Dentro del proceso de cementación, existen diversos trabajos que van desde trabajos de cementación primaria, cementación secundaria (forzada), y tapones de cemento.
Los tapones de cemento significan una herramienta de rehabilitación de pozos, que cobra principal importancia en objetivos que son totalmente diferentes a los de una cementación primaria, cuando digo que los tapones de cementación toman una importancia en los trabajos de rehabilitación, es que muchas veces los tapones de cemento son empleados para abandonar pozos que se consideran pocos productivos.
No solamente los tapones de tapones son útiles para abandonar pozos, también llegan a ser de gran utilidad para desviar la perforación, cuando se ha dejado una herramienta en el fondo del hoyo.
Por todas las razones antes expuestas presento la siguiente publicación que describe gran parte de la tecnología involucrada y los cálculos matemáticos para bombear la lechada de cemento para la colocación de un tapón en el fondo del hoyo, y su utilidad en diversas operaciones de perforación y rehabilitación.
Tapones de cemento en pozos de perforación de petróleo
En algunas ocasiones, el hoyo debe ser obstruido con un tapón de cemento. Algunas causas son:
Para abandono: como lo mencione en la introducción del artículo, muchas veces un pozo deja de ser rentable a consecuencia de su baja producción, por lo que resulta atractivo y necesario bombear un tapón de cemento y abandonarlo.
Para desviarlo: En las operaciones de perforación muchas veces ocurren pegas de la sarta de tubería en el fondo del hoyo, por errores técnicos y humanos, muchas veces se trata de despegar la tubería realizando altos valores de tensión, hasta que se llega alcanzar la ruptura de la tubería.
Cuando estas herramientas son dejadas en el fondo del hoyo, la solución más próxima cuando no se logran pescar (recuperar), entonces se procede a bombear un tapón de cemento y desviar la perforación y continuar con la construcción del pozo.
- Evitar invasión de agua de zonas profundas: Cuando se perfora un pozo, y se tiene la seguridad que pueden existir zonas de acuíferos profundos, un tapón de cemento puede servir para aislar estas zonas del yacimiento productor.
Técnicas en la colocación del tapón del cemento.
Los tapones de cemento, generalmente se colocan en hoyos desnudos, es decir en pozos que no están revestidos.
Se usa tubería de perforación o tubería de educción para colocar el cemento en el sitio requerido. En vista de que el hoyo, siempre está lleno de lodo de perforación o de fluido de completación, muchas veces se requiere colocar por encima de la lechada del cemento cierta porción de agua para mejorar la eficiencia del fraguado de cemento.
Para diseñar la colocación de un tapón de cemento se requiere balancear las columnas de cemento, agua y fluido en el hoyo. El volumen de agua en el anular debe colocarse entes de la mezcla agua-cemento, y el volumen de agua dentro de la tubería debe bombearse después del cemento.
Matemática aplicada para el cálculo de sacos de cemento, barriles de agua antes y después del cemento, barriles de agua para desplazar el cemento.
Se requiere colocar un tapón de cemento puro desde los 6000 pies de profundidad hasta los 6500 pies, en un hoyo de 9-5/8 de pulgadas de diámetro. Con una tubería de perforación de 5 pulgadas de diámetro externo y 4,216 pulgadas de diámetro interno.
Determinar:
Sacos de cemento usando 30% de exceso de mezcla.
Barriles de agua antes del cemento si se bombeara un barril de agua después del cemento.
Barriles de agua para desplazar el cemento.
Para ello se tienen las siguientes ecuaciones:
En base a las ecuaciones presentadas, podemos calcular:
- Volumen de la mezcla (VMZ) = 0.005454 (6500-6000) x (9,625) x (9,625)
VMZ = 253 pies cúbicos de lechada de cemento
- Capacidades Volumétricas:
2.1 Anular: 0,000972 (9,625x9,625) x (5x5) = 0,0657 Bls/pie.
2.2 Tubería: 0,000972 x (4,216 x 4,216) = 0,01728 Bls/pie.
- Capacidad volumétrica del espacio anular + tubería de perforación
CVan + CVt = (0,0657 + 0,01728) bls / pie = 0,08298 Bls /pie, que transformados a pie cúbico sobre pie cuadrados da como resultado = 0,4655 pies cúbicos/pies.
Altura del cemento con la tubería adentro (Lc):
Lc = 253 pies cúbicos / 0,465 pies cúbicos / pies = 543,5 piesAltura que ocupa un barril de agua en la tubería
Lw = 1 bls / 0,01728 bls / pie = 58 pie
Barriles de agua para ocupar 58 pies del anular (Vw)
Vw = 58 pies / 15,2 pie / bls = 3,8 blsBarriles de agua para desplazar la lechada (Vdc)
Vdc = 0,01728 bls/pie x (6000-58) pies = 103 bls
Consideraciones finales en base al ejemplo sobre los cálculos matemáticos del tapón de cemento
Las operaciones que se llevan a cabo para preparar, mezclar y bombear un volumen de lechada de cemento se debe considerar tener todos los cálculos realizados, tenerlos previamente analizados antes de iniciar con las operaciones de colocación de la lechada para el tapón de cemento.
Es por ello que el presente artículo quiero asociar los cálculos antes obtenidos con un pequeño detalle de lo que sería un programa de cementación en base a los resultados obtenidos, este procedimiento se puede seguir de la siguiente manera:
Bajar La tubería de perforación hasta 6500 pies.
Del cálculo que se realizó, referente a los barriles de agua para ocupar los 58 pies del espacio anular, se deben bombear al fondo del pozo, por lo tanto se debe bombear 3,8 bls de agua.
Luego se prepara la lechada de cemento empleando el siguiente cálculo: Sacos de cemento = 253 pies cúbicos x 1,3 / 1,8 pies cúbicos / sacos = 279 sacos
Bombear un barril de agua, seguido de 103 barriles de barro (volumen de desplazamiento).
Levantar la tubería de perforación hasta los 6000 pies, y realizar circulación inversa para desplazar el exceso de la mezcla.
Cuando el fluido de perforación salga limpio, se tiene que levantar la sarta y esperar a que el cemento fragüe.
Saludos amigo @carlos84, gran contenido el que nos compartes en esta oportunidad, siempre es importante conocer cualquier ámbito relacionado al maravilloso mundo de los hidrocarburos.
Gracias por compartir. Éxitos.