Diseno de cementaciones

EXPLORACION Y PRODUCCION

SUBDIRECCIÓN DE LA UNIDAD DE PERFORACIÓN Y MANTENIMIENTO DE POZOS

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LA CEMENTACIÓN

DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO

CLAVE: 223 – 21100 – DI – 042

GERENCIA DE ESTRATEGIAS DE INGENIERÍA Y DISEÑO DE

PERFORACIÓN Y TERMINACIÓN DE POZOS

VERSIÓN: PRIMERA

AGOSTO DE 2005


SUBDIRECCIÓN DE LA UNIDAD DE PERFORACIÓN Y MANTENIMIENTO

DE POZOS

GERENCIA DE ESTRATEGIAS DE INGENIERÍA Y DISEÑO

223 – 21100 – DI - 042

AGOSTO/2005 REVISIÓN: ELABORÓ:

Grupo de Intervenciones a Pozos

REVISÓ: APROBÓ: Víctor Vallejo

Arrieta Juan Alfredo Ríos

Jiménez

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LA CEMENTACIÓN DE TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO

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PRIMERA

En la elaboración de este procedimiento participaron los profesionistas de Sede, Divisiones, Unidades y Sectores Operativos que a continuación se listan: Ing. José A. Martínez Ramírez Ing. Marco A. Corona Corbalá Ing. Rufino Rayón Casiano Ing. Fernando Siles Coria Dr. Víctor G. Vallejo Arrieta



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PRIMERA

TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

4. MARCO NORMATIVO

5. DEFINICIONES

6. DESARROLLO

7. DIAGRAMA DE FLUJO

8. ANEXOS

9. CONTROL DE ACTUALIZACIÓN DEL PROCEDIMIENTO



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PRIMERA

1. OBJETIVO

Establecer la secuencia de actividades de diseño para la cementación primaria de tuberías de revestimiento que satisfaga los requerimientos técnicos de PEP al menor costo.

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

Este documento es de observancia general y obligatoria para todas las áreas de Ingeniería de las Divisiones y en las áreas de Diseño de las Unidades Operativas que integran la UPMP. Es responsabilidad de todos los subgerentes de ingeniería, jefes de las unidades operativas, especialistas de diseño e ingenieros de proyecto el cumplir cabalmente con este procedimiento.

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

Las sugerencias para la revisión y actualización de este documento deben ser enviadas a la Gerencia de Estrategias de Ingeniería y Diseño a la siguiente dirección: Edificio Pirámide piso 8, Avenida Adolfo Ruiz Cortínez No. 1202, C.P. 86030, Villahermosa Tabasco, la cual realizará la actualización de acuerdo a la procedencia de la misma.

Cualquier organización o grupo de trabajo de PEMEX Exploración y Producción que sea usuario de este documento podrá sugerir y recomendar modificaciones y/o actualizaciones del mismo, de acuerdo a lo indicado en el párrafo anterior. Este documento se revisará y actualizará cada cinco años o antes si las sugerencias o recomendaciones de cambio lo justifican.



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PRIMERA

4. MARCO NORMATIVO

• “API Recommended Practice 10B edition , December 1997”. • “Specification for Oil Well Cements and Cement additives API Standard 10 A”. • “Specification for Bow Spring Casing Centralizers API Spec10D”. • “Recommended Practice 10D-2 edition , August 2004”. • Reglamento de trabajos petroleros. • Norma Interna para elaborar procedimientos. • Guía Práctica de Diseño para efectuar cementaciones primarias de TR.

5. DEFINICIONES

Tubería de revestimiento (TR).- Es un tubular utilizado en los pozos para evitar el derrumbe del agujero y sirve como un elemento de sello para aislar formaciones de diferentes características, y los fluidos contenidos en los diferentes estratos atrás de la tubería, y así poder, estimular, evaluar, seleccionar y producir cada intervalo de prueba. Diseño de Cementación de TR.- Es el proceso que se sigue mediante el uso de una metodología para definir las características del sistema de lechada y la hidráulica a fin de cementar la TR en forma efectiva. Cemento.- Es un material inorgánico finamente pulverizado que al agregarse al agua ya sea solo o mezclado con arena, grava, asbesto, u otros materiales, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua en virtud de reacciones químicas durante la hidratación. Una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad. Bache lavador.- Es el volumen de fluido que se bombea primero cuya función es remover el lodo y eliminar el enjarre.



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PRIMERA

Bache espaciador.- Es el volumen bombeado después del lavador y antes de la lechada cuya función es separar estos fluidos. Lechada.- Se define como la mezcla de agua, cemento, y aditivos. Consistómetro.- Equipo empleado en el laboratorio para determinar el tiempo de fraguado de una lechada. Fluido Newtoniano.- Fluido cuya velocidad de corte es linealmente proporcional al esfuerzo de corte. Fluido no Newtoniano.- Fluido cuya velocidad de corte no es linealmente proporcional al esfuerzo de corte; puede ser dilatante o pseudoplástico. Número de Reynolds.- Es un parámetro adimensional y empíricamente deducido que es empleado para determinar el régimen de flujo de un fluido: laminar, transición, o turbulento Tiempo de contacto.- Es el tiempo que un fluido pasa a través de un punto específico en el pozo. Gradiente de fractura.- Es un parámetro en unidades de presión/profundidad vertical, el cual nos proporciona el valor en que la formación se fractura Gradiente de poro.- Es un parámetro en unidades de presión/profundidad vertical el cual nos proporciona el valor en que los fluidos de la formación se encuentran dentro de los poros TR corta o liner.- Es una tubería de revestimiento corta que se cuelga arriba de la zapata de la tubería anterior, esta se cementa en la parte intermedia del pozo o en el fondo. Registro calibrador.- Es un registro tomado con cable eléctrico por una herramienta con patines la cual va registrando el diámetro del agujero, y cuantifica su volumen.



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Viscosidad.- Es una medida de la resistencia de un fluido al flujo, el API recomienda una viscosidad de lechada de 10 a 15 Bc (unidades de consistencia usadas en pruebas a cementos). Centradores.- Son accesorios que se instalan en la parte externa de la TR que tienen por objeto centrar la tubería para reducir su excentricidad dentro del agujero y mejorar la eficiencia de la cementación

Densidad Equivalente de circulación. ECD.- Es la densidad equivalente en el pozo a condiciones dinámicas en un punto específico y se obtiene sumando a la presión hidrostática en ese punto mas las caídas de presión por fricción corriente arriba del punto señalado todo dividido entre la profundidad vertical.

Agua libre.- Es el volumen de agua que se separa de la lechada. Se mide después de haber agitado la lechada 20 minutos en el consistómetro atmosférico y haberla dejado en reposo dos horas. El máximo valor de agua libre aceptado por el API es de 1.4 %. El agua libre se evita utilizando la cantidad de agua adecuada, mezclando la lechada correctamente de acuerdo a la norma, y utilizando aditivos para este propósito.

Tiempo bombeable o tiempo de espesamiento.- Básicamente el tiempo en que una lechada alcanza una viscosidad de 100 Bc en el consistómetro de acuerdo al procedimiento de pruebas del API RP 10 B. Se debe considerar el tiempo en preparar, bombear la lechada, soltar tapones, y desplazar el cemento, más un tiempo adicional como factor de seguridad. Resistencia a la compresión.- Se debe verificar el desarrollo de la resistencia a la compresión en 8, 12 y 24 horas de permanecer en reposo a condiciones de presión y temperatura de fondo de pozo. Es generalmente aceptado como resistencia mínima para soportar el peso de la TR, un valor de 500 psi (35 kg/cm2) a las condiciones de 3000 psi y temperatura estática de fondo del pozo1y2



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6. DESARROLLO

6.1. Obtener la siguiente información del pozo. 6.1.1. Del pozo a diseñar a.- Diámetros de la última TR cementada, profundidad de asentamiento,

diámetros, grados, y peso de cada sección.

b.- Profundidad y diámetro promedio del agujero. c.- Datos de la TR por cementar, diámetro, grado y peso de cada sección. d.- Trayectoria del pozo, profundidad de inicio de desviación (Kick off),

estaciones de desviación (ángulo y rumbo). e.- Perfil de gradientes de las presiones de poro y fractura de las formaciones

atravesadas en la última etapa de la perforación. f.- Tipo de lodo empleado durante la perforación y sus características

(densidad, lecturas del viscosímetro Fann a 300 y 600 rpm, o en su defecto viscosidad plástica y punto de cedencia)

g.- Gradiente de fractura durante la prueba de goteo en la última etapa de

perforación. h.- Temperatura de fondo y superficial del pozo. i.- Intervalos por cubrir de cemento. j.- Características y litología de la formación.



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PRIMERA

6.1.2. De pozos de correlación: a.- Reporte post-operativo de cementaciones (compañías de servicio o

SERAP). b.- Profundidades de brotes y pérdida de fluidos y densidades equivalentes de

circulación ( ecρ ) durante la perforación y cementación. c.- Evaluación de cementaciones. d.- Reporte del SIOP de operaciones previas, durante y después de la

cementación. Realizar un revisión de la información citada en los puntos 6.1.1 y 6.1.2, utilizando el formato DC-1.

FORMATO DC-1Verificación de Información

Concepto Si No ObservaciónTuberíaAsentamientos (MD y MV)Diámetro ExteriorDiametro InteriorGradoPesoDistribuciónColumna GeológicaContactosLitologíaGradientes de Presión Datos tabuladosGráficoFluido de ControlDensidad por etapaTipoReologías ( Vp y Yp)Información adicionalPerfil de Temperatura o GradienteReportes SIOP de cementaciones pozos correlaciónReportes post operativos de Cias. ServicioPrograma direccional



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6.2. Análisis de información de los pozos de correlación. En este punto se verifican las condiciones que prevalecieron durante la cementación de las tuberías de revestimiento de los pozos de correlación, este aspecto es fundamental para establecer áreas de oportunidad que nos permitan mejorar el diseño de las operaciones o replantear aspectos que deben ser considerados para la cementación del pozo en diseño. El análisis de las cementaciones de los pozos de correlación nos permite verificar las condiciones durante la introducción de la tubería, temperatura, acondicionamiento del agujero, presión y gasto de bombeo, propiedades reológicas de los fluidos, circulación durante la operación, resultados post operativos entre otros. Con objeto de facilitar el manejo y análisis de la información se emplea el formato DC-2. El análisis debe realizarse para cada etapa de los pozos de correlación, en caso de que se haya presentado algún problema relevante (implica desviaciones en tiempo y costo), deberá documentarse la causa del mismo y aplicar las lecciones aprendidas para descartar cualquier posibilidad de que se repita el problema.



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PRIMERA

03 de Marzo de 2004

Cementación de Tubería de Revestimiento de 13 7/8” @ 1,540 mtsPozo: Formato DC-2Fluidos EmpleadosLODO : Tipo Densidad: 1.68 gr/cm3

Vp: 27 cp Yp: 21 lb/100 ft2

LAVADOR : NombreVolumen 60 blsDensidad 1.03 gr/cm3

Gasto 5 bpmPresión 150 psiESPACIADOR : NombreVolumen 60 blsDensidad 1.70 gr/cm3

Vp: 27 cp Yp: 21 lb/100 ft2

Gasto 4 bpmPresión 150 psiCEMENTO : TipoVolumen 202.6 blsDensidad 1.75 gr/cm3

Vp: 160.5 cpYp: 22 lb/100 ft2Gasto 4 bpmPresión 225 psiCEMENTO : TipoVolumen 94.8 blsDensidad 1.90 gr/cm3

Vp: 181.5 cpYp: 23.6 lb/100 ft2Gasto 4 bpmPresión 285 psiDESPLAZAMIENTO : TipoVolumen 730 blsDensidad 1.68 gr/cm3

Gasto 10 bpmPresión 200 psiObservaciones

Durante la operación: Se observó circulación normal. Acoplamiento de tapones: 450 psiPresion final : 1000 psiEquipo de flotación : OkPruebas posteriores: Zapata con 1000 psiRegistro de cementaciones: CBL Adherencia 85%

Durante la introducción de la tubería: Quedo atrapada a 1540 m, optando por cementar esta tubería calculando un volumen

FORMATO DC-2



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6.3. Cálculos 6.3.1. Cálculo del volumen de lechada.

Se determina a partir de los diámetros programados en el pozo, considerando la cima de cemento programada y el volumen de cemento entre zapata y cople más un 15 a 25 % de exceso en el agujero descubierto dependiendo de las características de la formación (porosidad y permeabilidad), posibilidad de que se presenten zonas deslavadas y de las características de la lechada a utilizar. Las principales ecuaciones para determinar el volumen de cemento son:

Volumen del espacio anular ( eaV ) agujero descubierto:

DdedV tragea *)(*00319.0 22 −= (6.3.1)

Donde agd y trde son los diámetros del agujero y exterior de la TR a cementar, respectivamente y D es la longitud por cubrir con cemento. Volumen del espacio anular ( exeaV _ ) agujero descubierto con exceso:

ExcesoDdedV tragexea **)(*00319.0 22_ −= (6.3.2)

Volumen del espacio anular ( TReaV − ) TR anterior:

DdediV trTRaTRea *)(*00319.0 22 −=− (6.3.3) Donde TRadi y trde son los diámetros de la TR anterior y exterior de la TR a cementar, respectivamente y D es la longitud por cubrir con cemento.



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PRIMERA

Volumen entre cople y zapata ( zcV / ):

hdiV trzc **00319.0 2/ = (6.3.4)

Donde trdi es el diámetro interno de la TR y h es la distancia ente el cople y la zapata.

Volumen de lechada ( lechV ) sin exceso:

zcTRaeaealech VVVV /++= − (6.3.5) Volumen de lechada con exceso:

zcTRaeaexealech VVVV /_ ++= − (6.3.6) Cantidad de sacos de cemento:

saco por oRendimientLechadadeVolumenSaco __

= (6.3.7)

Agua requerida para la mezcla:

_saco nto_porRequerimie*sSacoAgua = (6.3.8)

6.3.2. Cálculo del volumen para el desplazamiento.

El volumen de desplazamiento ( dV ) es igual a la suma de los volúmenes de cada sección de tuberías de trabajo (en caso de liner) y/o de revestimiento desde la superficie hasta el cople de retención.

)(**00319.0 2 hDdiV trd −= (6.3.9)



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6.3.3. Cálculo de baches lavador y espaciador.

En lodos base agua es recomendable usar como bache lavador agua dulce; la cual es un fluido Newtoniano que alcanza un régimen de flujo turbulento durante el desplazamiento a gastos bajos. El bache espaciador se comporta comúnmente como fluido no-Newtoniano. La densidad de este frente espaciador debe estar entre la densidad del lodo y la del cemento. Si el gradiente de fractura de la formación lo permite, se recomienda que la densidad del fluido espaciador sea 0.06 gr/cm3 mayor a la del lodo5. Es recomendable una longitud de los baches de 150 m en el espacio anular entre la TR y el agujero a menos que existan problemas de inducción y/o pérdida de fluido en pozo. El volumen de los baches lavador y espaciador ( bV ), de acuerdo con el criterio de eficiencia de desplazamiento, se determina de la siguiente forma6:

( ) btragb LdedxV **10067.5 224 −= − (6.3.10)

Donde bL es la longitud del bache, se recomiendan al menos 150 m.

Otro criterio para determinar el volumen del bache es el tiempo de contacto que debe ser de al menos 10 minutos y se estima con la siguiente fórmula.

eab QV *10= (6.3.11)

Donde eaQ , es el gasto de flujo en el espacio anular.

Estos dos volúmenes proporcionan los límites mínimo y máximo de baches a emplear. La decisión final del volumen de cada bache deberá tomar en cuenta que la ( ecρ ) sea mayor a la correspondiente presión de poro de la formación y menor que la presión de fractura a través del agujero.



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PRIMERA

Las mismas ecuaciones aplican para los cálculos de cementación de tuberías de revestimiento cortas (Liner´s), calculando los volúmenes de lechada y desplazamiento de acuerdo a la geometría del pozo, considerando entre otras cosas:

• El volumen de lechada debe considerar un volumen de cemento adicional al necesario para cubrir el espacio anular, se calculará un volumen que cubra 100 metros arriba de la boca del liner.

• El desplazamiento debe calcularse considerando el diámetro interior de la tubería de perforación con la que se bajará y activará el colgador de la tubería de revestimiento corta. Para la ejecución de la operación es importante considerar que en las conexiones de la TP se reduce el diámetro y por lo tanto el volumen de desplazamiento.

6.4. Simulación de la cementación. La simulación hidráulica de una cementación es fundamental en el diseño adecuado de una cementación, generalmente se realiza con un simulador en el que las consideraciones principales son:

• Gradientes de presión de poro y fractura.

• Geometría y programa direccional del pozo.

• Densidad y características reológicas de los fluidos con los que se realizará la perforación (se incluyen también las del fluido con las que se tiene lleno el pozo).

• Volúmenes de los fluidos (Lechadas, baches y desplazamiento).

• Gastos de bombeo. • Accesorios especiales que reduzcan el área de flujo.

La secuencia básica para realizar una simulación consiste fundamentalmente en:



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PRIMERA

Entrada de Datos DEFINIRDatos Administrativos / Información del PozoTipo de trabajo y tipo de pozoGeometría del pozo (Registro calibración, direccionales, TR's)Condiciones del pozo (presión de poro y fractura; descripción de formación)

Diseño de fluidos DEFINIRTipo de fluido (Lodo, espaciador, lavador químico y lechadas)Propiedades de los fluidos (densidad, reología, composición/diseño, datos API)Datos de productos

Secuencia de Bombeo DEFINIRPosicion de fluidos al final del trabajoVolúmenes de la geometría del pozo.Verificar el levantamiento de la TR ( En condiciones estáticas).

Diseño de colocación OPTIMIZARRegimen de flujo (Laminar efectivo ó turbulento)Elegir un gasto anular aceptable.Cédula de bombeoVerificar efecto de caída libre. Ajustar bombeo para minimizar dicho efectoVerificar la seguridad y el control del pozo.Simulador de temperatura.

Generar Reportes

Cuando se realiza la simulación los factores que se tratan de optimizar son: 6.4.1. Régimen de Flujo El régimen de flujo que ha mostrado mayor eficiencia en el desplazamiento del lodo en el espacio anular es el turbulento, pero por lo general la lechada no lo alcanza debido a su reología, se comporta como fluido no Newtoniano resultando las caídas de presión por fricción altas. De no ser posible alcanzarlo es recomendable hacerlo al mayor gasto posible, cuidando no rebasar la presión de fractura. El régimen de flujo turbulento es más fácil alcanzarlo con los baches debido a que estos fluidos tienen un comportamiento newtoniano, en el anexo “A” se presentan los algoritmos para alcanzar el flujo turbulento y para el cálculo de la hidráulica considerando los modelos reológicos de fluidos Newtonianos, Ley de Potencias y Plástico de Bingham.



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6.4.2. Presión diferencial durante el desplazamiento. Otro aspecto importante es cuantificar la presión superficial ( sP ) bajo condiciones dinámicas. Esta diferencial de presión es dada por la siguiente expresión2:

ftrfatras PPPPP ++−= (6.4.1)

Donde aP y trP son presiones hidrostáticas en el espacio anular y dentro de

las tuberías respectivamente, mientras que faP y ftrP son pérdidas de presión por fricción fuera y dentro del TR, mismas que se obtienen de acuerdo a lo establecido en el anexo “A”.

6.4.3. Densidad equivalente de circulación ( ecρ ):

Es necesario conocer la ecρ en los puntos críticos a lo largo del agujero descubierto y compararla con las presiones de poro y fractura para evitar inducciones y/o pérdidas de fluido que en ambos casos afectan la efectividad

de la cementación. La ecρ se obtiene de la siguiente manera:

)(*7045.0D

PP faaec

+=ρ (6.4.2)

La Figura siguiente ilustra la curva de comportamiento típico de la ecρ en el fondo del pozo acotada por la presión de poro y de fractura, dicha curva fue obtenida mediante una sucesión de puntos calculados en todo el proceso de la cementación desde el bombeo de los baches hasta el desplazamiento de la lechada con el empleo de la ecuación (6.4.2) y a diferentes intervalos de tiempo. Debido a la gran cantidad de cálculos que se requieren, prácticamente es imposible hacerlo sin el auxilio de un software; por lo que existe en el mercado software especializado que proporciona esta gráfica que es bastante útil para diseñar la cementación.



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Figura 1. Densidad de circulación equivalente en el fondo del pozo.

6.4.4. Tiempo Operativo (Cedula de bombeo). El tiempo operativo es el tiempo requerido para colocar todos los fluidos a la profundidad de diseño, se establece a través de la cédula de bombeo que consiste en especificar para cada fluido el gasto con el que se bombeará al pozo, así como las suspensiones si son requeridas para soltar los tapones. El tiempo de bombeo de cada fluido se define por la siguiente ecuación:

Efepmq

VT fluido

***9.158

= (6.4.3)

Donde el gasto esta establecido para: a) Bomba duplex:

( ) vvC Lddq *2*02575.0 22 −= (6.4.4)

b) Bomba triplex:

( ) vC Ldq **03862.0 2= (6.4.5)

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

0 20 40 60 80 100

tiempo [min]

ECD

[gr/c

m3]

Lechada entrando al espacio anular

Presión de fractura

Presión de poro

Baches llegando a la zapata

Ventana operacional



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6.4.4.1. Tiempo de desplazamiento El tiempo de desplazamiento corresponde al tiempo necesario para bombear el fluido con el que se desplazan los bache(s) y lechada(s) en el pozo, es el tiempo requerido para que el tapón superior o de desplazamiento se aloje en el cople de retención, el cálculo de este tiempo considera el volumen de desplazamiento, el gasto de bombeo y la eficiencia de la bomba con la que se efectuará la operación, se determina utilizando la ecuación 6.4.3.

6.4.5. Máxima presión diferencial. Es la presión generada por la diferencia de densidades del fluido de control y el cemento desde el cople de retención/diferencial hasta la cima de la columna de cemento en el EA.

( ) ( )hDP lodoc −−=∆ **422.1max ρρ (6.4.6)

La simulación debe considerar además: Accesorios de TR adicionales como colgadores así como condiciones operativas que afecten el gasto de bombeo (obtenidas de pozos de correlación) y el programa de reducción de gasto durante el bombeo de los fluidos, especialmente del desplazamiento, ya que este generalmente se reduce para observar acoplamiento de tapones y presión final.

6.5. Recomendaciones básicas. Se debe emplear el Software DSP ONE para el análisis de centralización, debido a que la adherencia del cemento se mejora utilizando centradores, la centralización debe ser optimizada para mejorar las condiciones de flujo en el espacio anular. Es necesario que se instalen centradores en la TR a cementar, esto con objeto de evitar la canalización de lodo y mejorar la efectividad de la cementación; sobre todo en pozos direccionales.



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En la colocación de centradores deben considerarse las zonas susceptibles a pegaduras por presión diferencial (zonas permeables) y severidades del agujero importantes (patas de perro) o irregularidades (ojos de llave). La experiencia práctica ha mostrado que valores entre el 75 y 90% de centralización son adecuados inclusive en pozos horizontales Las lechadas de cemento son diseñadas para alcanzar un aislamiento efectivo en las zonas de interés, manteniendo la seguridad del pozo durante y después de su colocación y deben tener propiedades que soporten y protejan la tubería de revestimiento. El diseño se basa en muchas consideraciones para cada caso específico, entre otras están:

• Propiedades de la lechada (densidad, tiempo bombeable, reología, pérdida de fluido, etc)

• Propiedades del cemento fraguado (desarrollo de esfuerzo compresivo, permeabilidad, adherencia, etc).

• La hidráulica del cemento cuando bombeado para colocarlo en el pozo (limites de presión de poro y fractura, densidad del lodo y cemento, uso de baches y caídas de presión por fricción).

• Consideraciones económicas (rendimiento, aditivos, equipo, etc.).

• Disponibilidad de cemento y aditivos (molienda, lotes, procedencia, etc.). Normalmente existen muchas opciones de lechada para el diseño, debe seleccionarse la más económica, existen casos en los que las opciones para la selección de la lechada está limitada, tal es el caso de zonas con sal, problemas de migración de gas, pozos HPHT, pozos altamente desviados, pozos en aguas profundas y en zonas de pérdida severa de circulación.

La primera consideración en el diseño de la lechada es su densidad, ésta gobierna la mayoría de las propiedades de cemento (rendimiento de la lechada y requerimiento de materiales), está en función de los límites de presión de poro y



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PRIMERA

fractura del pozo así como de la columna que cubrirá. Existe un rango amplio de densidades que pueden ser alcanzadas usando aditivos extendedores y de peso.

Se consideran generalmente dos lechadas para la cementación de las tuberías de revestimiento:

1. Lechada de Amarre, esta se coloca en el fondo del pozo alrededor de la tubería y cubre generalmente de 200 a 300 metros Estas lechadas tienen propiedades mecánicas superiores para sellar zonas problemáticas dando soporte a la tubería de revestimiento y desarrollan esfuerzo compresivo alto para poder continuar con la perforación ( > 500 psi).

2. Lechada de relleno o baja densidad, normalmente cubre y sella otras zonas arriba de la cima de la lechada de amarre, soportando y protegiendo la tubería manteniendo el control hidrostático del pozo. Los requerimientos mecánicos no son tan exigentes y esto permite que se incremente el rendimiento reduciendo costos.

La densidad de diseño de la(s) lechada(s) debe mantenerse durante la ejecución de los trabajos para asegurar las propiedades de las mismas, ya que variaciones en la densidad afectan otras propiedades, incluso reducen el tiempo bombeable.

El tiempo bombeable de las lechadas se calcula a partir del momento en que se inicia su mezcla y hasta que están colocadas en el pozo, es decir cuando se usan dos lechadas la primera lechada debe considerar el tiempo de bombeo de la misma mas el tiempo de bombeo de la siguiente lechada y el desplazamiento, mientras que la de amarre únicamente considera el tiempo bombeable de la lechada y el tiempo de desplazamiento, adicional al tiempo calculado existen dos criterios de seguridad a considerar:

1. Adicionar 120 min al tiempo calculado 2. Adicionar 50% al tiempo calculado Se selecciona el criterio que nos brinde mayor seguridad.



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PRIMERA

7. DIAGRÁMA DE FLUJO



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PRIMERA

Recopilar y validar la información

Análisis de pozos correlación

Simulación hidráulica

Remoción de lodo

Diseño de lechada

Elaboración de Reportes

B

C

D

Inicio

A

Fin del proceso

Cálculos de volúmenes (Lechada, desplazamiento y baches)

Centralización y selección de accesorios

Formato DC-01

Formato DC-02



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PRIMERA

Definir cédula preliminar

Simulación

P. de fondo> P. de fractura

P.fondo> P. de poro

Ajustar Cédula de bombeo(Subir densidad, bajar vol. de

fluidos ligeros)

Ajustar Cédula de bombeo(Bajar gasto, densidades, ó vol. de fluidos pesados

A

SI

No

No

SI

Verificar si hay caída libre

Ajustar Cédula de bombeo(Modificar gasto)

B

No Si(**)

(**) Nota: en caso de tener caída libre, si no es posible eliminarla, tratar de minimizarla y continuar con el proceso (punto B)



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PRIMERA

C

Es posible régimen turbulento

para la remoción

SI NO

D

SI NO

Modificar Cédula (Volúmenes)

Simulación

C

SI NO

Modificar Cédula (Volúmenes, reología)

Simulación

Ajustar Cédula para régimen laminar

(volúmenes, reología)

Cumple con

criterios

Cumple con criterio

10 minutos de contacto

Anexo B: Diferencia de densidades Diferencia de reologías Q máximo Q mínimo

D

E

E



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PRIMERA

8. ANEXOS

Anexo A Fluidos Newtonianos Son aquellos que el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte y se representa con la siguiente ecuación:

γµτ *= (A.1) Donde (µ ),es la constante de proporcionalidad conocida como viscosidad del fluido y es obtenida a partir de la siguiente ecuación

300θµ = (A.2) El gasto mínimo crítico para obtener flujo turbulento se obtiene con las ecuaciones (42.11 y 42.12 ). a.- Se calcula la velocidad anular entre el agujero y el diámetro exterior de TR suponiendo un número de Reynolds mínimo de 2100 de la forma siguiente:

)(**7.6318*Re

trag dedN

v−

=ρ

µ (A.3)

b.- Se calcula el gasto mínimo para obtener flujo turbulento como a continuación:

)(**448.2 22min trag dedvq −= (A.4)

Una vez determinado el gasto critico o el gasto máximo posible, las caídas de presión son determinadas mediante el siguiente algoritmo para flujo por TR y espacio anular respectivamente.



DE POZOS


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Jiménez



PAG: 28 DE: 60

PRIMERA

tri di

qv 2min*51.24

= (A.5)

)(*51.24

22min

tragea ded

qv−

= (A.6)

µρ***968.128

Reitr vdi

N = (A.7)

µρ**)(*968.128

Reeatrag vded

N−

= (A.8)

Si el número de Reynolds es menor que 2100, entonces se tiene flujo laminar y el factor de fricción se determina con la siguiente ecuación.

Re

64N

f = (A.9)

Si el número de Reynolds esta entre 2100 y 3100 el flujo es de transición y el factor de fricción es el siguiente:

( ) 3192.0Re5675.0 −+= Nf (A.10)

Si el número de Reynolds es mayor que 3100 se trata de flujo turbulento y el factor de fricción se determina con el diagrama de Moody; previamente se calcula el coeficiente de rugosidad relativa ( RR ), para interior de TR y espacio anular respectivamente con las siguientes ecuaciones:

tr

r diεε = (A.11)



DE POZOS


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PAG: 29 DE: 60

PRIMERA

donde ε para tuberías tiene un valor de 0.00065 pg

tragr ded −=

εε (A.12)

Posteriormente en la gráfica se selecciona el valor de número de Reynolds calculado y se entra a la curva de rugosidad relativa y posteriormente al eje de las ordenadas donde se lee el valor de f correspondiente. Las caídas de presión por fricción en TR y espacio anular para los fluidos lavadores y espaciadores se determinan con las siguientes ecuaciones para cada fluido y para cada sección geométrica.

tr

if di

fvLP

25 **10*51736.0 ρ−

=∆ (A.13)

)(**10*51736.0 25

trag

eaf ded

fvLP

−=∆

− ρ (A.14)



DE POZOS


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PAG: 30 DE: 60

PRIMERA

300θµ =

)(*7.6318*Re

trag dedNv

−=

ρµ

)(**448.2 22min trag dedvq −=

)(*51.24

22min

tragea ded

qv−

=

µρitr vdiN 968.128

Re =

µρeatrag vded

N)(968.128

Re

−=

Re

64N

f =

31002100 Re ⟨⟨N

2100Re <N

( ) 3192.0Re5675.0 −+= Nf

trr di

εε =trag

r ded −= εε

tr

if di

fvLP25 **10*51736.0 ρ−

=∆

)(**10*51736.0 25

trag

eaf ded

fvLP−

=∆− ρ

Moodydediagramalde

fObtener

S I

S I

SI

NO

NO

trdiqvi 2

min*51.24=



DE POZOS


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PAG: 31 DE: 60

PRIMERA

Fluido Ley de Potencias Generalmente se acepta que el modelo reológico que mejor describe el comportamiento de las lechadas de cemento es el de Ley de potencias. En el caso de un fluido Ley de Potencias para determinar el número de Reynolds

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

300

600log32.3θθn (A.15)

nK1020

600θ= (A.16)

5.2log += nA (A.17)

7log4.1 nB −

= (A.18)

nN c *13703470Re −= (A.19)

Si el flujo es por dentro de TR

( ) ( )n

n

ntr

ni

R

nnK

divN

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=−

−

4138*

**0254.0**00508.*84.2087

1

*2 ρ (A.20)

Si el número de Reynolds es mayor que el crítico, entonces se tiene flujo turbulento y las pérdidas de presión por fricción se calculan con la siguiente ecuación:



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PRIMERA

B

i

n

tr

i

tr

if v

nn

div

K

diLvA

P

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=∆−

2

27

*

13*4.0*3198.2

****10*144.4ρ

ρ (A.21)

Si el flujo es laminar: n

tr

tr

i

f din

ndi

vLKP

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=∆

− 13*4.0*10*6887.7 4

(A.22)

Si el flujo es por espacio anular, entonces:

( ) ( )( )n

n

ntrag

nea

R

nnK

dedvN

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−=

−

−

312*12*

**0254.*00508.*72.1704

1

2 ρ (A.23)

Si el número de Reynolds es mayor que el critico, entonces el flujo es turbulento y las caídas de presión por fricción se calculan con la siguiente ecuación:

( )( )

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

−=∆

−

2

27

*

12*8.0**8945.1

***10*0755.5

ea

n

trag

ea

trag

eaf v

nn

dedv

K

dedLvA

Pρ

ρ (A.24)

En caso de flujo laminar se tiene:

( )( )

B

trag

trag

ea

f ded

nn

dedv

LK

P−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

=∆

− 12*8.0**10*6887.7 4

(A.25)



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PRIMERA

FLUJOPOR TR

nN c *13703470Re −=

( ) ( )n

n

ntr

ni

Rr

nnK

divN⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=−

−

4138*

*0254.00508.84.2087

1

*2 ρ

n

tr

tr

i

f din

ndi

vKLP

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=∆

− 13*4.010*6887.7 4

( )( )

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

−=∆

−

2

27

128.0*8945.1***10*0755.5

ea

n

trag

ea

trag

eaf v

nn

dedvK

dedLvAP

ρρ

B

i

n

tr

i

tr

if v

nn

divK

diLvAP

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

=∆−

2

27

134.0*3198.2***10*144.4

ρρ

( )( )

B

trag

trag

ea

f dedn

ndedvKL

P−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

=∆

− 12*8.010*6887.7 4

RcNN >Re

RcRr NN >NO

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

300

600log32.3θθn

nK1020

600θ=

5.2log += nA

7log4.1 nB −

=

( ) ( )( )n

n

ntrag

nea

Rr

nnK

dedvN

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−=

−

−

31212*

*0254.00508.72.1704

1

2 ρ

SI

SINO

SI

NO



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PAG: 34 DE: 60

PRIMERA

Fluido Plástico Bingham Determinación de la viscosidad plástica

300600 θθµ −=p (A.26)

po µτ −= 1300 (A.27)

)(*51.24

22min

trag dedqv

−= (A.28)

En las ecuaciones siguientes, si el flujo es por dentro de la TR, entonces trdid = y

ivv = ; por el contrario si es por espacio anular, entonces trag dedd −= y eavv = :

Pvdo

e µτ

µ +=**94.398 (A.29)

µρ***968.128

RevdN = (A.30)

Si el número de Reynolds es menor que 2100 entonces el flujo es laminar

dL

dvL

P opf *225

**23066.0*1500

***10*8443.32

3 τµ+=∆

−

(A.31)

p

eRm

NN

µµ*Re= (A.32)

Si 31002100 ⟨⟨ RmN , entonces el flujo puede ser de transición o turbulento



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PRIMERA

Si 3100⟩RmN , entonces el flujo es turbulento y se determina rε

drεε = (A.33)

Donde ε para tuberías tiene un valor de 0.00065 pg Si el flujo es turbulento entonces, se determina el factor f con el diagrama de Moody Si el flujo es de transición; es decir 31002100 ⟨⟨ RmN El factor f se determina con la siguiente ecuación

3192.0*5675.0 −= RmNf (A.34) Las caídas de presión por fricción se calculan con la siguiente ecuación

dLvfPf

****10*51736.0 25 ρ−

=∆ (A.35)



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PAG: 36 DE: 60

PRIMERA

MODELO PLASTICO DEBINGHAM300600 θθµ −=p

po µτ −= 1300

)(*51.24

22min

trag dedqv

−=

FLUJO POR TR

µρ***968.128

RevdN =

Pvdo

e µτµ +=**94.398

2100Re <N

dL

dvL

P opf *225

**23066.0*1500

***10*8443.32

3 τµ+=∆

−

p

eNNµµRe

1Re =

31001Re <N

3192.01Re*5675.0 −= Nf

dLvfPf

25 ***10*51736.0 ρ−

=∆

i

tr

vvdid

==

ea

trag

vv

dedd

=

−=

si

no

drεε =

Moodydediagramalde

fObtener

si

no

no

si



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PAG: 37 DE: 60

PRIMERA

Anexo B

Remoción de Lodo Uno de los aspectos más importantes en el diseño de una cementación consiste en considerar una adecuada remoción de lodo para que la eficiencia de desplazamiento sea optimizada. La eficiencia de desplazamiento es la relación entre el área cementada y el espacio anular. Para asegurar que exista una remoción adecuada de lodo se debe verificar que los baches al pasar por el espacio anular estén en régimen turbulento, para alcanzar este régimen se debe tener en el espacio anular un gasto critico que depende de la reología del fluido, centralización de la tubería y del gradiente de fractura, ya que debemos vigilar que no se rebase. Este régimen es difícil de alcanzar por lo que si a través del simulador se observa que se requieren gasto muy elevado o no es posible alcanzarlo sin inducir pérdidas de circulación o bien existen limitaciones del equipo de bombeo o tubería de línea, en este caso deberemos optimizar a régimen laminar, para que se remueva el lodo en forma efectiva en este régimen, se deben considerar los siguientes criterios:

1.- Diferencia de densidades En este caso la densidad del fluido desplazante debe ser mayor que la del fluido que desplaza, es decir la densidad del bache espaciador debe ser 10% mayor que la densidad del lodo en el pozo y la densidad del cemento debe ser 10% mayor que la del bache espaciador. 2.- Gasto mínimo Se refiere al gasto mínimo que debe alcanzarse para asegurar que la diferencia de presiones sea mínima, asegurando que todo el lodo este en movimiento en el espacio anular. Esta en función de la reología y la centralización, para conocer el gasto mínimo es necesario contar con un simulador que facilite su cálculo.



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PRIMERA

3.- Diferencia de reologías Para asegurar que la presión por fricción del fluido desplazante sea mayor que la del fluido desplazado, el fluido desplazante debe tener reologías mayores. Se considera que el punto de cedencia del fluido que desplaza debe ser 20% mayor que el del fluido que desplaza. Este criterio promueve una interfase plana y con muchas menos posibilidades de ínter digitación viscosa. 4.- Gasto máximo La velocidades deben ser iguales alrededor de la TR, por lo que se establece un gasto máximo para que se cumpla este criterio, depende de la centralización y de la diferencia de densidades. Este criterio impone un gasto mínimo anular, se requiere de un simulador para determinar este gasto.

Otro aspecto que debe vigilarse consiste en la compatibilidad de fluidos, las consecuencias de que no se cumpla este aspecto podrían ser: reacciones interfaciales indeseadas, alta reología, viscosidades muy altas, gelificación muy alta, cambios en las propiedades de la lechada del cemento, alteración del tiempo bombeable, incremento en la pérdida de fluido, reducción en el esfuerzo compresivo y reducción de la adherencia del cemento. Esto se pude prevenir mediante ensayos de compatibilidad y cuidar los gastos y reologías.



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PRIMERA

Anexo C Resumen de aditivos

Resumen de aditivos de cemento Tipo aditivo Beneficio Principal Posible efecto secundario

Extendedor Baja la densidad de la lechada. Rendimiento más alto de la lechada

Altera la viscosidad de la lechada. Prolonga el Tiempo bombeable. Baja los esfuerzos compresivos inicial y final

Agente densificante Densidades de la lechada más altas Aumenta la reología del lodo. Baja el esfuerzo compresivo final. Sedimentación.

Acelerador Acorta el tiempo bombeable. Esfuerzo compresivo inicial más alto.

Altera la viscosidad de la lechada. Interfiere con las propiedades de control de filtrado y con los dispersantes

Retardador Prolonga el tiempo bombeable Altera la viscosidad de la lechada. Baja el esfuerzo compresivo inicial. Aumenta el esfuerzo compresivo final

Controlador de filtrado Reduce la deshidratación de la lechada

Altera el tiempo bombeable y la viscosidad. Altera los esfuerzos compresivos iniciales y finales.

Dipersante Baja la viscosidad de la lechada Aumenta el tiempo bombeable. Altera los esfuerzos compresivos iniciales y finales. Ayuda en el control de fluido. Puede ocasionar agua libre y sedimentación.

Material de pérdida de circulación

Previene la pérdida de lechada en la formación.

Aumenta la viscosidad de la lechada. Baja los esfuerzos compresivos inicial y final

Cloruro de Sodio Mejora la adherencia en zona en zonas de sal.

Acorta tiempo bombeable (<10% por peso de agua). Aumenta Tiempo bombeable (>18% por peso de agua). Baja la viscosidad de la lechada y aumenta el esfuerzo compresivo inicial

Arena/Harina Sílica Previene la retrogresión del cemento a temperaturas mayores de 230°F (110°C)

Mayor rendimiento, altera el tiempo bombeable y aumenta la viscosidad de la lechada

Agente antisedimentante Previene la sedimentación y el agua libre Aumenta el tiempo bombeable y la viscosidad

Agente antiespumante Reduce el aire entrampado en el mezclado de la lechada.

Latex Control de la migración de gas. Mejora la adherencia. Reduce la deshidratación de la lechada.

Altera el tiempo bombeable y la reología

Yeso Mejora la adherencia. Desarrollo rápido del esfuerzo compresivo Altera el tiempo bombeable.



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PRIMERA

Anexo D

Selección de Accesorios para Cementaciones Primarias

El diseño de una cementación primaria implica la selección de los accesorios principales que formarán parte de la tubería a cementar. Los accesorios que deben considerarse son zapatas, coples y tapones. Existen tres tipos de zapatas que pueden ser usadas: zapata guía, flotadora o de auto llenado y diferencial. Zapatas Guías Tiene la función de asegurar que la tubería de revestimiento sea introducida de forma sencilla al agujero evitando que se atasque en zonas lavadas o pozos desviados, tiene una nariz redondeada que guía a la tubería a través de resistencias Zapatas flotadoras o de autollenado Estos equipos tienen la ventaja de ser zapatas guías y adicionalmente cuentan con una válvula que impide el regreso de fluidos al interior. Como desventaja este tipo de accesorios incrementa el tiempo de introducción de la tubería ya que se tiene que parar para llenar. Mediante el uso de zapatas con orifico de llenado el tiempo de introducción se puede reducir y una vez que se alcanzó la profundidad total se activa la válvula de flotación mediante el lanzamiento de una esfera de metal. Los equipos de auto llenado deben ser introducidos para que funcione ya sea como una válvula check direccionada o como válvula de flotación. La conversión se realiza una vez que se la tubería alcanza la profundidad. El equipo de auto llenado se recomienda cuando la carga al gancho es una preocupación o cuando las condiciones del agujero pueden deteriorarse y se requiera de circulación en inversa o de introducir la tubería rápido. Zapatas diferenciales.



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PRIMERA

Estos combinan los beneficios de los equipos de flotación y auto llenado. Están diseñados para llenarse automáticamente y regular el nivel de fluido en el interior de la tubería. Este tipo de equipos es usado cuando las tuberías son muy largas para reducir el efecto de presión de surgencia y la posibilidad de daño a la formación, también ahorran tiempo de introducción y reduce la posibilidad de pegaduras. Coples Los coples forman otro grupo de accesorios. Se utilizan principalmente para proporcionar un asiento para los tapones, se colocan uno o dos tramos arriba de la zapata para proporcionar un espacio suficiente en la tubería para que quede atrapado cemento contaminado con lodo que puede acumularse debido a la acción de barrido del tapón de cementación superior. Esto evita que el cemento contaminado sea colocado en el espacio anular para obtener una buena adherencia del cemento. Cuando el tapón de cementación superior esta colocado en el cople de flotación; este corta la circulación de fluido y evita el sobre desplazamiento del cemento. Los tapones al igual que las zapatas pueden ser tipo guía, flotador o de auto llenado y diferenciales. Se han desarrollado materiales para la fabricación de zapatas y coples que permiten su perforación con barrenas tipo PDC, en caso de tener programada para la siguiente etapa este tipo de barrenas, se recomienda su uso ya que esto eliminara un viaje con barrena tricónica para su molienda. Tapones Los tapones de cemento son barreras semirígidas usadas para separar el cemento del fluido de perforación y/o baches, limpian la tubería e indican cuando el desplazamiento ha terminado. Existen dos tipos el superior (sólido) y el inferior (diafragma), están construidos de elastómeros moldeados sobre núcleos de aluminio o plástico. Aunque son similares en su apariencia, los tapones superiores e inferiores difieren considerablemente en su diseño interno y operación. El tapón de fondo o de diafragma entra en la tubería de revestimiento delante de la lechada de cemento, sus escobillas de goma barren el lodo y sólidos de la



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PRIMERA

pared de la tubería de revestimiento manteniéndolos siempre delante del tapón. Se recomienda usar el tapón de fondo en la mayoría de las cementaciones primarias excepto cuando se utilizan materiales de pérdida de circulación junto con el cemento. Cuando el tapón de fondo llega al cople de flotación, la presión diferencial entre el interior de la tubería de revestimiento y el espacio anular rompe el diafragma que hay en la parte superior del tapón. Esto permite que la lechada, circule hacia afuera de la zapata y hacia arriba del espacio anular. El tapón superior o sólido se bombea antes del fluido de desplazamiento, luego de haber bombeado toda la lechada. Evita que el fluido de desplazamiento forme canalizaciones a través de la lechada, que es más viscosa. Al llegar a la parte superior del tapón de fondo (bombeado anteriormente) se forma un sello. La presión aumenta, lo que indica que la operación está terminada, cuando se utiliza únicamente este tapón sin haber empleado el tapón de fondo las escobillas del tapón superior pueden barrer lodo hacia delante contaminando la lechada.



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PRIMERA

Anexo E Ejemplo : 1. RECOPILAR Y VALIDAR INFORMACIÓN Verificación usando el formato DC-01

POZO: RN 25 H Concepto Si No Observación Tubería Asentamientos (MD y MV) Diámetro Exterior Diámetro Interior Grado Peso Distribución Columna Geológica Contactos Litología Gradientes de Presión Datos tabulados Gráfico Fluido de Control Densidad por etapa Tipo Fluido Reologías (Vp y Yp) Información adicional Perfil de Temperatura o Gradiente Reportes SIOP de cementaciones pozos correlación RN 14 Reportes post operativos de compañía de servicio Programa direccional



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PRIMERA

a. Información general del pozo y tuberías Diámetro del Agujero : 8.5 pg Profundidad Total : 1850 mts Ultima TR Cementada a : 1425 mts Diámetro Exterior Ultima TR : 9 5/8 pg Diámetro Interior Ultima TR : 8.921 pg Peso de Ultima TR : 36 lb/pieTR a cementar a : 1850 mts Diámetro Exterior TR a cementar : 7 pg Diámetro Interior TR a cementar : 6.276 pg Peso de TR a cementar : 26 lb/pieProfundidad del cople : 1826 mts Cima requerida cemento : 1225 mts Longitud requerida de cemento de amarre : 300 mts Exceso a considerar : 15 %

b. Trayectoria del pozo • Pozo horizontal, la sección de asentamiento de esta TR es de construcción.

MD Inc Azi TVD DL

0.00 0.00 215.37 0.00 0.0

1425.00 0.00 215.37 1425.00 0.0

1630.00 18.00 215.37 1626.64 2.7

1840.60 60.80 215.37 1785.62 6.2

1850.00 60.80 215.37 1790.21 0.0

1860.60 60.80 215.37 1795.38 0.0

1979.60 84.50 215.37 1830.62 6.1

2014.60 84.50 215.37 1833.97 0.0

2097.10 90.00 215.37 1837.93 2.0

2391.00 90.00 215.37 1837.93 0.0



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PRIMERA

c. Gradientes de presión en agujero descubierto • Profundidad : 1791 mv • Gradiente de Presión de poro: 1.22 gr/cm3 • Gradiente de Presión de fractura 1.74 gr/cm3

d. Fluido de perforación •Tipo de fluido: Lodo de emulsión inversa •Densidad 1.35 gr/cm3 • Viscosidad plástica = 26 • Punto de cedencia = 16

e. Perfil de Temperatura • Profundidad y temperatura: 1850 m, 102 oC

2. ANÁLISIS DE POZOS DE CORRELACIÓN Usando el formato DC-02

RN 14 29 de Diciembre de 2004 Cementación de Tubería de Revestimiento de 7” @ 1823 mts Fluidos Empleados Lodo: Polimerico Inhibido Densidad: 1.36 gr/cm3 Vp: 15 cp Yp: 13 lb/100 ft2

LAVADOR MUD FLUSH Volumen 24 bls Densidad 1.03 gr/cm3 Gasto 4 bpm ESPACIADOR TUNED SPACER Volumen 15 bls Densidad 1.37 gr/cm3 Vp: cp Yp: lb/100 ft2 Gasto 4 bpm



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PRIMERA

CEMENTO BAJA Volumen 127 bls Densidad 1.55 gr/cm3 Vp: cp Yp: lb/100 ft2 Gasto 4 bpm CEMENTO AMARRE Volumen 28 bls Densidad 1.89 gr/cm3 Vp: cp Yp: lb/100 ft2 Gasto 4 bpm DESPLAZAMIENTO LODO DE EMULSION INVERSA Volumen 226 bls Densidad 1.34 gr/cm3

Gasto 4 a 1 bpm

Observaciones Distribución accesorios: Zapata guía de 7" N80 BCN 26 lb/ft + 1 tramo de TR de 7" N80 BCN 26 lb/ft + cople diferencial 7" N80 BCN 26 lb/ft (triangulo), quedando zapata de 7" @ 1816.81mts y cople diferencial @ 1802.48 m

Durante la introducción de TR se perdieron 13 m3 de lodo

Circuló previo a cementar desalojando gas de fondo lectura máxima 40% densidad mínima salida 1.26 gr/cc observando pérdida parcial de 25 bls, en el inter bombeo 2 baches de lodo de 1.34 gr/cc con una concentración de 120 kg/m3 de obturante y emparejando columnas a 1.34 gr/cc Circuló a bajo gasto con 50 epm, observando pérdida parcial de 15 bls Probó líneas de cementar a 3000 psi y efectuó cementación. Desplazo observando acoplamiento de tapones con 1800 psi Verificó equipo de flotación en forma satisfactoria. La circulación durante la operación fue normal, contabilizando pérdida parcial de 5 bls y contra flujo de 1.75 bls. Bajó c/bna 6 1/8" UD-513 y ensamble de fondo de 170 a 1798 m tocando cima de tapón a 1798 m Efectuó prueba de TR 7 con 4000 psi por 10 minutos en forma satisfactoria Rebajó accesorios a 1811m y acondiciona lodo incrementando densidad de 1.34 gr/cc a 1.65 gr/cc. Perforó de 1823 a 1826 mts y realizó prueba de integridad a 600 psi con lodo 1.90 gr/cc x 10 min



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PRIMERA

3. CÁLCULOS Aplicando las ecuaciones descritas en el punto 6.3

a. Volumen de lechadas.

LECHADA DE BAJA DENSIDAD 1225 Volumen en traslape (E): 3,099.41 Lts = 19.49 Bls

Vol. de Lechada sin exceso en agujero (D) : 1,472.60 Lts = 9.26 Bls

Volumen con Exceso (D): 1,693.49 Lts = 10.65 Bls 1425 Volumen total sin exceso (E+D) : 4,572.00 Lts = 28.75 Bls Volumen Total con exceso (E+D): 4,792.89 Lts = 30.14 Bls LECHADA DE AMARRE

Volumen de Cemento en Agujero sin exceso (C) : 3,534.23 Lts = 22.23 Bls

Volumen con exceso (C) : 4,064.37 Lts = 25.56 Bls Volumen de Cemento en Zapata (B) : 478.99 Lts = 3.01 Bls Volumen total sin exceso (B+C)): 4,013.22 Lts = 25.24 Bls Volumen Total con exceso (B+C): 4,543.36 Lts = 28.57 Bls 1550 DESPLAZAMIENTO Volumen de Lodo (A) : 36,443.29 Lts = 229.20 Bls 1826 1850 Vol. de lechada de Baja densidad = 4.79 m3 = 30.14 Bls (con exceso) Vol. de lechada de Amarre = 4.54 m3 = 28.57 Bls (con exceso)

B

CB

D

E

A



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PRIMERA

b. Sacos de cemento y agua requerida

CEMENTO BAJA DENSIDAD Densidad 1.60 gr/cm3

Requerimiento de agua 41.13 Lts/sc Rendimiento 56.96 Lts/sc

Sacos 80.27 Sin exceso Sacos 84.15 Con exceso

CEMENTO ALTA DENSIDAD

Densidad 1.90 gr/cm3 Requerimiento de agua 22.15 Lts/sc

Rendimiento 37.97 Lts/sc Sacos 105.69 Sin exceso Sacos 119.65 Con exceso

c. Baches

BACHES Longitud en espacio anular 150 m = Volumen de baches 1767 Lts = 11 bls Tiempo de contacto mínimo 10 min Gasto de bombeo 5 BPM Volumen de baches 50 Barriles

4. CENTRALIZACIÓN Y SELECCIÓN DE ACCESORIOS Considerando que el espacio entre el agujero y la tubería es esbelto (0.75 pg) se recomienda el uso de centradores sólidos.

A continuación se presenta la corrida en el software para determinar la cantidad y distribución de los mismos.

La centralización se realizará en la sección de la tangente de 1325 m a 1850 m



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PRIMERA



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PRIMERA

DISTRIBUCION SOFTWARE DISTRIBUCION PROPUESTA

N° Profundidad ( m ) Nro.

Centradores por Tubo

Excentricidad %

N° Profundidad ( m )

Nro. Centradores

por Tubo Excentricidad %

1 1845.9 1.5 85.69 1 1845.9 2 85.69

2 1837.8 1.5 85.86 2 1837.8 1 85.86

3 1829.7 1.5 86.08 3 1829.7 2 86.08

4 1821.6 1.5 86.29 4 1821.6 1 86.29

5 1813.4 1.5 86.52 5 1813.4 2 86.52

6 1805.3 1.5 86.75 6 1805.3 1 86.75

7 1797.2 1.5 86.99 7 1797.2 2 86.99

8 1789 1.5 87.24 8 1789 1 87.24

9 1778.9 1 71.12 9 1778.9 1 71.12

10 1766.7 1 73.2 10 1766.7 1 73.2

11 1754.5 1 75.35 11 1754.5 1 75.35

12 1742.3 1 77.58 12 1742.3 1 77.58

13 1730.1 1 79.87 13 1730.1 1 79.87



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PRIMERA

14 1717.9 1 82.22 14 1717.9 1 82.22

15 1703.7 0.75 71.36 15 1703.7 0 71.36

16 1671.2 0.25 81.15 16 1671.2 1 81.15

17 1638.7 0.75 70.63 17 1638.7 0 70.63

18 1618.4 0.5 82.11 18 1618.4 1 82.11

19 1597 0.667 78.75 19 1597 0 78.75

20 1579.7 0.75 77.89 20 1579.7 0 77.89

21 1563.5 0.75 72.85 21 1563.5 1 72.85

22 1549.3 1 83.81 22 1549.3 1 83.81

23 1537.1 1 82.53 23 1537.1 1 82.53

24 1524.9 1 81.26 24 1524.9 1 81.26

25 1512.7 1 80 25 1512.7 1 80

26 1500.5 1 78.74 26 1500.5 1 78.74

27 1488.3 1 77.5 27 1488.3 1 77.5

28 1476.1 1 76.27 28 1476.1 1 76.27

29 1463.9 1 75.04 29 1463.9 1 75.04

30 1451.7 1 80.37 30 1451.7 1 80.37

31 1409.1 0.167 91.67 31 1409.1 0 91.67

32 1335.9 0.167 74.93 32 1335.9 1 74.93



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PRIMERA

Derivado del alto ángulo se recomienda usar accesorios de flotación o diferenciales, perforables con PDC y tapones no rotatorios.

5. SIMULACIÓN HIDRÁULICA a. Cédula de bombeo

Fluido Densidad (gr/cm3)

Volumen (bls)

Gasto (bpm)

VP YP

LAVADOR 1.03 60.00 4.00 2 ESPACIADOR 1.48 30.00 4.00 60 24 LECHADA BAJA 1.60 30.14 4.00 62 18 LECHADA AMARRE 1.90 28.57 4.00 105 20 DESPLAZAMIENTO 1.35 229.20 4.00 26 16

b. Simulación con software Utilizando el software técnico de acuerdo con la cédula de bombeo propuesta la simulación demuestra que no hay problemas con la DEC.



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PRIMERA

Tampoco se observa caída libre como se observa en las siguiente gráficas, no hay ganancia por caída libre y el gasto de entrada y salida es el mismo.



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PRIMERA

6. REMOCION DE LODO Se observa a través de la simulación que el bache lavador en el espacio anular esta en flujo turbulento y dado que se programaron 30 bls se cumple con el criterio de que cubra mas de 150 m y bombeando a un gasto de 4 bpm el tiempo de contacto recomendado para este flujo para asegurar la remoción es de 7.5 bls por lo que sería conveniente aumentar el volumen a 40 bls.



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PRIMERA

7. DISEÑO DE LECHADA Dadas las características y densidades propuestas las lechadas de cemento a utilizar son convencionales con cemento clase “H” con las siguientes observaciones derivadas del análisis de la cementación en el pozo de correlación:

• Existe presencia de gas por lo que se requerirá el uso de un aditivo que controle su migración y vigilar que no incremente la reología de la lechada.

• La temperatura excede los 100°C por lo que se requiere adicionar harina silica.

• Debido a que la TR se ubicará en la tangente del pozo, deberá mantenerse un control adecuado del filtrado y no debe existir agua libre.

• El tiempo bombeable estimado para efectuar el trabajo es:

Tiempo (min)

Fluido Densidad (gr/cm3)

Volumen (bls)

Gasto (bpm)

Trabajo Bombeable

Baja Bombeable

amarre

LAVADOR 1.03 60.00 4.00 15.00 ESPACIADOR 1.48 30.00 4.00 7.50 LECHADA BAJA 1.60 30.14 4.00 7.54 7.54 LECHADA AMARRE 1.90 28.57 4.00 7.14 7.14 7.14

TAPON 10.00 10.00 10.00 DESPLAZAMIENTO 1.35 229.20 4.00 57.30 57.30 57.30 104.48 82.0 74.4 Criterio ( +120 min) 202.0 194.4 Criterio (50% adic) 123.0 111.7

8. REPORTES Para efectos de la recomendación deberá cumplirse con los formatos establecidos por la UPMP para elaboración de programas de intervenciones a pozos y en los anexos se debe incluir los resultados de la simulación y centralización



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PRIMERA

Anexo F

Nomenclatura:

cd = Diámetro interno de la camisa de la bomba (pg)

trde = Diámetro exterior de TR (pg)

trdi = Diámetro interno de TR (pg)

vd = Diámetro del vástago (pg)

ecρ = Densidad de circulación equivalente (gr/cm3)

Eff = Eficiencia de la bomba (%)

fF = Factor de flotación (adimensional)

D = Profundidad (m) h = Distancia entre cople y zapata (m) n = Índice de comportamiento de flujo (adimensional)

cN Re = Número de Reynolds crítico (adimensional)

ReN

= Número de Reynolds

sP = Presión superficial (psi)

aP = Presión hidrostática en el espacio anular (psi)

trP = Presión hidrostática en TR (psi)

faP = Pérdidas por fricción en el anular (psi)

ftrP = Pérdidas por fricción en la TR (psi)

eaQ = Gasto en el espacio anular (bl/min)

minQ = Gasto mínimo para flujo turbulento (bl/min) q

= Gasto superficial de bombeo (lt/emb)

rε = Factor de rugosidad relativa de la tubería(s/d)



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PRIMERA

T = Tiempo de desplazamiento (min)

bV = Volumen de baches (m3)

eaV = Volumen de espacio anular (bl)

zcV / = Volumen entre el cople y la zapata (bl)

cV = Volumen de lechada (bl)

dV = Volumen de desplazamiento (bl)

trW = Peso nominal de la TR (lb./pie) ε = Rugosidad absoluta =.0006 (pg)

trfW = Peso de la TR flotada (Ton) ρ

= Densidad (gr./cm3)

cρ = Densidad de la lechada de cemento (gr/cm3)

lodoρ = Densidad del lodo (gr/cm3)

300600 θθ y = Lecturas del viscosímetro Fann (grados aparato)

pµ = Viscosidad plástica(c.p.)

aµ = Viscosidad efectiva (c.p.)

= Rugosidad relativa(s/d)

fP∆ = Caídas de presión por fricción(Kg/cm2)

rε



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PRIMERA

Anexo G

Referencias:

1. Smith, D. K.: Cementing, SPE Monograph series, Volume 4, 1990. 2. Allen and Roberts “production Operations” Volúmen 1 Chapter 6, 1979 3. Beirute, R. M.: The Phenomenon of Free Fall During Primary Cementing, SPE paper 13045, 1984. 4. Bourgoyne, A. T. y colaboradores: Applied Drilling Engineering, Society of Petroleum Engineering,

Second printing, Chapter 4, Richardson, Texas, 1991. 5. Tejeda, A. J.: Ingeniería de Cementaciones, Subdirección de Perforación y Mantenimiento a Pozos e

Instituto Mexicano del Petróleo. 6. Garaicochea, P. F., Bousieguez, L. M., y Becerra, A. T.: Temas selectos sobre cementaciones de Pozos,

División de Ingeniería en Ciencias de la Tierra, Unidad de difusión de la DEPFI, UNAM, 1987. 7. Brice, J. W. and Holmes, R.C.: Engineering Casing Cementing Programs Using Turbulent Flow

Techniques, J. Pet. Tech. (May, 1964), 503-508. 8. De la Serna, M. A., y Ríos, J. A.: Procedimiento para cementaciones de tuberías de revestimiento

corridas, Gerencia de Tecnología, SPMP, Villahermosa, México, 2002. 9. Procedimientos de Operación de Ingeniería Petrolera, Subdirección de Producción Primaria, Gerencia

de Desarrollo de Campos, México, 1988. 10. De la Serna, M. A., y Ríos, J.A.: Procedimiento para realizar cementaciones de tuberías de revestimiento

cortas, Gerencia de Tecnología, SPMP, Villahermosa, México, 2002. 11. Manual de hidráulica de la Gcia de Rep y Term de Pozos PEMEX México 1989 12. Specification for Bow-Spring Casing Centralizers” APÏ Specification 10-D 13. Guiá Practica para Diseñar y Efectuar Cementaciones Gerencia de Ingeniería de la UPMP año 2004



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PRIMERA

Anexo H Diagrama de Moody



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PRIMERA

9. CONTROL DE ACTUALIZACIÓN DE PROCEDIMIENTO Subdirección: UNIDAD DE PERFORACIÓN Y MANTENIMIENTO DE POZOS

Activo/Gerencia: ESTRATEGIAS DE INGENIERÍA Y DISEÑO

Subgerencia/Suptcia: INGENIERIA DE INTERVENCIONES A POZOS

Departamento:

Fecha próxima actualización: AGOSTO DEL 2010

Ubicación física del documento: GERENCIA DE ESTRATEGIAS DE INGENIERÍA Y DISEÑO

Nombre del Procedimiento: PARA EL DISEÑO DE LA CEMENTACIÓN DE TUBERÍAS DE

REVESTIMIENTO

Revisión: Fecha: Nombre y Firma Activo Región Sede Cambios

Generados0

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Diseno de cementaciones

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