Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada

Bolivariana Ncleo Anzotegui Sede: San Tom Ctedra: Electiva Tcnica Cementacin de Pozos.

Ing. Leonardo Aguilera

Noviembre, 2012.

Faras Yosber C.I: 19.709.883 Guilln Katherine C.I: 18.786.419 Legarda Ximena C.I: 21.175.829 Marn Ivette C.I: 19.629.442 Maneiro Genisis C.I:19.711.657 Pitre Katiuska C.I:19.143.544 Urbano Gabriel C.I: 20.547.457 Valera Odeil C.I: 20.547.506 8vo semestre. Seccin: N-03

NDICE Pg. Introduccin PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CEMENTACIONES: 1.- Determinacin del Contenido de Agua en la Lechada. 2.- Determinacin de la Densidad. 3.- Pruebas de Resistencia a la Compresin.. 4.- Determinacin del Tiempo de Bombeabilidad.. 5.- Determinacin del Filtrado 6.- Pruebas de Permeabilidad 7.- Determinacin de las Propiedades Reolgicas. EQUIPOS USADOS EN LA CARACTERIZACIN DE LAS LECHADAS DE LODO CEMENTANTE: a) Balanza electrnica, Marca Mettler, Modelo PM2000 b) Mezcladora, Marca Chandler Engineering Company, Modelo 3060-110V c) Balanza para densidad de fluidos presurizada, Marca Halliburton Company, Modelo nico.. d) Consistmetro presurizado, Marca Chandler Engineering Company, Modelo Cp8 e) Cmara de curado presurizada, Marca Chandler Engineering Company, Modelo CC1... f) Prensa mecnica, Marca Shimadzu, Modelo UH-20. g) Consistmetro atmosfrico, Marca Chandler Engineering Company, Modelo 1250.. h) Cmara de filtrado, Marca OFI, Modelo PCA.. i) Vernier, Marca Mitutoyo j) Cilindro graduado de 250cc. 16 16 16 05 08 08 09 11 14 14 04

16

17

17 17

17 17 18

k) Estufa, marca Memmert, Modelo 400... l) Celdas BP... m) Celda Triaxial para Prueba de Resistencia a la Compresin y Tensin Indirecta. n) Celda de ensayo de flexin o) Celdas de expansin.. p) Tornillo micromtrico, Marca VIS.. Conclusin. Bibliografas..

18 18 18

18 18 18 20 21

INTRODUCCIN El proceso de cementacin incluye la preparacin de la lechada, que se compone de cemento en polvo, agua, y aditivos qumicos para controlar las propiedades del cemento otro punto muy importante recae en el volumen a depositar dentro del pozo petrolfero y por consiguiente esperar el tiempo adecuado para el fraguado tambin se tomaran en cuenta las caractersticas de los aditivos y cementos utilizados, ya que se empleara un orden en la cementacin para que se lleve a cabo de manera correcta y no genere problemas dentro del proceso de la perforacin del pozo petrolero. Antes de llevar a cabo una cementacin, el laboratorio suministrar al supervisor de campo un reporte y partir de este documento, el supervisor de cementacin sabe qu aditivos se necesitan, las concentraciones de los componentes y las propiedades de la lechada de cementacin. El reporte de laboratorio contiene las caractersticas de la lechada que se va a bombear al pozo. Estas caractersticas incluyen: densidad, rendimiento, tiempo de espesamiento, agua de mezcla, uido de mezcla, resistencia a la compresin, prdida de uido y agua libre. Las pruebas realizadas en el laboratorio para el cemento tienen como objetivo evaluar el comportamiento, desempeo y las caractersticas qumicas

de las lechadas, mediante la medicin de ciertas propiedades bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y el anlisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas.

PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CEMENTACIONES La efectividad de cualquier trabajo de cementacin depende de llevar a cabo una preparacin meticulosa y precisa de los equipos, materiales y personal, as como del diseo y las pruebas del trabajo. Los ensayos realizados en laboratorios para el cemento tienen la funcin de evaluar el desempeo y las caractersticas qumicas de las lechadas, mediante la medicin de ciertas propiedades bajo ciertas condiciones de fondo de pozo y el anlisis cualitativo y cuantitativo de los componentes de las lechadas antes de ser mezclada. La norma API RP 10B delinea las prcticas recomendadas para las pruebas de laboratorio que se llevan a cabo con las lechadas de cemento para pozos de petrleo, as como sus aditivos; estas pruebas se describen a continuacin: 1.- Determinacin del contenido de agua en la lechada 2.- Determinacin de la densidad. 3- Pruebas de resistencia a la compresin. 4.- Determinacin del tiempo de bombeabilidad. 5.- Determinacin del filtrado. 6.- Pruebas de permeabilidad. 7.- Determinacin de las propiedades reolgicas. En el cemento seco tambin se hacen mediciones de fineza y de pureza.

1: DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA: Agua libre: Una vez que se ha preparado la lechada en el mezclador, se le agita en un consistmetro a presin atmosfrica; se vuelve a pasar por el mezclador, y luego
5

se le deja en un cilindro de vidrio graduado de 250 ml, perfectamente tapado para evitar la evaporacin. Al cabo de dos horas de reposo, se habr acumulado agua en la parte del recipiente, ese volumen de agua expresado en mililitros, es el contenido de agua libre de la lechada. Equipo para realizar la prueba

Para realizar esta prueba utilizamos un consistmetro atmosfrico en cual acondicionamos la lechada a la temperatura circulante (Ver figura 2.8), adems de esto utilizamos una probeta de 250 mL segn los especificado por la Norma API.

El consistmetro atmosfrico posee las siguientes caractersticas: Permite acondicionar la lechada segn las Normas API Posee un controlador de temperatura. Temperatura mxima de 180F. Opera a 150 RPM.

Consistmetro atmosfrico Fann

Procedimiento para realizar la prueba 1. Obtener una lechada homognea y bien pasada. 2. Colocar la lechada en el envase del consistmetro hasta el nivel indicado por ste. 3. Programar la temperatura circulante de fondo para simular las condiciones del pozo. 4. Acondicionar durante 20 minutos a esta temperatura. 5. Despus de este tiempo colocar le lechada en la probeta de 250 ml 6. Colocar una envoltura de aluminio sobre la probeta 7. Medir el agua libre despus de 2 horas. De la misma manera que en las pruebas anteriores, una vez que se tiene el resultado se verifica si este es el adecuado segn las necesidades requeridas caso contrario se tiene que repetir la prueba con una nueva concentracin de aditivos que permita obtener el resultado deseado. Agua normal: El contenido de agua normal de una lechada de cemento, es lo que cede una lechada que tiene 11 unidades de consistencia, luego de haber sido agitada durante 20 minutos, a 80 F de temperatura en un consistmetro a presin atmosfrica. Para determinar el contenido normal de agua de una lechada, a veces hay que hacer muchas pruebas con diferentes porcentajes de agua. Agua mnima: El mnimo contenido de agua de una lechada es aquel que hace lograr a la misma, una consistencia de 30 unidades luego de haber sido agitada durante 20minutos en un consistmetro a presin atmosfrica y 80 F de temperatura

Por lo general, las pruebas de contenido de agua se hacen con cementos puros, ya que el agregado de aditivos puede hacer variar la consistencia de la lechada, sin cambiar el porcentaje de agua. 2. DETERMINACIN DE LA DENSIDAD: Se utiliza para ello un equipo llamado balanza de lodos. En el laboratorio se pondr especial cuidado en eliminar todo el aire contenido en la muestra de cemento. En esta prueba, la densidad de la lechada es medida luego de ser removido todo el aire presente en ella mediante una balanza presurizada. Dependiendo de los aditivos usados para preparar la lechada, esta podra contener una gran cantidad de aire interno cuando es mezclada. Si este aire no es removido, la balanza con la que se mide la densidad puede arrojar datos errneos.

Balanza presurizada 3. PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIN: Se vierte la lechada en estudio en una serie de moldes, cubos de 1 pulgada por lado y se les coloca en un bao de agua comente a la temperatura requerida por la prueba, estos pueden ser: a) Un recipiente a presin atmosfrica para muestras a temperatura hasta de 180 F.

b) Un recipiente presurizable para muestras a temperaturas hasta de 380 F y presiones hasta de 3000 psi. Por supuesto que ste es ms caro, pero por otro lado es muy superior, ya que nos permite simular las condiciones del pozo durante el ensayo. Los tiempos recomendados para sacar las muestras son: 8, 12. 18, 24, 36, 48, y 72 horas. Por lo general, las pruebas a las 8, 24 y 72 horas son suficientes; aunque a veces se necesita ms informacin para los tiempos de espera de fraguado, (WOC), u otros datos. Una vez que se retiran los cubos del bao se les coloca, inmediatamente en una prensa hidrulica que incrementa la carga entre 1 000 y 4 000 psi por minuto. Cuando se rompe el cubo, se lee la mxima presin obtenida en la escala y esa ser el valor de la resistencia a la compresin. Se deber repetir la operacin con varias muestras y luego se sacar el promedio. 4. DETERMINACIN DEL TIEMPO DE BOMBEABILIDAD: Es el tiempo requerido para que un cemento llegue a ser imbombeable. Estos tiempos son establecidos en respuesta a: 1. Resultados de pruebas de laboratorio 2. Condiciones actuales del pozo Hay que recordar que la temperatura tiene un mayor efecto en el tiempo de bombeabilidad que la profundidad. El tiempo de bombeabilidad es tambin afectado por condiciones que no siempre son controladas durante las pruebas de laboratorio tales como: Invasin de agua. Prdida de agua a la formacin. Contaminacin.

Equipo para realizar la prueba Para realizar esta prueba utilizamos un consistmetro el cual nos ayudar a determinar la consistencia que va adquiriendo la lechada a medida que se le somete a las condiciones del pozo. Para conseguir esto, el equipo utiliza un software que simula condiciones de presin y temperatura con el fin de que los resultados sean los ms reales posibles.

Consistmetro Chandler Este equipo posee las siguientes caractersticas: Permite obtener el tiempo de bombeo de las lechadas. Esquema de prueba, obtenidos segn normas y tablas API. Velocidad de giro de la paleta o del vaso: 150 rpm. Unidad de medida: Bc, Bearden Unit. Mximas: 70Bc/100Bc = 70/100 poises. Medios de calentamiento: Agua o Aceite. Exactitud: +/-3Bc. Frecuencia de Calibracin: 1 vez por mes. Procedimiento para realizar la prueba 1. Obtener una lechada homognea y bien pasada.
10

2. Colocar la lechada en el recipiente diseado exclusivamente para este equipo y para esta prueba. 3. Colocar el recipiente en el consistmetro asegurando de que no existan fallas al momento de cerrar el mismo. 4. Verificar que el potencimetro este trabajando de manera correcta. Ingresar los siguientes datos en el software del equipo: Tiempo de mezclado en superficie. Temperatura en superficie. Tiempo para que la lechada alcance el fondo. Presin en fondo. Presin inicial. Gradiente de presin hasta la profundidad final. Temperatura de circulacin en fondo. Correr la prueba La prueba finaliza una vez que la lechada alcanza los 70 Bc de consistencia ya que en la prctica, est consistencia es imposible seguir bombeando puesto que el cemento est prcticamente fraguado. Un grfico en el cual podemos observar el comportamiento de la lechada a medida que va ganando consistencia nos da el tiempo en el que la lechada ha alcanzado estos 70 Bc, y entonces podemos verificar si est dentro del tiempo que se espera, de no ser as se debe repetir la prueba con una nueva formulacin de concentraciones de los componentes utilizados y as poder aumentar o disminuir el tiempo segn sean las necesidades requeridas. 5. DETERMINACIN DE LA PRDIDA DE FILTRADO: Puede ser medida de dos maneras:

11

 Filtrado de baja presin: Se aplican 100 psi y se va leyendo la cantidad de liquido que cae en el cilindro graduado a los 1/4, , 1, 2, y 5 minutos de iniciada la prueba, y luego a intervalos de 5 minutos cada uno. Si la muestra se deshidrata totalmente antes de media hora, se registra el tiempo que tard en hacerlo. El filtrado se reporta en cc/30 minutos a 100 psi. Filtrado de alta presin: La presin aplicada ahora ser de 1000 Psi y las lecturas se efectuarn de la misma manera. Si la muestra se deshidrata antes de los 3minutos se extrapola para reportar cc/30 minutos. As durante el ensayo para la determinacin del filtrado se asume que hay ms lechada presente que lo que realmente tenemos en el recipiente que por otro lado es lo que sucede en el pozo. El filtro prensa de alta presin, incorpora tambin un bao a una temperatura controlable a fin de simular las condiciones reales; la temperatura a la cual se hizo la prueba, deber estar registrada en el reporte. Es debido a sta ventaja que el filtro de alta presin se utiliza ms que el de baja, y los resultados obtenidos son expresados como cc de filtrado cada 30minutos a 1000 psi. Equipo para realizar la prueba Para realizarla se utiliza una celda para filtrado atmosfrico o un celda agitadora para filtrado; stos equipos se diferencian en que en el atmosfrico la lechada debe ser adaptada a las condiciones del pozo en el potencimetro atmosfrico mientras que en la celda agitadora se hace directamente, los dos equipos permiten que la lechada atraviese un medio filtrante adaptado en la celda de ensayo en un tiempo predeterminado, en general a 30 minutos a la ,BTHC y a 1000 psi de presin diferencial.

12

Filtro Prensa

Estos equipos tienen las siguientes caractersticas: Se presuriza con Nitrgeno. Opera a la Temperatura Circulante. Posee un termostato elctrico. Posee mallas 325 y 600 micrones. Procedimiento para realizar la prueba 1. Obtener una lechada homognea y bien pasada. 2. Si utilizamos el equipo atmosfrico, acondicionar la lechada en el consistmetro atmosfrico hasta alcanzar la temperatura circulante. 3. Programar la temperatura circulante en el termostato de la celda. 4. Una vez realizado, se coloca la lechada en la celda que ya debe estar a la temperatura circulante.

13

5. Presurizar la celda con 1000 psi. 6. Ubicar una probeta debajo de la celda para recoger el fluido que se filtra. 7. Correr la prueba. 8. Si utilizamos el equipo con agitador, colocar la lechada directamente en la celda y acondicionarla a la temperatura circulante. 9. Una vez realizado esto, correr la prueba en estado esttico. 10. Los resultados de la prueba se muestran en cc/30min. 6. PRUEBAS DE PERMEABILIDAD: Se utiliza un aparato que mide la permeabilidad de las muestras de cemento fraguado de acuerdo a la ley de Darcy, este aparato se llama permemetro. 7. DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES REOLGICAS: La reologa es una parte de la mecnica de medios continuos. Una de las metas ms importantes en reologa es encontrar ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de los materiales. Las propiedades mecnicas estudiadas por la reologa se pueden medir mediante remetros, aparatos que permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algunas de las propiedades reolgicas ms importantes son: Viscosidad aparente (relacin entre esfuerzo de corte y velocidad de corte). Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio) Mdulo de almacenamiento y mdulo de prdidas (comportamiento

viscoelstico lineal).

14

Equipo para realizar la prueba Un viscosmetro de Fann 35, es usado para determinar las propiedades reolgicas como la viscosidad plstica (PV) y el punto de cedencia (YP) de las lechadas de cemento. Este viscosmetro posee las siguientes caractersticas: Tipo cilindro rotacional. Dos tipos de velocidades, baja y alta. La velocidad baja opera a 300, 100 y 3 rpm. La velocidad alta opera a 600, 200 y 6 rpm. Trabaja a temperatura ambiente, intermedia y de fondo circulante.

Viscosmetro Fann Procedimiento para realizar la prueba Obtener una lechada homognea. Colocar la lechada en el vaso del viscosmetro hasta el nivel indicado en ste. Leer los valores de la siguiente forma: 600 y 300 rpm despus de 1 minuto y a 200, 100, 6 y 3 rpm cada 10 segundos.
15

 Por ltimo leer el valor a 3 rpm despus de 10 minutos de dejar la lechada en estado esttico para as obtener el gel 10. Repetir este procedimiento a la temperatura intermedia y a la temperatura circulante de fondo.

EQUIPOS USADOS EN LA CARACTERIZACIN DE LAS LECHADAS DE LODO CEMENTANTE:

a) Balanza electrnica, Marca Mettler, Modelo PM2000: utilizada para pesar los aditivos de la lechada de lodo cementante segn la formulacin. Tiene una capacidad mxima de 2000 0,01 gramos. Componentes celulsicos de alto peso molecular producirn baja prdida de agua en todos los tipos de lechada en concentraciones de 0,5 a 1,5% por peso de cemento.

Sin embargo el requerimiento de agua puede ser ajustado para producir una viscosidad deseada. Los dispersantes, o reductores de ficcin, normalmente se agregan a la lechada de cemento para controlar la prdida filtrado por dispersin y concentracin de las partculas de cemento al densificantes la lechada y, esto es especialmente eficaz cuando se reduce la relacin agua/cemento.

b) Mezcladora, Marca Chandler Engineering Company, Modelo 3060-110V: mezclador con aspas y botones para manipularlo, con 2 velocidades (4000 200 rpm. y 12000 500 rpm.) en modo automtico y velocidades variables en modo manual, utilizado para preparar la lechada segn la formulacin. c) Balanza para densidad de fluidos presurizada, Marca Halliburton Company, Modelo nico: utilizada para medir la densidad de la lechada de cemento, segn procedimiento descrito en las especificaciones API RP 10B.

d) Consistmetro presurizado, Marca Chandler Engineering Company, Modelo Cp8: utilizado para determinar el tiempo en que la lechada de cemento es

16

bombeable dentro del pozo a presin y temperaturas simuladas, segn procedimiento descrito en las especificaciones API RP 10B.

e) Cmara de curado presurizada, Marca Chandler Engineering Company, Modelo CC1: utilizada para curar la lechada de cemento a la presin y temperatura de pozo, con la finalidad de determinar posteriormente los estudios mecnicos y la sedimentacin de la muestra estudiada. La lechada de cemento es colocada en moldes ya preparados, los cuales se introducen en el recipiente de curado presurizado a la temperatura deseada para iniciar la prueba (normalmente 80 5F). Se aplica calor y presin de acuerdo al programa de la prueba y se deja la muestra por un lapso de veinticuatro horas.

f) Prensa mecnica, Marca Shimadzu, Modelo UH-20A: utilizada para realizar los ensayos de resistencia a la compresin convencional y flexin de una muestra de cemento. El ensayo realizado es de tipo destructivo, y la carga es expresada en toneladas-fuerza (Tonf).

g) Consistmetro atmosfrico, Marca Chandler Engineering Company, Modelo 1250: empleado para acondicionar la lechada a la temperatura en estudio, a la cual se le determinar posteriormente la reologa, prdida de filtrado y el fluido libre.

h) Cmara de filtrado, Marca OFI, Modelo PCA: esta cmara es utilizada para medir la prdida de filtrado en la lechada de cemento y la misma consiste en una celda de filtrado de 500 cc, la cual est diseada para operar a altas presiones y temperaturas

i) Vernier, Marca Mitutoyo: utilizado para medir longitudes de las muestras de cemento, en los ensayos de resistencia a la compresin convencional, flexin y sedimentacin. Viene en unidades de milmetros y pulgadas, con precisin de 0,0001 pulgadas 0,0001 milmetros.
17

j) Cilindro graduado de 250cc: utilizado para estimar el agua libre en la lechada de cemento segn procedimiento descrito en las especificaciones API RP 10B.

k) Estufa, marca Memmert, Modelo 400: este equipo se emple para secar los ncleos de cemento a una temperatura de 40C, su rango de operacin es de 20 a 220C.

l) Celdas BP: celdas utilizadas como moldes para generar los ncleos de cemento que sern utilizados para las pruebas de sedimentacin y ensayos mecnicos.

m) Celda Triaxial para Prueba de Resistencia a la Compresin y Tensin Indirecta: equipo en el cual se efectan pruebas destructivas para determinar las propiedades mecnicas del cemento, tales como Resistencia a la Compresin, el Mdulo de Young y la Relacin de Poisson, as como la resistencia a la tensin indirecta.

n) Celda de ensayo de flexin: molde empleado para formar las barras con las lechadas de lodo cementante, utilizadas en los ensayos de flexin. Tiene lacapacidad para tres muestras

o) Celdas de expansin: moldes con forma de anillo que simulan el anular de un pozo, empleados para medir la expansin de una muestra de cemento. Consta de un anillo expandible con dos balines de acero.

p) Tornillo micromtrico, Marca VIS: equipo empleado para medir la distancia entre los dos balines de acero presentes en las celdas de expansin. Posee una capacidadde medicin mxima de una pulgada con precisin de 0,0001

18

CONCLUSIN Existen diversos factores que deben ser considerados al momento de disear una lechada de cemento para un pozo petrolero, especialmente en la zona productora donde juega un papel de encuentro con presiones, densidad, Reologa y temperaturas elevadas as como la compresin que sufren los revestidores, las fuerzas que actan laterales a el cemento. Las normas API RP 10B son las delinea las prcticas y equipos recomendadas para las pruebas de laboratorio de las lechadas as como sus aditivos para predecir las propiedades especficas de acuerdo a la formacin. De acuerdo a las propiedades predichas en el laboratorio se puede determinar las fuerzas mecnicas del cemento en funcin de los aditivos adaptados al mismo, se sabe que el cemento sin aditivos puede ser fuerte pero cuando es sometido a presiones y temperaturas puede ser frgil, todo depende de la formacin y la Reologa al momento de bombear, la idea es mejorar la calidad til del cemento, que haga un buen papel, en la funcin revestidor/formacin, y por supuesto en algunas ocasiones resistente al caoneo sin sufrir cambios de derrumbe y por la cual no produzca un efecto perdida de filtrado. La calidad de la cementacin es ms importante que el costo del proceso, la cementacin es una inversin justa y necesaria. La calidad demuestra resultados en las evaluaciones del mismo.

19

BIBLIOGRAFAS http://es.scribd.com/doc/53145395/PORTADA-1 http://www.slideshare.net/gabosocorro/produccion-1clase-3 http://www.actiweb.es/marcus/archivo3.pdf http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29556/1/Tesis2.pdf

20