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Ligero como una pluma, duro como una roca

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Ligero como una pluma, duro como una roca
Ligero como una pluma, duro como una roca
Hasta hace poco, era imposible diseñar y preparar lechadas de cemento de alta
calidad cuya densidad se acercara a la del agua. Los nuevos cementos ligeros
logran las bajas permeabilidades y la alta resistencia a la compresión necesarias
para garantizar la integridad del pozo y el aislamiento de las formaciones con
densidades lo suficientemente bajas como para impedir el fracturamiento de la
formación y las pérdidas de circulación.
Abdullah Al-Suwaidi
Christian Hun
Abu Dhabi Company for Onshore Oil Operations
Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos
José Luis Bustillos
Ciudad del Carmen, México
Dominique Guillot
Joel Rondeau
Pierre Vigneaux
Clamart, Francia
Husam Helou
Abu Dhabi, EAU
José Antonio Martínez Ramírez
José Luis Reséndiz Robles
Petróleos Mexicanos (PEMEX)
Ciudad del Carmen, México
Por su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Wassim Assaad y Mohamed Jemmali, Ahmadi,
Kuwait; Jean Marc Boisnault, Philippe Drecq, Bruno
Drochon, Martin Hyden, Bernard Piot y Benoit Vidick,
Clamart, Francia; Leo Burdylo, Andre Garnier, Roger Keese,
Erik Nelson y Dwight Peters, Sugar Land, Texas, EUA; Sherif
Foda y Philippe Revil, Abu Dhabi, EAU; Greg Garrison,
Houston,Texas; Stephan Harris, Nueva Orleáns, Luisiana,
EUA; y Robert Roemer, Aberdeen, Escocia.
CBL Adviser, CBT (herramienta de Adherencia del Cemento),
CemCADE, CemCRETE, CET (herramienta de Evaluación de
la Cementación), LiteCRETE, PAL (registro de Análisis de la
Tubería), SFM (sistema de Monitoreo de la Fracción Sólida),
USI (Imágenes Ultrasónicas) y Variable Density son marcas
de Schlumberger. Windows es una marca de Microsoft
Corporation.
2
El cemento del pozo que proporciona un completo aislamiento de las formaciones, protege el
medio ambiente, aumenta la seguridad de las
operaciones de perforación y ayuda a optimizar
la producción. Sin un cemento de alta calidad
que llene el espacio anular entre la tubería de
revestimiento y la formación, los acuíferos de
agua dulce que se encuentran por debajo o
encima del yacimiento podrían verse contaminados por fluidos provenientes de otras formaciones. La tubería de revestimiento no protegida por
cemento puede verse expuesta a la corrosión que
causan los fluidos de la formación. Los fluidos de
perforación cuyas densidades superan el gradiente de fractura de la formación pueden inducir
al fracturamiento de la misma. Durante las operaciones de perforación y cementación se pueden
producir pérdidas de circulación, y por lo tanto se
puede perder el control del pozo, lo que significa
que los fluidos no retornan a la superficie, particularmente si las formaciones débiles no están
protegidas de la densidad del lodo o de lechadas
que superen el gradiente de fractura de la formación. En esos casos, los fluidos de perforación se
pierden en las fracturas y no vuelven al sistema
de circulación de fluidos. La producción podría
verse afectada si los hidrocarburos fluyen hacia
cualquier parte que no sea el pozo mismo.
Las lechadas CemCRETE, introducidas en
1995, mantienen estándares de alto rendimiento
en condiciones extremas en el campo petrolífero,
con un diseño de la distribución del tamaño de
las partículas especialmente concebido para asegurar gran resistencia a la compresión y un completo aislamiento de las formaciones para un
amplio rango de densidades.1 Recientemente, la
versión ligera de la tecnología CemCRETE, conocida como tecnología LiteCRETE, ha sido mejorada y actualizada para proporcionar propiedades
físicas comparables a la de una lechada cuya
densidad es similar a la del agua.
La tecnología mejorada LiteCRETE funciona
eficazmente en situaciones operacionales difíciles. Quizás el mayor desafío en los ambientes de
cementación ligera es controlar las pérdidas de
circulación. Incluso los lodos de perforación más
livianos y las lechadas de cemento más ligeras
se pueden perder en formaciones débiles o fracturadas. La cementación de zonas de pérdidas de
circulación usualmente implica gastos extra para
herramientas de trabajo en etapas, operaciones
de remediación y otros métodos que aseguren el
aislamiento de las formaciones débiles y de los
acuíferos.2
La tecnología de cementación ligera de alta
eficiencia mejora el aislamiento de las formaciones. Los cementos ultraligeros protegen las fuentes de agua dulce y protegen la tubería de
revestimiento de la corrosión, ya que permiten
columnas más altas en el espacio anular que las
lechadas convencionales, incluso en áreas con
tendencia a pérdidas de circulación extremas.
Las formaciones débiles se pueden cementar
completamente utilizando lechadas LiteCRETE
que no exceden los bajos gradientes de fractura
de la formación. Los tapones de LiteCRETE son lo
suficientemente fuertes como para emplearse
como tapones de desviación o cucharas desviadoras, y las tuberías de revestimiento cementadas con los sistemas LiteCRETE se pueden
perforar fácilmente sin provocar fracturamiento.
La permeabilidad del cemento fraguado es menor
Oilfield Review
que la del cemento Portland convencional Clase
G, y la resistencia a la compresión es comparable
a la del cemento Portland. Las aplicaciones de la
tecnología LiteCRETE son eficaces a temperaturas que varían de 80 a 450°F [27 a 232°C], presiones de fondo del pozo de hasta 8000 lpc [55.15
MPa] y lechadas cuyas densidades varían de 8.2
a 12.5 lbm/gal [0.98 a 1.50 g/cm3].
Este artículo describe la tecnología de cementación de alto rendimiento, analiza cómo se han
logrado crear y aplicar con éxito lechadas más
ligeras que el agua y demuestra el papel que ha
jugado la nueva tecnología de Monitoreo de la
Fracción Sólida (SFM, por sus siglas en inglés) en
hacer posibles las operaciones de cementación
ultraligeras sin utilizar un sistema de cemento
energizado. También se analizan los recientes éxitos operacionales logrados en Abu Dhabi y otras
áreas de Medio Oriente, y México.
1. Para una introducción a la tecnología CemCRETE, consulte: Boisnault JM, Guillot D, Bourahla A, Tirlia T, Dahl T,
Holmes C, Raiturkar AM, Maroy P, Moffett C, Pérez Mejía
G, Ramírez Martínez I, Revil P y Roemer R: “Concrete
Developments in Cementing Technology,” Oilfield Review
11, no. 1 (Primavera de 1999): 16-29.
2. Las herramientas de trabajo en etapas se utilizan en las
operaciones de cementación por etapas, las que por lo
general se realizan al cementar formaciones débiles que
no pueden soportar una alta columna de fluidos. Las
herramientas permiten que la lechada de cemento de la
primera etapa se aplique a través de la zapata de flotación o zapata guía y hacia arriba del espacio anular, pero
no más allá de la herramienta de etapa. Luego, se lanza
una herramienta de apertura, la que abre orificios en la
herramienta de etapa e impide el acceso por debajo de
la herramienta de apertura. La lechada de segunda etapa
se bombea dentro de la tubería de revestimiento, pasa
por los orificios y se dirige hacia arriba en el espacio
anular, completando así la operación de cementación.
En ocasiones puede requerirse un trabajo de llenado del
espacio anular entre la formación y la tubería de revestimiento. Estos trabajos consisten en bombear cemento
dentro del espacio anular desde la superficie, en lugar
de bombear dentro de la columna de perforación para
que el cemento luego ascienda por el espacio anular.
Otoño de 2001
asegura una alta calidad del cemento fraguado.
Para crear estas lechadas de alto rendimiento, se
mezclan partículas de varios tamaños para maximizar la cantidad de partículas sólidas en un volumen de lechada dado (abajo). Las propiedades
Aliviar la carga
La tecnología CemCRETE es una tecnología de
lechada de concreto que optimiza el comportamiento de la lechada durante su aplicación y que
> Distribución optimizada del tamaño de las partículas. Las partículas pequeñas ocupan el espacio vacío entre las partículas más grandes, lo
cual resulta en una fracción más alta de sólidos
en la lechada y en una menor permeabilidad del
cemento fraguado.
3
Densidad de la lechada, lbm/gal
25
20
15
10
Densidad del agua,
8.3
Ligero
convencional
Ultraligero
Puro
Pesado
Densificado
Ultrapesado
5
Sistemas de cementos
> Clasificación del cemento por densidad de la lechada.
Equipos de cementación convencional
Camión de cementación
Unidad de cementación
montada sobre patines
Equipos de cementación energizada
Lechada seca
Agua para
la lechada
Purga de cemento energizado
Unidad de
cementación
Cabezal del pozo
Generador de espuma
Densitómetro no
radioactivo
Bomba
energizante
Paquete
mezclador
Tanque de nitrógeno
de 2000 galones,
180,000 pc
Tanque de nitrógeno
de 2000 galones,
180,000 pc
Purga de nitrógeno
Bomba de
nitrógeno
Válvula de aislamiento
de nitrógeno
Computadora
de control
del proceso
> Equipo de cementación. Las lechadas convencionales se pueden mezclar y bombear utilizando una unidad de bombeo montada sobre patines o sobre un camión
(arriba), con la lechada seca almacenada en silos en el sitio del pozo. Las operaciones de cementación energizada (abajo) requieren una bomba de nitrógeno, tanques
de nitrógeno y un contenedor para los aparatos electrónicos, medidores de flujo y
otras herramientas, además del equipo utilizado para las operaciones de cementación comunes. Debido a la variedad de equipos de perforación, el equipo de cementación energizada se instala de manera diferente para cada trabajo, según sea el
espacio disponible en el equipo de perforación.
4
volumétricas del cemento, tales como la densidad,
dependen de las propiedades de las partículas
más gruesas. Las partículas intermedias se seleccionan para ofrecer una respuesta química específica, como resistencia química o estabilidad
térmica. Las partículas más pequeñas aseguran
propiedades de matriz específicas, entre las que
se incluyen la estabilidad, el control de pérdida de
fluidos y la permeabilidad. Se pueden combinar
varios tipos de partículas y distribuciones del
tamaño de las partículas para lograr una densidad
de lechada específica y que a la vez mantenga la
reología deseada; la lechada debe ser homogénea, estable y fácil de bombear.3 Se han mezclado
y bombeado con éxito lechadas de CemCRETE con
un máximo de 65% de lechada seca y una densidad de hasta 24 lbm/gal [2.88 g/cm3].
En el otro extremo del espectro, se están
desarrollando lechadas cuyas densidades son
cada vez menores para responder a situaciones
de cementación difíciles (arriba a la izquierda).
Anteriormente, la densidad de la lechada se
podía reducir solamente agregando agua o
usando un sistema de cemento con espuma
(cemento energizado). Sin embargo, aumentar el
contenido de agua de una lechada de cemento
Portland común produce cemento fraguado con
alta permeabilidad, baja resistencia a la compresión y escasa protección de la tubería de revestimiento contra la corrosión.
El cemento energizado se desarrolló hace
más de 20 años para aplicaciones de cementación ligera, y aún es útil en ciertas situaciones.4
Los sistemas de cemento energizado requieren
equipos especiales para incorporar nitrógeno o
aire a la lechada para reducir la densidad
(izquierda). Se agrega un surfactante a la lechada
para generar y estabilizar la espuma hasta que se
fragüe el cemento. Se han bombeado cementos
energizados con densidades que varían de los 3.5
a los 15.0 lbm/gal [0.42 a 1.80 g/cm3].5 Sin
embargo, el cemento energizado con una calidad
3. Maroy P y Baret JF: “Oil Well Cement Systems, Their
Preparation and Their Use in Well Cementing
Operations,” Patente europea 621,247 (7 de julio de 1999).
4. Para obtener mayor información acerca del cemento
energizado, consulte: de Rozières J y Griffin TJ: “Foamed
Cement” en Nelson EB: Well Cementing. Sugar Land,
Texas, EUA: Schlumberger Dowell (1990): 14-1–14-19.
5. Referencia 4: 14-1.
6. La calidad de la espuma es la relación entre el volumen
de gas y el volumen total del sistema, expresada como
porcentaje.
Para obtener mayor información acerca de la caracterización del cemento energizado, consulte: de Rozières J
y Ferrière R: “Foamed-Cement Characterization Under
Downhole Conditions and Its Impact on Job Design,” SPE
Production Engineering 6, no. 3 (Agosto de 1991): 297-304.
Oilfield Review
de la espuma mayor al 30%, o una densidad de
aproximadamente 9.0 lbm/gal [1.08 g/cm3] no
logra la baja permeabilidad y la resistencia de los
cementos LiteCRETE (abajo).6 Los cementos energizados se desempeñan adecuadamente en un
número limitado de aplicaciones específicas,
tales como el control de flujos de agua desde
capas cercanas a la superficie al perforar en
zonas de aguas profundas, pero los sistemas
LiteCRETE de fraguado rápido también se desempeñan bien en estas condiciones.
La distribución optimizada del tamaño de las
partículas y las partículas especiales de baja densidad de las lechadas LiteCRETE permiten el
ajuste de las propiedades de la lechada, independientemente del contenido de agua. Las lechadas
LiteCRETE más ligeras tienen densidades menores a 8.34 lbm/gal [1.00 g/cm3], suficientemente
ligeras como para que un cubo de cemento fra-
guado flote en el agua. A pesar de sus bajas densidades, estas nuevas lechadas ultraligeras contienen 60% de sólidos y 40% de agua cuando son
bombeadas. Una vez fraguados, los cementos
ultraligeros LiteCRETE logran la baja permeabilidad y alta resistencia a la compresión de la primera generación de cementos LiteCRETE.
Innovación para el control de calidad
Un factor importante para la aplicación exitosa
de la lechada de baja densidad y para lograr las
propiedades ideales del cemento fraguado es el
control de calidad. Una medida clave de la calidad de las lechadas de cemento es la fracción
sólida, es decir, el porcentaje de mezcla seca de
la lechada. La fracción sólida se puede calcular
dividiendo el volumen de lechada seca por el
volumen de la lechada de cemento, y multiplicando por cien. La fracción sólida más la porosi-
dad, o contenido de agua en la lechada, equivalen al 100%. En una operación de cementación
individual, los densitómetros miden la densidad
de la lechada, y la fracción sólida se calcula a
partir de las mediciones de densidad. En lechadas ultraligeras, sin embargo, las densidades de
la lechada seca y el agua de la mezcla son casi
iguales, por lo que los densitómetros no pueden
distinguir entre agua y sólido. La densidad sería
la misma incluso si la lechada estuviera compuesta completamente por agua. Aunque los trabajos pequeños se pueden mezclar por tandas
bajo estricto control de calidad en un laboratorio,
esto resulta poco práctico para trabajos que
requieren grandes volúmenes de lechada. El
equipo de ingeniería que desarrolló los sistemas
LiteCRETE de baja densidad reconoció la importancia de inventar una tecnología complementaria de control de calidad.
> Comparación de la permeabilidad del cemento fraguado. Los cubos de 8.0 lbm/gal [0.96 g/cm3] de cemento energizado y LiteCRETE flotan inicialmente en el
agua, como se muestra en la fotografía de la izquierda. Después de un período de segundos a minutos, la mayor permeabilidad del cemento energizado permite absorber el agua y provoca su hundimiento, como se muestra en las fotografías de lapsos de tiempo.
Cemento energizado
Cemento energizado
Cemento LiteCRETE
Logaritmo de la permeabilidad, mD
Resistencia a la compresión, lpc
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Cemento LiteCRETE
3
3500
2
1
0
-1
-2
-3
-4
8
9
10
11
Densidad, lbm/gal
12
13
8
9
10
11
Densidad, lbm/gal
12
13
> Comparación de la resistencia a la compresión y de la permeabilidad de cementos fraguados energizados y LiteCRETE.
Otoño de 2001
5
(4) Fracción sólida a partir de las densidades = (ρLechada– ρAgua de la lechada) / (ρMezcla– ρAgua de la lechada)
(5) Fracción sólida a partir de las tasas de flujo = (QLechada– QAgua de la lechada) / QLechada.
Ejemplos de cálculo de la fracción sólida a partir de las densidades
(8.38 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 36%
(8.42 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 72%
> Cálculos de la fracción sólida a partir de densidades y tasas de flujo. La porosidad
de la lechada y la fracción sólida se definen como la relación entre el volumen de
agua de la mezcla y de lechada seca, y el volumen de la lechada. La porosidad de la
lechada y la fracción sólida suman el 100%, como se muestra en las primeras tres
ecuaciones. La fracción sólida se puede calcular a partir de las densidades (cuarta
ecuación) o las tasas de flujo (quinta ecuación). Los ejemplos de cálculos de la fracción sólida de densidades de lechada cercanas a la densidad del agua demuestran
que una diferencia de +/- 0.02, o la resolución de un densitómetro, pueden producir
valores de la fracción sólida que varían entre el 36 y el 72%.
6
se ha mantenido dentro del 2% del objetivo de la
fracción sólida.
La tecnología SFM ha sido utilizada en 55 trabajos, 39 de los cuales incluyen sistemas
LiteCRETE, en Medio Oriente, México, Indonesia
y Francia. El sistema SFM se encuentra disponible en todo el mundo para su uso en lechadas
convencionales y LiteCRETE.
Evaluación de los cementos ligeros
El control de calidad durante la mezcla y el bombeo de lechadas es de fundamental importancia,
pero la evaluación del cemento fraguado es también clave para el éxito de un aislamiento de las
formaciones de larga duración. Una vez que la
lechada ha sido bombeada y se convierte en
cemento fraguado, es importante evaluar el
cemento para confirmar el éxito de su aplicación
70
1200
60
Slurry volume, bbl
1000
Caja de
conexiones
Medidor de flujo de agua
Pumpimg pressure, psi
El sistema SFM, inventado y patentado por
ingenieros del Centro de Productos Riboud de
Schlumberger en Clamart, Francia, es un nuevo
método para efectuar un control de calidad en
tiempo real de las lechadas, el cual determina
con precisión las relaciones entre líquido y
sólido, independientemente de la densidad de la
lechada.7 El sistema fue creado durante un proceso de desarrollo del producto con un plazo muy
ajustado de sólo 90 días, y se utilizó por primera
vez en Abu Dhabi. El sistema mide la proporción
de agua en la lechada y el flujo de la lechada y
calcula la fracción sólida a partir de dichas mediciones (arriba). Aunque la tecnología SFM fue
diseñada específicamente para operaciones de
cementación ligera, es eficaz para lechadas de
cualquier densidad.
La tecnología SFM permite que el personal a
cargo de la cementación mantenga las propiedades deseadas de la lechada mientras se mezclan y
bombean de manera continua grandes volúmenes
de lechada. El sistema requiere un medidor de
flujo para lechadas, el cual puede ser el densitómetro no radioactivo ya disponible en las unidades
de cementación, además de sensores adicionales
(un sensor que muestre el nivel de la lechada en el
tubo y un medidor de flujo de agua). Estos elementos se pueden agregar fácilmente a los equipos de mezclado terrestres o marinos (derecha).
Un programa de computación basado en Windows
contribuye a que el personal a cargo de la cementación monitoree y ajuste la lechada cada vez que
sea necesario, utilizando exactamente los mismos
procedimientos que en el mezclado convencional
(página siguiente). En una aplicación de campo del
sistema SFM, el 98% del volumen de la lechada
800
600
400
200
SFM
50
40
30
Solid fraction, %
(2) Fracción sólida (%) = VolumenMezcla/VolumenLechada x 100
(3) Fracción sólida + Porosidad = 100 %
Slurry rate, bbl/min
(1) Porosidad (%) = VolumenAgua en la lechada /VolumenLechada x 100
y su capacidad para satisfacer los objetivos. En la
mayoría de los casos, el cemento se aplica para
soportar la tubería de revestimiento, aislar zonas
de agua e hidrocarburos y proteger la tubería de
revestimiento de la corrosión o la erosión. Las
pruebas hidráulicas simples—pruebas de presión en la zapata de la tubería de revestimiento,
pruebas de formación con tubería de perforación
“secas” para determinar si el cemento evitará
que los fluidos entren al pozo, o pruebas a través
de los disparos para comprobar la comunicación
del espacio anular—no pueden asegurar que se
cumplan todos estos objetivos, de modo que se
han desarrollado herramientas de adquisición de
registros para evaluar el cemento, las que miden
las propiedades acústicas del cemento fraguado.8
Los registros acústicos se utilizan para evaluar la calidad de los trabajos de cementación,
midiendo la propagación de ondas de sonido en
las proximidades del pozo. Las herramientas
ultrasónicas miden la impedancia acústica—la
densidad del material multiplicada por la velocidad de la onda de compresión—del material que
se encuentra detrás de la tubería de revestimiento. En la mayoría de los casos, el material
sólido (cemento fraguado) muestra una impedancia acústica mayor que los líquidos (lodo, fluido
espaciador o cemento líquido). Por lo tanto, las
herramientas ultrasónicas se pueden utilizar para
diferenciar los sólidos de los líquidos a través de
un contraste de impedancia acústica. Si un material sólido se distribuye uniformemente alrededor
de la tubería de revestimiento a lo largo de
alguna longitud mínima requerida, se asegura el
aislamiento hidráulico.
Las herramientas sónicas se basan en un
principio diferente: la onda se propaga a lo largo
de la tubería de revestimiento. Las herramientas
sónicas responden a la impedancia acústica del
material sólido que se encuentra detrás de la
Slurry density, lbm/gal
Cálculos de la fracción sólida
20
10
0
0
8:01 8:06 8:11 8:16 8:21 8:26 8:31 8:36 8:41 8:46 8:51 8:56 9:01 9:06 9:11 9:17
Days
Sensor del nivel
del tubo
Densitómetro
Mezcladora
Tasa de flujo del agua
de la mezcla (Qw)
Tubo de 6 bbl
Tasa de flujo de
la lechada (Qs)
> Equipo SFM. Las unidades de cementación se pueden equipar con el sistema
SFM en cuestión de horas.
Oilfield Review
0.00 bbl/min
56.0%
59%
3.28
49%
0.00
0.00 bbl/min
54%
0.00 bbl/min
0.0 lbm/gal
0.0 bbl/min
16:18:27
> Control de calidad en tiempo real. Una computadora portátil (abajo) con el
programa SFM muestra instantáneamente datos cruciales en formatos convenientes y fáciles de leer (arriba).
tubería de revestimiento. Mientras más alta sea
la impedancia del material adherido al revestimiento, mayor será la atenuación de la onda. Sin
embargo, la atenuación se ve afectada por otros
parámetros, tales como la distribución de los
materiales sólidos y líquidos alrededor de la
tubería de revestimiento. Por ello, la interpretación de las mediciones de atenuación obtenidas
con herramientas sónicas por lo general es
mucho más difícil que la interpretación de un
mapa acústico proveniente de una herramienta
ultrasónica. La combinación de herramientas
sónicas y ultrasónicas es más efectiva cuando se
obtienen registros de cementos ligeros, ya que el
registro de Densidad Variable (VDL, por sus siglas
en inglés) de la herramienta sónica es la única
medición que proporciona información acerca de
la adherencia del cemento a la formación.
Entre las mediciones sónicas se incluyen los
registros de adherencia del cemento, tales como
los de la herramienta de Adherencia del Cemento
CBT, que se utilizan para evaluar la adherencia
entre la tubería de revestimiento y el cemento,
mediante ondas que se propagan de manera
paralela al revestimiento. Un transmisor envía
energía acústica y un receptor mide las señales
que retornan de ondas que se desplazan a través
de la tubería de revestimiento, el cemento, el
Otoño de 2001
lodo de perforación o alguna combinación de
éstos. Entre los elementos que caracterizan una
buena respuesta sónica se encuentran una amplitud o atenuación que corresponda a la impedancia acústica esperada para el cemento ubicado
detrás de la tubería de revestimiento, señales
inexistentes o débiles de la tubería de revestimiento en el registro VDL, y señales buenas a
potentes de la formación en el registro VDL.
Entre las herramientas ultrasónicas se
encuentran los dispositivos de Imágenes
Ultrasónicas USI y la herramienta de Evaluación
de la Cementación CET, que emiten ondas de alta
frecuencia que se propagan perpendicularmente
a la tubería de revestimiento. La energía que
retorna a los receptores depende de las impedancias acústicas de la tubería de revestimiento,
del fluido dentro de la tubería y del material en el
espacio anular. Puesto que las impedancias acústicas de la tubería de revestimiento y el fluido
que se encuentra en su interior son conocidas, es
posible determinar la impedancia acústica del
material en el espacio anular. A partir de esto, se
evalúa la adherencia entre la tubería de revestimiento y el cemento. Las mediciones de impedancia acústica se expresan por lo general en
Megarayleighs (Mrayl), o 106 kg/m2s. Una buena
respuesta ultrasónica es simplemente una impe-
dancia acústica superior a la del umbral de
líquido a sólido en toda la zona que rodea a la
tubería de revestimiento. Cuando se obtienen
estas respuestas satisfactorias a lo largo de un
tramo mínimo, se considera que las formaciones
que están debajo de ella se encuentran asiladas
hidráulicamente de las formaciones que se
encuentran por encima.
Un aspecto clave de las evaluaciones exitosas consiste en comprender las propiedades del
cemento fraguado que se esperan de una mezcla
dada. Los cementos LiteCRETE no están compuestos en un 100% de partículas de cemento.
Tienen una menor impedancia acústica que los
sistemas convencionales de cemento Portland de
1.90 g/cm3 [15.8 lbm/gal]; densidad comúnmente
utilizada para cementar las columnas de producción. Es más difícil interpretar registros de los
sistemas LiteCRETE que de los sistemas convencionales de cemento Portland de 1.9 g/cm3,
debido a que se reduce el contraste de impedancia acústica entre sólidos y líquidos. Puesto que
la densidad influye en la impedancia acústica
más que la velocidad, mientras más baja es la
densidad, más serio es el problema. Sin
embargo, los sistemas LiteCRETE también tienen
una mayor impedancia acústica—debido a la
mayor fracción sólida—que los sistemas de
cemento convencionales con la misma densidad,
de modo que es más fácil obtener registros en
ellos que en cualquier otro sistema de cemento
diseñado con la misma densidad.
Existen dos razones principales por las que se
pueden malinterpretar los registros acústicos
que pasan por los sistemas LiteCRETE. En primer
lugar, se espera que la respuesta sea tan buena
como para un sistema convencional de cemento
Portland de 1.9 g/cm3. Esta expectativa es incorrecta si se basa en el hecho de que estos dos
sistemas tienen casi la misma resistencia a la
compresión, ya que, de hecho, la respuesta de
los registros acústicos no tiene nada que ver con
la resistencia a la compresión. En segundo lugar,
la configuración predeterminada para algunas
herramientas se basa en la respuesta de un sistema de cemento Portland convencional de 1.9
g/cm3. Para evitar malinterpretar los registros
ultrasónicos de cualquier cemento ligero, se
puede determinar la impedancia acústica basándose en el tiempo de tránsito, la densidad y la
temperatura antes de obtener los registros.
7. Rondeau J y Vigneaux P: “Fluid Mixing System,”
Solicitud de patente de los EUA 09/726,784, ingresada el
11 de noviembre de 2000.
8. Para obtener mayor información acerca de la evaluación
de la cementación, consulte: Jutten J y Morriss S:
“Cement Job Evaluation,” en Nelson EB: Well
Cementing. Sugar Land, Texas, EUA: Schlumberger
Dowell (1990): 16-1–16-44.
7
IRAK
IRÁN
KUWAIT
Go
lf o
P ér
sic o
Go
ARABIA SAUDITA
lf o d
e O m án
EMIRATOS
ÁRABES UNIDOS
OMÁN
0
N
0
150
200
300 millas
400 km
> Medio Oriente. Varias formaciones de carbonatos de Medio Oriente son
zonas de hidrocarburos altamente productivas, pero expuestas a las pérdidas
de circulación.
Profundidad, pies
Pérdida de flujo, Corriente parásita, Corriente parásita, Pérdida de flujo,
arreglo superior arreglo superior
arreglo inferior
arreglo inferior
V
V
V
V
5
0
5
0
5
3600
3700
> Evidencia de corrosión. La corrosión exterior ocurre cuando fluidos agresivos pasan a través de cemento permeable. La corrosión se puede advertir en
las fotografías de la tubería de revestimiento (izquierda) y en las lecturas del
registro de Análisis de la Tubería PAL (derecha). La pérdida de flujo es un indicador de corrosión total; la pérdida de corriente parásita es una señal de
corrosión interna. La corrosión en la parte superior de la tubería de revestimiento es baja, excepto por un pequeño hueco alrededor de los 3602 pies. En
la parte inferior de la tubería de revestimiento, hay una corrosión interna masiva, indicada por la alta pérdida de flujo de 3712 a 3744 pies, y una corrosión
interna menor en el mismo intervalo.
8
El tiempo de tránsito del cemento fraguado se
puede medir usando un analizador ultrasónico de
cemento (UCA, por sus siglas en inglés); la impedancia acústica del cemento se puede calcular a
partir del tiempo de tránsito. Como alternativa,
se puede utilizar el módulo de diseño y evaluación de la cementación CBL Adviser del programa
CemCADE, para estimar la impedancia acústica
antes de que comiencen las operaciones de
cementación. Luego se puede ajustar la escala
del registro, o simplemente se puede interpretar
considerando cómo la impedancia acústica afectará las mediciones. Para registros ultrasónicos,
es cuestión de ajustar adecuadamente el umbral
de impedancia acústica entre líquidos y sólidos
como una función de la impedancia acústica del
lodo que fue desplazado y el cemento fraguado
que se encuentra detrás de la tubería de revestimiento. Además, la escala máxima de los mapas
de impedancia acústica y cemento se debe adaptar a la impedancia acústica del cemento fraguado. Para registros sónicos, se utiliza el
módulo CBL Adviser para predecir el 100% de la
amplitud de adherencia o atenuación con la cual
se comparan los valores medidos.
Quizás la información más significativa obtenida de las iniciativas de evaluación de las
cementaciones es si el trabajo de cementación
primaria es adecuado. Ésta es la base para determinar si son necesarias las operaciones de
cementación correctivas. En regiones con pérdidas de circulación extremas, la definición de
“adecuado” puede variar desde un cemento que
cubre la zona crítica hasta una adherencia del
100% desde la profundidad total hasta la zapata
del revestimiento anterior.
Prevención de la corrosión en
formaciones débiles de Abu Dhabi
Las formaciones Simsima y Umm El Radhuma de
Abu Dhabi, EAU, están compuestas por rocas
débiles de carbonato proclives a pérdidas de circulación masivas durante las operaciones de perforación y cementación (arriba a la izquierda). La
empresa Abu Dhabi Company for Offshore
Operations (ADCO) aborda esta situación de
manera adicional a las regulaciones locales, con
diseños de revestimientos específicos, y programas de fluidos que reducen al mínimo las pérdidas de circulación y la corrosión de la tubería de
revestimiento.9
Las salmueras corrosivas de la formación
pueden atacar la tubería de revestimiento, a
menos que la capa de cemento aísle y proteja la
tubería de revestimiento completamente
(izquierda). La práctica convencional consiste en
cementar la tubería de revestimiento en dos eta-
Oilfield Review
pas y efectuar un trabajo de llenado del espacio
anular si el cemento no llega a la superficie. Sin
embargo, las operaciones por etapas y los trabajos de llenado del espacio anular no son muy
deseables para el aislamiento a largo plazo. Las
operaciones de cementación por etapas son complicadas y tienen una tasa de falla relativamente
alta. La herramienta de trabajo en etapas, que es
similar a un manguito deslizable, tiende a ser un
punto débil y proclive a la corrosión. Más tarde
en la vida útil del pozo pueden desarrollarse filtraciones en la tubería de revestimiento en el
punto de la herramienta de trabajo en etapas.
Pozo de desarrollo
Instalación ligera
Pozo de desarrollo
Instalación pesada
La cementación hasta la superficie en una
operación de una sola etapa es el método ideal,
ya que elimina la posibilidad de que ocurran filtraciones desde una herramienta de trabajo en
etapas y la posibilidad de una cobertura lineal o
radial inadecuada efectuada por el trabajo de llenado del espacio anular. La selección de una
cementación primaria de la mayor calidad posible es una inversión práctica, ya que reduce la
necesidad de operaciones de cementación
correctivas durante la vida útil del pozo. Es igualmente importante que el cemento fraguado proteja el medio ambiente después del abandono
Pozo de gas
o de evaluación
Caliza de Dammam
Zapata de
revestimiento de
133⁄8 pulgadas
en o sobre Rus
Anhidrita/dolomita/
caliza de Rus
Zapata de
revestimiento de
133⁄8 pulgadas
en Fiqa
Zonas de pérdida de
circulación en las calizas
de Simsima y
Umm El Radhuma
Marga y lutita/
caliza de Fiqa
Caliza de Shilaif
Zapata de
revestimiento de
95⁄8 pulgadas sobre
la zona productiva
Lutita Nahr Umr
Revestimiento de
95⁄8 pulgadas
a través de la
zona productiva
Zonas productivas
> Diseños específicos de revestimiento y cementación en Abu Dhabi. Para los pozos de desarrollo se
puede instalar un revestimiento de 133⁄8 pulgadas bajo la formación Dammam (izquierda) o las formaciones Simsima y Umm El Radhuma (centro). La tubería de revestimiento de producción de 95⁄8 pulgadas
se instala bajo la lutita de Nahr Umr, la que es sensible a los fluidos a base de agua y requiere presión
hidrostática para su control. En ambos diseños, el desafío consiste en lograr la mejor calidad posible
de la cementación. Para pozos de gas o de evaluación, se instala un revestimiento de 133⁄8 pulgadas
debajo de las formaciones Simsima y Umm El Radhuma antes de penetrar la zona productiva (derecha).
En todos los casos, las lechadas ligeras LiteCRETE se pueden bombear hasta la superficie, resolviendo
los problemas de pérdidas de circulación y a la vez, proporcionando un completo aislamiento de las
formaciones.
Otoño de 2001
del pozo aislando las zonas de agua dulce, evitando la migración de fluidos hacia la superficie y
manteniendo la integridad de las adherencias de
la tubería de revestimiento con el cemento y del
cemento con la formación hasta mucho después
del abandono del pozo.10 Para este fin, ADCO considera que el ciclo de vida de un pozo dura 50
años.
El emplazamiento del cemento es difícil, ya
que las pérdidas de circulación ocurren rutinariamente en las formaciones Simsima y Umm El
Radhuma. El lodo a base de aceite o los fluidos
de perforación aireados, con densidades de 8.0
lbm/gal [0.96 g/cm3]—menos que la densidad
del agua—reducen las pérdidas durante la perforación; las lechadas de cemento ligeras son
necesarias para evitar pérdidas de fluidos
durante las operaciones de cementación.
Además, el cemento fraguado debe tener baja
permeabilidad para reducir al mínimo las posibilidades de corrosión en la tubería de revestimiento.
ADCO utiliza tres esquemas distintos de
revestimiento y cementación, según el pozo se
destine a una instalación ligera o pesada, o para
fines de evaluación o pozos de gas (izquierda).
Los sistemas ligeros LiteCRETE son parte clave
de cada diseño, ya que se pueden bombear a la
superficie sin fracturar la formación o provocar
pérdidas de circulación. Las propiedades de
cemento fraguado, particularmente la baja permeabilidad y la solubilidad extremadamente baja
al ácido, protegen la tubería de revestimiento de
la corrosión.
Puesto que se esperaba que el volumen bombeado en cada trabajo de cemento superara los
500 bbl [80 m3], la capacidad de producir lechada
de manera continua era crucial. El sistema SFM
fue aplicado por primera vez en Abu Dhabi, y a
junio de 2001, se habían efectuado allí 27 trabajos con LiteCRETE. De éstos, 25 tuvieron retorno
de cemento a la superficie.
9. Mukhalalaty T, Al-Suwaidi A y Shaheen M: “Increasing
Well Life Cycle by Eliminating the Multistage Cementer
and Utilizing a Light Weight High Performance Slurry,”
artículo de la SPE 53283, presentado en la Convención
Petrolera de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 20 al 23
de febrero de 1999.
10. Para obtener mayor información acerca del abandono
permanente de pozos, consulte: Slater HJ, Stiles DA y
Chmilowski W: “Successful Sealing of Vent Flows with
Ultra-Low-Rate Cement Squeeze Technique,” artículo de
las SPE/IADC 67775, presentado en la Conferencia y
Exhibición de Perforación de las SPE/IADC, Amsterdam,
Holanda, 27 de febrero al 1 de marzo de 2001.
9
Una de las tantas operaciones con LiteCRETE
realizadas con éxito en Abu Dhabi tuvo lugar en
un pozo que requería una tubería de revestimiento de 95⁄8 pulgadas en una sección de 121⁄4
pulgadas que se extendía desde los 1670 hasta
los 8355 pies [509 a 2547 m]. ADCO deseaba
cementar la tubería de revestimiento en una ope-
ración de una sola etapa. Se propuso la lechada
ligera LiteCRETE como lechada de bombeo inicial,
cuya densidad variaba de 8.3 a 9.5 lbm/gal [0.99
a 1.14 g/cm3].11 La tecnología SFM permitió al
personal a cargo del trabajo mantener una fracción sólida de aproximadamente el 55% (abajo).
La lechada de cola11 fue de cemento Portland
70
1200
30
400
20
200
Fracción sólida, %
40
600
Densidad de la lechada, lbm/gal
Presión de bombeo, lpc
Volumen de la lechada, bbl
50
800
Tasa de flujo de la lechada, bbl/min
60
1000
10
0
0
8:01 8:06 8:11 8:16 8:21 8:26 8:31 8:36 8:41 8:46 8:51 8:56 9:01 9:06 9:11 9:16
Tiempo, horas y minutos
3000
200
18
2700
180
16
2400
160
2100
140
14
12
10
8
6
1800
1500
1200
Temperatura, °C
20
Resistencia a la compresión, lpc
Tiempo de tránsito, µseg/pulgadas
> La tecnología SFM asegura un contenido de sólidos consistente. Las operaciones de cementación
en Abu Dhabi requerían una lechada ligera para evitar pérdidas de circulación. En este ejemplo, la
densidad de la lechada de bombeo inicial (curva verde) se mantuvo en valores sustancialmente menores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3], mientras que la fracción sólida (curva roja) se mantuvo relativamente
constante.
100
80
60
600
40
2
300
20
0
0
0
4
11. “Lechada de bombeo inicial” se refiere a la primera
lechada bombeada durante las operaciones de cementación primaria. “Lechada de cola” se refiere a la última
lechada bombeada durante las operaciones de cementación primaria. Por lo general, la lechada de cola cubre
la zona productiva y es más densa que la lechada de
bombeo inicial.
12. Los retornos son una indicación de la calidad de la operación de cementación y el único indicador de que
están ocurriendo pérdidas. Si se observan retornos y
las presiones de bombeo permanecen dentro del rango
esperado durante la operación, no se esperan problemas. Si no se observan retornos, o sólo se observan
retornos parciales, han ocurrido pérdidas durante la
operación. En este caso, el tope del cemento no será
tan alto como se planeó y puede necesitarse una
cementación correctiva.
Para obtener mayor información acerca de las operaciones de cementación, consulte: Piot BM y Loizzo M:
“Reviving the Job Signature Concept for Better Quality
Cement Jobs,” artículo de las IADC/SPE 39350, presentado en la Conferencia sobre Perforación de las
IADC/SPE, Dallas, Texas, EUA, 3 al 6 de marzo de 1998.
120
900
Clase G de 15.8 lbm/gal de densidad. Ambas
lechadas fueron desplazadas a 12 bbl/min [1.9
m3/min] por las bombas del equipo de perforación sin pérdidas, y 30 bbl [4.7 m3] de lechada
retornaron a la superficie.12 Una prueba de adherencia de la zapata efectuada a 1650 lpc [11.4
MPa] resultó exitosa.
Para asegurar el aislamiento de las formaciones y la cobertura de la tubería de revestimiento,
se corrieron las herramientas USI, CBT y de
Densidad Variable de manera conjunta, con el fin
de demostrar la calidad de la cementación. Sin
embargo, fue necesario estimar las lecturas de
mapas de cemento para los sistemas LiteCRETE
antes de la adquisición de los registros, de modo
que se pudieran incorporar a la evaluación valores de corte razonables para determinar la calidad de la cementación. Se utilizó la herramienta
UCA para medir la impedancia acústica del
cemento LiteCRETE. Las amplitudes del CBT para
adherencias de 100% y 80% con un sistema
LiteCRETE se estimaron utilizando el programa
CemCADE de simulación de la cementación
antes de obtener los registros. Los registros indican claramente que un cemento de alta calidad
llenó el espacio anular y cubrió toda la zona
(página siguiente). Los resultados también coincidieron con las predicciones formuladas en la
etapa de planificación. La resistencia a la compresión del cemento LiteCRETE superó los 2100
lpc [14.5 MPa] después de 22 horas de ejecutada
la operación, (abajo a la izquierda).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Tiempo, hr
> Desarrollo de la resistencia a la compresión de un cemento ultraligero. La lechada LiteCRETE de 8.3
a 9.5 lbm/gal comenzó a fraguar en 16 horas. Finalmente desarrolló una resistencia a la compresión de
más de 2100 lpc [14.5 MPa].
10
Oilfield Review
Amplitud
máxima
20 0 dB 75
Radio
Radio
interno interno
máximo máximo
5 pulg. 4 4 pulg. 5
Espesor
promedio
0.1 pulg. 0.6
Amplitud
Rev. Speed promedio
6 RPS 8 0 dB 75
Radio
Radio
interno interno
promedio promedio
5 pulg. 4 4 pulg. 5
Espesor
mínimo
0.1 pulg. 0.6
Amplitud
Excent. mínima
0 pulg.0.5 0 dB 75
Radio
Radio
externo externo
promedio promedio
5 pulg. 4 4 pulg. 5
Rayos
gamma,
API
0 pulg. 70
CCL
-20
Prof.
(pies)
4900
Radios
internos
menos radio
promedio
Amplitud
de eco
menos
el máximo
Líquido
MicroGas
or dry
espacio
microanular
seco
annulus
o de gas
Adherido
Impedancia
acústica
base
Mapa de cemento
con clasificación
de impedancia
5000
5100
5200
5300
5400
Prof.
(pies)
5200
0
mV
100
Registro de Densidad Variable
< Evaluación de una cementación en Abu Dhabi.
El mapa de cemento, Carril 9 en el registro USI
(arriba), muestra que el cemento se encuentra
distribuido uniformemente alrededor de la tubería
de revestimiento. El Carril 1 muestra la excentricidad de la herramienta (rojo) y el localizador de
los collares de la tubería de revestimiento (azul).
Los indicadores de procesamiento del registro
USI aparecen en el Carril 2 y la amplitud aparece
en el Carril 3. El Carril 4 muestra los diámetros de
la tubería de revestimiento. El mapa de diámetros
de la tubería de revestimiento se muestra en el
Carril 5. En el Carril 6, la curva azul indica el espesor máximo de la tubería de revestimiento, el
mínimo se muestra en rojo y el espesor promedio
se muestra en negro. Los rayos gamma se muestran en verde. El Carril 7 muestra la impedancia
acústica, aproximadamente 4 Mrayl. El índice de
adherencia se muestra en el Carril 8.
Los datos de la herramienta de Adherencia
del Cemento CBT (abajo) incluyen rayos gamma
(verde) y los tiempos de tránsito (azul y rojo) en
el Carril 1. El localizador de los collares de la tubería de revestimiento (verde) y la tensión del
cable (negro) aparecen en el Carril 2. La amplitud
se muestra en el Carril 3 y la imagen de Densidad
Variable, en el Carril 4.
La amplitud, 35 milivoltios (mV), es superior a
los 10 mV esperados para esta combinación de
cemento y tubería de revestimiento. Esta respuesta ocurre por lo general en casos de canalización, contaminación de cemento o la presencia
de un microespacio anular (micro anillo), el cual
es un pequeño espacio entre la tubería de revestimiento y el cemento. El cemento continuo, confirmado por el registro USI, elimina la posibilidad de
un canal. La impedancia acústica es ligeramente
superior a los 3 Mrayl, medidos en el laboratorio,
haciendo poco probable la contaminación, ya que
ésta generalmente disminuye la impedancia acústica. Por lo tanto, la respuesta del CBT refleja la
presencia de un microespacio anular entre el cemento y la tubería de revestimiento.
El microespacio anular fue creado durante las
pruebas de presión después de que el cemento
fraguara. Este ejemplo demuestra claramente la
importancia de combinar las herramientas CBT y
USI, ya que la herramienta USI es menos sensible
al microespacio anular lleno de líquido que la
herramienta CBT. Las respuestas de la formación,
presentes en todo el registro de Densidad Variable, pero más evidentes entre los 5232 pies y los
5274 pies, indican que el cemento está al menos
parcialmente adherido a la formación.
5300
Otoño de 2001
11
0
N
0
25
25
lf o
Go
50 millas
50
75 km
é
de M
xic o
Cantarell
MÉXICO
MÉXICO
> Campo Cantarell, México.
Cementación ultraligera en México
El gigantesco Campo Cantarell, ubicado en las
costas de México en Bahía de Campeche, es el
mayor campo petrolero de México (arriba).
Descubierto en 1979, produce aproximadamente
1.6 millones de barriles [407,000 m3] de petróleo
por día—42% de la producción diaria de
México—de formaciones fracturadas o cavernosas de carbonatos del Paleoceno y del Cretácico
Superior. Este campo también contribuye con el
30% de la producción de gas de las zonas marinas
de México. Las pérdidas de circulación durante
las operaciones de perforación y cementación en
este campo constituyen un gran desafío para el
operador—PEMEX Exploración y Producción—
debido a la posibilidad de inducir fracturas. Existe
la posibilidad de un aislamiento de las formaciones inadecuado, ya que es difícil emplazar una
columna de lechada de cemento lo suficientemente alta en el espacio anular.
Se han intentado muchas técnicas de cementación con cementos convencionales, pero los
resultados no han sido completamente satisfactorios. El emplazamiento inadecuado de las
lechadas de bombeo inicial y de cola en operaciones convencionales tuvo como resultado altos
costos de cementación correctiva, y aún así no
fue posible cubrir toda la sección revestida.
12
La adición de un empaquetador de revestimiento
ayudó a eliminar la cementación correctiva en la
parte superior de la tubería de revestimiento, pero
el emplazamiento de la lechada en el resto de la
sección siguió siendo un desafío, incluso cuando
se utilizaron dos tipos de lechadas. Las operaciones que utilizaron una única lechada convencional
de 1.35 g/cm3 [11.3 lbm/gal] tuvieron como resultado un aislamiento inadecuado de la formación
expuesta y sólo una modesta mejora en la altura
de la columna de cemento en el espacio anular.
El gradiente de fractura de la formación La
Brecha es de 5.88 kPa/m [0.26 lpc/pie]. La permeabilidad de la formación puede llegar a 5 darcys. La
formación se perfora utilizando un fluido de perforación con 65% de emulsión diesel y una densidad
de 0.89 g/cm3 [7.4 lbm/gal]. Las pérdidas de circulación son tan grandes que ningún fluido retorna a
la superficie durante la perforación. El fluido de
perforación de baja densidad puede ayudar a desplazar los recortes de perforación hacia fracturas y
cavidades naturales, limitando las pérdidas de fluidos durante las operaciones de cementación.
Puesto que no hay otra manera de mantener el
control del pozo durante la perforación y la cementación, se bombea agua de mar hacia el interior del
espacio anular durante la perforación, con el fin de
controlar la migración de gas.
En esta área son esenciales las lechadas de
cemento con una densidad similar a la del fluido
de perforación para reducir al mínimo las pérdidas posteriores hacia la formación. No es práctico el uso de cemento energizado, debido a sus
poco adecuadas propiedades al fraguar con tan
baja densidad. Las lechadas LiteCRETE se endurecen en sólo 3 horas, alcanzan una alta resistencia a la compresión, de 2000 lpc [13.8 MPa],
en 16 horas, tienen una pérdida de fluidos relativamente baja (26 cm3/30 minutos) y poseen densidades extremadamente bajas; propiedades
apreciadas por el operador.
Las lechadas ultraligeras se han utilizado con
éxito en tres pozos del Campo Cantarell. Por ejemplo, se utilizó una lechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3
[9.2 lbm/gal] en el Pozo 2091, que había sido profundizado hasta los 2905 m [9531 pies] y se había
desviado 56° en busca de reservas adicionales de
petróleo. Se penetraron varias zonas de pérdidas
de circulación, perdiéndose 15,300 bbl [2430 m3]
de fluidos de perforación. Sin embargo, se
cementó con éxito una tubería de revestimiento
de 5 pulgadas, utilizando una lechada LiteCRETE
de 1.1 g/cm3 (página siguiente). Se utilizó la tecnología SFM para mezclar la lechada y controlar
su calidad de manera continua. Por primera vez en
este campo, la lechada cubrió completamente el
Oilfield Review
Collares
Amplitud
Tensión CBL sintético
Rayos gamma
discriminado Min
lbf
Max
0
API 100 0 100 0
mV 100 200 µsec 1200
Parte superior
de la tubería de
revestimiento
de 5 pulgadas
a 2361 m
Intervalo abierto
de 2485 a 2510 m,
pérdida total de
circulación
Tubería de
revestimiento de
75⁄8 pulgadas
a 2565 m
Tope del cemento
a 2490 m (70 m
encima de la
zapata de
revestimiento de
75⁄8 pulgadas)
, Aislamiento de la zona productiva en el Pozo
Cantarell 2091. La evaluación de la cementación
con el registro CBT confirmó que, por primera
vez en el Campo Cantarell, el cemento cubrió
toda la sección detrás de la tubería de revestimiento de 5 pulgadas, como se muestra en el
diagrama esquemático del pozo (izquierda) y su
registro (derecha). El Carril 1 muestra el registro
de rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito
(azul y rojo) y el localizador de los collares de la
tubería de revestimiento (negro). La tensión del
cable se indica en el Carril 2. La amplitud, que se
muestra en el Carril 3, es relativamente baja por
debajo de los 2490 m, lo que confirma la presencia de cemento detrás de la tubería de revestimiento. Los datos de Densidad Variable se indican en el Carril 4, con señal de la tubería de
revestimiento débil o inexistente y respuestas de
la formación por debajo de los 2490 m, indicando
cemento detrás de la tubería de revestimiento.
La mayor amplitud y las fuertes respuestas de la
tubería de revestimiento por encima de los 2490
m demuestran que no hay cemento arriba de los
2490 m. El registro de adherencia de cemento no
alcanzó la profundidad total, debido a que el
pozo fue desviado 56º.
Línea de
adherencia
Registro de
Densidad
Variable
Parte inferior de
la tubería de
revestimiento de
5 pulgadas
a 2901 m
Otoño de 2001
13
de que las pérdidas de fluidos de perforación totalizaron 14,800 bbl [2350 m3]. Se obtuvieron registros del tope del cemento en la parte superior de la
tubería de revestimiento y el registro CBT mostró
más de un 90% de adherencia a lo largo de la sección cementada (izquierda). Nuevamente, se aplicó
la tecnología SFM, registrando una fracción sólida
y densidad estables durante el mezclado continuo.
PEMEX tiene planes para perforar 90 pozos
más en el Campo Cantarell. Se espera que otro
proyecto futuro, el desarrollo de reservas de
petróleo más profundas en la trampa Sihil bajo el
Campo Cantarell, también se beneficie de la tecnología de cementación ultraligera.
Parte superior de la
tubería de revestimiento
de 5 pulgadas a 2460 m
Intervalo abierto de
2520 a 2545 m, pérdida
total de circulación
Eliminación de la cementación
en etapas múltiples
Las prácticas óptimas de cementación pueden
resolver problemas mediante la eliminación de
operaciones de cementación en etapas múltiples, limitando la necesidad de aplicar cementación correctiva y proporcionando excelente
aislamiento de las formaciones con lechadas
ligeras. En muchos campos de Medio Oriente la
cementación de pozos es un desafío, especialmente el logro de retornos del cemento a la
superficie. Las pérdidas de circulación y el bajo
gradiente de fractura de las formaciones carbonatadas requieren el uso de cemento ligero. Las
gradientes de fractura pueden llegar a ser tan
bajos como 8.2 lbm/gal, lo que significa que
hasta una columna de fluidos compuesta sólo por
agua puede fracturar estas formaciones.
Para complicar aún más las cosas, en varias
formaciones existe el potencial de corrosión de
la tubería de revestimiento por el agua de formación si el aislamiento no resulta adecuado.
Tubería de revestimiento
de 7 pulgadas a 2596 m
Pérdida parcial a total
de circulación durante
la perforación
Parte inferior de la
tubería de revestimiento
de 5 pulgadas a 3004 m
> Éxito continuo. El Pozo Cantarell 61 también tiene cemento LiteCRETE en la
parte superior de la tubería de revestimiento de 5 pulgadas, a pesar de los desafíos planteados por las grandes pérdidas de circulación. El Carril 1 muestra
el registro de rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito (azul y rojo) y el
localizador de los collares de la tubería de revestimiento (negro). La tensión
del cable se indica en el Carril 2. La amplitud se muestra en el Carril 3 y los
datos de Densidad Variable se indican en el Carril 4. El tope del cemento aparece por encima de los 2550 m, evidenciado por el gran aumento de amplitud
arriba de dicha profundidad y por el abrupto cambio de la respuesta del
registro de Densidad Variable.
espacio anular, un logro clave en este ambiente
lleno de desafíos. La zapata se probó con éxito a
500 lpc [3447 kPa].
En el Pozo Cantarell 53D, las pérdidas de
fluido durante la perforación totalizaron 7100 bbl
[1130 m3]. Se cementó con éxito una tubería de
revestimiento de 95⁄8 pulgadas a través de varias
zonas de pérdida de circulación, utilizando
lechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3, la cual se mez-
14
cló de manera continua. El sistema SFM aseguró
que la lechada tuviera un 53% de fracción sólida
y fuera homogénea, estable y fácil de bombear.
En el Campo Cantarell, es común no tener retornos, pero durante este trabajo se observaron
retornos parciales.
La tubería de revestimiento de 5 pulgadas en
un tercer pozo, el Pozo Cantarell 61, fue cementada
utilizando lechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3 después
13. El cemento puzolánico está compuesto de material silíceo producido por actividad volcánica o quema de hulla.
14. Para obtener mayor información acerca de los sistemas
de cemento, consulte: Le Roy-Delage S, Baumgarte C,
Thiercelin M y Vidick B: “New Cement Systems for
Durable Zonal Isolation,” artículo IADC/SPE 59132, presentado en la Conferencia sobre Perforación de las
IADC/SPE, Nueva Orleáns, Luisiana, EUA, 23 al 25 de
febrero de 2000.
Baumgarte C, Thiercelin M y Klaus D: “Case Studies of
Expanding Cement to Prevent Microannular Formation,”
artículo de la SPE 56535, presentado en la Conferencia y
Exhibición Técnica Anual de las SPE, Houston, Texas,
EUA, 3 al 6 de octubre de 1999.
Thiercelin MJ, Dargaud B, Baret JF y Rodríguez WJ:
“Cement Design Based on Cement Mechanical
Response,” artículo de la SPE 38598, presentado en la
Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, San
Antonio, Texas, EUA, 5 al 8 de octubre de 1997.
15. Mohammedi N, Ferri A y Piot B: “Deepwater Wells
Benefit from Cold-Temperature Cements,” World Oil 222,
no. 4 (Abril de 2001): 86, 88 y 91.
Piot B, Ferri A, Mananga S-P, Kalabare C y Viela D: “West
Africa Deepwater Wells Benefit from Low-Temperature
Cements,” artículo de las SPE/IADC 67774, presentado
en la Conferencia y Exhibición Anual sobre Perforación
de las SPE/IADC, Amsterdam, Holanda, 27 de febrero al
1 de marzo de 2001.
Oilfield Review
90
9
80
8
70
7
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
10
1
Densidad de la lechada, lbm/gal
10
Tasa de flujo de la lechada, bbl/min
Fracción sólida, %
100
0
0
0
5
10
15
20
25
Tiempo, minutos
30
35
40
45
100
90
88% del volumen +/–2% del objetivo de fracción sólida
99% del volumen +/–0.2 lbm/gal
80
Volumen, %
70
60
Previamente, pozos similares se cementaban con
operaciones en tres etapas. Un objetivo clave fue
aislar una zona de poca profundidad y expuesta a
pérdidas de circulación. El pozo se perforó con un
fluido de perforación de 8.6 lbm/gal [1.03 g/cm3],
de modo que primero se bombearon 315 bbl [50
m3] de lechada LiteCRETE de 8.4 lbm/gal [1.00
g/cm3], seguida de 30 bbl [4.7 m3] de cemento
común Portland Clase G de 15.8 lbm/gal. Las
operaciones de cementación se llevaron a cabo
sin dificultades según lo diseñado, con 98% de
retorno de lechada de bombeo inicial y 100% de
retorno de lechada de cola en la primera etapa de
la operación. El objetivo de un 54% de fracción
sólida se mantuvo utilizando la tecnología SFM
(izquierda). La resistencia a la compresión de la
lechada LiteCRETE a las 24 horas fue de 1300 lpc
[8963 kPa] a 119°F [48°C]. La segunda etapa, que
consistió en bombear 152 bbl [24 m3] de lechada
puzolánica de 13.5 lbm/gal [1.62 g/cm3], tuvo un
retorno del 100%.13
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
Fracción sólida, %
70
80
90
100
> Operaciones según lo diseñado. La tecnología SFM (arriba) ayudó a los ingenieros de campo a mantener el objetivo de un 54% de fracción sólida (abajo) en todas las operaciones de cementación.
Como en cualquier otra región, el balance
entre el costo y la calidad es importante para los
operadores de Medio Oriente; la cementación
correctiva agrega gastos y complica las operaciones del campo. Dada la necesidad de un cemento
fraguado de alta calidad y una lechada de baja
densidad, los operadores han usado la tecnología
CemCRETE por varios años.
Las lechadas LiteCRETE más ligeras permiten
a los operadores combatir la corrosión de la tubería de revestimiento, lograr un buen aislamiento
de las formaciones y evitar el flujo transversal
entre zonas de pérdidas de circulación y formaciones débiles. Las lechadas ligeras permiten
una cementación en una sola etapa con una
lechada que, una vez fraguada, muestra una
buena resistencia a la compresión y una baja permeabilidad a los fluidos de la formación.
En muchos casos, las operaciones en dos etapas son necesarias debido a la gran longitud—
que a menudo supera los 3500 pies [1067 m]—de
espacio anular no cementado y a la debilidad de
Otoño de 2001
las formaciones. En un pozo, la primera etapa
consistió en 71 bbl [11 m3] de lechada LiteCRETE
de 8.2 lbm/gal bombeada delante de la lechada
de cola de 15.8 lbm/gal [1.9 g/cm3]. En la
segunda etapa, 240 bbl [38 m3] de lechada
LiteCRETE de 8.2 lbm/gal precedieron a los 131
bbl [21 m3] de lechada de cemento convencional
de 12.5 a 15.8 lbm/gal [1.50 a 1.90 g/cm3]. La
operación se llevó a cabo sin dificultades, con
retornos parciales a la superficie. Un trabajo de
llenado del espacio anular de 20 bbl [3 m3] llevó
el cemento hasta la superficie, indicando que el
tope del cemento logrado con el trabajo
LiteCRETE fue relativamente alto. Anteriormente,
se requerían tres o cuatro trabajos de llenado
del espacio anular para llevar el cemento a la
superficie. La resistencia a la compresión de
la lechada LiteCRETE a las 24 horas fue de 1175
lpc [8101 kPa].
En otro pozo, se cementó una tubería de
revestimiento de 133⁄8 pulgadas desde los 3368
pies [1027 m] hasta la superficie en dos etapas.
Desarrollos futuros
La tecnología LiteCRETE está teniendo éxito en
ambientes en que otros cementos ligeros y ultraligeros han probado no ser óptimos, haciendo
posible el aislamiento de zonas de baja presión
que no pueden tolerar fluidos más pesados que el
agua. A junio de 2001, se habían llevado a cabo
más de 35 trabajos con LiteCRETE con densidades menores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3] en Europa, Medio Oriente, y América Central y del Sur.
La mayoría de estas operaciones incluyeron mezclado continuo con la nueva tecnología SFM. El
volumen total bombeado utilizando la tecnología
SFM supera los 25,000 bbl [3970 m3] sin fallas.
El éxito del diseño de la distribución del tamaño de las partículas está abriendo el camino al
desarrollo de tecnologías para aplicaciones de
cementación más exigentes. Las nuevas aplicaciones de esta tecnología ofrecen cementos más
duros y flexibles.14 La cementación en aguas
profundas a bajas temperaturas también está
mejorando, a medida que se modifican nuevas
tecnologías de cementación para ajustarlas a las
condiciones de cementación más extremas.15 La
cementación a altas temperaturas sigue siendo
un desafío, pero se está trabajando en la dirección correcta para satisfacer las exigencias específicas de los ambientes de cementación más
difíciles.
—GMG
15
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