La cementación de pozos es el proceso de introducir cemento en el espacio anular entre el pozo y la tubería de revestimiento o en el espacio anular entre dos tuberías de revestimiento sucesivas . [1] El personal que realiza este trabajo se denomina "cementadores".
El cemento se introduce en el pozo mediante un cabezal de cementación , que ayuda a bombear el cemento entre el paso de los tapones superior e inferior .
La función más importante de la cementación es lograr el aislamiento zonal. Otro propósito de la cementación es lograr una buena unión entre el cemento y la tubería. Una presión de confinamiento efectiva demasiado baja puede hacer que el cemento se vuelva dúctil .
En el caso del cemento, es importante tener en cuenta que no existe correlación entre la resistencia a la compresión y al esfuerzo cortante . Otro dato a tener en cuenta es que la resistencia del cemento varía entre 1000 y 1800 psi , y para presiones de yacimiento > 1000 psi, esto significa que la unión del cemento de la tubería fallará primero . Esto conduciría al desarrollo de microanillos a lo largo de la tubería. [2]
A. 0–6000 pies se utiliza cuando no se requieren propiedades especiales.
B. 0–6000 pies se utilizan cuando las condiciones requieren una resistencia moderada a alta a los sulfatos.
C. Se utilizan de 0 a 6000 pies cuando las condiciones requieren una alta resistencia inicial.
D. 6000–10000 pies utilizados bajo temperaturas y presiones moderadamente altas
E. 10000–14000 pies utilizados en condiciones de altas temperaturas y presiones.
F. 10000–16000 pies utilizados en condiciones de temperaturas y presiones extremadamente altas.
G. 0–8000 pies se puede utilizar con aceleradores y retardadores para cubrir una amplia gama de profundidades y temperaturas de pozo.
H. 0–8000 pies se puede utilizar con aceleradores y retardadores para cubrir una amplia gama de profundidades y temperaturas de pozo.
J. 12000–16000 ft se puede utilizar en condiciones de temperaturas y presiones extremadamente altas o se puede mezclar con aceleradores y retardadores para cubrir un rango de profundidades y temperaturas de pozo.
Los grados de cemento API A, B y C corresponden a los grados ASTM tipo I, II y III.
Dada la multitud de parámetros del cemento , el mejor método, el más completo y práctico, para diseñar una mezcla de cemento es mediante pruebas de laboratorio.
Las pruebas deben realizarse en una muestra que represente el cemento que se utilizará en la obra .
Hay 8 categorías generales de aditivos.
Se puede agregar para acortar el tiempo de fraguado o para acelerar el proceso de endurecimiento.
El cloruro de calcio , en las condiciones adecuadas, tiende a mejorar la resistencia a la compresión y reduce significativamente el tiempo de espesamiento y fraguado. Se utiliza en concentraciones de hasta el 4,0%. El mecanismo de este proceso es objeto de debate, pero se han propuesto cuatro teorías principales.
El cloruro de calcio también produce una gran cantidad de calor durante la hidratación. Este calor podría acelerar el proceso de hidratación.
Este calor hace que la carcasa se expanda y contraiga a medida que se disipa . Las diferentes tasas de expansión y contracción pueden provocar que la carcasa se separe del cemento y dar lugar a la formación de microanillos. También tiene la capacidad de afectar la reología del cemento , el desarrollo de la resistencia a la compresión, producir una contracción del 10 al 15 %, aumenta la permeabilidad con el tiempo y reduce la resistencia a los sulfatos.
Funcionan según una de cuatro teorías principales:
Lignosulfonatos : Polímeros derivados de la pulpa de madera. Eficaces en todos los cementos Portland y añadidos en concentraciones de 0,1% a 1,5% BWOC. Se absorben en el gel de CSH y provocan un cambio de morfología a una estructura más impermeable.
Ácidos hidroxicarboxílicos : tienen grupos carboxilo hidroxilo en su estructura molecular . Por debajo de los 93 °C pueden causar un sobrerretardo. Son eficientes a una temperatura de 150 °C. Un ácido utilizado en el ácido cítrico con una concentración efectiva de 0,1% a 0,3% BWOC.
Compuestos sacáridos : los azúcares son excelentes retardadores del cemento Portland. Estos compuestos no se utilizan comúnmente debido a que el grado de retardación es muy sensible a la variación de concentración. También depende de la susceptibilidad del compuesto a la hidrólisis alcalina .
Derivados de Celulosa : Polisacáridos derivados de la madera o materia vegetal, y son estables a lascondiciones alcalinas de la lechada de cemento .
Organofosforados : Acidos alquilenfosfónicos .
Reduce la densidad de la lechada: reduce la presión hidrostática durante la cementación. Aumenta el rendimiento de la lechada: reduce la cantidad de cemento necesaria para producir un volumen determinado .
Extensores de agua: permiten/facilitan la adición de agua para ayudar a extender la mezcla/lechada de cemento.
Agregados de baja densidad – Materiales con densidades menores que el cemento Portland (3,15 g/cm3)
Microesferas de vidrio huecas : diseñadas con alta resistencia (unicelulares) y baja densidad (densidades reales promedio tan bajas como 0,3 g/cc para las versiones de resistencia media), esferas de vidrio huecas no porosas, generalmente por debajo de los 40 μm en tamaño de partícula promedio, permiten lechadas de cemento hidráulico tan bajas como 8 PpG (960 Kg/m^3)
Extendedores gaseosos : se puede utilizar nitrógeno o aire para preparar espuma.
Arcillas – Silicatos de aluminio hidratados. La más común es la bentonita (85% arcilla mineral esmectita ). Se puede utilizar para obtener un cemento de densidad 11,5 a 15,0 ppg, con concentraciones de hasta 20%. Se utiliza con una relación API de 5,3% de agua a 1,0% de bentonita.
Bentonita: se agrega junto con agua adicional y se utiliza para controlar el peso específico, pero produce un cemento deficiente.
Puzolana : piedra pómez finamente molidaa partir de cenizas volantes . La puzolana cuesta muy poco, pero no permite reducir mucho el peso de la lechada.
Tierra de diatomeas : también requiere que se le añada agua adicional. Sus propiedades son similares a las de la bentonita.
Sílice : cuarzo αy humo de sílice condensado . El cuarzo α se utiliza para evitar la regresión de la resistencia en pozos térmicos . El humo de sílice (microhumo) es altamente reactivo y se considera el material puzolánico más eficaz disponible. La gran superficie aumenta la demanda de agua para obtener una lechada bombeable. Una mezcla de este tipo puede producir una lechada de cemento con un contenido de tan solo 11,0 ppg.
Concentración normal = 15 % de BWOC, pero puede llegar a 28 % de BWOC. A veces se puede utilizar para prevenir la migración de líquido anular.
Perlita expandida : se utiliza para reducir el peso a medida que se agrega agua. Sin bentonita, la perlita se separa y flota en la parte superior de la lechada. Se puede utilizar para lograr un peso de lechada de tan solo 12,0 ppg. También se agrega bentonita en concentraciones del 2 al 4 % para evitar la segregación de partículas y lechada.
Gilsonita : se utiliza para obtener pesos de lodo tan bajos como 12,0 ppg. En altas concentraciones, la mezcla es un problema.
Carbón en polvo : se puede utilizar para obtener una suspensión con una densidad tan baja como 11,9 ppg; generalmente se agregan entre 12,5 y 25 libras por saco.
Utiliza aditivos de látex para lograr la pérdida de fluidos. Los polímeros en emulsión se suministran como suspensiones de partículas de polímero. Contienen alrededor del 50% de sólidos. Dichas partículas pueden taponar físicamente los poros de la torta de filtración .
Aumentan la viscosidad de la fase acuosa y disminuyen la permeabilidad de la torta de filtración.
Proteínas orgánicas ( polipéptidos ). No se utilizan a temperaturas superiores a 93 °C.
Polímeros sintéticos no iónicos Pueden reducir las tasas de pérdida de fluido de 500 ml/30 min a 20 ml/30 min.
También existen polímeros sintéticos aniónicos y polímeros catiónicos .
La adición de materiales que puedan unir físicamente zonas fracturadas o débiles, por ejemplo, gilsonita y escamas de celofán añadidas en cantidades de 0,125 a 0,500 libras por saco.
Se trata de lechadas de cemento que al entrar en la formación comienzan a gelificarse y acaban volviéndose autoportantes.