EXTENDEDORES  Bentonita  Tierras diatomeas  Puzolanas  Metasilicato de sodio DENSIFICANTES  Baritina  Oxido de hierro ADITIVOS PARA CONTOLAR PERDIDA DE FLUIDO  CMHEC  Polímeros orgánicos ADITIVOS PARA CONTROLAR PERDIDAS DE CIRCULACION  Celofán  Perlita expandida  Silicato de sodio  Gilsonita ADITIVOS PARA ALTA TEMPERATURA  Sílice DISPERSANTES  Orgánicos  Líquidos OTROS ADITIVOS  Antiespumantes  Látex  Fibras

Los aceleradores de fragüe permiten disminuir el tiempo de bombeabilidad y lograr así un rápido pero controlado desarrollo de resistencia a la compresión. Son usados normalmente en el diseño de lechadas para cementaciones a presión a escasa profundidad, donde la temperatura es baja. También se utiliza en lechadas  para cementar cañerías de escasa profundidad. Los retardadores incrementan el tiempo de bombeabilidad de las lechadas, pero pueden acarrear problemas de incorporación de gas. La adición de reductores de fricción facilita el bombeo de las lechadas.

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Aditivos para cemento Las lechadas de baja densidad tienden a dar como resultado baja resistencia a la compresión. Los retardadores incrementan el tiempo de bombeabilidad de las lechadas pero pueden acarrear problemas por   presencia de espuma. Incrementando la adición de aditivos para pérdida de filtrado disminuye el fluido  perdido, pero puede incrementarse la capacidad de entrampar aire generando espuma. La adición de reductores de fricción aumenta la posibilidad de flujo turbulento en el espacio anular (por  reducción del punto de fluencia) y hace a la lechada más fácilmente bombeable. Las lechadas con importantes cantidades de retardadores, reductores de fricción y aditivos para pérdidas de fluido, deben incluir agentes antiespumantes y deben ser mezcladas a una velocidad razonable. Las lechadas muy viscosas tienden a causar propiedades inconsistentes y fallas operacionales que afectan muy seriamente el éxito de la cementación. Un diseño apropiado de una lechada es un compromiso entre varios factores; pérdida de circulación por  exceso de densidad, fricción, etc. en aras de conseguir una lechada con suficiente resistencia a la compresión. También, el tiempo de bombeabilidad seleccionado, debe incluir un tiempo de exceso como margen de seguridad, pero este no debe ser mucho mayor al necesario para completar el trabajo. Las lechadas no deben ser complicadas innecesariamente. Por ej. Si la formación a cubrir con cemento no es muy permeable, no se justifica un excesivo agregado de aditivo para controlar la pérdida de fluido.

Tipos comunes de cemento Cemento clase "G" Es posiblemente el más común en la industria del petróleo. Con el agregado de los aditivos necesarios puede usarse para cementar casing y liners. En general, puede decirse que las lechadas con acelerante de fragüe son usadas solo para cementar cañerías a  baja profundidad, donde la temperatura es baja y el tiempo de bombeabilidad necesario es poco. El cemento "G" también se usa a medianas profundidades pudiendo o no tener aditivos para pérdida de fluido y retardadores de fragüe. Las lechadas retardadas se utilizan en pozos profundos donde la temperatura es elevada. El cemento "G" tiene un alto control de calidad durante su manufactura.

Cemento bentonita La adición de bentonita al cemento es un método común y económico de obtener una lechada de baja densidad. Análogamente decrece la resistencia a la compresión, comparada con el cemento puro. Comunmente se agrega del 2 al 12 % de bentonita al cemento, lográndose densidades que varían entre 1775 a 1450 gr/lt respectivamente, y la resistencia a la compresión se reduce al 90 % cuando se utiliza el 12 % de  bentonita en la lechada.

Cemento Puzolánico Los cementos de base puzolánica son comunmente usados en combinación con cementos clase "A" y "G"  para reducir costos, bajar la densidad y otorgar resistencia. Los cementos puzolánicos muestran una característica de buena resistencia cuando se usan en pozos templados o calientes. Es un cemento optimo para resistir posteriormente trabajos de punzamiento y fracturas hidráulicas.

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Propiedades de las lechadas Densidad La densidad de las lechadas de cemento podría ser igual o ligeramente superior a la densidad del lodo de  perforación, excepto para las cementaciones a presión. Una mayor densidad asegurará el control del pozo, minimizará la contaminación con lodo en la cabeza de la lechada. Una lechada realizada con cemento clase "G" puro tiene una densidad aproximada de 1895 g/l La densidad puede ser reducida agregando extendedores como bentonita, puzolanas, tierras diatomeas, metasilicato de sodio anhidro, etc. La densidad también disminuye agregando agua, pero decrece la resistencia a la compresión. La bentonita es el extendedor más utilizado, baja la densidad y el costo, pero aumenta la fluencia, la viscosidad y el esfuerzo de gel. La bentonita se agrega en una proporción que va del 2 al 16 % en peso de cemento, resultando densidades que varían entre 1775 y 1390 g/l. Con el agregado de puzolanas se reduce la densidad, incrementa la viscosidad y disminuye la permeabilidad.

Bombeabilidad La bombeabilidad de una lechada se define como el tiempo requerido por la misma para adquirir 100 unidades de consistencia. En este punto la lechada no puede ser bombeada a través de una cañería. La bombeabilidad puede ser afectada por el agregado de aceleradores o retardadores de fragüe. Es una función de la Temperatura y la Presión. La bombeabilidad disminuye cuando se incrementa la temperatura y la presión como figura en las figuras 1 y 2

Tiempo de espesamiento -hs 10 8

A

D

E

6 4 2

 A+2%CL2Ca

0 40

60

80

100

120

140

160

Temp ºF FIG- 1

7

180

Tiempo de espesamiento -hs 5 4

Clase A

3

100 ºF

2

140 ºF

1

180 ºF

0 0

1

2

3

4

5

6

7

Presión 1000 psi FIG- 2

Una buena regla practica para tener en cuenta es que la bombeabilidad debe ser 1 hora mayor que el tiempo requerido para completar el trabajo de cementación.. Un a bombeabilidad demasiado larga puede acarrear   problemas de colocación de la columna de cemento en el lugar correcto, la separación de sus componentes, la formación de agua libre la incorporación de gas, etc. Los siguientes efectos pueden ocurrir por una viscosidad demasiado baja:  Instalación de partículas sólidas de cemento puede crear excesiva agua libre.  Durante la circulación de cemento puede ocurrir que el mismo se cuele por el lugar de más fácil circulación, formando luego un puente más sólido en el anular que a posteriori dificulte o impida el desplazamiento. La viscosidad habitualmente es controlada mediante la adición de polímeros o químicos.

Resistencia a la compresión La fuerza de una mezcla de cemento está determinada por la cantidad de agua en la mezcla y por el tipo de exrendedor usado. El volumen máximo de agua a usar es aquel que da el 1 1/2 de agua libre y el mínimo volumen de agua es el que provee una consistencia de 30. El volumen normal de agua provee una consistencia de alrededor de 11. La velocidad a la cuál se desarrolla la resistencia a la compresión puede ser incrementado usando aceleradores como el CLNa ó CL2 Ca. El CL2 Ca se usa normalmente al 2 ó 3 % de concentración. La velocidad de desarrollo de resistencia puede ser retardada mediante el uso de lignito, lignosulfonato o CMHEC.

Reducción de fricción Los dispersantes son usados para reducir la viscosidad, el punto de fluencia y el esfuerzo de gel de una lechada de cemento. De ésta manera la fricción es reducida y la turbulencia puede ocurrir a bajas velocidades de bombeo. Los dispersantes más comunes son el CLNa, ácidos orgánicos, algunos tipos de polímeros, polifosfatos, etc.

Pérdidas de Fluido El control de filtrado en las lechadas puede ser importante. Algunas ventajas de esto son:  Prevención de instalación de cemento deshidratado en zonas porosas.  Protección de zonas sensibles  Mantención de la liquidez de una lechada y reducción de la presión de bombeo.

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 Mantención de la bombeabilidad de la lechada.

El cemento " G " puro en una lechada tiene una pérdida de filtrado superior a 1000 cm3 en el ensayo API a 30 minutos. Para trabajo de cementación a presión se recomienda de 50 a 100 cm3 en 30 minutos, para liners y casing y liner entre 100 y 300 cc. Los aditivos más comunes para control de filtrado son la bentonita y la CMHEC y varias mezclas de  polímeros.

Agua libre El agua libre es el volumen de agua acumulada debido a que no hay suficientes partículas de cemento que la utilicen en su proceso de fragüe. El efecto de agua libre en pozos desviados es la formación de canales que pueden ser dañinos no solo después de colocar el cemento en su sitio sino durante la instalación del mismo. También puede ocurrir que haya migración de gas ó gasificación del cemento como consecuencia del exceso de agua libre. El agua libre puede ser controlada reduciendo el agua de mezcla o agregando bentonita.

Eficiencia del desplazamiento Esto se refiere al porcentaje de espacio anular que puede ser llenado por un buen cemento luego de completarse el trabajo de cementación. En general se asume que el cemento llena por completo el espacio anular, pero en realidad eso ocurre en  pocos casos. Se considera un desplazamiento eficiente cuando el cemento llena un 95% del espacio anular o más, y un pobre desplazamiento cuando llena un 65 % o menos. El valor típico de la eficiencia varía de zona en zona y de las codiciones particulares del pozo.

Causas de una baja eficiencia de desplazamiento Un desplazamiento deficiente ocurre cuando alguna de las siguientes causas están presentes:  El casing no puede ser reciprocado, o rotado durante la cementación o desplazamiento de las lechadas.  Pobre centralización (menor al 75 %).  Calibre irregular ( cavernas y estrechamientos)  Pozos con ángulos de inclinación importantes.  Pared rugosa (cavernas profundas y cortas).  Velocidad de desplazamiento insuficiente para lograr régimen turbulento.  Lodo de perforación con alta viscosidad.  Revoque grueso y difícil de remover.  Lodo de perforación con geles progresivos.  Pobre remoción del revoque.  Deficiente limpieza previa a la operación de cementación.

Métodos para mejorar la eficiencia del desplazamiento  Limpieza del pozo previa a la entubación utilizando lodo de baja viscosidad y caudales progresivos hasta

lograr una velocidad ascencional cercana a la que se alcanzará durante el desplazamiento de las lechadas de cemento.  La velocidad de entubación debe ser adecuada para no generar efecto pistón.  Utilización de centralizadores que aseguren un mínimo del 75 % de centralización del casing.

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 Reciprocación del casing, rotación o ambas mientras se circula, mezcla y desplaza el cemento.  Viscosidad y resistencia de gel reducida en el lodo de perforación.  Remoción del barniz que recubre el casing.  Alta velocidad de desplazamiento (compatible con las presiones que se generan por fricción)  Utilización de colchones químicos y mecánicos que ayuden a remover el revoque de las paredes del pozo.

Una combinación de las técnicas anunciadas ayudará a lograr un trabajo de cementación exitoso.

Lechada cabecera Estas lechadas son comunmente usadas en la primera sección de una larga columna de cemento. Las ventajas de su utilización son las siguientes:  Reducir la presión hidrostática en el anular debido a la baja densidad.  Menor posibilidad de perder circulación cuando la columna de cemento es muy larga.  Posibilita tener columnas de cemento más largas  Reduce el nivel de daño a formaciones sensibles.  Posibilita el desplazamiento a alta velocidad mejorando la eficiencia del desplazamiento.  Posibilita en algunos casos evitar el uso de la técnica de cementación en dos etapas.

Una densidad típica de éste tipo de lechada es 13,4 lbs / gal.

Cementación en dos etapas Cuando la presión hidrostática de una columna de cemento es demasiado elevada (debido a su longitud), el uso de la técnica de cementación en dos etapas debe ser considerada. En la cementación en dos etapas, la sección inferior debe ser cementada primero, y ésta lechada debe desarrollar una cierta resistencia a la compresión antes de iniciar la cementación de la segunda etapa. La cementación en dos etapas a menudo requiere el uso de tapones especiales para ambas etapas, como por  ejemplo un collar de cementación de doble etapa. En general la primera etapa se corre sin el tapón de fondo, y es desplazado con un tapón superior que puede  pasar a través del collar de cementación de dos etapas, y puede ser bombardeado hasta el collar (flotador o diferencial). Algunos collares de segunda etapa usan un dardo lanzado desde la superficie y que se aloca en el collar. Presurizando el casing, el dardo desplaza una camisa que deja descubiertos los agujeros que permiten el paso del cemento para alocar el mismo en la porción superior del pozo (desde el dispositivo de segunda etapa hacia arriba). Si el dispositivo se abre inmediatamente después de cementar la primera etapa, y se inicia la segunda etapa de cementación, se puede transferir al cemento inferior una presión hidrostática tal que puede ocasionar serios  problemas. Después de que el cemento de la Primera etapa adquiere suficiente resistencia a la compresión, puede mezclarse y desplazarse la segunda lechada de cemento con su tapón de cola. Este tapón cierra los agujeros del dispositivo de la segunda etapa. Después de completar el fragüe de cemento, el tapón colocado en el dispositivo de la segunda etapa, puede rotarse.

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Espaciadores anulares y cementos especiales Los espaciadores son fluidos que se colocan delante de las lechadas de cemento entre el lodo de perforación y el cemento. El propósito de los mismos es:  Minimizar la contaminación del cemento con el lodo de perforación.  Remover el lodo y mejorar la eficiencia del desplazamiento.  Diluir los contaminantes del espacio anular como el revoque, recortes del trépano y químicos que podrían dificultar el desarrollo de un buen cemento. Los espaciadores pueden consistir en agua, aceites, soluciones químicas, geles o cemento. Pueden ser viscosos o fluidos. El agua fresca es generalmente usada como espaciador. Los espaciadores poco viscosos, entran en régimen turbulento durante el desplazamiento del cemento y remueven el lodo del anular, limpiando las paredes del hueco y la superficie del casing. Los espaciadores químicos que lavan en régimen turbulento, tienen generalmente adelgazantes y surfactantes. Para los lodos de base aceite puede usarse espaciadores de base acuosa con agentes desemulsionantes. El agua es comunmente usada como espaciador y fluido lavador. El agua tiende a adelgazar el lodo, induciendo turbulencia y sirve como barrera entre el lodo y el cemento. Es necesario tener en cuenta que el espaciador de agua no sea suficientemente largo como para reducir la  presión hidrostática hasta el punto que induzca una entrada de fluido al pozo. El agua puede remover el revoque en exceso, a tal punto de requerir que la lechada de cemento requiera controladores de filtrado. El diesel-oil es usado para barrer lodos de base aceite, en el anular. Agua o espaciadores de base acuosa son colocados entre el diesel y la lechada de cemento. Los espaciadores viscosos no tan comunmente usados como los espaciadores turbulentos. Es necesario considerarlos cuando las condiciones del pozo hacen que el flujo turbulento no puede ser  inducido, tal es el caso de lodos con muy alta densidad y que no pueden tener baja viscosidad. Bajas velocidades de bombeo son normalmente usadas cuando se emplean espaciadores viscosos. Los espaciadores viscosos deben ser más densos que el lodo de perforación, pero menos densos que la lechada de cemento para optimizar la eficiencia del desplazamiento. Algunos operadores prefieren el uso de espaciadores de cemento para mejorar la eficiencia del desplazamiento. Estos típicamente tienen propiedades que están entre las del lodo de perforación y las de la lechada de cemento, en términos de densidad y fuerza del gel. El volumen de la lechada espaciadora de cemento depende de la presión hidrostática total en el anular, la viscosidad y densidad del lodo de perforación presente en el pozo y de la dificultad percibida de remover el lodo.

Cementos Especiales Cementos Salados: Los cementos salados son necesarios para prevenir "leaching" alrededor de la funda de cemento cuando se cementa a través de formaciones salinas. Lograr un buen cemento en formaciones salinas usando cementos salados justifica la pérdida de resistencia a la compresión de éstos cementos frente a los cementos no salados. La saturación de una lechada ocurre con el agregado del 37,2 % en peso de agua fresca. La saturación tiene los siguientes efectos: aumento de la densidad, retardo del tiempo de fragüe y decrecimiento de la resistencia a la compresión.

Cemento Permafrost Estos cementos son requeridos cuando la temperatura de formación es menor de 0ºC.

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El más común es una mezcla de cementos Portland y Gypsun con dispersantes, retardadores y suficiente sal como para deprimir el punto de congelamiento a aproximadamente - 5º C. Estas lechadas no deben tener agua libre. La resistencia a la compresión puede ser aproximadamente 500 psi entre 1 y 3 días y entre 1000 a 2000 psi entre una semana y un mes.

Cementaciones a Presión El cemento clase " G " es el normalmente usado en estos tipos de trabajos y debe poseer un alto grado de control de filtrado. Es habitual un rango de pérdida de filtrado entre 50 y 100 cm3. El tiempo de bombeabilidad para una lechada de éste tipo es normalmente mayor que para una lechada normal. Es importante también la homogeneidad de la misma, tanto en densidad como en la distribución de los químicos intervinientes, recomendándose por ello el uso de batch mixer.

Tapones de Cemento Los tapones de cemento de cemento son usados por tres razones principales:  Abandono de pozos. Se requiere colocar tapones de cemento cubriendo las zonas productivas para prever  la migración de fluido a zonas productoras de agua fresca.  Abandonar zonas depletadas o improductivas mientras el pozo produzca de otras zonas.  Abandono de una pesca irrecuperable, cuando el pozo original no puede ser más transitado y debe realizarse una desviación del mismo.

Cemento Espumado Los cementos espumados usan nitrógeno directamente incorporado a la lechada para obtener una baja densidad resultante. El sistema requiere formulaciones de cementos base especiales y el agregado de nitrógeno gaseoso para crear una lechada de cemento uniforme de muy baja densidad. El cemento espumado era considerado difícil de manejar, pero a medida que fue estudiándose y comprendiéndose como se comporta, fue incrementándose el número de aplicaciones en el campo. Los usos normales son: cementaciones primarias en pozos depletados, pozos con grandes cavernas, cementaciones a presión y cementación de pozos termales. El mayor potencial de uso para éstos cementos es la aislación de áreas donde las técnicas standard de cementación pueden hacer que ocurra migración de gas durante la transición de fase líquida a sólida.

Cementos Especiales para la migración de gas Hay numerosos cementos disponibles para resolver el problema de la migración de gas después de que el cemento haya sido bombeado. Todos responden a dos tipos de lechadas (en adición al cemento espumado) las generadoras de gas y las que bloquean la permeabilidad. En las generadoras de gas se produce hidrógeno para mantener la presión poral de la formación. En las que bloquean la permeabilidad desarrollan una alta resistencia al flujo de gas y otros fluidos durante la etapa crítica de transición del cemento. Tabla 2 (Aditivos)

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Elementos de Entubación y Equipamiento de Cementación Zapato Flotador Son sustitutos de longitud que se corren enroscados en el extremo inferior de la sarta del casing y tienen un doble propósito: guiar el casing y mientras se entuba el pozo y bloquear el paso de fluido ( lodo) al interior del casing. Debe ser fácilmente rotado por cuanto son construidos de aluminio, cemento u otros materiales relativamente  blandos en toda la sección que debe ser rotado.

Figura 5 Existen zapatos flotadores de llenado diferencial que permiten el llenado parcial del casing con lodo mientras se baja la sarta al pozo.( fig 8 ).

Collares Flotadores Son sustitutos cortos que se colocan a uno o dos caños por encima del extremo inferior de la sarta de casing, tiene incorporado una válvula de retención que sirve como backup si falla la válvula del zapato flotador. Como en el caso anterior, también se encuentran disponibles en el mercado los collares diferenciales que  permiten el llenado parcial del casing. (Fig. 7 y 8 ).

Elemento de Cementación de doble etapa Son sustitutos cortos que se colocan en algún punto de la sarta de casing desde donde se quiere partir con la segunda columna de cemento. Se acciona hidráulica ó mecánicamente, dejando abiertos los agujeros por  dónde saldrá el cemento de la segunda columna. (Fig. 5 )

Cabeza de Cementación El uso de la cabeza de cementación proporciona eficiencia adicional a la operación de cementación, y evita el entrampamiento de aire entre el tapón superior y la lechada de cemento. Se recomienda el uso de cabeza de cementación con un sistema de tres válvulas con líneas de circulación por  arriba y por debajo de los tapones de cabeza y cola. ( Fig 12 )

Centralizadores y rascadores Los centralizadores se ubican principalmente frente al intervalo del pozo con zonas productivas para mejorar  la eficiencia del desplazamiento, colocar uniformemente el cemento alrededor del casing y minimizar la  probabilidad de un pegamiento del casing por presión diferencial. El número de centralizadores a colocar dependerá fundamentalmente del ángulo de inclinación del pozo, las características de fuerza de restauración del mismo y del grado de centralización elegido, recomendándose un mínimo del 75 %. Existe una amplia gama de centralizadores de flejes, rígidos e intercasing.

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Los rascadores son dispositivos utilizados para remover revoque resistente a ser eliminado químicamente. Pueden ser activados con reciprocación o rotación del casing y pueden ser construidos con alambre o rulos de cable de acero. Estos últimos son generalmente preferidos por resultar más eficientes. ( Fig 3 )

Tapones de Desplazamiento Los tapones de desplazamiento superior e inferior son utilizados para separar el cemento de otros fluidos. El tapón inferior separa la lechada de cemento del lodo de perforación evitando la contaminación de la cabeza de la misma, además de barrer la película de lodo adherido a la pared del casing. Cuando el tapón inferior hace tope en el collar flotador o diferencial y es sometido a una presión diferencial de 150 a 300 psi se rompe el diafragma permitiendo la continuación del flujo a través del mismo. El tapón superior es bombeado inmediatamente después de finalizar el bombeo de la lechada de cemento y antes de iniciar el desplazamiento de la misma. Este tapón evita la contaminación de la última porción de cemento con el fluido de desplazamiento. Cuando este tapón arriba al fondo del casing, se aloja sobre el tapón inferior notándose un brusco incremento de la presión y finalizando el desplazamiento. ( Fig 14 ).

Unidades Cementadoras Las unidades de cementación incluyen una serie de sistemas. Básicamente son:  Unidad bombeadora con capacidad para bombear a alta presión.  Bulks de transporte de cemento mezclado en seco con retardadores, agentes controladores de pérdida de fluido, reductores de fricción etc. Este equipamiento se complementa con otros auxiliares para mezclar el cemento con agua y otorgar  homogeneidad a la mezcla ( Butch mixer) y unidades de control operacional. ( Fig 15, 16, 17, 18, 19)

Operación de Cementación Procedimientos Básicos: El método más común de cementación es el mezclado de agua y cemento previamente aditivado en seco. Seta mezcla se hace a través de jets antes de ser bombeado al pozo. Un mejoramiento de ésta técnica consiste en el ajuste de la densidad y homogeneización de la mezcla en el batch mixer, cuando los volúmenes de lechada no son muy grandes. Después de la entubación del pozo, el mismo es circulado durante un número de horas para limpiar el espacio anular. Esto minimiza la posibilidad de la formación de puentes durante el desplazamiento del cemento que puedan inducir pérdidas de circulación. Antes del bombeo de la lechada usualmente se adiciona algún tipo de espaciador y limpiador que completen la tarea de acondicionamiento del pozo previo a la instalación definitiva del cemento en el espacio anular.

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Cementación en una etapa El tapón fusible es seguido de la lechada de cemento. Cuando este tapón llega al collar flotador (o diferencial) una pequeña sobrepresión del orden de 200 o 300 psi rompe la membrana del mismo permitiendo el flujo del cemento a través de él. Luego de la lechada de cemento se bombea un tapón sólido. Cuando éste llega al collar flotador se detiene la circulación y en superficie se observa un incremento de la presión que indica la finalización del trabajo. Cuando el tapón sólido se aproxima al collar flotador se debe reducir considerablemente la velocidad de  bombeo para evitar el efecto martillo que podría resultar catastrófico si ocurre un desacople de caños en algún  punto de la sarta de casing.

Cementación en dos etapas Muchos tipos de herramientas para cementar en dos etapas están disponibles en el mercado. Los más comunes son aquellos similares al " DV " tool de Halliburton.  Primera etapa: Un baffle especial se inserta por arriba del collar flotador antes de bajar el casing al pozo.  Normalmente no se usa el tapón de cabeza. La lechada de cemento es seguida por un tapón de nariz sólida, suficientemente pequeño como para pasar por  el diámetro restringido del collar de segunda etapa. Cuando este tapón alcanza el baffle, la circulación es interrumpida y finaliza la primera etapa de cementación.  Segunda etapa: Se arroja desde la superficie un torpedo que se aloja en el dispositivo de cementación de segunda etapa. Aplicando una leve presión (400 ó 500 psi ) se corre una camisa quedando abiertos los puertos por dónde se habilita nuevamente la circulación al espacio anular. En éste punto se inicia la circulación para adicionar el  pozo y dejarlo en condiciones de recibir el cemento de la segunda etapa. Detrás de la lechada de cemento se bombea un tapón sólido que cuando alcanza el dispositivo de segunda etapa acciona la camisa cerrando los puertos de circulación. Después de fraguado el cemento se rota el dispositivo de segunda etapa restableciéndose así el diámetro  pleno del casing hasta el collar flotador.

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