En esta publicación quiero plasmar ciertos aspectos que no han sido abordados en el desarrollo de la serie temática de cementación de pozos, en donde quiero incluir todos los procesos y operaciones necesarias para poder evaluar la calidad de la cementación, sobre todo la cementación que se realiza por primera vez en el pozo.

Asociado a los aspectos a considerar para evaluar la calidad del cemento en la cementación primaria, debemos de tomar en cuenta los factores más importantes que influyen en que el proceso de cementación se lleve a cabo con todo el éxito posible.

Sabemos que en el desarrollo de esta serie temática se ha explicado y considerado muchos factores que influyen en la cementación, sin embargo los elementos que voy a explicar en este artículo que se deben tomar en cuenta tienen un enfoque dirigido hacia las condiciones en las que debe estar no solo la lechada de cemento, sino también las condiciones idóneas en las que tiene que estar el lodo de perforación, y cómo se deben considerar ciertos aspectos técnicos en el uso de algunos equipos que son importantes en la cementación de pozos.

Tomando en cuenta las consideraciones expuestas anteriormente, el siguiente post tendrá la siguiente estructuración de puntos a tratar:

[1] Evaluación de la cementación.

[2] Factores importantes a considerar en la cementación de pozos:

[2.1] Lodo de perforación.

[2.2] Centralizadores.

[2.3] Tapones de cementación.

[2.4] Desplazamiento:

[2.4.1] Desplazamiento turbulento.

[2.4.2] Desplazamiento flujo tapón.

_{Vídeo introductorio: Cementación de Pozos. V Parte. Autor: @carlos84}

Considerando la importancia que tiene el primer punto a tratar de la evaluación de la cementación, cuando cementamos los diferentes hoyos en un pozo de petróleo, realmente no tenemos la garantía de que la cementación primaria haya quedado bien, entonces es importante que se sepa cuáles son las consideraciones para que sepamos que la cementación ha quedado con calidad en el espacio existente entre el revestidor y las paredes del hoyo.

Cuando nosotros nos convertimos en evaluadores de algún proceso, primero tenemos que plantearnos los parámetros que se considerarán en la evaluación a realizar, por ejemplo cuando un docente va evaluar una prueba escrita, según sean sus criterios, él de pronto considere importante evaluar en una prueba escrita: la ortografía, la caligrafía, la capacidad de análisis de las respuestas, y el índice de acierto que existan en las respuestas, de allí se construye una escala del 0 a 20 puntos para emitir un resultado, ese resultado es, que si el evaluado tiene una calificación del 0 al 9 se considera aplazado o que no cumplió con las expectativas, y del 10 hasta 20, es que ha aprobado y maneja considerablemente el conocimiento evaluado.

Ahora bien si las prácticas operacionales para realizar el proceso de cementación en el pozo, son las más óptimas, existe la posibilidad que cuando realicemos la evaluación de la cementación, la cementación resulte que es de calidad, sin embargo es muy importante que pongamos en consideración cuales son los elementos del cemento fraguado en el pozo que vamos a evaluar, para ello hay que analizar los objetivos o simplemente el objetivo principal por el cual se cementa el pozo.

Las razones por las cuales se cementa un pozo es para aislar zonas, es decir que no exista comunicación de fluidos de diferentes yacimientos, también para adherir la tubería de revestimiento con las paredes del pozo.

Ya sabido los objetivos fundamentales por las que se cementa un pozo, entonces podemos concluir que la evaluación del cemento fraguado en el pozo debe girar en torno a la adherencia del cemento a las paredes del pozo y a la tubería de revestimiento, es decir que tengamos la garantía que no hay un cemento agrietado en el fondo del pozo, que haga que se comunican los fluidos de diferentes yacimientos, y que de esta forma se puedan llegar a contaminar acuíferos superficiales de agua con fluidos como el petróleo.

La forma más razonable que encontró la industria petrolera dentro de su evolución para evaluar el cemento en el fondo del pozo, fue mediante la interpretación de registro, ya que la pregunta de análisis que debemos hacernos es:

¿cómo evaluar el cemento que se encuentra en el fondo del pozo?

Es verdad cómo evaluamos algo que no vemos, para ello se emiten una serie de elementos acústicos que reflejan en superficie una curva de perfilaje que nos ayuda a determinar sobre la evaluación del cemento en el fondo del hoyo.

Sin embargo estas evaluaciones se han simplificado en pensar que, si se realiza las operaciones correctas y más idóneas, desde el momento de los ensayos en el laboratorio para la preparación de la lechada, junto con las prácticas operacionales al momento de bombear la lechada al pozo, se estima entonces que la cementación debe ser de calidad, lo que no se tiene en consideración cuando pensamos de esta forma, es que existen elementos como las consideraciones de presión y temperatura en el pozo que alteran el cemento, entonces ya no va a depender tanto de las correctas prácticas operacionales, sino de unas condiciones internas del pozo de las cuales no tenemos dominio, y que lo aconsejable sería evaluar la calidad del cemento, y de no ser muy buena realizar una cementación correctiva o forzada.

Como segundo aspecto, está el de los factores a considerar en la cementación de pozos. Estos factores hay que considerarlos por el simple hecho que no solo la lechada de cemento es el protagonista, es decir la preparación de la lechada puede ser la mejor, pero si el lodo que está en el hoyo entra en contacto con el cemento, este se contamina y no tendrá los efectos que se buscan en el fondo del pozo, si los centralizadores al momento que se bajan los revestidores no son los adecuados, o simplemente no se bajan centralizadores, la cementación no va a quedar bien, en fin entonces hay que considerar otros aspectos a parte de la lechada.

Evaluación del cemento

Después que se han completado las operaciones de cementación y la lechada de cemento dejado en el hoyo, junto con porciones del equipo de cementación subsuperficial, ha sido perforada, generalmente el trabajo de cementación es evaluado para que nos podamos asegurar de que se han llevado a cabo los objetivos fundamentales de la cementación.

Es siempre una buena práctica probar con presión el revestidor cementado a la presión máxima anticipada en las operaciones de perforación subsecuentes.

El tope del cemento se puede localizar después de terminar el desplazamiento del cemento. Cuando el cemento está presente detrás de la tubería, el calor liberado debido a la reacción de hidratación exotérmica causará un aumento de temperatura.

Existen herramientas de registros acústicos para evaluar la adherencia entre el cemento y la tubería, cuando el cemento no está adherido tanto a la tubería como a la formación, se recibirá una reflexión de sonido fuerte y temprana por el aparato de registro acústico, indicando el viaje del sonido, principalmente, a través del revestidor.

Imagen diseñada en Microsoft PowerPoint. Autor: @carlos84

En la figura del perfilaje acústico, podemos observar cómo se baja la herramienta acústica por todo el intervalo donde se desea evaluar la calidad del cemento, para este caso, mientras la herramienta baja va emitiendo energía acústica (transmisor), estas ondas acústicas se esparcen por todo el espacio entre el revestidor y la formación (lugar donde se supone está el cemento) funcionando como elemento receptor.

Es por ello que en la figura vemos dos gráficos: En el primer gráfico (transmisor) se observa el comportamiento de la herramienta transmisora, en el cual se puede observar un comportamiento casi constante entre la energía acústica que suministra al sistema y la reflexión acústica.

Este comportamiento se debe a que no se está tomando en cuenta el elemento receptor que es el cemento que está entre las paredes del hoyo y el revestidor.

En el segundo gráfico (receptor) se puede ver como el comportamiento deja de ser constante y varía, ya que existe una mala cementación, es decir existe una pobre adherencia del cemento entre el revestidor y la formación.

Cuando existe una mala adherencia del cemento se recibe una reflexión de sonido fuerte y temprana de la herramienta acústica, lo cual indica que el viaje del sonido, principalmente a través del revestidor, de existir buena cementación se supone que debe de tardar más en viajar la onda de sonido, porque debe pasar por el revestidor y el cemento, mientras que si existe una pobre cementación, va a existir espacios donde la onda acústica viaja directamente del revestidor hasta la formación sin pasar por el cemento.

Es por ello que en el segundo gráfico se observan esos pequeños picos, es decir no es constante porque el sonido varía en su viaje, existirá espacios donde se tarde más, y otros intervalos donde se tarde menos, producto de la mala cementación (mala adherencia del cemento).

Conclusión cuando el registro del perfilaje acústico, muestra picos de variación del sonido vs el tiempo, significa que existe una mala adherencia del cemento entre el revestidor y la formación, por lo que se debe realizar una cementación forzada.

A continuación muestro otra figura donde podemos observar las condiciones de una buena adherencia del cemento.

Imagen diseñada en Microsoft PowerPoint. Autor: @carlos84

Este es un ejemplo claro de cuando la herramienta acústica va realizando el perfilaje, y en donde la evaluación en la calidad del cemento se basa en que la curva de energía acústica suministrada vs el tiempo de atenuación es casi constante, lo que significa que existe buena adherencia del cemento, a diferencia del otro gráfico mostrado donde se puede observar una interpretación exacta de lo que representa una mala cementación.

Es muy importante continuar construyendo los hoyos subsecuentes al que se ya se cementó, sobre todo tomando en cuenta que ya vamos más seguro, en relación a que evaluamos la calidad del cemento, nos dimos cuenta que es satisfactoria, y que no existe peligro que se comuniquen fluidos de diferentes yacimientos.

Factores a considerar en la cementación primaria

Lodo

El fluido de perforación debe ser condicionado para que tenga una viscosidad, punto cedente y pérdida de filtrado en los valores más bajos posibles.

Estos valores deben ser incluidos por el ingeniero que realiza el programa de cementación, ya que es prioridad para el personal de fluido de perforación conocer estos valore para ir acondicionando el lodo para las condiciones requeridas en base a las operaciones de cementación.

Se debe evitar los tratamientos químicos fuertes antes de la cementación, ya que pueden perturbar las condiciones del hoyo, se debe tener en cuenta que los lignosulfonatos y el quebracho son retardadores muy fuertes en la preparación de la lechada, hasta el punto en que pueden evitar por completo que el cemento fragüe.

Por experiencia en los procesos de cementación en los campos Barúa-Motatán-La Ceiba, siempre realizamos una circulación y acondicionamiento del lodo de perforación, que ayudará a limpiar el hoyo, eso si esa circulación del lodo debía contar con una velocidad de circulación alta, es por ello que se chequeaba muy bien las bombas de lodo que estuvieran aptas para esta circulación que por lo general, y dependiendo del hoyo a cementar podía durar hasta 2 horas.

Sin embargo existían circunstancias en las que se tenía que extender el tiempo de circulación, ya que se supervisaba la circulación de lodo, y si estaba saliendo el lodo con recortes de perforación, se decidía continuar circulando hasta que saliera el lodo sin recortes.

Con la circulación del lodo se está logrando acondicionar un fluido que ha perdido propiedades: como viscosidad, filtrado, punto cedente, entre otras propiedades más que pueden influir en la posterior cementación, es por ello que mientras se está circulando, el ingeniero de operaciones debe enviar a personal de fluido de perforación a realizar pruebas de lodo en donde se lleve a ese lodo en circulación a las propiedades según el programa de cementación, y junto con esto se logra la limpieza del hoyo que se va a cementar.

Puede existir la posibilidad de evaluar el requerimiento de tener en el pozo una circulación más prolongada, eso en el caso que estén expuestas formaciones de gas, todo esto con la intención de liberar el lodo de burbujas microscópicas de gas que pueden haber sido atrapadas en áreas lavadas o adheridas a las paredes del hoyo.

Con esto nos garantizamos que la cementación posea una buena adherencia con las paredes del hoyo.

Centralizadores

Los centralizadores garantizan la uniformidad de la lechada en el pozo, y deben usarse en la medida de lo posible, y cuando digo en la medida de lo posible, me refiero a que existen pozos direccionales, que tienen altos ángulos de desviación, en los que se hace muy riesgoso bajar revestidores con demasiada cantidad de centralizadores.

Sin embargo para pozos verticales, un centralizador de resorte de 10 pies arriba de la zapata y uno sobre cada uno de las tres primeras conexiones o acoples.

Después, uno cada dos tubos a través del intervalo a cementar, aumentando a uno por tubo, 200 pies debajo a 200 pies arriba de la zona productora o cualquier otro intervalo donde se requiera aislamiento de la zona. Instalar sobre una conexión o un aro de retención.

Para pozos desviados el espaciamiento de los centralizadores puede ser calculado tomando en cuenta los requerimientos de los puntos de más alta desviación y los requerimientos según norma API.

Tapones de cementación

En las operaciones de cementación el uso y aplicación de los dos tapones de cementación forman parte esencial para que la lechada de cemento no entre en contacto con el lodo de perforación, por esta razón es recomendable emplear los dos tapones de cementación.

El tapón superior a razón de su uso nunca se ha cuestionado, sin embargo el uso del tapón inferior casi siempre se omite, quizás pensando en forma errónea que no afectaría la calidad de la cementación.

Ahora bien analicemos qué puede pasar si no usamos el tapón inferior en el proceso de la cementación, pasa que si no se usa el tapón inferior se puede dejar una película de lodo en el interior de la tubería de revestimiento a ser limpiada por el tapón superior.

Por la experiencias que se tienen en los procesos de evaluación del cemento, en muchas oportunidades después de haber cementado, se ha encontrado que se perfora el tapón de cemento en cementaciones donde no se utilizó el tapón inferior, y lo que nos encontramos es un cemento contaminado o ningún cemento por debajo del cople flotador, esto indica que el cemento que está en el espacio anular cercano a la zapata, también está contaminado con el lodo proveniente del interior del revestidor arrastrado por el tapón superior.

Estas experiencias de conseguir cemento contaminado, nos lleva a concluir que el uso del tapón inferior es de suma importancia para evitarnos este tipo de inconvenientes operacionales.

Imagen diseñada en Microsoft PowerPoint. Autor: @carlos84

Desplazamiento

Uno de los aspectos más importantes en el proceso de cementación es el desplazamiento de la lechada, generalmente el fluido empleado para realizar el desplazamiento es el agua. El tipo de flujo que se recomienda utilizar para realizar el desplazamiento es el flujo turbulento, este tipo de flujo se caracteriza por tener una máxima velocidad anular (si es posible mayor de 300 pies/minuto).

En caso de que el desplazamiento del cemento no funcione con este tipo de flujo, se puede emplear también el flujo tapón (menos de 30 pies/minuto). El tipo de flujo que no es recomendable aplicar para el desplazamiento, es el flujo laminar intermedio, ya que con el flujo laminar no se consigue un desplazamiento del cemento de manera acelerada, lo que puede traer como consecuencia una mala cementación.

Desplazamiento turbulento

El valor mínimo requerido para obtener un desplazamiento turbulento está representado por un valor de número de Reynolds de 2100, sin embargo se recomienda usar un valor de 3000 de Número de Reynolds que puede asegurar la turbulencia del desplazamiento.

Algunos estudios han indicado, que el criterio de turbulencia necesariamente no asegura totalmente la eficiencia en el desplazamiento del lodo, pero mientras más alta sea la velocidad anular en el régimen turbulento, es mejor.

En la práctica de los procesos de cementación, si la velocidad crítica para el desplazamiento puede exceder velocidades altas, de seguro el proceso se realiza de la mejor manera.

Las velocidades anulares en el orden de 300 pies/minuto sería una guía dentro de las limitaciones prácticas.

Desplazamiento en flujo tapón

Existen circunstancias operacionales que obligan a que no se puedan emplear velocidades anulares altas, ya que se pueden obtener grandes lavados en el hoyo, es bajo estas circunstancias que se recomienda emplear el flujo tapón para realizar el desplazamiento.

Para el flujo tapón se recomienda una velocidad anular de 30 pies/minuto, estudios realizados sobre reología han indicado que aun valores más bajos proporcionan más eficiencia en el desplazamiento del lodo.

Recomendaciones operacionales

Una de las operaciones que más me garantizan una buena cementación es el desplazamiento del lodo de perforación, por lo que existen una serie de recomendaciones que les proporciono en este post producto de los diversos trabajos de cementación a los cuales pude estar, y de los cuales supervise, entre las recomendaciones más importantes desde el punto de vista reológica y de otras propiedades de la lechada y lodo de perforación están las siguientes:

[1] Tratar de mantener una densidad alta de la lechada de cemento en relación a la del lodo de perforación, ya que si esta relación se cumple, se puede llegar a mejorar el desplazamiento del lodo de perforación.

[2] La resistencia de gel de la lechada resulta mejor que la del lodo por lo menos con valores que estén alrededor de las 20 libras /100 pies cuadrados. Como una alternativa de tener una lechada de cemento cada vez más viscosa que la del lodo de perforación, se puede usar un preflujo pesado y viscoso, y de esta manera los primeros 500 pies de lechada de cemento pueden ser viscosificados con un agente gelatinante.

[3] Cuando se realiza el desplazamiento del lodo, existe una limitación si se aplica una técnica de desplazamiento lento, sobre todo para el caso cuando se tiene el principio de tubo en U, esta situación se nos presenta cuando la lechada pesada en el revestidor se desliza más rápido que el desplazamiento de las bombas, situación está por la que recomiendo considerar el bombeo de la lechada a la máxima tasa de bombeo posible hasta que se encuentre muy cercano a la zapata. En esta etapa las válvulas impidereventones serían cerrados y tomaría lugar el desplazamiento a baja tasa, mientras se mantiene una contrapresión apropiada sobre el espacio anular.

[4] Recomiendo no aplicar la técnica de baja velocidad en el desplazamiento del lodo en pozos con lodos de alta densidad y viscosidad, también se debe considerar de no usar esta técnica en pozos profundos y de alta temperatura, en donde el tiempo de fraguado del cemento puede significar un problema potencial.

Referencias consultadas

• Metodología para Analizar y Resolver Problemas de Perforación, por Nelson E. Cardozo.
• Guía de Cementación de Pozos, del Cied.
• Guía de Cementación de Pozos, por Oscar Villasmil.
• Manual de Perforación de Pozos. Programa de Postgrado en Ingeniería de Petróleo. Centro de Formación y Adiestramiento de Petróleos de Venezuela y sus Filiales.

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