libro de cementos petroleros pet219
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Programa de Cementros Petroleros PET-219
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PROGRAMA DE CEMENTOS PETROLEROS PET-219
CEMENTOS API INTRODUCCION TEMA I
Competencia : El estudiante conoce la disponibilidad de cementos petroleros API,
su uso y sus propiedades fisicoqumicas, de la misma forma para los cementos
especiales que se usan en la industria petrolera .
INTRODUCCIN
1.1. MBITO DE APLICACIN DEL PROGRAMA
El proceso de cementacin de un pozo petrolero es usado alrededor del
mundo, y ha crecido en complejidad, con muchas personas, organizaciones, y
tecnologas que han contribuido al estado del arte. Para ayudar al ingeniero
practicante con el planeamiento y evaluacin del trabajo, esta monografa ha
sido escrita como una referencia comprensiva con informacin acerca de la
variedad de materiales y tcnicas usadas en la cementacin de un pozo.
Los captulos estn dedicados a cementos, aditivos, pruebas, planificacin de
trabajo, y la ejecucin de trabajo de cementacin primaria, cementacin
squeeze, y operaciones de taponamiento.
La importancia de planificacin en alcanzar el aislamiento zonal es destacada.
Tambin dan cobertura al equipo mecnico y de bombeo, mezcladores,
sistemas de manejo de masa, y varios instrumentos subsuperficiales usadas
para colocar el cemento correctamente.
El programa muestra la secuencia lgica de las operaciones de cementacin de
un pozo para proporcionar al ingeniero petrolero los conocimientos bsicos del
trabajo para mejores prcticas de cementacin.
1.2. OBJETIVOS DEL TEXTO
Tiene dos propsitos:
1. Proveer al ingeniero petrolero responsable del proceso de cementacin
informacin que lo ayudar a juzgar segn sus propios mritos varias
tcnicas de cementacin y saber qu resultados pueden ser esperados.
2. Proporcionar un anlisis comprensivo del estado del trabajo.
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1.3. PROCEDIMIENTO DE CEMENTACIN
La cementacin de un pozo petrolero es el proceso de mezclar de cemento y
agua ( lechada) y bombearlo a travs de la caera de acero a puntos crticos
en el anular que se encuentra alrededor de la caera o en el agujero abierto
debajo de la sarta de caera. (Figura 1.1)
Las dos principales funciones del proceso de cementacin primaria son
restringir el movimiento de fluido entre las formaciones y para adherir y sostener
la caera.
En adicin el aislamiento de zonas productoras de petrleo, gas y agua, el
cemento tambin ayuda a:
1. Proteger la caera de la corrosin
2. Prevenir reventones mediante la rpida formacin de un sello.
3. Proteger la caera de impactos de cargas en perforaciones ms
profundas.
4. Y sellar zonas de prdida de circulacin, o zonas ladronas (que absorben
el fluido
El trabajo de una cementacin primaria consiste , en lo siguiente una vez
que la caera esta en fondo del pozo , hay que acondicionar el lodo ,
para luego reemplazarlo por una lechada que se prepara en superficie .
Antes de bombear la lechada se larga el tapn inferior, el cual l lega
hasta el collar flotador, por detrs s\ del tapn se bombea la lechada
luego el tapn superior, que se desplaza con agua o lodo. El tapn
superior asienta sobre el tapn inferior.
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Fig 1-1
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1.4.- ANTECEDENTES HISTRICOS
PRIMEROS TRABAJOS.- La industria estadounidense de petrleo
tradicionalmente data sus principios con la perforacin del pozo Draque en
1859; no fue sino hasta 1903 que una lechada de cemento fue usada para
cerrar el paso de agua del fondo al pozo justo por encima de una arena
petrolfera en el campo de Lompoc en California. Frank F. Hill, con la Unin
Petrolera Co, es la primera vez que usa una lechada en la industria petrolera.
Este pozo antes de bombearle una lechada tenia la siguiente Produccin : 80
% de agua , 20 % Oil
Luego de haber forzado a la lechada en las arenas productoras despus de
dejar el pozo 28 das sin actividad tenemos la siguiente produccin de lquidos:
90 % de ol, 10 % de agua. Hoy en da esta tcnica se usa
Le aceptaron para mezclar y verter, mediante una cuchara, una mezcla que
consiste en 50 sacos de cemento portland puro. Despus de 28 das el cemento
fue perforado del agujero, y el pozo fue completado con la perforacin a travs
de la arena petrolfera, la zona de agua haba sido efectivamente aislada. Esto
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se convirti en una prctica aceptada y pronto se propag a otros campos en
California donde dificultades similares eran encontradas.
En el ao 1920 Halliburton logra perfeccionar las operaciones de cementacin,
teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y presin sobre las lechadas y el
cemento fraguado, hasta ese ao no se utilizan aditivos, a la fecha se conocen
ms de 60 tipos de aditivos.
1.5 .- A QUE SE LLAMA CEMENTOS.
Pueden definirse como sustancias adhesivas y cohesivas, es decir capaz de
unir fragmentos de masas o de materiales slidos en un todo compacto, tal
definicin involucra a un gran # de materiales o sustancias diferentes, teniendo
muy poco en comn una con otra, salvo su adhesividad, teniendo cada una de
ellas importancia tcnica diferente. Los cementos que se usan en la industria
petrolera son mezclas de compuestos de cal, por eso la forma correcta de
referirse a este tipo de cementos es hablar de cementos calizos.
1.6.- FABRICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND
Son el resultado de mezclar Clinker + Yeso ( Sulfato de calcio ) , en una
proporcin de (95 -97 %)/ (5 -3 % )
CLINKER
Es un compuesto qumico que forma en un horno rotatorio, cuando mezclamos
caliza con arcillas, la relaciones de masa dependen de la calidad y tipo de los
materiales ( 2:1 , 1:3/4 ) , que tiene un proceso de fusin a 1400 1600 *C.
Calizas
Pueden ser de diferentes tipos como ser:
El carbonato de calcio (CO3Ca), abundan en la naturaleza para fabricar el
cemento portland es adecuado el procedente de todas las formaciones
geolgicas , la formas ms puras son la calcita y la aragonito. Puede usarse la
Creta y las Margas
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Arcillas
La segunda materia prima importante son las arcillas. Las arcillas en esencia
son productos de meteorizacin de silicatos de los metales alcalinos y
alcalinotrreos, en especial los de feldespato y micas.
Pueden ser del grupo del caoln y/o montmorillonita.
Veamos el rea superficial de estas arcillas
Caoln aproximadamente 15 m2 / gr
Momtmorillonita aproximadamente 800 m2 / gr
1.7.- HORNO ROTARIO PARA PRODUCIR CLINKER VIA SECA
RECUPERACION DE MATERIAS PRIMAS
Tanto las arcillas como la caliza se las obtiene de las canteras, dependiendo de la
dureza del material se puede utilizar explosivos, excavadoras. Luego este material
se lo lleva a una molienda en molinos a bolas, hasta conseguir un tamao adecuado
para llevarlo a los hornos rotatorios, de acuerdo a las relaciones anteriormente
indicadas.
PROCESOS QUE OCURREN EN EL HORNO
1.- ZONA DE DESHIDRATACION 100 0C
La temperatura en esta zona es de 100 0C, se pierde toda el agua libre que tiene la
materia prima.
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2.- ZONA DE DESCARBONIZACION 400 0C
Es donde toda la caliza se descompone.
CO3Ca ( s) ------------------- CO2 ( gas ) + CaO(s)
En esta zona todo el material orgnico es eliminado. Si existen sulfatos se observa
eliminacin de los xidos de azufre ( SO2 y SO3).
Es importante recordar que estos productos gaseosos, cuando entran en contacto
con el agua reaccinan, para formar cidos, carbnico , sulfrico y sulfuroso.
Pueden tambin volatilizarse muchos cloruros y sales alcalinas. La perdida de
materiales como gases puede llegar a ser hasta un 30 % de la carga inicial.
3.- ZONA DE LAS REACCIONES QUIMICAS
Es ac donde empiezan a reaccionar los xidos, esta es una zona de calcinacin,
el 20 30 % del material se funde y tiene lugar la formacin del clinker. En esta
zona algunas sustancias originales desaparecen para formara nuevos compuestos
cristalizados, la temperatura de 14001600 0C es muy importante para la calidad del
clinker.
El giro del horno mediante sus motores, su inclinacin de 10 a 20 grados hacen que
el material se vayan formando bolitas de hasta 2, esto es lo que sale del horno y se
llama clinker, al salir del horno tiene un enfriamiento programado luego pasa a una
serie de molinos donde se lo muele para darle una superficie especifica requerida (
cm2 / gr ) , luego hay que mezclarlo con yeso y se lo envasa. El yeso tiene la
finalidad de darle caractersticas hidrulicas al clinker y retardar su tiempo de
endurecimiento, e incrementar su resistencia.
PROCESO ESQUEMATICO VIA SECA
Caliza + Arcilla Chancado Transporte Molienda Horno
Enfriamiento Clinker Mezcla Yeso + Clinker
COMPOSICION QUIMICA DEL CLINKER
CO3Ca + Arcilla Clinker * Composicin
- SC3 ---- 3 CaO.SiO2 Silicato tricalcico. Alita
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- SC2 ---- 2 CaO.SiO2 Silicato dicalcico. Belita
- AC3 --- 3CaO. Al2O3 . Aluminato tricalcico
- AFC4 4 CaO.Fe2O3 Al2O3 . Aluminato ferritatetracalcico
Hablemos un poco de la funcin de cada uno de los componentes del Clinker
SC3
Es el contribuyente mayoritario del cemento Portland 45 65 %. Es responsable
de la mayora de las reacciones hidrulicas en el estado inicial. Se encuentra
presente en el cemento de una manera impura. La formula real es:
54 CaO. 16SiO2 Al2O3. Mg O
Es el componente que influye en todas las etapas del frague del cemento, pero
especialmente en la etapa de endurecimiento hasta los 28 das.
SC2
Es el segundo componente del cemento portland entre 15 35 %. Existen 4 tipos
de cristales poliformes ( alfa , alfa prima , beta y gamma ). Predomina la forma Beta
, que tiene la siguiente formula qumica
Ca87 Mg.Al. Fe (Na0.5 KO0.5 ) (Al Si42 O180 )
Debido a que la velocidad de hidratacin es baja comparada con la del SC3 , no
tiene un rol importante en el desarrollo de la resistencia en tiempos cortos, si en
tiempos mayores a 28 das.
AC3
Pose una gran velocidad de hidratacin porque es importante en las primeras
reacciones del cemento con el agua. No obstante de ser un de componente
minoritario su presencia es muy importante en la reologia de la mezcla y en la
resistencia final al ataque de las aguas sulfatadas.
Su formula general es :
((Ca ,Mg)72- (n+m)(Na(2n+m)))72 + n ((Al,Fe)48 (m+2) (Sim + Z ) ) O144
Las especificaciones del API permiten hasta un 15% - AC3 , para aquellos cementos
que tienen baja resistencia a los sulfatos , y un contenido del 3 % de - AC3 , para los
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cementos con lata resistencia los sulfatos ( las aguas con + de 250 ppm de
sulfatos se llaman sulfatadas Cuidado en la eleccin del cemento )
AFC4
No incide en la resistencia del cemento fraguado, si no que su presencia en el
cemento es para darle mayor resistencia a los ataques de los sulfatos. El API indica
que la suma de AFC4 + 2 veces AC3, no deben exceder al 24 %, para obtener una
mxima resistencia a los sulfatos.
El Clinker tiene otros componentes de menor importancia como ser :
Trialuminato pentacalcio 5 CaO 3Al2O3 --- C5 3 A
La ferrita dicalcica 2 CaO Fe2O3
K2 O , Na2 O , MnO2
Estos no son importantes, porque estn en concentraciones menores al 2 %.
COMO REACCIONAN LOS COMPONENTES DEL CLINKER CON EL AGUA
EL SILICATO TRICALCICO
2 ( 3 CaO . SiO2 ) + 6 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + 3 Ca(OH)2
RAPIDA TOBERMARITA
EL SILICATO DICALCICO
2 ( 2 CaO . SiO2 ) + 4 H2O 3 CaO.SiO2 3 H2O + Ca(OH)2
LENTA
ALUMINATO TRICALCICO
3 CaO. Al2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 3CaO. Al2O3 Ca(OH)2 . 12 H2O
RAPIDA
ALUMINATO FERRITA TERACALCICA
4 CaO.Fe2O3 Al2O3 + + 10 H2O + 2Ca(OH)2 6 CaO Fe2O3 Al2O3.12 H2O
LENTA
Las reacciones qumicas nos indican que las principales reacciones dan como
producto la TOBERMARITA . 3 CaO.SiO2 3 H2O , QUE ES UN GEL
COMPUESTO DE PARTICULAS MUY FINAS., QUE TIENEN UN GRAN AREA
SUPERFICIAL POR LO TANTO MEDIANTE FUERZAS ATRACTIVAS SE
ABSORBEN SOBRE TODOS LOS CRISTALES PRESENTES Y LOS UNE.
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El exceso de agua que no se utiliza durante la hidratacin de los componentes del
clinker
, hace que el cemento fraguado pierda su resistencia, lo hace mas poroso y
permeable. Siempre debemos buscar que la lechada de cemento tenga la densidad
programada cuando vamos a cementar el zapato gua y las piezas de caera
cercanas al zapato.
COMPOSICION QUIMICA DE LOS CEMENTOS API
CEMENTO COMPONENTES MOLIENDA
API CLASE SC3 SC2 AC3 AFC4 Cm2 / gr
A 53 24 8 8 1500-1900
B 47 32 5 12 1500-1900
C 58 16 8 8 2000- 2800
D E 26 54 2 12 1200-1600
G , H 50 30 5 12 1400-1700
Los cementos API ms usados en la industria petrolera son el G y H. Un anlisis
qumico va seca de estos cementos nos da la siguiente composicin qumica.
Compuesto Formula Abreviatura % p/p
Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.43
Oxido de calcio CaO (C ) 64.70
Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 4.10
Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80
Magnesia MgO 1.9
Trixido de S SO3 1.67
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Oxido potasio KO2 0.08
Cenizas 0.54
Analizando la composicin qumica de los cementos, podemos concluir:
Que en contacto con los lodos que tienen bentonita van a producir la floculacin de
la bentonita, el incremento del ph a valores > a 12, lo que resulta negativo
para los polmeros que tiene el lodo.
Si se reperfora cemento con lodos base aceite, la presencia de alta concentracin
de cal viva CaO, favorece al rendimiento de lo emulsionantes.
El control de la calidad de los cementos API es muy importante. Para esto tenemos
que solicitar un anlisis va seca. El API nos da la siguientes ecuaciones, que
deben usar para conocer a partir del anlisis la cantidad de los cuatro
componentes del clinker, estas ecuaciones son :
SC3 = 4.07 C 7.6 S 6.72 A 1.43 F 2.85 SO3
SC2 = 2.87 S 0.754 SC3
AC3 = 2.65 A 1.69 F
AFC4 = 3.04 F
Estas ecuaciones pueden ser usadas solo si la relacin Al2O3 / Fe2O3 , > a 0.64
Compuesto Formula Abreviatura % p/p
Oxido de Silicio SiO2 (S) 22.2
Oxido de calcio CaO (C ) 65.60
Oxido de hierro Fe2O3 (F ) 2.8
Oxido de Al Al2O3 ( A ) 5.80
Magnesia MgO 1.9
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Trixido de S SO3 1.8
Oxido potasio KO2 0.08
Cenizas 0.70
Verifiquemos la relacin anterior 5.8 / 2.8 = 2.07 > a 0.64
SC3 = 4.07(65.6) 7.6 (22.2) 6.72(5.8) 1.43 (2.8) 2.85 (1.8) = 50.2
SC2 = 2.87 (22.2) 0.754 (50.2) = 25.86
AC3 = 2.65 (5.8) 1.69 (2.8) = 10.64
AFC4 = 3.04 (2.8) = 8.51
Hemos mencionada que una vez esta molido el clinker tenemos que mezclarlo con
yeso en, 95 -97 / 5 -3 % yeso , esto porque el clinker tiene una velocidad rpida de
hidratacin al mezclarse con agua, es decir tiene una elevada energa Hidrulica ,
esta mezcla puede llegar a fraguar y esto depende de muchos factores ,el yeso
para retardar el frague, del cemento as obtenido se lo puede mezclar con agua ,
esta mezcla llega a fraguar pero depende de muchos factores.
El frague de la lechada es la generacin continua de la resistencia, es decir la
Consolidacin de la lechada, al mezclar agua con cemento se producen cambios
qumicos debido a la hidratacin de sus componentes producindose una
cristalizacin de los mismos que generan una resistencia en los cementos en el
estado de frague.
En el proceso de hidratacin frague ocurre lo siguiente. Veamos desde el punto
de vista qumico y fsico el frague.
Desde punto de vista qumico.
La hidratacin del AC3 y tal vez algo de Al2O3 producen hidratos amorfos al
Principio luego cristaliza con AC3 junto con cristales de sulfoalumiinatos de Clcicos
donde el azufre lo provee el yeso. En esta etapa el CaO libre que puede existir
tambin se hidrata dando lugar a los Ca(OH)2 . Luego de 24 horas de iniciado el
proceso empieza la hidratacin del AC3 cristalizando junto con el remanente de
CaO, mientras que el SC2 , menos bsico y el hidrato de silicio forman un gel
coloidal . La hidratacin del SC3 no se completa hasta los 28 das, donde en este
tiempo ya empieza a cristalizar.
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Podemos nosotros hacer un resumen ms fcil:
La cristalizacin inicial de la lechada y la consolidacin se debe a la hidratacin del
AC3 y la hidratacin parcial del SC3 , el aumento posterior de la consistencia se
debe a la hidratacin continua del SC3 y SC2 que continua hasta que el cemento
llega a un estado de equilibrio
FRAGUE DESDE EL PUNTO FISICO
Primera etapa.- Frague inicial ocurre cuando la lechada pierde toda su
Plasticidad y se vuelve friable al grado tal que dos fragmentos de una mezcla rota
no pueden formar una masa homognea cuando se la pone en contacto intimo. La
plasticidad no se la recupera aun colocando los pedazos en agua.
Segunda etapa.-
Luego del fraguado inicial el cemento sufre cambios fsicos debido a que contina la
hidratacin, estos cambios se traducen en que el cemento adquiere una mayor
dureza hasta alcanzar el fraguado final. Arbitrariamente se lo define, como la
condicin que alcanza cierto grado de rigidez determinado por una aguja
penetracin de proporciones normales (se puede medir en el aparato de Vicat.
Todos los alumnos deben buscar como se mide la consistencia de la lechada
en este aparato)
Tercera etapa.
Luego de alcanzado el frague final, y en el periodo de 28 das, y como
consecuencia de nuevos ajustes qumicos que dan como resultado un aumento
gradual de la resistencia y dureza esto se conoce como periodo de endurecimiento,
este periodo es muy importante en las operaciones de cementar caeras, mientras
ms largo este tiempo ms antieconmico es para la operadora, para acortar estos
tiempos se han diseado los aditivos, para bajar este periodo a horas.
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Haremos un comentario de los efectos que tiene la presencia de algunos
compuestos o iones en las aguas sobre las lechadas y los cementos fraguados
- Cuando se requiere tener un cemento con alta e inmediata resistencia , hay
que aumentarle la cantidad SC3 , el cemento debe tener mayor rea
superficial ( mayor molienda)
- A mayor SC2 mas retardado es el frague, a mayor cantidad de SC3 y de AC3
, mas rpido es el frague inicial.
- Si se quiere retardar el frague se debe controlar el contenido de SC3 y de
AC3 , y la molienda debe ser ms gruesa.
- Las aguas subterrneas que se encuentran durante la perforacin contienen
sales disueltas , las lechadas y los cementos fraguados son muy sensibles a
pequeos % de esta sales , por ejemplo :
- Lasa soluciones de Cl 2 Ca y de Cl 2 Mg, aceleran el frague mucho ms que
las de ClNa.
- Soluciones con iones sulfatos en ciertas ocasiones retardan el frague,
aunque a veces lo aceleran.
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- El carbonato de sodio puede actuar como acelerador de igual manera
cualquier aditivo que en solucin genere iones OH-
- Las soluciones de los alcalinos y alcalinos trreos adems de afectar el
tiempo de frague pueden causar desintegracin del cemento fraguado, por
largos tiempo de contacto con el cemento fraguado.
- Las soluciones de SO4Na2 , SO4Mg , causan falta de solidez o fuerzas en el
cemento, es decir cuando el cemento fraguado y endurecido se lo pone en
contacto con estas soluciones , reaccionan con el SC3 , produciendo un
hinchamiento y formado nuevos compuestos , que dan como resultado una
cristalizacin con expansin originando disgregacin del cemento. Se tiene
igual comportamiento si el contenido de CaO es alto.
- Los cementos que tienen < del 3 % de AC3 , son inmune al ataque de las
aguas sulfatadas.
- Cuando las lechadas son contaminadas con los lodos de perforacin, se ven
afectadas las propiedades de las lechadas y del cemento fraguado , esto es
por el alto contenido de iones que tienen el filtrado del lodo ( SO4= , CO=3 ,
OH- , Cl- , CO3H- , Na+ , K+ , Ca++ , Mg++ , Fe+++ , almidones , poliacrilamidas
celulosa polianionica,etc.)
Es importante tener en cuenta que la molienda del cemento influye en el tiempo de
frague. La mayora de los cementos API estn molidos de manera que el 85 % del
mismo pasan por la malla # 200.
Veamos lo siguiente que nos permite ver lo importante de la molienda, tenemos un
mismo tipo de cemento, pero lo molemos de diferentes granulometra.
Muestra #1
Se la muele de manera que el 95 % ,pase por la malla # 200 , preparamos una
lechada en condiciones de presin y temperatura , el tiempo de frague fue de 55
minutos.
Muestra #2
Se la muele hasta que un 75% pase por la malla # 100 ; nuevamente preparamos
la lechada en condiciones similares de P y T , y su tiempo de frague es de 170
minutos.
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Es importante entender el concepto de que todo cemento fraguado debe tener un
volumen similar al volumen de lechada que lo origino, esto no ocurre siempre as
depende del agua de mezcla. Existe un % de agua critico para formar la lechada ,
donde no hay separacin de agua de mezcla , un exceso del agua genera un mayor
volumen de lechada pero un menor volumen de cemento fraguado , ya que el resto
se separa como agua libre.
Como se observa en las figuras el agua libre se separa en la parte superior , para la
cantidad de agua libre que se libera de una lechada influye el agua usada para la
mezcla , el envejecimiento del cemento , la forma como ha estado almacenado el
cemento , es muy importante recordar que le cemento es un material higroscpico
toma con facilidad la humedad, cemento que se lo observa duro con bolas no debe
utilizarse para preparar las lechadas , otro factor importante es el contenido de
aceite en el lodo , que si se mezcla con la lechada retarda el frague de la lechada ,
produce falta de adherencia a la formacin y tubera , produce grietas por donde
puede migrar el gas.
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1.8.- CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS
Un cemento determinado se lo fabrica de acuerdo al requerimiento del cliente (sea
para la construccin o la industria petrolera) , por esa razn los cemento varan en
su composicin qumica y fsica , molienda , segn sea la necesidad . Para regular
las especificaciones se han creados institutos que dictan las normas para regular
la fabricacin de los cementos entre ellos estn:
A.C.I AMERICAM CONCRETE INSTITUTE (INSTITUTO AMERICANO DEL
CONCRETO)
A.S.T.M. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
(SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEBAS DE MATERIALES)
Es el encargado de dictar las normas para los cementos a usar en la industria de la
construccin, provee especificaciones para 5 tipos de cementos portland tipo I ,II, III
,IV , V. Todos son elaborados para condiciones de presin temperatura atmosfrica.
API AMERICAM PETROLEUM INSTITUTE
Provee especificaciones para los cementos clase A,B,C,D.E.F.G.H,J. Usados bajos
condiciones de presin y temperatura. Los cementos clase A, B , corresponden a
los cementos del ASTM I,II y III . Los tipos IV y V , no tienen correspondencia con el
API.
CLASIFICACINES API.- La industria petrolera compra cementos fabricados
predominantemente conforme a las clasificaciones API como se publicaron en las
normas API 10, " Datos especficos para Cementos de Pozos Petroleros y Aditivos
de Cemento. Estos datos han sido publicados anualmente por el Instituto
Americano de Petrleo en Dallas, Texas, desde 1953, cuando las primeras normas
nacionales sobre el cemento para su empleo en pozos fueron publicadas (emitidas).
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Estos datos especficos son repasados cada ao y revisados segn las
necesidades de la industria petrolera. Las diferentes clases de Cemento API para
su empleo a temperaturas y presiones de fondo de pozo estn definidas abajo. Ellos
estn catalogados en las normas API de fecha 10 junio de 2004.
CLASE A.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando no se requieren propiedades especiales. Disponible slo
en el tipo ordinario (similar a ASTM C 150, tipo I)
.
CLASE B.- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando las condiciones requieren de moderada a alta sulfato
resistencia. Disponible en ambos tipos: moderadamente (similar a ASTM C 150,
tipo II) y altamente resistentes al sulfato.
CLASE C- Dirigido para el empleo desde la superficie hasta los 6000 pies de
profundidad, cuando las condiciones requieren de un alto endurecimiento
temprano. Disponible en los tipos: ordinario y moderadamente (similar a ASTM
C 150, tipo III) y altamente resistentes al sulfato.
CLASE D.- Dirigido para el empleo desde los 6000 a los 10 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de moderadas presiones y temperaturas.
Disponible en ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
CLASE E.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 14 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de altas presiones y temperaturas. Disponible en
ambos tipos: moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
CLASE F.- Dirigido para el empleo desde los 10 000 a 16 000 pies de
profundidad, bajo condiciones de extremadamente altas presiones y
temperaturas. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y altamente
resistentes al sulfato.
CLASE G.- Dirigido para su empleo como un cemento bsico de pozo desde la
superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con aceleradores
y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de pozos y
temperaturas. No adicionar otros aditivos ms que el sulfato de calcio o el agua,
o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la fabricacin del
cemento para pozo Clase G. Disponibles en ambos tipos: moderadamente y
altamente resistentes al sulfato.
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CLASE H.- D Dirigido para su empleo como un cemento bsico de pozo desde
la superficie a los 8000 pies de profundidad, o puede ser usado con
aceleradores y retardadores para cubrir una amplio rango de profundidades de
pozos y temperaturas. No adicionar otros aditivos ms que el sulfato de calcio o
el agua, o ambos, que pueden ser mezclados con el clinker durante la
fabricacin del cemento para pozo Clase H. Disponibles en ambos tipos:
moderadamente y altamente resistentes al sulfato.
La tabla 2.5 lista las clases de cemento API e indica las cules son las
profundidades a las que son aplicables.
1.8.
1.8 PROPIEDADES DE LA COBERTURA DE CEMENTO SEGN LAS
ESPECIFICACIONES API
En las operaciones de terminacin de pozo, los cementos son casi
universalmente usados para desplazar el lodo de perforacin y para llenar el
espacio anular entre la caera y el agujero abierto. Para cumplir este propsito,
los cementos deben ser diseados para ambientes de pozo variando desde
aquellos que se usan en la superficie a aquellos que estn a profundidades
excedentes de los 30000 pies de profundidad, donde las temperaturas recorren
por debajo de la congelacin en reas congeladas a ms de 700F en pozos
perforados para la produccin geotrmica a vapor. Los datos especficos no
cubren todas las propiedades de cemento sobre tales amplias gamas de
profundidad y presin.
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Estos, sin embargo, catalogan las propiedades fsicas y qumicas de las
diferentes clases de cemento que encajarn en la mayora de las condiciones
de pozos. Estos datos especficos incluyen el anlisis qumico y el anlisis
fsico. Estos anlisis comprenden: el contenido de agua, la fineza, la fuerza
compresiva, y el tiempo de espesamiento.
Aunque estas propiedades describen los cementos para objetivos especficos,
los cementos para pozos petroleros deben tener otras propiedades y
caractersticas para asegurar las funciones necesarias en fondo de pozo.
Las exigencias fsicas y qumicas de las clases de cemento API como se
definieron en las Normas API 10 son mostradas en las tablas 2.6 y 2.7. Las
propiedades fsicas tpicas de varias clases de cemento API son mostradas en
la tabla 2.8.
Las especificaciones de la API no son hechos cumplir por una agencia oficial;
sin embargo, el empleo del monograma API indica que el fabricante ha estado
de acuerdo con hacer el cemento segn los datos especficos perfilados en las
Normas API 10. Aunque el API defina ocho clases diferentes de cemento, slo
las clases A, B, C, G, y la H estn disponibles por los fabricantes y son
distribuidos en los EE UU.
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1.9.- NORMAS DEL CEMENTO FUERA DE LOS E.E.U.U.
En la cementacin de pozos en pases distintos a EE UU, puede ser necesario
usar productos locales. La tabla 2.9 cataloga las clasificaciones que han sido
establecidas en varios pases para los tipos ms comunes de cemento de
Portland usados para la construccin.
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Para algunos cementos, se hicieron clasificaciones adicionales por ejemplo,
OCI (el Tipo de Cemento de Portland Ordinario I), OCII, OCIII. Sin embargo,
tales clasificaciones causan problemas en la fijacin de una lnea divisoria clara
entre tipos, porque OC tipo II o III puede fcilmente ser confundida con el
cemento RHC o HSC.
En algunos pases un fabricante especfico puede, por velocidad y simplicidad,
usar un smbolo para identificar varios tipos de cemento. La tabla 2.10 cataloga
identificaciones equivalentes para varios tipos de cemento Portland, usados por
algunos pases comnmente asociados con la industria petrolera
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Abajo estn listadas algunas Fbricas que mantienen el monograma de la API y
mercado de los cementos para la industria Petrolera.
Argentina Loma Negra, C.I.A., S.A.
Australia Adelaide Brighton Cement Ltd.
Blgica Compagnie des Ciments Belges
Brasil Companhia De Cemento Portland Alvarado
Cemento Aratu S.A. (Lone Star Industries)
Canad Canada Cement Lafarge Ltd.
Genstar Cement Ltd.
Colombia Cementos Hrcules
Dinamarca Aktieselskabet Aalborg Portland cement Fabrik
Ecuador La Cemento Nacional C.E.M.
Inglaterra Blue Circle Industries Ltd.
Francia Lafarge
Alemania Dyckerhoff Zementwerke Ag.
Grecia Titan Cement
Italia Italcement S.P.A.
Irlanda Irish Cement Ltd.
Japn Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd.
Nihon Cement Co. Ltd.
Sumitromo Cement Co.
Ube Industries Ltd.
Mxico Cementos Apasco S.A.
Cementos Veracruz S.A.
Noruega A/S Norcem
Arabia Saudita Saudi Cement
Singapur Pan Malaysia Cement Works Ptd. Ltd.
Tailandia Jalaprathan Cement Co. Ltd.
Trinidad Trinidad Cement Ltd.
Estados Unidos Arkansas Cement
Capital Cement Inc.
General Portland Inc.
Ideal Basic Industries Inc.
Kaiser Cement Corp.
Lehigh Portland Cement Co.
Lone Star Industries Inc.
The Monarch Cement Co.
Southwestern Portland Cement Co.
Texas Cement Corp.
1.10.- CEMENTOS ESPECIALES
Un nmero materiales cementantes, usados muy efectivamente para la
cementacin de pozos, no estn dentro de una Clasificacin especfica de la
API o de ASTM. Mientras estos materiales pueden o no ser vendidos bajo una
especificacin reconocida, sus calidades y uniformidad estn generalmente
controladas por el distribuidor.
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Estos materiales incluyen:
1. Cementos Puzzolanos Portland
2. Cementos Puzzolano Cal
3. Cementos de Resina o Plstico
4. Cementos de yeso
5. Cementos diesel petrleo
6. Cementos Expansivos
7. Cementos Refractarios
8. Cementos de Ltex
9. Cementos para ambientes de congelacin permanente
Cementos Puzzolnicos.- Los Puzzolnicos incluyen cualquier material con
silicio, sea natural o artificial, procesado o sin procesar, que en presencia de cal
y agua desarrollen caractersticas cementantes. Estos pueden estar divididos en
Puzzolanos naturales y/o artificiales. Los Puzzolanos naturales son mayormente
de origen volcnico. Los Puzzolanos artificiales son obtenidos mediantes el
tratamiento de calentamientos de materiales naturales tales como arcillas,
lutitas y algunas rocas silceas.
El Fly Ash es una Combustin producto del carbn y es ampliamente usado en
la industria petrolera como una Puzolana. Este es la nica puzolana respaldado
por ambas especificaciones tanto la API como ASTM.
Cuando el cemento Portland se hidrata, el hidrxido de calcio es liberado. Este
qumico por s mismo no contribuye en la dureza o en el estrechamiento del
agua y puede ser removido mediante la lixiviacin. Cuando el Fly Ash est
presente en el cemento, se combina con el hidrxido de calcio, ambos
contribuyen al endurecimiento y al estrechamiento del agua.
El Fly Ash tiene una gravedad especfica de 2.3 a 2.7, dependiendo de la
fuente, comparado con la gravedad especfica del los Cementos Portland de 3.1
a 3.2. Esta diferencia en gravedad especfica da como resultado una lechada de
cemento Portland de peso ms liviano que las lechadas de consistencia similar
hechas con Cemento Portland. (la tabla 2.11 Clasifica las especificaciones de la
API para el Fly Ash).
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Cementos Puzzolnicos con Cal.- Los cementos puzzolnicos con cal o cal
silicatos son usualmente mezclas de Fly Ash (silicatos), cal hidratada, y
pequeas cantidades de cloruro de calcio. Estos productos se hidratan con
agua para producir formas de Silicato de Calcio. A bajas temperaturas sus
reacciones son ms lentas que reacciones similar con Cementos Portland, y
adems generalmente son recomendadas para cementaciones primarias a
temperaturas superiores a los 140 F.
Las caractersticas de este tipo de cemento son adelgazadores o reductores de
la retardacin, peso liviano, econmicos, y poseen una dureza estable a altas
temperaturas.
Cementos Plsticos o con Resina.- Los cementos plsticos o con resinas son
materiales especialmente usados selectivamente para taponamientos de
agujeros abiertos, perforaciones con squeeze, y pozos con cementacin para
disposicin de desechos. Son usualmente mezclas de agua lquida con resinas,
y un catalizador mezclado con un Cemento API Clase A, B, G, o H. La nica
propiedad de estos cementos es que cuando la presin es aplicada a la lechada
la fase de resina puede ser forzada dentro de una zona permeable y formar un
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sello dentro de la formacin. Estos cementos son especialmente usados en
pozos con volmenes relativamente pequeos. Son efectivos a temperaturas
que van de un rango de 60 a 200 F.
Cementos de Yeso.- Los cementos de yeso son usados para trabajos de
remediacin de una cementacin. Normalmente, estn disponibles en:
1. Una forma semihidratada de yeso (CaSO4 * H2O) y
2. Como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (CaSO4 *
2H2O).
Las nicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse
rpidamente, su alta dureza temprana, y su expansin positiva
(aproximadamente 0.3%). Los cementos de yeso son mezclados con Cementos
API Clase A, G, o H en un rango de 8 a 10% de concentracin para producir las
propiedades tixotrpicas. Esta combinacin es particularmente til en pozos
someros para minimizar los recursos de emergencia despus de su
desplazamiento (Ver figura 3.16).
Debido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material
de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo donde
no hay movimiento de agua. En enfrentamientos con la prdida de circulacin,
los cementos de yeso son algunas veces mezclado don volmenes iguales de
cementos Portland para formar un material de taponamiento insoluble y
permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen
propiedades de ubicacin muy rpidas y pueden ubicarse prematuramente
durante el desplazamiento. (Ver seccin 3.6, concerniente a la prdida de
circulacin).
Cementos Diesel oil.- Para controlar el agua en la perforacin o en la
produccin de pozos, las lechadas de Cementos Diesel Oil son
frecuentemente usadas. Estas lechadas estn bsicamente compuestas de
Cementos API Clase A, B, G, o H mezcladas con diesel o Kerosn con un
agente activo en superficie. Los cementos diesel oil tienen tiempos de
bombeabilidad ilimitados, y no se ubicarn a menos que sean desplazados en
una zona con asientos de agua: all la lechada absorbe agua y sita un cemento
denso y duro.
La funcin del surfactante es de reducir la cantidad de oil necesario para
humedecer las partculas de cemento. Algunas composiciones de cemento
diesel oil contienen un anin surfactante cuyo efecto es extender la reaccin o
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tiempo de espesamiento para permitir una penetracin adicional a la formacin.
El cemento diesel oil es usado primordialmente para cerrar el paso del flujo de
agua, pero tambin puede ser usado para reparar fugas en la caera, para
combatir algunos problemas de prdida de circulacin, para taponar canales
detrs de la tubera y para controlas la penetracin de la lechada. (Ver figura
2.5).
FIGURA 2.5.- EL PASO DE FLUJO DE AGUA ES CERRADO USANDO CEMENTO DIESEL OIL
Cementos Expansivos.- Para algunas condiciones de fondo de pozo es
deseable tener un cemento que se expandirn a travs del filtrado de lodo y de
la tubera. Para tal uso la industria petrolera ha evaluado varias composiciones
que se expanden ligeramente cuando se ubican. Estas reacciones que causan
esta expansin son similares al proceso descrito en la literatura de cementacin
como Ettringite. Ettringite es el proceso de formacin de un cristal que toma
lugar entre los sulfatos y el aluminato triclcico componente en el Cemento
Portland (figura 2.6). Los Cementos expansivos comerciales (3CaO * Al2O3 *
3CaSO4 * 32H2O) son tipo Portland a los cuales se les ha aadido un Anhdrido
Sulfoaluminato de Calcio (4CaO * 3Al2O3 * SO3), sulfato de calcio (CaSO4), y cal
(CaO).
Pozo productor
de agua y de
petrleo
Squeeze con
lechada de
cemento Diesel oil
El pozo produce
slo petrleo
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FIGURA 2.6.- CRISTALES ETTRINGITE EN EL CEMENTO
Concurrentemente hay tres tipos de Cementos expansivos comerciales:
1. Tipo K.- Los cuales contienen Sulfoaluminato de calcio como
componente y es mezclado con un cemento Portland con licencia de los
fabricantes. Cuando el cemento Tipo K es mezclado con agua, la
reaccin creada por la hidratacin de expansin es aproximadamente de
0.05 a 0.20%.
2. Tipo S.- Sugerido por el cemento Portland Assn., consiste de un cemento
de alto C3Al, similar al cemento API Clase A, con aproximadamente un
10 a 15% de yeso. Las caractersticas expansivas son similares a
aquellas del tipo K.
3. Tipo M.- El cual es obtenido mediante la aadidura de pequeas
cantidades de cementos refractarios al Cemento Portland para producir
fuerzas expansivas.
Hay otras formulaciones de cemento expansivo:
a) API Clase A (cemento Portland) conteniendo de un 5 a 10% de formas
semihidratadas de yeso. (Las caractersticas expansivas de los cementos
API Clase A y Clase H contienen yeso sulfato de calcio son
comparadas en la Tabla 2.12)
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b) Cemento API Clase A, G, o H conteniendo cloruro de sodio en
concentraciones que van de un rango de 5% a la saturacin.
La expansin es causada por las reacciones del silicato de cloro (Ver
Seccin 3.9 para una discusin de otros beneficios de la sal.)
c) Cementos Puzzolnicos. Fuerzas expansivas son creadas cuando el
lcali reacciona con un cemento Clase A, G, o H para formar cristales de
Sulfoaluminato.
En estos tiempos no hay una prueba de procedimiento o alguna especificacin
en los estndares de la API para medir las fuerzas expansivas de los cementos.
La mayora de los laboratorios usan la prueba expansiva de bar, empleando un
molde de 1 * 1 * 10 pulgadas de muestra de cemento. La fuerza expansiva es
medida cortamente despus de la ubicacin del cemento por una base de
referencia y luego en varios intervalos de tiempo hasta que la expansin
mxima es alcanzada. Las pruebas de adherencia hidrulica tambin han sido
usadas para evaluar el crecimiento del cristal de los cementos expansivos.
Cementos con Aluminato de Calcio.- Los cementos refractarios son cementos
con alto contenido de almina fabricados con la mezcla de bauxita
(aluminio mineral) y caliza y calentando la mezcla en hornos reverberos abiertos
con crisol hasta que est licuado. Dos de los ms ampliamente usados
cementos con alto contenido de almina son los llamados Lumnite (fabricado
por Lehigh Cement Co., en Gary), y Ciment Fondu (hecho en Inglaterra y
Francia por The Lafarge Cement Co., y en los Estados Unidos por Lone Star
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Lafarge Inc.). los anlisis de estos materiales difieren de los cementos Portland
porque la Bauxita reemplaza la arcilla o lutita usada en la fabricacin del
Cemento Portland.
Los anlisis tpicos de estos cementos refractarios muestras que contienen
aproximadamente un 40% de cal (CaO) y pequeas cantidades de Silicato y
Hierro. Los Aluminatos de Calcio en estos cementos producen un
endurecimiento rpido y mayor resistencia a altas temperaturas y al ataque de
qumicos corrosivos.
Los cementos con alto contenido de almina son usados en pozos con
combustin in-situ, donde las temperaturas alcanzan un rango de 750 a 2000 F
durante el proceso de quemado.
Estos productos pueden ser acelerados o retardados para satisfacer las
condiciones individuales de cada pozo, pero las caractersticas de retardacin
se diferenciarn de los cementos Portland. La adicin de Cemento Portland a
los Cementos refractarios causarn una ubicacin rpida adems, cuando
ambos son manejados en el campo, ellos deben ser almacenados de forma
separada.
Cementos de Ltex.- Mientras que el Cementos de ltex es a veces clasificado
como un cemento especial, es actualmente una mezcla de los cementos API
Clase A, G, o H con ltex lquido o en polvo. Estos ltex con qumicamente
conocidos como acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo, o emulsiones de
feniletileno butadieno. Improvisan la fuerza de adherencia y el control de filtrado
de una lechada de cemento en los pozos. El Ltex lquido es aadido en
relaciones de aproximadamente 1 gal/saco de cemento. El ltex en polvo no
congela y puede ser mezclado en seco con cemento antes de ser transportado
al lugar del pozo. Las propiedades impartidas por el ltex lquido son mostradas
en la tabla 2.13.
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Cementos de Congelacin Permanente.- Los problemas especiales aparecen
en el conductor de cementacin y en la superficie de la caera en medios
ambientes congelados. A travs del rtico hay formaciones con cojinetes de
hielo que se extienden a profundidades mayores a los 3 000 pies. Pueden ser
descritos como suelos congelados en algunas reas y en otros como bloques
de hielo parecidos a un glaciar. (Ver figura 2.7). Es normalmente conveniente
usarlo para una colocacin rpida, con un cemento con calor de hidratacin
bajo que no derretir el suelo congelado (Ver seccin 14.10 Ambientes
Congelados).
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FIGURA 2.7.- REAS DE CONGELACIN PERMANENTE EN NORTE
AMRICA.
Para tales condiciones de bajas temperaturas, mezclas de cemento base yeso y
de cementos refractarios han sido usadas muy satisfactoriamente. La mezcla de
cemento de yeso puede ser acelerado o retardado y se ubicar a los15F antes
de su congelamiento. Para la superficie de la caera estas lechadas son
normalmente diseadas para un tiempo de bombeabilidad de 2 a 4 horas, an
as el desarrollo de dureza es un poco rpido y vara un poco a temperaturas
entre 20 y 80 F.
1.1. SUMARIO
En las ltimas dos dcadas, la estandarizacin de los cementos y su uso en los
campos ha sido grandemente simplificada. El nmero de clases API ha sido
reducido al punto que las Clases API G y H son las ms ampliamente usadas.
Aproximadamente el 80% de los cementos usados en pozos en pases no
comunistas son fabricados en los Estados Unidos y mantienen estas dos
clases. Aproximadamente el 65% del cemento hecho en los Estados Unidos es
el API Clase H (mayormente en las operaciones de la Costa del Golfo y en las
del Medio Continente), y el 15% es cemento API Clase G, el cual es vendido en
California y en reas de montaas Rocky. El resto de cemento usado en pozos
son el Clase A (10%) o el Clase C (10%).
Congelacin
permanente
Congelacin
discontinua
Temperatura anual
Media
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En operaciones internacionales, la mayora del cemento usado en pozos es el
API Clase G (Canad, Europa, Medio Este, Sud Amrica, y el Este Lejano). Los
Cementos Especiales constituyen menos del 1% del mercado del todo el
mundo.
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TEMA II
ENSAYOS BASICOS RECOMENDADOS POR EL API
Competencia :El alumno tiene el conocimiento necesario del muestreo de los
aditivos, para la preparacin de lechada en el laboratorio, analiza e interpreta los
diferentes ensayos sobre la lechada o el cemento fraguado. Analiza la Importancia
de cada uno de los ensayos bsicos y los puede modificar de acuerdo a las
necesidades de la operacin de cementacin.
MUESTREO
Cuando se muestrea una determinado lote de cemento, tenemos que tomar una
muestra representativa del lote, por ejemplo se recomienda sacar muestra de 1
saco por cada 50 sacos de cemento.
El ASTM nos indica cual es la muestra ms apropiada para el cemento. Para
efectuar ensayos simples se requiere de 11 kg de muestra, para ensayos completos
se necesita 107 kg; es recomendable llevar a laboratorio por lo menos un 25% ms
de lo requerido.
Una vez que la muestra llega a laboratorio, es muy usado el mtodo del cuarteo
para separar la muestra con la que se va realizar los ensayos.
En la mesada del laboratorio, se coloca una plancha de plstico.
Plancha Plstica
1 2
3 4
Mezclar
1+4
5 6
7 8
Muestra de cemento
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Con la muestra seleccionada realizar los ensayos, siempre debe guardarse
muestras por cualquier reclamo que exista y sea necesario repetir el trabajo en un
segundo laboratorio.
PESO DE LA MUESTRA PARA LOS ENSAYOS
Mtodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.
Cantidad para Ensayo Doble Kg.
Estabilidad 0.5 0.5
Finura 0.5 0.5
Contenido de Agua 1.1 1.1
Cantidad de Lechada 1.1 1.1
RESISTENCIA A LA COMPRESIN
Mtodos de Ensayo Cantidad para Ensayo Simple Kg.
Cantidad para Ensayo Doble Kg.
Presin Atmosfrica 1.1 42.5
A Presin 1.1 42.5
Tiempo de Bombeabilidad
1.1 6.8
Tiempo de 1.1 6.8
Permeabilidad 1.1 1.1
Prdida de Filtrado 1.1 1.1
Propiedades Reolgicas 1.1 1.1
Durante el curso veremos los de mayor utilidad
2.1.- PREPARACIN DE LA LECHADA
EQUIPOS RECOMENDADOS POR EL API
- Balanza que pese con una precisin de 0.2 grs para pesar la masa de
cemento
- Los volmenes de agua deben medirse en probetas
- Mezcladora de 2 velocidades.
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- Las muestras del cemento deben ser tamizadas por una malla # 30. Todo
material retenido debe ser separado y expresado en % P/P.
- El agua y el cemento para ensayos de referencia debe estar libre de CO2
deben tener una temperatura de 80 oF + 5 oF.
El % de agua que debe ser agregado es el que se indica en la tabla del
API.,para cada tipo de cemento.
COMPOSICIN DE LA LECHADA
Cemento Clase API
Agua por Peso de Cemento %
Galn Agua por saco
A y B 46 5.19
C 56 6.32
D,E,F y H 38 4.29
G 44 4.97
J *
*Lo recomienda el fabricante.
Veamos un ejemplo para cemento clase A
1 Sc = 94 Lb de Agua = 0.46 x 94 = 43.24 Lb
Gal
Cuchilla
4000 RPM- 12000
La Lechada se prepara en la mezcladora que
tiene una capacidad de gal. ( 1 lt.) el
recipiente es de material resistente a la
corrosin, las cuchillas deben cambiarse
cada vez que pierda el 10% de su peso.
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La densidad es:
D = M/V V agua = M/D = 43.24 Lb/8.33 lb/gal USA = 5.19 gal.
Para Bolivia:
110 Lb x 0.46 = 50.6 Lb. Donde: V = 50.6 Lb/8.33 Lb/gal = 6.07 gal (
Bolivia)
Nota:
El agregado de bentonita al cemento requiere del agregado de agua; por cada 1%
de bentonita, tenemos que agregar 5.3 % de agua. (este valor puede variar con la
calidad de la bentonita). Siempre es necesario realizar un ensayo piloto.
Por ejemplo para lechadas preparadas con cemento clase A y que tiene un 6% de
bentonita, cuanto es el agua total que hay que agregar a la lechada.
% = (46 + 5.3 x 6)/100 = 77.8%
COMO SE PREPARA LA LECHADA
En el laboratorio de cemento tenemos:
CLASE DE CEMENTO
Volumen Lechada
Componentes A B
C D, E F, H
G
Gr. Gr Gr. Gr.
Agua 355 383 327 349
600 cc. Cemento 772 684 860 792
Forma de preparar
Gal
4000 RPM- 12000
Colocar el agua + 4000 RPM
En + -15 seg agregar el cemento.
-Subir las RPM a 12000 y agitar 35 seg.
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2.2.- DETERMINACIN DE AGUA LIBRE
La lechada preparada como se indico, debe ser colocada en un consistometro
atmosfrico (base agua bao mara)
20 `minutos ( 80 F )
Nivel Lechada
Paletas
Lechada
Nuevamente
mezclar a
12000 RPM a
35 seg.
Colocar en
probeta de
250 cc
Agua
Libre
Lechada
Dejar 2 Hrs. en reposo a 80 F
Eje con rotacin
rotacion
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El agua libre se la extrae con una pipeta o se la puede medir en la misma probeta. (
la probeta taparla con un papel )
Para los cementos clase G y H, no debe exceder al 1.4 %. Para los otros tipos de
cemento no hay requisitos. Para los pozos horizontales el agua libre debe ser =
0 cc. Se consigue agregando aditivos principalmente reductor de filtrado
2.3.- ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIN
El cemento requiere de una determinada resistencia a la compresin para soportar
una caera.
En forma resumida indicaremos como se realiza este ensayo API.
PROCEDIMIENTO:
La lechada se la prepara como se la indico anteriormente, se usa moldes
recomendados por el ASTM, una prensa hidrulica recomendada por el API, Baos
para colocar la lechada de cemento en los moldes (envejecimiento), se introduce
los moldes en forma ntegra, hay dos tipos de baos:
1.- Un recipiente abierto a la presin atmosfrica donde se introduce los moldes con
cemento, la temperatura es de 180 oF + 3 oF, debe contar con un sistema de
homogenizacin de temperatura.
2.- Un recipiente cerrado donde se coloca los moldes con la lechada, a To 380 oF
(193 oC) y la presin de hasta 3000 psi.
PERIODO DE CURADO
Es el tiempo transcurrido desde que los moldes son sometidos a las temperaturas
hasta que se saca los mismos para el ensayo de compresin.
Para los moldes curados a presiones atmosfricas, el periodo de curado comienza
cuando los moldes son colocados a los baos de curado y termina curado, se saca
los moldes para el ensayo de resistencia a la compresin.
Si la presin de curado es mayor a la atmosfrica, el periodo de curado comienza
una vez alcanzada la presin referida.
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El periodo especificado de curado es de 8, 24 Hrs. con excepcin del cemento J, que es de 12, 24
hrs, 7 das.
Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresin, lo cual
es necesario para soportar la caera. Muchos trabajos de investigacin han
demostrado que un anillo de 10 pies de longitud y solamente 8 psi de resistencia a
la tensin puede soportar hasta 200 pies de caera, aun bajo condiciones de pobre
adherencia del cemento.
Debido a que el ensayo de resistencia a la compresin son mejor analizados que la
resistencia a la tensin, tenemos como regla que la R.T es de 8 a 10 veces mayor
que la resistencia a la compresin. Ejemplo:
10 psi de R. T. = 100 psi de R. Compresin
Bao de Curado
Molde lechada
Presin aplicada prensa
Hidraulica
4000 Lb / pulg2. / Min.
Molde Curado
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En la industria petrolera se acepta que 500 psi de resistencia a la compresin,
garantiza continuar con las operaciones despus de realizar la cementacion.
Entonces con la resistencia a la compresin del cemento fraguado nos
contestamos la pregunta Qu tiempo debemos esperar para continuar
operaciones luego de realizado una cementacin de una caera?
Debemos esperar el tiempo en que la resistencia a la compresin es de 500 psi. En
ingles se dice WOC time
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El gran problema de determinar la resistencia a la compresin en la prensa
hidrulica es que es destructiva y adems es dificultoso que todos los moldes
salgan iguales uniformes.
Hoy en da se mide la resistencia a la compresin en el analizador ultrasnico del
cemento UCA Ultra Sonic Cement Analyzzer
Con este aparato determinamos el desarrollo de la resistencia a la compresin de
las lechadas en forma continua una nica muestra es sometida a baja presin y
temperaturas, simulando las condiciones de fondo de pozo (temperatura y presin)
Se coloca la lechada de cemento a ser ensayada, se ajusta a las condiciones de
fondo de pozo. Se hace pasar una seal acstica a travs de la muestra del
cemento. As como la resistencia del cemento se incrementa con el tiempo de
fraguado, ms rpida ser la velocidad de la seal acstica atravesando la muestra.
Una computador con sistema Windows con el software mide los tiempos de transito
de la seal en funcin del tiempo o interpolar los valores de la resistencia de la
compresin.
Mediante este mtodo pueden conocer el tiempo en alcanzar el frage inicial (50
psi), podemos alcanzar el frage final o cualquier otro valor intermedio que
deseemos.
Hay aparatos que permiten trabajar hasta con 8 muestras simultaneas; pero con
tiempo de 999 horas; 20000 psi y 400 oF.
Es importante mencionar que el software que tiene computadoras fue desarrollado a
partir de ensayos distintos con la prensa hidrulica.
Seal acstica Computador
Control presin
Manta
calefactora
Transmisor Ultrasnico
Lechada
250 cc.
Receptor
ultrasnico
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Cemento clase H 35% Silica Floor (Aditivo) Densidad = 15.0 lb/gal Temp. = 350 F Presin = 3500 Psi
4 8 12 16 20
2000
500
Tiempo (Hrs)
Psi
4 8 12 16 20
2000
500
Tiempo (Hrs)
Psi Cemento clase H 0% Silica Floor Densidad = 15.6 lb/gal Temp. = 350 F
Presin = 3500 Psi 15.6 lb/gal
Retrogresin del cemento
por efecto de To
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FIGURA 4.8.- PRUEBA DE FUERZA COMPRESIVA EN UN CUBO DE CEMENTO
DE 2 PULGADAS.
Recordemos que el cemento al fraguar genera resistencia a la compresin, lo
cual es necesario para soportar la caera en el pozo.
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Para decidir cunto tiempo se esperar para que el cemento se frage (para
seleccionar un tiempo WOC), es importante:
1. Conocer cun fuerte debe ser el cemento antes de que la perforacin
pueda empezar, y
2. Entender las caractersticas de desarrollo de la dureza de los cementos
en uso comn.
Esto puede ser observado en los valores de la fuerza compresiva en la tabla 4.8
y conocer qu temperatura de curado es significativa en el desarrollo de la
fuerza. Para aplicar la informacin de dureza o fuerza del laboratorio
apropiadamente y para establecer un tiempo WOC razonable, se debe tener
algn conocimiento de temperaturas de curado de fondo de pozo. El BHSTs en
la mayora de las reas geogrficas han sido razonablemente bien definidos
mediante el uso de datos isotrmicos de superficie con profundidades y
gradientes de temperatura aceptadas. Los resultados son verificados mediante
estudios conducidos de temperatura en agujeros superficiales interconectados.
La temperatura de curado del cemento, sin embargo, seguramente casi no
igualar a la temperatura de formacin, de hecho, esto incluso no tiene un valor
constante. Esto es gobernado por un complejo grupo de variables, incluyendo
las temperaturas del fluido de perforacin, lechada de cemento y el fluido
desplazado, tanto como el calor de hidratacin del cemento.
Las siguientes observaciones revelan que la fuerza del cemento para sostener
la caera est basada en el estudio y la experiencia del campo:
1. Alta dureza del cemento no es siempre requerida para sostener la
caera durante la perforacin, y con un incremento de la densidad de la
lechada, el tiempo requerido para desarrollar una adecuada fuerza
compresiva es disminuido.
2. La densificacin incrementa tanto la dureza como el calor de hidratacin
del cemento.
3. Las lechadas de cemento con excesivas relaciones de agua resultarn
un dbil cemento fraguado y por eso se deben evitar alrededor de la
parte baja de la caera.
4. Con la seleccin de los cementos apropiados y con buenas prcticas de
cementacin, el tiempo WOC para caera de superficie pueden ser
reducidos de 3 a 4 horas bajo operaciones en condiciones veraniegas y
de 6 a 8 horas en condiciones de invierno.
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TCNICA DE PRUEBA DE RESISTENCIA
La fuerza compresiva del cemento fraguado es probado mediante la medicin
de la fuerza para aplastar un cubo de 2 pulgadas con una fuerza compresiva
ilimitada (figura 4.8). Mientras la carga aplastante para predecir la fuerza
compresiva del cemento fraguado ha sido ampliamente usada por ms de 40
aos para establecer el tiempo WOC, esto no refleja la verdadera adherencia
del cemento a la caera y/o a la formacin. Correlaciones comparativas han
sido hechas en el laboratorio de adherencia arbitrada y pruebas de fuerza
compresiva para producir la relacin mostrada en la figura 4.9.
Una tcnica ms nueva y ms popular para predecir la fuerza y los tiempos
WOC es un dispositivo no destructivo que usa ondas acsticas y ultrasnicas.
El analizador de cemento ultrasnico (UCA) continuamente monitorea la dureza
desarrollada por cualquier composicin de cemento dada (figura 4.10). Una
lechada simple es desplazada en una clula que est bajo condiciones que
simulan la presin y temperatura de fondo de pozo. Las medidas de la velocidad
ultrasnica del cemento son empezadas durante el estado fluido y continuado
durante el fraguado inicial a cualquier punto deseado de dureza parcial o final
desarrollada.
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FIGURA 4.9.- FUERZA DE ADHERENCIA VS. FUERZA COMPRESIVA DE LA LECHADAS DE
CEMENTO FRAGUADO.
FIGURA 4.10.- ANALIZADOR ULTRASNICO DE CEMENTO CON TRAZADOR DE GRFICOS PARA
EL DESARROLLO DE LA DUREZA.
FUER
ZA D
E A
DH
EREN
CIA
P
SI
FUERZA COMPRESIVA PSI
No es bueno una fuerza compresiva mayor a los 4 000 psi
- Cemento Puro - Cemento con 2% de cloruro de calcio - Cemento gel 4%
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Los valores de dureza con continuamente computarizados y mostrados hasta
que la prueba es terminada. El resultado es un historial completo y preciso del
fraguado inicial y del desarrollo de la dureza que puede consistir de un trazador
de grficos vs. Tiempo en cualquier punto de inters (figura 4.11).
FIGURA 4.11.- DELINEADO DEL DESARROLLO DE LA DUREZA DEL SISTEMA DE CEMENTO
FRAGUADOS CON ANALIZADOR DE CEMENTO ULTRASNICO.
Cemento API Clase C 14.8 lbm/gal Fu
erz
a C
om
pre
siva
(p
si)
Tiempo (das)
Cemento API Clase C 14.8 lbm/gal 4% bentonita 2% cloruro de calcio 13.5 lbm/gal
Fue
rza
Co
mp
resi
va (
psi
)
Tiempo (das)
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El UCA funciona con poca atencin aparte del operador desde el inicio hasta el
final. La misma informacin de los estndares API sobre las pruebas para
aplastar la fuerza compresiva requerira la curacin de una multitud de
especmenes a veces preseleccionadas durante pruebas de tiempos, sin
garanta de que la primera prueba sera lo suficiente corta o la prueba final lo
bastante larga para proveer con exactitud la informacin crtica del trabajo (ver
figura 4.12).
Las investigaciones han demostrado que una capa de cemento en un
anillo de 10 pies, teniendo solamente 8psi de resistencia a la tensin,
puede soportar ms de 200pies de caera, aun bajo pobres condiciones
de adhesividad del cemento. Al fijar la caera de superficie cuando sean
requeridas elevadas cargas de trepano para retirar el equipo de flotacin,
se ejerce una carga adicional a travs de la caera y la capa de cemento.
La Tabla 4 muestra las longitudes mnimas de caera, y medidas de
portamechas que pueden ser soportados por una columna de cemento de
10 pies con una resistencia a la tensin de 8 psi.
TABLA - 4
Longitud de la caera y medida de portamecha soportados por una columna de cemento
de 10 pies de longitud con 8psi de resistencia a la Tensin
Casing Portamechas -Medida (Pulg) Longitud Casing
(Pies)
Medida (Pulg) Libraje (lb/ft) OD ID
7
8-5/8
10-3/4
13 3/8
17,00
24,00
32,75
48,00
4-3/4
6-1/4
6-3/4
9
2
2-1/4
2-7/8
3-1/4
94
67
72
50
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2.4.- TIEMPO DE BOMBEABILIDAD O DE ESPESAMIENTO
Una de las mayores preocupaciones cuando vamos a realizar una cementacin es
conocer porque tiempo puede estar bombeable la lechada, para contestar a esta
pregunta el API, nos recomienda el ensayo de determinacin del tiempo de
bombeabilidad, el cual se realiza el consistometro presurizado en cual podemos
simular las condiciones de F.P, ( 500 F y hasta 40000 psi)
El consistometro es esencialmente un recipiente cilndrico que contiene la lechada
dentro de este cilindro hay unas paletas estacionarias, todo est encerrado en una
cmara de presin, que tiene un aceite mineral recomendado por el API, esta
cmara est provista de un sistema de calentamiento que eleva la temperatura en 5
F / min, el recipiente gira a 150 rpm, la consistencia de la lechada est indicada por
la deformacin de un resorte calibrado que est conectado a la paleta que est en
contacto con la lechada. Mientras aplicamos calor y presin la lechada va ganando
consistencia que se transmite al resorte este resorte lo transforma en voltios.
l limite de bombeabilidad de la lechada es cuando el equipo alcanza las 100 Bc (
Unidades de Barden, o unidades de consistencia), el equipo estos valores los va
graficando en forma automtica y nos da el grafica mostrado en la parte inferior.
Se sabe que cuando tenemos 11 Voltios corresponde a las 100 Bc
Tambin conocemos que cuando tenemos 8 voltios tenemos 70 Bc
Las recomendaciones especificas de Tb, depende del tipo de trabajo, condicin del
pozo, del volumen de lechada que se va bombear, por ejemplo cuando las caeras
a cementar no pasan de 3000 m, el tiempo de bombeabilidad suficiente es de 3.0
3.5 horas, con este tiempo tenemos un factor de seguridad adecuado, en cambio
otros cementaciones, por ejemplo para colocar tapones de cemento solo
necesitamos 90 a 120 minuto de tiempo de bombeabilidad.(el tiempo de
bombeabilidad se puede modificar con aditivos).
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En la foto mostramos el consistometro presurizado.
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COLOCAR UNA COPIA DE UN TIEMPOD DE BOMBEABILIDAD
Importante es saber que la temperatura para la determinacin del tiempo de bombeabilidad
es la temperatura de circulacin y no la esttica de fondo de pozo, lo que se hace es
conocer la temperatura esttica de fondo de fondo pozo y luego de graficas que relacionan
la temperatura esttica y la de circulacin calculamos de la circulacin para realizar el
ensayo API, hay que considerar el gradiente trmico de la zona.
( Se utiliza la temperatura de circulacin, por que como vamos a ver el prximo tema,
antes de bombear la lechada se tiene que circular para acondicionar el lodo por lo menos
unas 6 horas como mnimo y esto hace que la temperatura en el fondo de pozo sea la de
circulacin, ver grafico a en la parte inferior).
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2.5.- AGUA PARA PREPARAR LA LECHADAS
La funcin principal del agua en una lechada de cemento es humedecerlo y
transportar la lechada al EA. Muchos trabajos de cementacin han salido mal por
las impurezas que tena el agua. Idealmente el agua para preparar la lechada
debera estar limpia y clara libre de qumicos solubles , arena ,limo , material
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orgnico soluble , material alcalino o cualquier otro contaminante ; esto no siempre
es posible dado que las fuentes de agua en los pozos es de distintas fuentes , sin
embargo aguas hasta con 500 ppm de slidos suspendidos puede ser utilizada
sin problemas.
Los materiales inorgnicos tales como /( Cl- , CO3= ,CO3H
- , SO4= , OH- )
,pueden acelerar el frague del cemento , la velocidad de aceleracin depende
de la concentracin .
El agua de mar como contiene de 30000 a 43000 ppm de slidos solubles acelera el
frague , esto puede ser neutralizado usando aditivos para retardar el frague.
Las impurezas del agua originan en las lechadas espuma lo que dificultad
alcanzar la densidad requerida. El agua potable es lo recomendado siempre
que las condiciones lo permitan.
Por ser tan importante el agua RECORDAR QUE LOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN
EN LOS LABORATORIOS DEBEN REALIZARSE CON EL CEMENTO QUE TENEMOS
EN CAMPO Y CON EL AGUA QUE VAMOS A UTILIZAR PARA PREPARAR LA
LECHADA EN EL POZO.
CONTENIDO DE AGUA EN LA LECHADA
En la cementacin primaria, la lechada de cemento debe tener una viscosidad o
cedencia que permita el desplazamiento del lodo ms efectivo del EA y nos
permita una buena adherencia entre la formacin y la caera.. Para alcanzar
esto, la mayor parte de las lechadas son mezcladas con una cantidad de agua
que proporcionar un volumen fraguado igual al volumen de mezcla sin la
separacin libre de agua. El tamao de partcula, rea de superficie, y todos los
aditivos influencian en la cantidad de agua requerida para que la mezcla
alcance una viscosidad particular en una lechada dada. Hay rangos de
viscosidad para lechadas de cemento dadas y rangos de viscosidad que indican
cun espesa puede ser una mezcla y permanecer bombeable bajo condiciones
de pozo dadas para el fraguado. Estas cantidades de agua son dadas en
trminos especficos, definidas como sigue:
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Agua Mxima.- es la cantidad de agua para la mezcla de cualquier
composicin de cemento que dar un volumen al fraguado igual al volumen de
la lechada con ms de 1% de agua libre separada. Esto es medido mediante
una prueba de asentamiento (figura 4.5) con unos 250 ml graduados despus
que la lechada ha sido agitada en un probador de tiempo de espesamiento
atmosfrico. El agua mxima es la cantidad usada para la mayora de las
cementaciones porque el mximo rendimiento o fill-up (llenado) es necesario
para cada saco de cemento.
FIGURA 4.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO API CON CEMENTO API
CLASE G A DISTINTAS RELACIONES AGUA DE MEZCLA CEMENTO
Agua Normal.- Es la cantidad de agua mezclada que alcanzar una
consistencia de 11 Bcs (unidad de consistencia) medida en un probador de
tiempo de espesamiento atmosfrico despus de 20 minutos de agitacin. La
API usa unidades de consistencia porque los valores obtenidos no son
verdaderos valores de viscosidad (poise). Bcs estn basados en un torque o
resistencia en lugar de la separacin de agua. El agua normal es a veces
llamada agua ptima porque provee una buena bombeabilidad a la lechada.
Agua Mnima.- Es la cantidad de agua mezclada que dar una consistencia de
30 Bcs luego de 20 minutos de agitacin. Esta nos dar una lechada bastante
espesa que puede ser usada, por ejemplo, para controlar prdidas de
circulacin.
Cemento API Clase A
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La relacin agua cemento, volumen de la lechada, y volumen del fraguado
estn cercanamente relacionadas al tamao de partcula o rea superficial de
un cemento (ver tabla 4.6). Para la mayora de las Clases API, el tamao de
partcula y los requerimientos de agua para obtener ciertos niveles de dureza,
retardacin, bombeabilidad, etc., son especficos. Los estndares de la API no
clasifican el grado de fineza de los cementos Clase G y H, pero especifican la
cantidad de agua mezclada y el agua libre deducida, la cual es controlable
mediante el grado de fineza del cemento.
En una columna de cemento, el exceso o agua libre puede juntarse en
cavidades en lugar de separarse y migrar a la cima de la columna. Las pruebas
realizadas en una columna de cemento de 16 pies, con 1 pulgada en el espacio
anular mostr que un cemento con un rea superficial de 1 500 cm2/g, mezclado
con una lechada de densidad 15.4 lbm/gal, form un tapn slido de cemento
por encima de la columna. Cuando el cemento era mezclado con ms agua
(15.1 lbm/gal), el agua libre separada entraba en cavidades horizontales de
agua limpia cuyo dimetro era de a 1 pulgadas. Las cavidades empiezan a
formarse alrededor de 15 minutos despus de que la lechada de cemento fue
introducida a la tubera.
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Esto debe ser enfatizado ya que un incremento en el contenido de agua
permitir un tiempo de bombeabilidad ms largo y aumenta el asentamiento
del cemento, el agua nunca debe ser incrementada a menos que el cemento
sea mezclado con bentonita o un material similar para justificar el exceso de
agua. El exceso de agua siempre produce un cemento ms dbil con baja
resistencia a la corrosin.
EFECTO DEL AGUA DE MEZCLADO SOBRE EL CEMENTO
Tipo ensayo : 2000 m cementacin de caera de 9 5/8
Tiempo de curado : 24 horas
Temperatura curado : 95 F
presin de curado : 5000 psi
Tipo de agua Tiempo de bombeab. Res. Compresin
( Hrs : min ) (Psi )
Agua corriente 2 :34 2150
Agua corriente
+ 2200 ppm CO3= 1:18 2300
Agua de mar 1:52 2610
2.6.- GRANULOMETRIA ( MOLIENDA DEL CEMENTO )
Hay muchas metodologas para determinar la granulometra del cemento ,
vamos a mencionar algunas
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TAMIZACION (API)
Malla 20 Tamao de la partcula 850 micrones
Malla 325 Tamao de la partcula 44 micrones
TURBIDIMETRO- WAGNER (ASTM)
MICROSCOPIA
Se elaboran curvas granulomtricas con rayo Lser
DETERMINACIONES ANALTICAS DE TAMAO DE PARTICULA
Tcnicas comunes
Analticas
Tamao de partculas
Micrones
Dimensin medida
Microscopia Electrnica 0.001 a 5 rea proyectado
Dimetro estadstico
Microscopia de Barrido 0.1 a 100 rea proyectado
Dimetro estadstico
SEDIMENTACION
Mtodo de pipetas 3 a 60 Dimetro de Stokes
Mtodo de centrifuga 3 a 10 Dimetro de Stokes
RASTREO O BARRIDO DE
FLUJO
Contador Coulter 1 a 100 Volumen proyectado
Contador HYAC 2 a 100 Volumen proyectado
Fotmetro 0.3 a 10 Volumen proyectado
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Veamos una curva granulometra de un cemento API G , fabricado por Loma Negra
Argentina. ( ver tamao ms grande las partculas)
La actividad qumica del cemento, por lo tanto la capacidad de adquirir el poder
aglomerante, cohesivo y el desarrollo de la resistencia del cemento fraguado
depende la superficie de reaccin que aumenta a medida que disminuye el tamao
de la partcula del cemento.
Estudios de investigacin han mostrado que una partcula se hidrata a solo
0.1 mm, esto significa que partculas de cemento con dimetros mayores a 0.2
mm, en el centro de la partcula no ocurrir la hidratacin del cemento por lo
tanto esto es como un material inerte.
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Es importante entender lo del tamao de la partcula, porque nos
hace entender que no debemos utilizar cementos que presentan
bolas, terrones etc, dado que no podremos tener una buena
lechada.
2.7.- DENSIDAD DE LAS LECHADAS
La densidad de la lechada es una propiedad muy importante, debemos medirla en
el campo de la manera ms exacta posible. Las lechadas de cemento pueden
prepararse en gran rango de densidad, va depender de cada situacin de los pozos
( principalmente, s la caera a cementar estar en formaciones con presiones
porales subnormales, o anormales). En nuestro pas en un mismo pozo se utiliza
lechadas ms livianas que el agua y lechadas densificadas con baritina y/o
hematita.( los mega campos San Alberto , Sbalo , Margarita )
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Veamos el siguiente cuadro
Lechada cemento
lb/gal
Vol. Aproximado
Agua gal/saco
Aditivo Concentracin
Lbs/saco de cto
6.0 10.0 6.0 N2 *
9.0 10.0 9 - 11 Esferas , vidrio
plsticas
30 40
11.0 25 Tierras diatomeas 40
12.0 13 Bentonitas
+diatomeas
12 + 1
13.0 10.5 Bentonita 8
14.0 6.0 Puzzolanas 50
15.0 5.8 Ninguno 0
16.0 4.4 Ninguno 0
17.0 4.0 Dispersante 1
18.0 4.0 Dispersante +
baritina
1 + 12
19.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+28
20.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+46
21.0 4.0 Dispersante +
baritina
1+71
ES IMPORTANTE INDICAR QUE YPFB EN EL AO 1988 EN EL CAMPO PARAPETY ,
CON LA COMPAA DOWEL SCHLUMBERGER INTENTO PREPARAR UNA LECHADA
CON DENSIDAD DE 23 LB /GAL , DENSIFICADO CON HEMATITA , LA OPERACIN
FUE UN FRACASO POR QUE NO SE LOGRO TENER UNA DENSIDAD PERMANENTE
LE FALTABA GELES A LA LECHADA PARA SUSPENDER A LA HEMATITA.
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La densidad se puede medir con la balanza de lodo , con la balanza presurizada de
Halliburton , los camiones tienen un densmetro Nuclear.
Cuando medimos la densidad de la Lechada con la balanza de lodos, tenemos una
medicin por defecto, esto se debe a que las lechadas atrapan mucho aire cuando
se las est preparando. La balanza presurizada de Halliburton nos da una lectura
ms real de la lechada de cemento, en realidad es una variante de la balanza de
lodos, con la salvedad que con una bomba manual se llena la tasa de la balanza
obligando a desalojar el aire de la lechada, sin embargo es ms dificultoso su uso. (
ver fotos )
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Los camiones de las compaas de servicios de cementacin tienen un densmetro
Nuclear incorporado al camin, que puede medir la densidad a medida que s esta
bombeando la lechada al pozo ( Da una medida ms exacta de la densidad que los
otros instrumentos ya mencionados, ver la tabla de la parte inferior)
La densidad de la lechada durante la cementacin se la muestra en una
pantalla digital y la registra en una cinta, esto trabajo con una fuente
radiactiva de Cesio -137, el cual est fijado en la lnea de descarga donde la
lechada est sometida a altas presiones, el aire entrampado es minimizado y
de esta manera tenemos una medida ms exacta de la densidad de la lechada.
Veamos ahora para una misma lechada como varia el valor en funcin como
midamos la densidad.
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Densidad terica
en lb/gal
Balanza de lodo
Lb/gal
Balanza
presurizada lb/gal
Densmetro
Nuclear
11.1 9.90 10.9 11.2
13.3 12.8 13.2 13.4
19.0 18.2 18.3 19.1
19.5 18.3 19.2 19.5
2.8.- CONTROL DE FILTRADO
El control de filtrado de las lechadas de cemento es muy importante en pozos
profundos, durante la cementacin de Liner, para efectuar cementaciones a presin
SQUEZZE, o cuando vamos a cementar la caera de produccin, la lechada que
esta frente a la zona potencialmente productora de hidrocarburos debe tener un
bajo filtrado.
La perdida de filtrado de una lechada en una zona permeable puede originar debido
a la perdida de agua, que la lechada levante su reologa, va originar
inmediatamente un revoque grueso, que puede cambiar el tipo de flujo de la
lechada. Los factores que influyen en la perdida de filtrado de la lechada es la
presin, temperatura, la permeabilidad del revoque, la permeabilidad del reservorio.
El API ha especificado lo siguiente:
El equipo donde se realiza el ensayo es muy parecido al equipo donde se
realiza el ensayo de filtracin para el lodo HPHT
El filtrado es el volumen de agua que se obtiene, despus de 30 minutos que
la lechada a sido sometida en la celda de filtracin a 1000 psi, y la
temperatura fijada por nosotros.
Ver la figura de abajo que -+ nos explica como se realiza el ensayo.
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Para una lechada de cemento sin aditivo para controlar el filtrado, el valor de su
filtrado API es mayor a 1000 cc, en estos casos se observa que una vez que uno
aplica los 1000 psi a la lechada que est en la celda esta se deshidrata
completamente en menos de un minuto.
Se acepta la siguiente formula emprica para estimar la perdida de filtrado de una
lechada en un determinado tiempo.
FT x 5.477
F30 = -------------
T1/2
F30 = Filtrado a 30 minutos
FT = Filrado en un tiempo T
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El control de filtrado se lo realiza agregando a la lechada aditivos que se
llaman reductores de filtrados en una concentracin del orden del 0.6 al 2.0
%. Para cementar zonas productoras un valor optimo del valor de filtrado es
de 50 a100 cc.
Adems es importante indicar que el filtrado de la lechada es muy alcalino ph
> 12, esto origina que si el matriz de la arena productora tiene arcilla, la va a
dispersar y generar finos, lo q trae como consecuencia el dao a la formacin
produciendo baja produccin de hidrocarburo
CONTROL DE FILTRADO
El control de filtrado en la lechada de cemento es muy importante en la
cementacin de liners profundos y en cementaciones Squeeze. La prdida de
fil