Integrantes:

Álvarez Jheanny V-24.228.017

Arvelay Alexis V- 21.176.779

Cumaraima Fabianny V-25.015.388

Hernández Leonardo V-24.846.317

Moreno Dayana V- 24.227.066

Romero Jordan V-24.846.202

Salazar Betsabed V-25.487.195

VIII Semestre de Ing. Petróleo

Sección N02

República Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental De La Fuerza Armada

UNEFA- Núcleo, Anzoátegui

Cátedra: Cementación de Pozos (Electiva técnica)

San Tomé, Marzo 2014

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Facilitador:

Ing. Dirme Laya Jaramillo

ÍNDICE

Introducción 03

Cementación 04

Objetivos 04

Clases de Cementos 04

Tiempo de fraguado y endurecimiento 06

Agua libre, temperatura 06

Aditivos del cemento 07

Naturaleza, tipos, composición y funciones de los aditivos 07

Conclusiones 13

Bibliografía 14

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INTRODUCCIÓN

Durante la construcción de un pozo petrolero el proceso de cementación es de vital

importancia para el mismo, dado que una deficiente operación de cementación implicaría

ciertas consecuencias tales como un incremento de los costos, riesgo de pérdida del pozo,

riesgos hacia el ambiente, fuga de gases entre otras.

Por tal motivo al momento de diseñar y cementar un pozo petrolero se deben tomar

en cuenta ciertas técnicas, así como las mejores prácticas operacionales dirigidas al proceso

de cementación

Cementar un pozo es preparar una mezcla de agua y cemento en superficie, esta

lechada será bombeada al pozo a través de la tubería de revestimiento colocada ente el entre

esta y el espacio anular para cumplir con sus funciones. Entonces la cementación no es más

que un proceso cuyo objetivo es endurecer las paredes del pozo para conservar la

formación, brindarle protección y estabilidad a la misma así como soportar las diferentes

fuerzas que son trabajadas durante la perforación.

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MARCO TEÓRICO

CEMENTACIÓN

La cementación es un proceso dinámico que consiste en preparar una lechada

(mezcla de agua y cemento) con equipos especiales de mezclado para luego bombearla y

desplazarla hasta el hoyo abierto o hacia la zona preestablecida. Este proceso que consiste

en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es

bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular

entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor.

El volumen a bombear es predeterminado para alcanzar las zonas críticas (alrededor

del fondo de la zapata, espacio anular, formación permeable, hoyo desnudo, entre otros).

Luego se deja fraguar y endurecer, formando una barrera permanente e impermeable al

movimiento de fluidos detrás del revestidor.

OBJETIVOS DE LA CEMENTACIÓN

Algunos objetivos de la cementación son los siguientes:

Aislar las zonas para evitar el movimiento de los fluidos por el espacio anular y así

evitar la contaminación de las zonas productivas, y diferenciar la producción de las

distintas zonas de producción.

Proteger el casing de la corrosión.

Soportar los esfuerzos producido por la perforación.

Soportar las fuerzas axiales y tangenciales producidas por el suelo.

CLASES DE CEMENTO

Los cementos tienen ciertas características físicas y químicas y en base al uso que se

les puede dar en cuanto a rango de profundidad, presiones y temperaturas a soportar, entre

otras. Las normas API establecen la clase de cementos a ser usadas en la industria del

petróleo. Las condiciones varían desde el punto de congelación hasta 700 °F en pozos

perforados para la inyección de vapor. Según el API, los cementos pueden ser clasificados

en 9 tipos:

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Clase A: Es apropiado para ser usado desde superficie hasta 6000 pies de

profundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Está disponible sólo

con resistencia convencional a los sulfatos

Clase B: Suele ser usado desde superficie hasta 6000 pies de profundidad, cuando

las condiciones requieren moderada a alta resistencia a los sulfatos. Está disponible

con características de moderada y alta resistencia a los sulfatos.

Clase C: Se usa desde superficie hasta 6000 pies de profundidad, cuando las

condiciones requieren alta resistencia a la compresión del cemento. Está disponible

con características convencionales, moderada y alta resistencia a los sulfatos.

Clase D: Se recomienda su uso desde 6000 pies hasta 10000 pies de profundidad,

en condiciones moderadamente altas de presión y temperatura. Está disponible con

características de moderada y alta resistencia a los sulfatos.

Clase E: Es apropiado desde 10000 pies hasta 14000 pies de profundidad, en

condiciones de alta presión y temperatura. Está disponible con características de

moderada y alta resistencia a los sulfatos.

Clase F: Para ser usado desde 10000 pies hasta 16000 pies de profundidad, bajo

extremas condiciones de alta presión y temperatura. Disponible con características

de moderada y alta resistencia a los sulfatos.

Clase G: Se usa como un cemento básico desde superficie hasta 8000 pies de

profundidad y puede ser usado con aceleradores y retardadores para cubrir un

amplio rango de profundidades y temperaturas de pozos.

Clase H: Para usar como un cemento básico desde superficie hasta 12000 pies de

profundidad y puede usar aceleradores y retardadores para cubrir un amplio rango

de profundidades y temperaturas de pozos.

Clase J: Es empleado desde 12000 pies hasta 16000 pies de profundidad, bajo

condiciones extremadamente altas de presión y temperatura, o puede usarse con

aceleradores o retardadores, para cubrir un amplio rango de profundidades y

temperaturas de pozo.

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TIEMPO DE FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO

El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones químicas de

hidratación entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratación se llama

fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido. Esto se

observa de forma sencilla por simple presión con un dedo sobre la superficie del hormigón.

Posteriormente continúan las reacciones de hidratación alcanzando a todos los

constituyentes del cemento que provoquen el endurecimiento de la masa y que se

caracterice por un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas. El fraguado y

endurecimiento no son más que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo

hay un único proceso de hidratación continuo. 

Tiempo de fraguado es el tiempo transcurrido desde la mezcla hasta que se endurece

la masa y sus tipos son: 

Tiempo de fraguado inicial: período entre la iniciación de la mezcla y la

desaparición del brillo. Determina el tiempo que el yeso puede ser mezclado y

vaciado (período de trabajo). 

Tiempo de fraguado final: tiempo comprendido desde el inicio de la mezcla hasta el

endurecimiento total de la masa. 

AGUA LIBRE

La prueba de agua libre determina si un cemento puede tener problemas con la

separación de agua de la lechada después de ser desplazado en el interior del pozo. Si la

lechada libera agua, podemos tener áreas canalizadas en el cemento fraguado, agua o

cemento blando en la parte superior de la columna de cemento, o asentamiento de sólidos

en la columna de cemento.

Para realizar esta prueba utilizamos un consistómetro atmosférico en cual

acondicionamos la lechada a la temperatura circulante además de esto utilizamos una

probeta de 250 ml según los especificado por la Norma API. El consistómetro atmosférico

posee las siguientes características:

Permite acondicionar la lechada según las Normas API

Posee un controlador de temperatura.

Temperatura máxima de 180ºF.

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Opera a 150 RPM.

El procedimiento para realizar esta prueba es el siguiente:

1. Obtener una lechada homogénea y bien pasada.

2. Colocar la lechada en el envase del consistómetro hasta el nivel indicado por éste.

3. Programar la temperatura circulante de fondo para simular las condiciones del pozo.

4. Acondicionar durante 20 minutos a esta temperatura.

5. Después 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 después 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 según las necesidades requeridas caso contrario se tiene

que repetir la prueba con una nueva concentración de aditivos que permita obtener el

resultado deseado.

ADITIVOS DE CEMENTACIÓN

La temperatura y presión a la cual está sometido un pozo, son algunos de los

parámetros que influyen en el diseño de una lechada que sea capaz de adecuarse a las

condiciones de un pozo específico. Para adecuarlas existen compuestos que se agregan a la

mezcla y que modifican las propiedades de la misma. A estos compuestos se les llama

aditivos, que permiten que la lechada llegue a la zona de interés, y que el cemento cumpla

con la función para la cual fue diseñado.

Muchas lechadas de cemento contienen aditivos, para modificar las propiedades de

la misma y optimizar las operaciones de cementación. Los aditivos de cemento pueden ser

usados para: 

Variar la densidad de la lechada. 

Cambiar la resistencia a la compresión. 

Acelerar o retardar el tiempo de fragüe. 

Control de filtrado y perdida de fluido. 

Reducir la viscosidad de la lechada. 

Los aditivos pueden ser entregados en la locación de perforación en estado granular

o líquido y pueden ser mezclados con el cemento en polvo o ser añadidos al agua de mezcla

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antes de que la lechada de cemento sea mezclada. La cantidad de aditivos usados

comúnmente es expresada en términos de porcentaje en peso del cemento en polvo

(tomando como base que cada saco de cemento pesa 94 lb). Muchos aditivos afectan más

de una propiedad y por tanto deben ser cuidadosamente usados.  

Tienen como función adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones

específicas de trabajo.

TIPOS DE ADITIVOS

Aceleradores:

Son productos químicos que reducen el tiempo de fraguado a las lechadas de

cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia a la compresión. Son usados

cuando el tiempo de fraguado del cemento resulta ser más largo que el requerido para

mezclar y desplazar la lechada. 

Los aceleradores son especialmente importantes en pozos poco profundos donde las

temperaturas son bajas y por tanto la lechada de cemento puede tomar un largo periodo de

tiempo para fraguar. En pozos profundos las altas temperaturas estimulan el proceso de

fragüe y los aceleradores pueden no ser necesarios. Los aceleradores de fragüe más

comunes son: 

Cloruro de calcio (CaCl2):

El más comúnmente usado

De un 2 a 4% por peso de cemento

Resiste temperatura circulante de 50 a 100 °F

En bajas concentraciones disminuye la viscosidad

Incrementa la viscosidad y la pérdida por filtrado a altas concentraciones

Cloruro de sodio (NaCl):

Resiste temperaturas circulante de 50 a 120 °F

1 a 5% por peso de cemento

Incrementa pérdida por filtrado

Reduce la viscosidad

Retardadores: 

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Son productos químicos que prolongan el tiempo de fraguado inicial de las lechadas

de cemento y brindan la posibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de

temperatura y presión. En pozos profundos, las altas temperaturas reducen el tiempo de

bombeabilidad de las lechadas de cemento.

Los retardadores se usan para prolongar el tiempo de bombeabilidad y evitar los

riesgos del fraguado prematuro. Para temperaturas estáticas por encima de 260 – 275 ºF se

deben medir los efectos de los retardadores a través de pruebas piloto. Los tipos más

comunes de retardadores son: Lignosulfonato, ácido hidroxilcarboxilicos y los

oganofosfonatos.

Algunas de las características que pueden tener este tipo de aditivos son:

Ambientalmente amigable

Buen desarrollo de resistencia temprana

Mejora el control de filtrado a altas temperaturas

Resiste un rango de temperatura de 80 a 220 °F

Concentraciones de entre 0.1 a 2% BWOC

Reductores de densidad (extendedores): 

Son materiales que reducen la densidad de las lechadas de cemento y reducen la

cantidad de cemento por unidad de volumen por producto fraguado (extendedor). Los

extendedores se usan para reducir la densidad de la lechada en lugares donde la hidrostática

generada por la lechada excede la resistencia a la fractura de ciertas formaciones. Al reducir

la densidad del cemento la generación de la resistencia a la compresión inmediata también

se reduce y el tiempo de bombeabilidad se incrementa.

El uso de estos aditivos permite añadir más agua de mezcla y por lo tanto

incrementa la cantidad de lechada a ser producida por cada saco de cemento (por tal motivo

también son llamados extendedores). Los aditivos reductores de densidad más comunes

son: 

Bentonita (2 – 16%): Es por mucho el aditivo más comúnmente usado para

reducir la densidad de la lechada de cemento. Requiere el 530% de agua de su

propio peso; es decir 5,3 litros de agua por kg de bentonita, se puede dosificar

hasta un 4% por peso de cemento sin que perjudique al cemento fraguado. El

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incremento del rendimiento por adición de bentonita se puede observar en el

siguiente cuadro. 

Puzzolanas: Son cenizas volcánicas que por sí solas no tienen características

cementantes, pero que mezcladas con cemento, reaccionan con la cal libre del

cemento. Puede ser usado en mezcla de 50/50 con cementos Portland.

Resultando en un ligero decremento de la resistencia a la compresión y un

incremento en la resistencia a los sulfatos. 

Tierras Diatoméas (10 – 40%): Su gran área superficial de las tierras diatomeas

permiten mayor absorción de agua y producen una lechada de baja densidad

(por debajo de 11 lb/gal). 

Metasilicato de Sodio Anhidro: Es muy eficiente y económico. Es compatible

con el mayor número de aditivos químicos; maneja un porcentaje variable de

agua en función del porcentaje que se utilice. Se dosifica de 1 – 3% por peso de

cemento. 

Materiales densificantes: 

Son materiales químicos inertes, de alto peso específico y que manejan poco agua.

Estos materiales son usados cuando se realizan operaciones de cementación en zonas

sobrepresurizadas. Los densificantes más comunes usados son: 

Barita (Sulfato de Bario): Usados para alcanzar densidades de lechada por

encima de las 18 lb/gal. Tienen una gravedad específica de 4,23 y requiere 22%

de agua de su propio peso. Este aditivo puede causar una reducción en la

resistencia a la compresión y en el tiempo de bombeabilidad. Se dosifica de 20

– 40 % por peso de cemento. 

Hematita (Fe2O3): La alta gravedad específica de la hematita puede usarse para

elevar la densidad de la lechada hasta 22 lb/gal. Tienen una gravedad específica

de 5 y requiere el 3% de agua de su propio peso. Se emplea hasta el 50% por

peso de cemento, dependiendo del peso que se desea obtener. La hematita

reduce significativamente el tiempo de bombeabilidad de las lechadas y además

requiere el uso de aditivos reductores de fricción. 

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Aditivos para perdida de fluidos: 

Se usan para prevenir la deshidratación de las lechadas de cemento y evitar un

fragüe prematuro. Generalmente los reductores de filtrado son productos derivados de

celulosa. El valor del filtrado estipulado por el API varía de acuerdo con el tipo de

operación a realizar:

Cementación de Tubería de Revestimiento = no mayor a 200 cm3. 

Cementación de Tubería Corta (Liner) = no mayor a 50 cm3. 

Cementación Forzada = de 30 a 50 cm3 

Reductores de fricción (dispersantes): 

Este tipo de aditivos son diseñados para mejorar la lechada de cemento y mejorar las

propiedades de flujo. Bajan la viscosidad y pueden ser bombeados en régimen turbulento a

bajas presiones. Con esto se minimiza la potencia requerida y se disminuyen las

posibilidades de pérdida de circulación y deshidratación prematura. Algunas de las

propiedades que poseen estos aditivos son:

Reduce la viscosidad aparente y mejora las propiedades reológicas

Concentraciones entre 0.3-1% BWOC

Resiste un rango de temperatura mayor a 60°F

Biodegradable

Puede producir segregación

Agentes de control de regresión de la resistencia a la compresión (harina de

silice): 

Estos agentes evitan la regresión de la resistencia a la compresión por efectos de la

temperatura. Son silicatos de alta pureza, con una textura que va de malla 100 a 325 para

poder tener una distribución grande y homogénea en el cuerpo del cemento. 

Normalmente se dosifican al 35% por peso de cemento y requiere el 40% de agua

de su propio peso, para la malla 325, para la malla 100 no requiere agua. En pozos

geotérmicos con temperatura mayores (hasta 600 ºF (315 ºC)), se emplea harina de sílice al

50% (malla 325). 

Aditivos especiales:

 Estos pueden ser antiespumantes y agentes expandidores del cemento fraguado.

Debido a la velocidad con que se maneja el cemento en el campo cuando se está elaborando

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la lechada (aprox. 1 Ton/min), el cemento tiende a entrampar una gran cantidad de aire,

propiciando un erróneo control de la densidad; asimismo, algunos productos químicos

ayudan a mantener el aire dentro de la mezcla y dificulta el trabajo de las bombas de alta

presión con que se maneja esta para ser bombeada al pozo. 

El problema se minimiza mediante el uso de los agentes antiespumantes, lo que

eliminan la mayor parte de las burbujas de aire entrapadas. Generalmente son sales

orgánicas ácidas de solubilidad media y se dosifican del 0,2 – 0,3% por peso de cemento. 

Los expandidores son aditivos que dilatan el producto hidratado, sin que esto sea

originado por efecto de la temperatura. Los expandidores empleados comúnmente son: 

Cloruro de Sodio: Su máxima dilatación se obtiene al 18% por peso de agua y a

concentraciones mayores se obtiene ligera contracción del cemento fraguado.

Cloruro de Potacio: Este producto, además de ser eficiente estabilizador de las

arcillas, al 5% por peso de agua de mezcla exhibe la misma dilatación que el

18% de cloruro de sodio en el cemento. Otra característica es que al 2% por

peso de agua hace que el filtrado de las lechadas que lo contienen sea

compatible con la mayoría de los aceites. 

Aditivos para lechadas de cemento convencionales:

Este tipo de aditivos son utilizados para obtener lechadas de cemento que nos

permitan cubrir los requerimientos de un pozo. Las características más comunes a ser

afectadas por estos aditivos son:

Densidad

Resistencia a la compresión

Propiedades de fluido (reología)

Agua libre

Pérdida de fluido

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CONCLUSIONES

La cementación es un proceso cuya finalidad es endurecer las paredes del pozo para

conservar las mejores cualidades de la formación, implementando técnicas y

practicas operaciones provenientes para un plan de trabajo.

La cementación tiene una gran importancia en la vida del pozo ya que los trabajos

de una buena terminación dependen directamente de esta.

Para tener una cementación exitosa se deben tomar en cuenta distintas variables

tales como la temperatura, densidad y presión siendo la primera prioritaria ya que el

ascenso o descenso de la misma provoca modificaciones en las propiedades de los

aditivos.

La cementación es un proceso petrolero que tiene por objeto endurecer las paredes

del pozo para conservar las mejores cualidades de la formación, contando con

técnicas y practicas operaciones planificados para un buen funcionamiento de

trabajo.

Al momento de planificar una cementación independientemente del tipo de

revestidor debe considerarse información sobre la referencia de pozos vecinos así

como también las condiciones óptimas para una buena cementación.

El propósito de una cementación es que se pueda producir un aislamiento efectivo

para la vida del pozo, permitiendo que el gas o petróleo pueda producir de manera

económica y sobre todo segura.

Es necesario conocer los procedimientos para diseñar una lechada y las pruebas a

las que será sometida, así como también los efectos que provocarán los aditivos una

vez que se han mezclado con el agua y el cemento, solo así podremos diseñar una

lechada que cumpla con los requerimientos de un pozo.

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BIBLIOGRAFÍA

Páginas de internet consultadas:

http://es-la.nalco.com/la/applications/cementing-additives.htm

http://industria-petrolera.lacomunidadpetrolera.com/2009/01/cementacion-de-

revestidores.html

http://html.rincondelvago.com/calculo-de-cementacion.html

http://achjij.blogspot.com/2012/06/principios-basicos-de-cementacion-de.html

http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/7833/1/Dise%C3%B1o

%20de%20Revestidores%20y%20cementaci%C3%B3nde%20pozos%20en%20el

%20Oriente%20Ecuatoriano.pdf

http://www.slideshare.net/ELIO_CARIDAD/perforacion-petrolera

http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29556/1/Tesis2.pdf

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