aislamiento zonal

18 Oilfield Review

Soluciones de largo plazo para el aislamiento zonal

Raafat AbbasErick CunninghamTrevor MunkClamart, Francia

Bente BjellandNorsk HydroBergen, Noruega

Vincent ChukwuekeNederlandse Aardolie Maatschappij B.V.Assen, Pases Bajos

Alain FerriAberdeen, Escocia

Greg GarrisonHouston, Texas, EUA

Doug HolliesEnCana CorporationCalgary, Alberta, Canad

Chris LabatChevronTexacoNueva Orlens, Luisiana, EUA

Omar MoussaKuala Lumpur, Malasia

Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, seagradece a Mario Bellabarba, La Haya, Pases Bajos; LeoBurdylo, Roger Keese, Bill Miller, Erik Nelson y DonWilliamson, Sugar Land, Texas, EUA; Ryan Cammarata, BillDacres, Laurent Delabroy, James Jackson y Randy Tercero,Houston, Texas; Youssef El Marsafawi, Kuala Lumpur,Malasia; Simon James, Clamart, Francia; Brian Koons,Nueva Orlens, Luisiana, EUA; Christian Mueller, Stavanger,Noruega; Ron Schreuder, Coevorden, Pases Bajos; y DavidStiles, Calgary, Alberta, Canad.CBT (herramienta de Registro de Adherencia del Cemento),CemCADE, CemCRETE, CemSTONE, DeepCEM, DeepCRETE,DuraSTONE, FlexSTONE, GASBLOK, GeoMarket, LiteCRETE,MUDPUSH, SCMT (herramienta Delgada de Construccinde Mapas de Cemento), USI (generador de ImgenesUltrasnicas), Variable Density (registro de DensidadVariable), VDN (Densidad-Neutrn VISION) y WELLCLEAN IIson marcas de Schlumberger.

El mejoramiento de la integridad del pozo en el largo plazo constituye una prioridad

creciente. Las compaas de exploracin y produccin reconocen que un excelente

aislamiento zonal requiere un ptimo sistema de eliminacin del lodo y un diseo

adecuado del procedimiento de cementacin. Los nuevos programas de simulacin

numrica, los sistemas de cementacin primaria que no daan el medio ambiente y

el soporte de campo que se brinda a nivel mundial, ayudan a las compaas a lograr

sus objetivos de construccin de pozos desde el principio, a la vez que optimizan la

proteccin del medio ambiente.

Las compaas de exploracin y produccin (E&P)se han esforzado por lograr un perfecto aisla-miento zonal desde el surgimiento de los sistemasde cementacin de pozos. Las complejas relacio-nes existentes entre la geologa, la qumica y lafsica de la terminacin de cada pozo de petrleoo gas, plantean desafos nicos que quizs no sepuedan resolver sino slo con dcadas de expe-riencia. Estos desafos se ponen de manifiestotanto en los pozos nuevos como en los existentes.

La envergadura de los problemas de aisla-miento zonal corrientes es enorme. Las operacio-nes de perforacin realizadas en todo el mundodurante el ao 2001 abarcaron 74,000 pozos nue-vos, de los cuales 48,000 se perforaron enAmrica del Norte.1 Una de las principales preo-cupaciones es que muchos de los pozos estnexperimentando problemas de existencia de pre-sin detrs de las tuberas de revestimiento; unaindicacin de que existe un canal entre unafuente de presin y un espacio anular. Solamenteen las reas marinas del Golfo de Mxico, 11,500espacios anulares en 8000 pozos podran experi-mentar problemas de existencia de presin detrsde las tuberas de revestimiento.2 Los costos deremediacin pueden alcanzar hasta un milln dedlares estadounidenses por pozo, incluyendo loscostos de equipos de reparacin y los de detec-cin y remediacin de prdidas. En Canad, elproblema de existencia de presin detrs de lastuberas de revestimiento afecta a una gran varie-dad de pozos en tierra, desde pozos someros degas hasta pozos de petrleo pesado. La solucin

de estos problemas a nivel mundial puede impli-car un costo de hasta 2750 millones de dlaresestadounidenses a lo largo de 10 aos.Indudablemente, es deseable evitar estos gastosde remediacin.

El problema de existencia de presin detrsde la tubera de revestimiento puede tener distin-tas causas, tales como una cementacin primariadeficiente, la vigencia de requisitos inadecuadoscuando se cementaron pozos ms antiguos, o eldeterioro de la matriz de cementacin con eltiempo. Independientemente de la causa, laindustria y las agencias reguladoras reconocen lanecesidad de proteger el medio ambiente frente aprdidas de fluidos de yacimiento. Un aislamientozonal deficiente puede ocasionar la prdida del

1. World Trends: Industry Pace Should Quicken, WorldOil 223, no. 8 (Agosto de 2002): 3337.Para obtener mayor informacin sobre datos de perfora-cin correspondientes al ao 2001, consulte:http://www.worldoil.com/magazine/magazine_link.asp?ART_LINK=02-08_world-abraham_T2.htm#top.

2. Bourgoyne AT Jr, Scott SL y Manowski W: A Review ofSustained Casing Pressure Occurring on the OCS, estu-dio LSU solventado por el Servicio de Administracin deMinerales, Departamento del Interior de EUA,Washington, DC, bajo Contrato Nmero 14-35-001-30749.

3. Para obtener mayor informacin sobre remediacin depozos existentes, consulte: Barclay I, Pellenbarg J,Tettero F, Pfeiffer J, Slater H, Staal T, Stiles D, Tilling G yWhitney C: El principio del fin: Revisin de las prcticasde abandono y desmantelamiento, Oilfield Review 13,no. 4 (Primavera de 2002): 2841.Boisnault JM, Guillot D, Bourahla A, Tirlia T, Dahl T,Holmes C, Raiturkar AM, Maroy P, Moffett C, Prez MejaG, Ramrez Martnez I, Revil P y Roemer R: ConcreteDevelopments in Cementing Technology, Oilfield Review11, no. 1 (Primavera de 1999): 1629.

Invierno de 2002/2003 19

control del pozo o la contaminacin de los acufe-ros, lo cual resultara catastrfico para el medioambiente y la poblacin local. El mejoramiento dela cementacin primaria en los nuevos pozos y lareparacin de pozos con prdidas, constituyenpasos lgicos destinados a mejorar el aislamientozonal y proteger el medio ambiente.3

En este artculo se analizan distintas solucio-nes que permiten mejorar el aislamiento zonal enla cementacin primaria, comenzando con la tec-nologa de eliminacin del lodo. Ejemplos deoperaciones de campo demuestran el impacto delas nuevas tcnicas y de los nuevos fluidos. Los

novedosos programas de simulacin numrica yuna red mundial de laboratorios interconectadosque proveen soporte a las operaciones de campo,ayudan a los ingenieros a optimizar el diseo delos trabajos de cementacin.

Optimizacin del sistema de eliminacin del lodoLa eliminacin efectiva del fluido de perforacin esun requisito previo para el xito de la cementacinprimaria. Cuando la lechada de cementacin fragua,el lodo que queda en el pozo puede impedir la for-macin de un sello hidrulico, lo cual a su vez puede

generar fenmenos adversos tales como: produc-cin de fluidos no deseados, prdida de hidrocarbu-ros hacia zonas de baja presin, existencia depresin detrs de la tubera de revestimiento,reventones subterrneos o corrosin acelerada dela tubera de revestimiento. La solucin de estosproblemas demanda gastos adicionales y general-mente inesperados. Adems del estado general yde la calidad del pozo, entre los factores que afec-tan la eliminacin del lodo se encuentran el acondi-cionamiento del mismo, los procedimientos dedesplazamiento, la geometra del pozo y la centrali-zacin de la tubera de revestimiento.

Durante los pasos previos a la cementacinde una tubera de revestimiento, una cuadrilla decementacin bombea una serie de fluidos por latubera de revestimiento para desplazar el fluidode perforacin del interior de la misma, y delespacio anular existente entre la tubera derevestimiento y la formacin. El primer fluidobombeado suele ser un lavado qumico o espa-ciador, que separa el fluido de perforacin de lalechada de cementacin.

La densidad y viscosidad de los lavados qu-micos son similares a las del agua o el petrleo;se puede utilizar agua, diesel, o petrleo comofluido base para los lavados qumicos. Si se bom-bean adelante de la lechada de cementacin,contribuyen a la eliminacin del lodo porque lodiluyen, reducen su densidad y lo dispersan. Loslavados qumicos pueden formularse de maneratal que eliminen tanto los fluidos de perforacinbase agua como los fluidos base aceite. En ltimainstancia, los lavados qumicos mejoran la cali-dad de la adherencia entre la tubera de revesti-miento y el cemento, y entre el cemento y laformacin. Los lavados qumicos, como tienden atener baja viscosidad, se bombean en condicio-nes de flujo turbulento (derecha). Existen lavadosqumicos para una gran variedad de aplicaciones.

Los fluidos espaciadores tambin proveen untapn que resulta qumicamente compatible tantocon el fluido de perforacin como con la lechadade cementacin durante el desplazamiento. Eldesplazamiento total del fluido de perforacin porel espaciador es crucial para el establecimientodel aislamiento zonal; un desplazamiento incom-pleto puede conducir a la formacin de un canalde lodo continuo en la zona de inters, creandovas de comunicacin entre las distintas zonas.Esa comunicacin conduce a la produccin de flui-dos no deseados, la prdida de hidrocarburos eincluso la migracin de los fluidos hacia la super-ficie. Para los lodos base petrleo, los surfactan-tes utilizados en los lavados qumicos y en losespaciadores modifican la mojabilidad de la tube-ra de revestimiento y de la formacin alrededordel pozo, que pasa de la condicin de mojada conpetrleo a mojada con agua. Esto contribuye amejorar la adherencia del cemento.

Los espaciadores MUDPUSH II son compati-bles con las lechadas de cemento, con los lodosbase agua y base petrleo, y con el agua dulce,de mar o salobre. Estos espaciadores puedendisearse con densidades de entre 1200 y 2400kg/m3 [10 y 20 lbm/gal] y para resistir temperatu-ras de hasta 149C [300F]. Los espaciadores handemostrado una excelente correlacin entre lascaractersticas de diseo de laboratorio y el ren-dimiento de campo, y son fciles de mezclar en lalocalizacin del pozo.

Las propiedades del espaciador MUDPUSH IIse ajustan para minimizar el impacto ambiental,incluyendo la disminucin de la toxicidad, elmejoramiento de la biodegradacin y la reduccinde la acumulacin biolgica.4 Una menor cantidadde productos qumicos que la requerida por otrosespaciadores produce las caractersticas de ren-dimiento deseadas. Se descargan o manipulanmenos productos qumicos a medida que los flui-dos retornan a la superficie, adems de reque-rirse menos espacio de almacenamiento ygenerarse menor cantidad de residuos.

La optimizacin de las propiedades reolgicasde un fluido espaciador mejora el aislamientozonal y el desplazamiento del lodo. La aplicacinWELLCLEAN IIAsesor de Soluciones deIngenieraahora posibilita una rpida selecciny un ajuste de las concentraciones de aditivos enlos fluidos espaciadores. Este programa de com-putacin reduce el tiempo y esfuerzo necesariospara optimizar las propiedades de los fluidos,sean stos diseados para flujo turbulento o flujolaminar. Los resultados de la simulacin efec-tuada con la aplicacin de diseo y evaluacin dela cementacin CemCADEque se basan endatos realespueden ser importados en la apli-cacin WELLCLEAN II.5 Cuando esta aplicacin seutiliza para disear el trabajo de cementacin, sereduce el riesgo de error y aumenta la eficacia.

En el diseo de un espaciador MUDPUSH IIconcebido para eliminar el lodo bajo un rgimende bombeo de flujo turbulento, la aplicacinWELLCLEAN II indica la concentracin de aditivoptima para estabilizar el espaciador de modo quelos agentes densificantes no precipiten y que laspropiedades reolgicas no se alteren. Al mismotiempo, el programa fija las propiedades de losfluidos en el mejor nivel para lograr el flujo turbu-lento a bajas velocidades de bombeo. En ciertoscasos, las restricciones de la velocidad de bombeoconducen a un rgimen de flujo laminar; el flujoturbulento generalmente se desarrolla a velocida-des de bombeo ms altas. Si la estrategia a seguirimplica disear el espaciador para flujo laminar, elprograma ofrece propiedades de espaciadores yconcentraciones de aditivos optimizadas a la den-sidad y temperatura deseadas. El grado de elimi-nacin del lodo y la presencia de canales de lodose vinculan ms comnmente con la geometra, larugosidad y los agrandamientos del pozo, ascomo con la viscosidad y densidad de los fluidoscontenidos en el pozo, que con el rgimen de flujo.Simulaciones mltiples demuestran las conse-cuencias de las diversas concentraciones de aditi-vos sobre las propiedades de los espaciadores.Las propiedades de los espaciadores para un tra-bajo en particular siempre se conciben para queresulten compatibles con el lodo y el cemento.

Adems de contener una base de datos inte-gral de pruebas de laboratorio, la aplicacinWELLCLEAN II proporciona modelos matemti-cos y un elemento de razonamiento que permitededucir las propiedades de los espaciadoresmediante la interpolacin de los resultados adiversas temperaturas, densidades y concentra-ciones de aditivos (pgina siguiente). Esta aplica-cin incorpora distintos modelos reolgicos.Entre ellos se encuentran los sistemas plsticosde Bingham, los que se comportan siguiendo unaley exponencial y los que siguen el modelo deHerschel-Bulkley.6

Las mediciones de campo de las propiedadesde los espaciadores diseados con la aplicacinWELLCLEAN II han demostrado ajustarse estre-chamente a los datos de diseo pronosticados.Por ejemplo, en un pozo de alta presin de MedioOriente, la densidad del lodo necesaria para con-trolar el pozo era de 2240 kg/m3 [18.7 lbm/gal].Un gradiente de fracturamiento cercano a la pre-sin de poro produjo prdidas de fluido de perfo-racin en las zonas ms dbiles. El operadordecidi bajar y cementar una tubera de revesti-miento corta (liner) y solicit un fluido espaciadoroptimizado de inmediato.

20 Oilfield Review

Flujo laminar Flujo turbulento

Fluido enmovimiento

Capa estticade lodo

> Dinmica de los fluidos en la eliminacin dellodo. En condiciones de flujo laminar (izquierda),las lneas de flujo son paralelas y las partculasindividuales recorren trayectorias paralelas. Laspartculas de lodo tienden a acumularse cerca dela pared del pozo, lo cual dificulta la eliminacincompleta del mismo. En condiciones de flujo tur-bulento (derecha), los remolinos energticosarrastran ms partculas de lodo que las trayecto-rias de flujos laminares antes de saturarse. Lostorbellinos tambin mueven a los surfactantes odispersantes en el lavado qumico o en el fluidoespaciador en todo el pozo, para deformar y elimi-nar la capa esttica de lodo de la pared del pozo.


Normalmente, el diseo de un espaciadorpara esta situacin demandara un prolongadoproceso de laboratorio. Sin embargo, la aplica-cin WELLCLEAN II permiti optimizar rpida-mente el diseo del espaciador utilizando lascondiciones reales del pozo y las propiedades delos fluidos. La tubera de revestimiento corta fuecementada con xito y el operador se vio favore-cido con el eficaz proceso de diseo de un espa-ciador efectivo para condiciones tan difciles. Nohubo indicacin alguna de prdida de cementodurante las operaciones de cementacin.

En las operaciones de cementacin ordina-rias, el espaciador puede ser seguido de mlti-ples lechadas de cemento.7 La serie que incluyecolchn lavador-espaciador-lechada de cementa-cin, debe desplazar todos los fluidos del espacioanular para evitar la formacin de canales delodo o de espaciador dentro del cemento fra-guado.8 Tales canales pueden permitir la migra-cin indeseable de fluidos de formacin. Lapresencia de lodo tambin puede producir grietas

por contraccin, reducir la resistencia a la com-presin o aumentar la permeabilidad y cualquierade estas situaciones puede afectar negativa-mente las propiedades del cemento fraguado.Una vez bombeada la lechada de cementacin, selanza un tapn mecnico dentro de la tubera derevestimiento, que es desplazado hasta el fondodel pozo por otro fluido, normalmente el fluido deperforacin necesario para perforar el siguientetramo del pozo. Al final de la operacin, elcemento ocupa el espacio anular entre la tuberade revestimiento y la formacin atravesada desdeel fondo del pozo hasta el nivel deseado.

No es posible lograr una eliminacin efectivadel lodoetapa crucial de cualquier operacinde cementacinsin considerar los efectos detodos los parmetros relevantes. La tecnologa deSoluciones de Ingeniera WELLCLEAN II utilizaproductos y herramientas innovadores para mejo-rar el emplazamiento de cemento. En conjunto,estos sistemas de lavado qumico optimizados,los espaciadores adaptados a las necesidades

especficas del cliente, los programas de compu-tacin innovadores y una metodologa de pruebadestinada a evaluar la eficacia de los colchoneslavadores en el desplazamiento de los fluidos deperforacin, contribuyen a mejorar la eliminacindel lodo y el aislamiento zonal.

Eliminacin del lodo en accinEn la madura regin marina de Tampen, Noruega,los ingenieros de Norsk Hydro estn aumentandola produccin de petrleo gracias al mejoramientodel aislamiento zonal con la aplicacin de la tec-nologa WELLCLEAN II.9 Si bien la subsidencia, lacompactacin y los grandes esfuerzos mecnicosexistentes en el subsuelo, que son comunes enesta rea, podran provocar la rotura del cemento,los ingenieros sospechaban que los problemasms importantes radicaban en la formacin decanales de fluido dentro del cemento. Estos cana-les de fluido eran producidos probablemente poroperaciones de cementacin deficientes, llevadasa cabo en pozos muy desviados u horizontales.Los resultados del simulador WELLCLEAN II coin-cidan con los registros de cementacin que indi-caban la mezcla de fluidos a lo largo de toda latubera de revestimiento corta y una pobre cober-tura de cemento del espacio anular.

4. Acumulacin biolgica es el enriquecimiento de una sus-tancia en un organismo, tal como la bioconcentracinresultante de la exposicin a la sustancia en el medioambiente o la absorcin a partir de la cadena alimentaria.

5. Para obtener mayor informacin sobre el programa decomputacin CemCADE, consulte: Fraser L, Stanger B,Griffin T, Jabri M, Sones G, Steelman M y Valk P:Seamless Fluids Programs: A Key to Better WellConstruction, Oilfield Review 8, no. 2 (Verano de 1996):4256.

6. Un modelo plstico de Bingham es un modelo reolgicode dos parmetros muy utilizado en la industria de losfluidos de perforacin, para describir las caractersticasde flujo de diversos tipos de fluidos. Los fluidos que obe-decen a este modelo se caracterizan por presentar uncomportamiento lineal del esfuerzo de corte y el ndice decizalladura una vez alcanzado un umbral de esfuerzo decorte inicial. Un fluido que sigue el modelo de Herschel-Bulkley puede describirse matemticamente mediante unmodelo reolgico de tres parmetros. Se prefiere la ecua-cin de Herschel-Bulkley ms que la ley exponencial olas relaciones de Bingham, porque genera modelos msexactos del comportamiento reolgico cuando se disponede datos experimentales adecuados. Un fluido que siguela ley exponencial se describe mediante un modelo reol-gico de dos parmetros de un fluido seudo plstico o unfluido cuya viscosidad disminuye al aumentar el ndice decizalladura. Los lodos de polmeros base agua, especial-mente los hechos con el polmero XC, se ajustan mejor ala ley exponencial que al modelo plstico de Bingham uotros modelos de dos parmetros.

7. Las operaciones de cementacin primaria pueden con-sistir de hasta cuatro lechadas, pero los trabajos condos lechadas, conocidas como lechada inicial y lechadade cola, son ms comunes. Inicial se refiere a la pri-mera lechada bombeada durante las operaciones decementacin primaria. Cola se refiere a la ltimalechada bombeada durante las operaciones de cemen-tacin primaria. Normalmente, la lechada de cola cubrela zona productiva y es ms densa que la lechada inicial.

8. Bonett A y Pafitis D: Getting to the Root of Gas Migration,Oilfield Review 8, no. 1 (Primavera de 1996): 3649.

9. Para obtener mayor informacin sobre las operacionesde la regin de Tampen, consulte: Bjelland B, Hansen K y Abbas R: Tampen Planning Gets ConcreteResults,Harts E&P 75, no. 8 (Agosto de 2002): 7072.

> Optimizacin del diseo de espaciadores. El programa de computacinAsesor de Soluciones de Ingeniera WELLCLEAN II permite simplificar yacelerar el diseo de los espaciadores.

El simulador WELLCLEAN II constituye unapoderosa herramienta de simulacin numricabidimensional para mostrar resultados crticos,tales como el porcentaje de cobertura de cemento,las concentraciones de fluidos, el riesgo de teneruna pelcula o canal de lodo al final del trabajo decementacin y el tiempo de contacto en el flujoturbulento; todo como una funcin de la profundi-dad y el tiempo. El simulador contempla esosparmetros adems de la geometra y la trayecto-ria, las propiedades y los volmenes de los fluidosdel pozo, las velocidades de bombeo y la centrali-zacin de la tubera de revestimiento. El simuladorluego predice la eficacia de la eliminacin del lodoy evala la posibilidad de que se deje un canal delodo en el cemento. Las simulaciones se presen-tan como mapas bidimensionales que muestranlas ubicaciones y concentraciones de los fluidos,sus velocidades y el rgimen de flujo. Las anima-ciones de las simulaciones muestran todo el pro-ceso de desplazamiento de fluidos para unaoperacin de cementacin.

Las predicciones del simulador WELLCLEAN IIhan sido validadas tanto por experimentos fsicos

de laboratorio como por su comportamiento en elcampo. Los ingenieros especialistas en cementa-cin pueden utilizar estas simulaciones paramodificar sus diseos a fin de lograr la optimiza-cin del aislamiento zonal. Por ejemplo, el simu-lador ayuda a los ingenieros a optar entre unrgimen de flujo turbulento y un rgimen de flujolaminar, o a decidir cmo evitar el contacto perju-dicial entre el lodo de perforacin y el cementodurante las operaciones de bombeo.

Para mejorar el aislamiento zonal en un pozodel rea Tampen durante el ao 2001, los ingenie-ros de Norsk Hydro seleccionaron un sistemainnovador de colchn lavador con espaciadores debaja toxicidad, con una biodegradacin ms com-pleta y una menor acumulacin biolgica que lasofrecidas por otros sistemas. El nuevo pozo erahorizontal, similar a los pozos problemticos ante-riores. Se colocaron centralizadores adicionalespara mejorar la separacin respecto de la pareddel pozo y la distribucin del cemento en torno ala tubera de revestimiento. Los resultados delprograma CemCADE demostraron que los centra-lizadores adicionales no generaran fuerzas exce-

sivas durante la bajada de la tubera de revesti-miento, las cuales constituyen una indicacin dela posibilidad de que la tubera de revestimientoquede aprisionada al ser bajada en el pozo.

Norsk Hydro tambin quera mejorar las pro-piedades mecnicas del sistema de cementacin.Los ingenieros de Norsk Hydro seleccionaron latecnologa CemCRETE de cementacin de pozospetroleros a base de concreto; un sistema conuna alta fraccin de slidos, altos valores de vis-cosidad plstica, baja permeabilidad y baja poro-sidad.10 Las simulaciones indicaban que no sefracturara formacin alguna utilizando una mez-cla del sistema de lechada CemCRETE de 1679kg/m3 [14 lbm/gal]. Adems, se inyectaran 48 m3

[300 bbl] de agua dulce cuya densidad y viscosi-dad eran relativamente ms bajas que las de lalechada, para diluir el lodo en el pozo y reducir laresistencia del gel.

Antes de la operacin, las simulaciones predi-jeron que el diseo modificado mejorara signifi-cativamente la eliminacin del lodo. Adems depredecir una cobertura de cemento superior al95% a lo largo de la mayor parte de la tubera de

22 Oilfield Review

Impedancia acstica sin procesarMapa de cemento con

clasificacin de impedancia

Mnimo deimpedancia acstica

Mrayl 100

Promedio deimpedancia acstica

Mrayl 100

Mximo deimpedancia acstica

Lquido

Adherido

Mrayl 100

-500.00000.31250.62500.93751.25001.56251.87502.18752.50002.81253.12503.43754.06254.37504.68755.0000

-500.00000.31250.62500.93751.25001.56251.87502.18752.50002.81253.12503.43754.06254.37504.68755.0000

Lquido

Micro espacioanular de gas o seco

Micro prdidade adherencia

Micro espacioanular de gas o seco


AdheridoImpedancia acsticasin procesar

Mapa de cementocon clasificacinde impedancia

-1000.0-500.00.32.63.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0

-1000.0-500.00.32.63.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0

> Mejoramiento de la adherencia en pozos horizontales de Noruega. Los diseos de espaciadores comunes produjeron una adherencia inadecuada delcemento, tal como se advierte en el registro de evaluacin del cemento de la izquierda. En particular, se observa una escasez de seccin amarilla, o pobreadherencia en el Carril 2. Los diseos de cementacin ms efectivos, incluyendo la eliminacin ms completa del lodo mediante la utilizacin de espacia-dores MUDPUSH II, permitieron mejorar la adherencia del cemento, tal como lo indica la abundante seccin amarilla del Carril 3 (derecha).


revestimiento de produccin, los datos del simu-lador no indicaban riesgo alguno de que quedaralodo detrs del cemento. La operacin de cemen-tacin fue ejecutada con xito. Los registros deevaluacin de la adherencia del cemento de latubera de revestimiento de 7 pulgadas demostra-ron que los resultados eran superiores a los de lostrabajos de cementacin previos; excelente adhe-rencia y ninguna indicacin de la presencia decanales de fluidos (pgina anterior). Desde enton-ces, los pozos adicionales del rea Tampen fueronterminados con xito utilizando esta metodologa.

En el Golfo de Mxico, el logro de un aisla-miento zonal efectivo result crucial para cincocostosos pozos de alcance extendido que atrave-saban un contacto agua-petrleo en la zona conhidrocarburos. La adecuada adherencia entre elcemento y la tubera de revestimiento, y entre elcemento y la formacin dentro de estas areniscasproductivas siempre haban representado un ver-dadero desafo; slo exista buena adherencia enlas secciones de lutitas. Cualquier diseo de tra-bajo de cementacin nuevo tendra que ser aptopara desviaciones de hasta 77 grados, lodo deperforacin sinttico y entrada de gas de la for-macin. La imposibilidad de aislar las zonas acu-feras dentro de la arenisca productiva, caus lareduccin de la produccin de petrleo y el incu-rrir en costos adicionales para eliminar el aguaproducida. ChevronTexaco invirti 200,000 dla-res estadounidenses por pozo para las operacio-nes de cementacin mediante inyeccin forzada(a presin) y tiempo de equipo de perforacin parareparar los trabajos defectuosos de cementacinprimaria en tres de los cinco pozos.

Con la ayuda de los programas del simuladorWELLCLEAN II, la aplicacin CemCADE, y losregistros de calibracin adquiridos durante la per-foracin con la herramienta Densidad-NeutrnVISION VDN, los ingenieros de Schlumbergerlograron modificar los parmetros de diseo paramejorar la eliminacin del lodo.11 Los ingenierosconsideraban particularmente importante laadquisicin de datos de calibracin porque losdiseos de trabajos previos dependan desupuestos acerca de la forma y el volumen delpozo; parmetros que inciden sustancialmente enla eliminacin del lodo y en las predicciones delvolumen de lechada requerido. Los resultados delprograma CemCADE condujeron a cambios res-pecto del emplazamiento de los centralizadores,los fluidos espaciadores, las propiedades de la

lechada de cementacin, los volmenes de fluidoy las velocidades de bombeo. La lechada decementacin incorporaba el sistema de cementa-cin para control de migracin de gas GASBLOKy un agente de expansin. Estos aditivos elimi-nan la entrada de gas de la formacin, controlanla prdida de fluido hacia la misma y minimizanla reduccin volumtrica durante el emplaza-miento y fraguado del cemento.

El mejoramiento de los diseos de los traba-jos y de los fluidos permiti optimizar considera-blemente el aislamiento zonal en los siguientestres pozos. Los resultados de la simulacionesWELLCLEAN II coincidan totalmente con losregistros de evaluacin de la cementacin(arriba). Los tres nuevos pozos no produjeronagua y no requirieron operaciones correctivas dela cementacin. En otros sectores del Golfo de

10. Para una introduccin a la tecnologa CemCRETE, con-sulte: Boisnault et al, referencia 3.

11. El dispositivo VDN proporciona mediciones de neutrncompensado y litodensidad azimutal adquiridas durantela perforacin. La imagen de densidad resultante tam-bin posibilita el anlisis geolgico estructural.

CCLdiscriminado

03 100-1 APIV

Rayos gamma

0 360grados

Orientacin relativa SCMT

0 100mV 200

1.25

2.50

3.75

5.00

6.25

7.50

8.75

10.0

011

.25

12.5

013

.75

15.0

016

.25

17.5

018

.75

20.0

0

1200s Imagen del mapa del cemento

Min MaxAmplitud

Densidad Variable CBT5 piesAmplitud CBT3 pies

0 10mV

Amplitud amplificada CBT3 pies

0 100API

Tiempo de trnsito CBT3 pies

11,80011,90012,00012,10012,20012,300

Prof

undi

dad,

pie

s

12,40012,500

Anch

o

Lodo

Cola

CW100

MUDPUSH WHTO

Ango

sto

Anch

o

12,60012,70012,80012,900

11,80011,90012,00012,10012,20012,300

Prof

undi

dad,

pie

s

12,40012,50012,60012,70012,80012,900

Anch

o

Alto

Medio

Bajo

Ninguno

Ango

sto

Anch

o

Mapa de concentracin de fluidos Riesgo de presencia de lodo en la pared

12,000

12,100

> Mejoramiento de la eliminacin del lodo en el Golfo de Mxico. Los resultados del simulador WELLCLEAN II (arriba) indicaron que modificando la colocacin de los centralizadores, los fluidosespaciadores, las propiedades de las lechadas de cemento, los volmenes de fluidos y las velocida-des de bombeo, se mejorara la eliminacin del lodo y la cementacin primaria. El mapa de cementosimulado de la izquierda, muestra una alta concentracin de cemento (gris) alrededor del pozo; elrea de color verde en la simulacin indica la eliminacin completa del lodo. El mapa de cementomostrado en el Carril 5 del registro adquirido con la herramienta Delgada de Construccin de Mapasde Cemento SCMT (abajo) confirma el excelente emplazamiento del cemento alrededor de la tuberade revestimiento. El despliegue del registro de Densidad Variable del Carril 4 muestra una buenaadherencia del cemento.

Mxico, los resultados de las Soluciones deIngeniera WELLCLEAN II permitieron mejorar lacementacin primaria (derecha).

El rol de la tecnologa de cementacin avanzadaLa eliminacin del lodo desempea un rol crucialen el xito de las operaciones de cementacin,pero la seleccin de un tipo de cemento apro-piado tambin es crtica. Desde la primera opera-cin de cementacin primaria realizada en 1903,las compaas de servicios han desarrolladovarios tipos de cementos para pozos de petrleoy de gas, concebidos para enfrentar las condicio-nes ms extremas existentes en el subsuelo.12

Los sistemas de cementacin deben tolerar losefectos de las presiones, de las temperaturas yde los fluidos de formacin para proporcionar unaislamiento zonal duradero.

Aun cuando una lechada convencional seacorrectamente emplazada e inicialmente proveaun adecuado aislamiento zonal, los cambios enlas condiciones del pozo pueden inducir esfuerzosque comprometan la integridad del cemento fra-guado. Los esfuerzos tectnicos y los grandesaumentos de presin o temperatura del pozo pue-den fisurar el cemento e incluso reducirlo aescombros. El desplazamiento radial de la tuberade revestimiento, causado por la contraccin delcemento o por reducciones de temperatura o pre-sin, puede hacer que el cemento pierda adhe-rencia con la tubera de revestimiento o con laformacin, y genere as un micro espacio anular.13

Las reducciones de la densidad del fluido durantelas operaciones de perforacin y terminacintambin causan la prdida de adherencia. Lasoperaciones rutinarias de terminacin de pozos,incluyendo operaciones de disparos (caoneos,punzados) y fracturamiento hidrulico, afectannegativamente el revestimiento de cemento.14

24 Oilfield Review

12. Smith RC: Preface, en Nelson EB: Well Cementing.Sugar Land, Texas, EUA: Schlumberger Dowell (1990): 16.

13. Para obtener mayor informacin sobre contraccin apa-rente del cemento, consulte: Thiercelin M, Baumgarte Cy Guillot D: A Soil Mechanics Approach to PredictCement Sheath Behavior, artculo de las SPE/ISRM47375, presentado en la Eurock de las SPE/ISRM de1998, Trondheim, Noruega, 8 al 10 de julio de 1998.

14. Para obtener mayor informacin sobre la respuestamecnica del cemento al esfuerzo en el fondo de pozo,consulte: Thiercelin MJ, Dargaud B, Baret JF y RodriguezWJ: Cement Design Based on Cement MechanicalResponse, artculo de la SPE 38598, presentado en laConferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE 1997,San Antonio, Texas, EUA, 5 al 8 de octubre de 1997.

15. Para obtener mayor informacin sobre los tapones dedesviacin DuraSTONE, consulte: Al-Suwaidi A, Hun C,Babasheikh A y Cunningham E: Cement Aids ChallengingSidetracks, Harts E&P 75, no. 2 (Febrero de 2002): 5153.

16. Le Roy-Delage S, Baumgarte C, Thiercelin M y Vidick B:New Cement Systems for Durable Zonal Isolation, art-culo de las IADC/SPE 59132, presentado en la Conferenciade Perforacin de las IADC/SPE de 2000, Nueva Orlens,Luisiana, EUA, 23 al 25 de febrero de 2000.

56

Cobertura del cemento, %

60 64 68 72 76

Trabajo original sin optimizacin

Ancho Angosto Ancho

Mapa deconcentracin

de fluidos

LodoEspaciadorCemento

22,000

23,000

24,000

Prof

undi

dad,

pie

sPr

ofun

dida

d, p

ies

Ancho Angosto Ancho

Riesgo de presenciade lodo en la

pared del pozo

AltoNinguno

70


80 90 100

22,000

23,000

24,000

Ancho Angosto Ancho

AltoNinguno

Trabajo optimizado mediante la utilizacin del programa de computacin WELLCLEAN II

Ancho Angosto Ancho

LodoEspaciadorCemento

Mapa deconcentracin

de fluidos

Riesgo de presenciade lodo en la

pared del pozo


60 80 100

Mapa deconcentracin

de fluidos Registro CBTRegistro de

Densidad Variable

Ancho Angosto Ancho

Prof

undi

dad,

pie

s

23,600

23,540

23,480

23,420

DieselLavado qumico

EspaciadorCemento

> Exitosa eliminacin del lodo en el Golfo de Mxico. En otro sector del Golfo de Mxico, la simulacindel diseo inicial con el simulador WELLCLEAN II indic la probabilidad de que se formara un canal delodo en el cemento fraguado (arriba). Despus de optimizar la colocacin de los centralizadores, las pro-piedades de los espaciadores y las lechadas, as como las velocidades y volmenes de desplazamiento,el simulador demostr que el nuevo diseo del trabajo impedira la formacin de canales (centro). Losregistros de evaluacin de la cementacin confirman el mejoramiento del aislamiento zonal (abajo).


Los avances ms recienteslos sistemas detecnologa de cementacin avanzada CemSTONEproporcionan un aislamiento zonal confiable en ellargo plazo a pesar de las condiciones cambian-tes del pozo. Estos sistemas tienen propiedadesde cemento fraguado predecibles, tales como fle-xibilidad, expansin y resistencia al impactoluego del fraguado, de modo que pueden dise-arse para tolerar esfuerzos que destruiran a loscementos ordinarios.

Los aditivos patentados y las mezclas proba-das de partculas fabricadas de los sistemasCemSTONE satisfacen requisitos especficos entrminos de propiedades mecnicas, tales comoelasticidad, expansibilidad, resistencia a la com-presin y a la tensin, durabilidad y resistencia alimpacto. As como en las lechadas CemCRETE,las distribuciones de los tamaos de las partcu-las de los sistemas CemSTONE los hace fcilesde mezclar y bombear.

La integridad del cemento lograda en formarutinaria con los sistemas CemSTONE ayuda areducir los costos de mantenimiento, asegura elaislamiento para los tratamientos de estimula-cin, reduce la posibilidad de que se acumulepresin anular durante la vida productiva de lospozos de gas, y prolonga la vida til de los pozosde inyeccin de vapor de agua y de los pozos ubi-cados en reas tectnicamente activas. Este altogrado de integridad del cemento tambin mejorael aislamiento para las conexiones de pozos mul-tilaterales, permite ahorrar tiempo y reducir lasdificultades que plantea la colocacin de cuasdesviadoras mecnicas, adems de eliminar eldesmoronamiento del cemento detrs de la tube-ra de revestimiento cuando se abren ventanas yse perforan formaciones incompetentes (vaseNuevos aspectos de la construccin de pozosmultilaterales, pgina 56).

Actualmente hay dos tipos de tecnologaCemSTONE en uso. El sistema de tecnologaavanzada de cemento durable DuraSTONE y elsistema de tecnologa avanzada de cemento flexi-ble FlexSTONE. Cada sistema combina partculasespecialmente dimensionadas y de materialesespeciales, lo cual genera un sistema de cemen-tacin que ofrece mayor flexibilidad y ms durabi-lidad. A septiembre de 2002, se haban bombeadoen todo el mundo ms de 90 sistemas FlexSTONEy 25 lechadas DuraSTONE para enfrentar unaamplia gama de desafos operativos.

Concebidos para conexiones de pozos multila-terales, tapones de desviacin y pozos querequieren cemento resistente al impacto, los sis-temas DuraSTONE mezclan partculas de diferen-tes tamaos fabricadas con tecnologa demicrocintas metlicas de alta resistencia. Elresultado es un cemento fraguado, dos a tres

veces ms duro y con una resistencia al impactohasta 20 veces mayor que la de los cementosPrtland comunes. En Abu Dhabi, EAU, los tapo-nes de cemento DuraSTONE permitieron mejorarsustancialmente las tasas de xito de iniciacinde desviaciones en ms de 20 trabajos realizadoshasta la fecha.15 Las mejoras logradas incluyeronla reduccin del tiempo requerido para iniciar ladesviacin y el aumento de la tasa de xito de lostapones de desviacin, porque los taponesDuraSTONE son muy difciles de perforar.

Los sistemas FlexSTONE combinan la distri-bucin del tamao de partculas perfectamenteseleccionadas de los sistemas CemCRETE con laspartculas flexibles que se adaptan a amplios ran-gos de temperatura, presin y densidad de fluido.Estas partculas especiales reducen el mdulo de

elasticidad de Young, aumentando la flexibilidaddel cemento fraguado (arriba).16 Cuando se pro-cura la expansin, estos sistemas pueden conce-birse para producir una expansin lineal de hastael 3% despus de la hidratacin completa delcemento; los sistemas comunes de cementoexpandido permiten una expansin lineal inferioral 1%. El mejoramiento de las propiedadesmecnicas hace que los sistemas FlexSTONEresulten ideales para pozos de inyeccin devapor de agua y pozos ubicados en regiones tec-tnicamente activas.

Las propiedades de las formaciones desem-pean un papel crucial en el rendimiento de lossistemas de cementacin de pozos. La optimiza-cin de la relacin entre las propiedades mecni-cas de la formacin y las propiedades mecnicas

F

F

F

F

r

l

l

r

l

l

Relacin de Poisson v = lr

Esfu

erzo

axi

al F

(ten

sin

)

Deformacin axial I (tensin)

Mdulo de Young (e)

Resistenciaa la tensin

Deformacin axialEsfuerzo axiale =

> Propiedades del cemento. El mdulo de elasticidad de Young describe larelacin entre esfuerzo y deformacin en una prueba de esfuerzo uniaxial(arriba). Para el cemento, cuanto menor es el mdulo de Young, ms flexiblees el cemento. La relacin de Poisson es la relacin entre la deformacintransversal (r) y la deformacin axial (l) (abajo). La deformacin debida ala traccin se considera positiva y la deformacin causada por la compre-sin se considera negativa. La definicin de la relacin de Poisson contieneun signo negativo de modo que los materiales comunes tienen una relacinpositiva, que para el cemento oscila comnmente entre 0.15 y 0.25. La resis-tencia a la tensin se refiere a la capacidad que posee el material para esti-rarse antes de la rotura.

del cemento fraguado constituye un requisito parala integridad del cemento en el largo plazo durantelos cambios de presin, los cambios de tempera-tura o la expansin del cemento. Dado que no esposible alterar las propiedades de la formacin,los ingenieros deben en cambio manipular las pro-piedades mecnicas del cemento fraguado paralograr la combinacin correcta de flexibilidad yexpansin. La tecnologa FlexSTONE y el cuida-doso diseo de los trabajos de cementacin lohacen posible.

Un nuevo sistema de modelado bidimensionalayuda a los ingenieros a simular el comporta-miento del cemento fraguado en regmenes depresin y temperatura diferentes, y en diversasconfiguraciones de pozos. Los datos de entradadel programa de computacin incluyen la configu-racin del pozo, los puntos de inters, las propie-dades del cemento, las propiedades de laformacin y las propiedades de la tubera derevestimiento. El programa de computacin com-bina esta informacin con una base de datos delas propiedades del cemento para generar undiseo de cementacin optimizado. Conocidocomo Modelo de Anlisis de Esfuerzos (SAM, porsus siglas en ingls), este programa permite cal-cular las propiedades necesarias para que elcemento mantenga la integridad, y contribuye adetectar los riesgos de fisuramiento por esfuerzode tensin, ruptura por esfuerzo de compresin ola formacin de un micro espacio anular.

Aislamiento entre las formaciones agotadas y las formaciones productivasEl aislamiento de formaciones con presiones muyvariables constituye un desafo, sin embargo,dicho aislamiento es imperativo. En los PasesBajos, Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V.(NAM, una operacin de riesgos compartidosentre Shell y Exxon) se enfrent ante la dificultadde tener que aislar la formacin carbonatadaagotada Zechstein 2, de la productiva FormacinLimburg. La estimulacin por fracturamientohidrulico de la Formacin Limburg presenta eldesafo adicional de tener que mantener la inte-gridad del cemento fraguado.

El Pozo Coevorden 57, localizado en un reaterrestre del noreste de los Pases Bajos, se des-va hasta 64 grados respecto de la vertical en sutrayectoria hacia una profundidad medida de3998 m [13,177 pies] en la arenisca Limburg(abajo a la izquierda). Los elementos crticos para

26 Oilfield Review

PASES BAJOS

M a r d e l N o r t e

FRANCIA

BLGICA

ALEMANIA

Coevorden

0

0 240 km16080

100 150 millas50

Tubera de revestimientocorta de 412 pulgadas

Profundidad, m Superficie

GrupoMar del Norte

Grupo Creta

Tubera derevestimiento de

1338 pulgadas

Tubera de revestimientode 958 pulgadas

Tubera de revestimientocorta de 7 pulgadas

Zechstein

Rijnland

Altena

Keuper

Limburg

0

500

1000

3000

2500

2000

1500

> Ubicacin del Pozo Coevorden 57, Pases Bajos.El Pozo Coevorden 57 atraviesa las rocas carbo-natadas agotadas Zechstein y el yacimiento pro-ductivo Limburg, tal como se muestra en la sec-cin transversal. El aislamiento permanente deestas formaciones entre s en un pozo desviadoy fracturado hidrulicamente implica un grandesafo.

Amplitud

Densidad Variable Imagen del mapa de cemento

mVs

Min Max

200 1200

Amplitud mnima en el mapa

mV0 100

Amplitud

Rayos gammaCCL

discriminadoV3 -1 API0 150

Amplitud CBT

mV0 100

Orientacin relativa

grados0 360

Amplitud mxima en el mapa

mV0 1000

Tiempo de trnsito CBT 3pies

s100 600

Amplitud promedio en el mapa

mV0 100

Tiempo de trnsitomnimo en el mapa

s100 600

Amplitud CBT

mV0 10

Tiempo de trnsitomximo en el mapa

s100 600

1.25

2.50

3.75

5.00

6.25

7.50

8.75

10.0

011

.25

12.5

013

.75

15.0

016

.25

17.5

018

.75

20.0

0

> Evaluacin de una cementacin FlexSTONE en los Pases Bajos. El registroSCMT muestra excelentes resultados, con amplitudes en el mapa (guioneslargos en el Carril 3) que oscilan entre 3 y 10 mV, lo cual indica una excelenteadherencia entre el cemento y la tubera de revestimiento. El despliegue delregistro de Densidad Variable (Carril 4) muestra fuertes arribos de la forma-cin, lo cual demuestra buena adherencia entre la formacin y el cemento.


la cementacin exitosa de la tubera de revesti-miento de 412 pulgadas fueron la eliminacincompleta del lodo y un sistema de cementacinque tolerara el aumento de presin durante unaoperacin de fracturamiento hidrulico, mante-niendo al mismo tiempo el aislamiento a largoplazo de las formaciones con presiones de yaci-miento diferentes.

Se colocaron los centralizadores de la tuberade revestimiento de manera tal que haba trescentralizadores cada dos uniones de la tubera derevestimiento entre 3386 y 3923 m [11,109 y12,871 pies] y dos centralizadores por unin de latubera de revestimiento entre 3924 y 3998 m[12,874 y 13,117 pies]. La colocacin de estoscentralizadores garantizaba la cobertura de latubera de revestimiento por parte del cemento,incluso en las secciones muy desviadas, donde latubera de revestimiento tiende a descansar en ellado bajo del pozo. El cemento se extenderadesde la profundidad final hasta 150 m [492 pies]por encima del tope del colgador de la tubera derevestimiento, ubicado a una profundidad de3372 m [11,063 pies].

Los ingenieros especialistas en cementacinutilizaron el simulador WELLCLEAN II y la aplica-cin CemCADE para optimizar el diseo del tra-bajo (derecha). Al comienzo de la operacin, seinyectaron 3.18 m3 [20 bbl] de agua dulce paracomenzar a limpiar el pozo. El fluido espaciadorMUDPUSH seguira al lodo para reforzar la lim-pieza del pozo y evitar que el fluido de perfora-cin contaminara la lechada de cementacin.Este tren de desplazamiento sera seguido delechada FlexSTONE de 1.63 g/cm3 [13.6 lbm/gal]de densidad; la primera aplicacin de la tecnolo-ga FlexSTONE en Europa. Se utiliz el dispositivoSCMT para evaluar la adherencia del cementoluego del trabajo de cementacin y los registrosconfirmaron la excelente adherencia existenteentre la tubera de revestimiento y el cemento, yentre la formacin y el cemento (pgina anterior,abajo a la derecha). El dispositivo SCMT es unaherramienta de adquisicin de registros para eva-luar la cementacin. La herramienta posee sen-sores mltiples y genera una imagen cartogrficadel cemento de 360.

1 2

3 4

5 6

> Simulacin de la secuencia de bombeo de fluido para el Pozo Coevorden 57. Las corridas del simu-lador WELLCLEAN II ayudaron a optimizar la seleccin de fluidos y el esquema de bombeo para elPozo Coevorden 57. En todas las imgenes, cada par de ilustraciones del simulador muestra la efica-cia de la eliminacin del lodo (derecha) y predice la distribucin del cemento (izquierda). En todas lasilustraciones de las concentraciones de fluidos, el color marrn representa el fluido de perforacin, el azul corresponde al lavado qumico, el verde es el espaciador MUDPUSH y el gris representa la lechada FlexSTONE. En la ltima ilustracin (6), el simulador predice que se habrn eliminado todoslos dems fluidos de perforacin y que la lechada FlexSTONE cubrir totalmente la pared del pozo;resultados que fueron confirmados por los registros del pozo.

Cementacin de pozos de inyeccin de vapor de aguaEn el noreste de Alberta, Canad, EnCanaCorporation est construyendo la primera fase desu Proyecto Trmico del Lago Cristina (derecha).Se espera que este emprendimiento produzca msde 11,123 m3/da [70,000 barriles por da] de bitu-men de las areniscas petrolferas Athabasca de laFormacin McMurray del Cretcico, utilizando dre-naje gravitacional asistido con vapor de agua(SAGD, por sus siglas en ingls). La primera fasedel proyecto permitir que la compaa evale elrendimiento de la tecnologa SAGD y las barrerasde flujo dentro del yacimiento. Esta informacinayudar a la compaa a optimizar los diseos depozos, su emplazamiento y la recuperacin de flui-dos en las siguientes fases del proyecto.17

La tecnologa SAGD es una tecnologa emer-gente, simple en concepto pero compleja encuanto a su aplicacin (vase Yacimientos depetrleo pesado, pgina 32). Los pozos donde seaplica la tecnologa SAGD se perforan en pares.Los pozos son paralelos entre s, con una separa-cin que oscila entre 20 y 200 m [66 y 656 pies]entre las secciones horizontales del pozo (abajo ala derecha). El pozo horizontal superior se utilizapara inyectar vapor. El calor proveniente del vaporinyectado permite que el crudo espeso fluya mslibremente con asistencia de la fuerza de grave-dad, hacia el pozo productor inferior.

28 Oilfield Review

17. Para obtener mayor informacin sobre el ProyectoTrmico del Lago Cristina, consulte: Suggett J, Gittins S yYoun S.: Christina Lake Termal Project, artculo de lasSPE/Petroleum Society of CIM 65520, presentado en laConferencia Internacional sobre Tecnologa de PozosHorizontales de las SPE/Petroleum Society of CIM 2000,Calgary, Alberta, Canad, 6 al 8 de noviembre de 2000.

18. Para obtener mayor informacin sobre simulacionesSAM, consulte: Stiles D y Hollies D: Implementation ofAdvanced Cementing Techniques to Improve Long TermZonal Isolation in Steam Assisted Gravity DrainageWells, artculo de las SPE/Petroleum Society ofCIM/CHOA 78950, presentado en el SimposioInternacional de Operaciones Trmicas y de PetrleoPesado, y en la Conferencia Internacional de Tecnologade Pozos Horizontales SPE 2002, Calgary, Alberta,Canad, 4 al 7 de noviembre de 2002.

19. Los sistemas GASBLOK controlan la migracin de gas enel espacio anular durante la cementacin. Estos siste-mas incluyen un lquido no retardador que provee pro-piedades de control de prdida de fluido y control demigracin de gas para lechadas de cemento a tempera-turas que oscilan entre 27 y 71C [80 y 160F], en unamplio intervalo de densidades (de hasta 1258 kg/m3[10.5 lbm/gal]). El aditivo GASBLOK es una suspensin demicrogeles polimricos que actan como reductores deprdida de fluido, taponando rpidamente las gargantasde poros del revoque de filtracin de cemento. Losmicrogeles en el agua intersticial de la matriz de cemen-tacin reducen la permeabilidad de esta ltima y dismi-nuyen la continuidad entre los poros durante la fasecrtica de transicin de lquido a slido, limitando anms la migracin de gas.

20. Si bien los CSLs brindan soporte en trminos de cemen-tacin y estimulacin, este artculo se refiere a su rol enlas operaciones de cementacin.

C A N A D

ALBERTALagoCristina

0

0 400 800 1200 1600 km

200 400 600 800 1000 millas

> Ubicacin del Proyecto Trmico del Lago Cristina, Alberta, Canad.

Tope de la lechada inicial en la superficie

Tubera de revestimiento desuperficie de 1338 pulgadashasta +/- 175 m de profundidadvertical verdadera

Tubera de revestimiento intermediade 958 pulgadas hasta +/- 590 m de profundidad vertical verdaderaPunto de

iniciacinde la desviacin a +/- 200 m

Tope de la lechadade cola flexible a +/- 250 m de profundidad medida Tubera de revestimiento ranurada de

7 pulgadas, +/- 750 m de seccin horizontal

> Par de pozos tpicos para aplicacin de la tecnologa SAGD. El cementoconvencional protege a la tubera de revestimiento de superficie de 1338pulgadas, que se asienta a 175 m [574 pies] de profundidad. El tramo inter-medio, donde el ngulo del pozo aumenta pasando de vertical a horizontal,se extiende hasta los 590 m [1936 pies] e implica desafos en trminos deeliminacin del lodo y cementacin. La tubera de revestimiento de 958 pul-gadas se cementa con lechada inicial LiteCRETE que provee baja densidady alta resistencia a la compresin. Una lechada de cola FlexSTONE brindaflexibilidad en gran parte del tramo de agujero descubierto y mantiene elaislamiento zonal en la zapata de la tubera de revestimiento de 958 pulga-das. Los sistemas FlexSTONE bombeados en el proyecto del Lago Cristina,se mezclaron en la localizacin del pozo; primer lugar del mundo enhacerse esto. Debajo de la zapata de la tubera de revestimiento de 958 pul-gadas, la seccin horizontal de 834 pulgadas se extiende a lo largo de 750 m[2461 pies] del yacimiento, que tiene entre 20 y 58 m [entre 66 y 190 pies] deespesor. Luego, los pozos se terminaron con tubera de revestimiento ranu-rada sin cementar, para el control de la produccin de arena.


Para el xito de la tecnologa SAGD, es crucialuna cementacin primaria libre de defectos. Laentrada de gas en el espacio anular mientras fra-gua el cemento, puede producir la canalizacindel vapor. Los pozos en los que se aplica la tec-nologa SAGD normalmente experimentan expan-sin trmica y contraccin, lo cual puede producirla rotura del cemento. En este caso, el operadordebe optar entre realizar costosos trabajos deremediacin con resultados impredecibles oabandonar el pozo. EnCana procur mejorar lacalidad de la cementacin primaria de modo queno se produjera canalizacin del vapor ni roturadel cemento.

Los ingenieros utilizaron el programa de com-putacin SAM para evaluar las posibilidades derotura del cemento como consecuencia de lacompresin, la tensin o la formacin de un microespacio anular, y disear la mejor lechada posiblepara los pozos del proyecto del Lago Cristina enlos que se utiliz la tecnologa SAGD. Las simula-ciones del Modelo de Anlisis de Esfuerzos indi-caban que el cemento Prtland Clase G,trmicamente estabilizado, sufrira rotura portraccin al ser expuesto a temperaturas de entre14 y 260C [57 y 500F]; valores anticipados paralos pozos con tecnologa SAGD.18 Otra simulacinSAM, que incorpora la misma temperatura, pre-sin, tiempo y otras condiciones utilizadas en lasimulacin anterior, demostr que un sistema decementacin flexible no experimentara roturapor traccin.

En el rea del Lago Cristina, se cementarontres pares de pozos utilizando una combinacinde lechada inicial LiteCRETE y lechada de colaFlexSTONE. EnCana seleccion los sistemasFlexSTONE debido a sus mejores propiedadesmecnicas, particularmente su capacidad parasuperar la expansin trmica de la tubera derevestimiento y del cemento fraguado. Para con-trarrestar los problemas de migracin de gassomero, tpicos del oeste de Canad, los siste-mas LiteCRETE y FlexSTONE incorporaron la tec-nologa GASBLOK.19 La lechada inicial LiteCRETEse coloca normalmente desde los 250 m [820pies] hasta la superficie. El sistema de colaFlexSTONE se bombea entre los 590 m [1936pies] y los 250 m aproximadamente.

Los registros de evaluacin de la cementacinde los seis pozos construidos para utilizar tecno-loga SAGD indicaron una buena adherencia enlas zonas consideradas crticas para el aisla-miento del yacimiento. Durante las operacionesde reparacin de uno de los pozos, se extrajo latubera de revestimiento ranurada y se corrieronel generador de Imgenes Ultrasnicas USI y laherramienta de evaluacin de Adherencia delCemento CBT para evaluar la calidad de aislacin

del cemento luego de la exposicin al vapor(arriba). El registro no indica deterioro de la cali-dad del cemento y muestra fuerte adherenciaentre el cemento y la formacin, y entre elcemento y la tubera de revestimiento. No hayindicacin alguna de migracin de gas o de flujoshacia la superficie debido a ventilaciones de latubera de revestimiento.

El rol de los laboratorios de soporte alcliente en la cementacin de pozosLa implementacin exitosa de la nueva tecnologade cementacin depende mucho de una red inter-nacional de especialistas en cementacin.Schlumberger opera Laboratorios de Soporte alCliente (CSLs, por sus siglas en ingls) enHouston, Texas, EUA; Aberdeen, Escocia; y KualaLumpur, Malasia.20 Los CLSs forman un enlaceesencial entre el desarrollo de productos y lasoperaciones de campo al sustentar la introduccinde nueva tecnologa, asistiendo en la capacitacindel personal de campo y proporcionando retroali-mentacin durante el desarrollo de productos.

Toda vez que es posible, los CSLs emprendenproyectos a corto plazo de manera que los cen-tros de productos se puedan concentrar en acti-vidades de ms largo plazo. El personal de losCSLs trabaja con las organizaciones de losGeoMarket de Schlumberger para apoyar los pro-cesos de llamado a licitacin o de presentacinde propuestas para las compaas de E&P y a finde aprovechar las oportunidades de desarrollo deproductos en un entorno de colaboracin mutua.Todo esto se traduce en productos y servicios demejor calidad, adems de innovaciones efectua-das con fines especficos.

Los proyectos tpicos de los CSLs incluyendesarrollos de bajo costo, sin embargo, ciertosproyectos han sido establecidos para apoyaralianzas. Los clientes a menudo ponen en marchaproyectos de corto plazo para satisfacer sus requi-sitos tcnicos o ambientales especficos. Muchosde esos proyectos implican la colaboracin conproveedores de productos regionales para que losproductos de disponibilidad inmediata se ajustena los requisitos especficos del operador.

Micro espacioanular degas o seco

ndice deadherencia

discriminado Curva del registro snicode densidad variable

Amplitud

01Mrayl 100mm 12292

mm 92122

mm

Excentricidadde la

herramienta

Radio internopromedio

mm 92122

Radio internomximo

mm 92122

Radio externopromedio

mm 92122

Radio internomnimo

mm 12292

Radio internopromedio

mm 12292

Radio internomximo

mm 12292

Radio internomnimo

Radio externopromedio

Amplitud deleco menos elvalor mximo

Promedio deimpedancia

acstica

dB/m 500

mm 133

dB/m 500

Atenuacindiscriminada

Mapa delcemento con

clasificacin deimpedancia

-01 s 1200200

MaxMin

-500.0 -1000.0-500.00.32.63.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0

0.5-0.4-0.8-1.2-1.6-2.0-2.4-2.8

-4.8-5.2-5.6-6.0

-3.2-3.6-4.0-4.4

API

Rayos gamma

1000

mm

Localizador decoples de tubera de

revestimiento

Seales delprocesamiento

101

0.50001.50002.50003.50006.5000

dB/m 500

Seudo atenuacincercana

Seudo atenuacincorta

Promediode espesor

Lquido

Adherido


> Evaluacin de la cementacin en un pozo para inyeccin de vapor. Se corrieron el generador deImgenes Ultrasnicas USI y la herramienta de evaluacin de Adherencia del Cemento CBT para eva-luar la calidad del cemento luego de la exposicin al vapor. El registro no indica deterioro de la cali-dad del cemento y muestra fuerte adherencia entre la formacin y el cemento, y entre el cemento y latubera de revestimiento.

En relacin con el soporte de las operacionesde campo, todos los CSLs estn equipados paraseguir los procedimientos estndar establecidospor el Instituto Americano del Petrleo (API, porsus siglas en ingls) para la realizacin de estu-dios intensivos de formulacin de productos.Estos procedimientos incluyen aseguramiento dela calidad y control de calidad del cemento, prue-bas de compatibilidad de fluido y medicionestales como tiempo de espesamiento, resistenciaa la compresin, prdida de fluido y agua libre,bajo las condiciones de presin y temperaturaobservadas en el subsuelo (arriba a la izquierda).Existen equipos para simular virtualmente todaslas condiciones de cementacin del pozo que per-miten aplicar altas temperaturas y altas presio-nes a las lechadas de cemento. La evaluacin delcomportamiento de la lechada bajo condicionesdinmicas de pozo asegura que la lechada per-manezca fluida hasta su adecuado emplaza-miento en el pozo (arriba a la derecha).

La transferencia de tecnologa es una funcinclave para los CSLs, porque la diseminacin delas lecciones que se aprenden tambin ayuda a lared mundial de aproximadamente 100 laborato-rios de rea y de distrito a mejorar sus operacio-nes. Si bien muchos de los cursos ofrecidos porlos CSLs estn destinados a los ingenieros deSchlumberger, ciertos seminarios se ofrecen aclientes. Los CSLs tambin evalan equipos y tc-nicas novedosas antes de desplegarse a nivellocal. Por ejemplo, el CSL de Houston participa enel diseo de todos los sistemas FlexSTONE bom-beados en Amrica del Norte y Amrica del Sur.

El CSL de Houston ofrece capacitacin tc-nica, implementacin de nueva tecnologa ysoporte de cementacin para operaciones decampo internacionales y para clientes en Amricadel Norte y Amrica del Sur. Este laboratorio cum-plimenta los proyectos de ingeniera a cortoplazo, a solicitud del cliente, y desarrolla solucio-nes especficas para problemas locales. Reciente-

mente, expertos en cementacin del CSL deHouston y del Centro de Productos Riboud deSchlumberger, ubicado en Clamart, Francia,desarrollaron el sistema de aditivos de cementa-cin lquidos de aguas profundas, DeepCEM, deaplicacin mundial. Esta tecnologa, que incluyeun dispersante no retardador y un mejorador defraguado de cemento, ha demostrado ser unasolucin ptima para la cementacin de sartassomeras en aguas profundas. Ha sido implemen-tada con xito en los mercados de aguas profun-das de todo el mundo. El CSL ofrece un cursobsico de laboratorioun mdulo avanzado deservicios para cementacinintroduccin denuevas tecnologas en cursos de capacitacinofrecidos en el Centro de Capacitacin deKellyville, Oklahoma, EUA y capacitacin para noespecialistas. Debido a su ubicacin, disponibili-dad de equipos y proximidad a los proveedoresde productos de campos petroleros, el CSL deHouston desempea un rol vital en relacin conel soporte de operaciones internacionales paralas compaas con base en Houston.

El CSL de Houston tambin cuenta con equi-pos de laboratorio especializados para el diseoy la evaluacin del comportamiento de lechadasde cemento para un amplio rango de temperatu-ras y presiones; entre 2 y 316C [35 y 600F] yhasta 276 MPa [40,000 lpc]. Recientemente, elCSL de Houston adquiri un analizador ultras-nico de cemento de dos elementos (prximapgina a la izquierda). Otras adquisiciones deequipos incluyen el analizador de migracin defluidos y el remetro de alta presin y alta tem-peratura (HPHT, por sus siglas en ingls) (prximapgina a la derecha). El remetro HPHT ayuda aevaluar el comportamiento del fluido frente a unaamplia gama de condiciones de pozo, para ase-gurar la eliminacin ptima del lodo en condicio-nes extremas.

El CSL de Kuala Lumpur, que brinda soportede operaciones en una regin que se extiendepor el este de frica, Medio Oriente y Asia, cubreel territorio ms extenso de los tres CSLs. Entrelos proyectos tpicos del laboratorio de KualaLumpur se encuentran las pruebas de fluidos decementacin a temperaturas altas y bajas, prue-bas de compatibilidad y mezcla de fluidos; todasen conformidad con las especificaciones del API.Entre los proyectos recientes se encuentran losdiseos de sistemas FlexSTONE para MedioOriente, los sistemas LiteCRETE de alta presinpara China, la cementacin de pozos geotrmicosy un sistema DeepCRETE de cementacin salina,de baja densidad, para aguas profundas utilizadoen la India, cuya densidad es de 1198 kg/m3 [10lbm/gal]. Debido a que el CSL de Kuala Lumpur

30 Oilfield Review

> Prediccin del comportamiento del cemento. Elconsistmetro que se muestra en esta foto tieneun amplio rango de presin y temperatura de operacin; de hasta 150 MPa [22,000 lpc] y 204C[400F]. Este equipo, que se encuentra ubicado enel CSL de Houston, puede fijarse a un enfriadorque permite provocar un enfriamiento controlado.Otros consistmetros de estas instalaciones pue-den alcanzar temperaturas y presiones ms altas.Los CSLs de Aberdeen y Kuala Lumpur tambintienen consistmetros.

> Anlisis de la migracin de fluidos. La migra-cin de lquidos o gases a travs de las lechadasde cemento hidratantes, constituye una de lascausas principales de fallas de terminacin depozos. El analizador de migracin de fluidos quese muestra en esta foto ofrece adquisicin y anlisis de datos de ltima generacin y permitecorrer la celda de prueba con cualquier ngulopara simular la desviacin del pozo. Este disposi-tivo, que se encuentra ubicado en el CSL deHouston, mide la prdida de fluido a travs de fil-tros (cedazos) estndar o en muestras de ncleosde rocas. El anlisis y despliegue de los datos semejoran gracias a la captacin de ms de docecanales de datos, incluyendo presiones absolutasy diferenciales, flujo de gas y lquido y temperatura.


soporta ms de 23 laboratorios de campo queatienden a 35 pases, la capacitacin de ingenie-ros y tcnicos de laboratorio constituye una acti-vidad muy significativa.

El CSL de Aberdeen ofrece soporte al clientey pruebas similares a las ofrecidas por las insta-laciones de Houston y Kuala Lumpur, y participaintensamente en actividades de capacitacin. Lainstalacin de Aberdeen ofrece soporte a Europa,los pases de la ex-Unin Sovitica (CIS) y fricaOccidental. Su trabajo en el Mar del Norte plan-tea numerosos desafos y oportunidades dealcanzar soluciones que no daen el medioambiente, en el entorno donde se aplican las nor-mativas ambientales ms exigentes del mundo.En Noruega, por ejemplo, todos los productosqumicos utilizados en los campos petrolerosdeben ser biodegradables, por lo cual el CSL deAberdeen contribuy a desarrollar agentesantiespuma, surfactantes y retardadores biode-gradables. Respecto de otras reas, este centroha apoyado la introduccin de tecnologas decementacin especializadas, tales como las tec-nologas FlexSTONE, LiteCRETE y DeepCRETE. Elcontrol de calidad de los aditivos de las lechadasde cemento, la novedosa optimizacin del rendi-miento de las mezclas y el desarrollo de aditivosde cemento nuevos y adaptados a las necesida-des especficas de los clientes locales, constitu-yen funciones clave del CSL de Aberdeen.

El CSL de Aberdeen tambin brinda capacita-cin para la utilizacin adecuada y la calibracin delos equipos, as como para ejecutar los procedi-mientos de pruebas. Se ofrecen cursos bsicos yavanzados varias veces por ao, y tambin sebrinda capacitacin personalizada cuando resultapertinente, especialmente para la introduccin denueva tecnologa. Por ejemplo, se puede ofrecercapacitacin especializada a los ingenieros decampo cuando su distrito adquiere equipos nuevos.El CSL de Aberdeen tambin realiza auditorasregulares de los procedimientos y resultados de laspruebas. Para estas auditoras, cada distrito lleva acabo pruebas especficas, que luego se controlanpara determinar la consistencia de los resultados.

Si bien los tres CSLs tienen distintas capaci-dades y enfoques levemente diferentes, compar-ten el objetivo de mejorar continuamente lacalidad del servicio, transferir y sustentar tecno-loga y capacitar al personal para atender mejor alos clientes. Los lderes de los CSLs se renendos veces al ao con el grupo de desarrollo deproductos de cementacin en el Centro deProductos Riboud de Schlumberger. Estas reunio-nes permiten que los profesionales especialistasen cementacin de todo el mundo presenten losproyectos de campo en curso, analicen las nece-

sidades apremiantes, intercambien ideas acercade la implementacin de nueva tecnologa y pro-vean informacin para los proyectos de investi-gacin y desarrollo, actuales y futuros.

Mejoramiento del aislamiento zonal desde el principioEn un futuro dominado por el desarrollo de cam-pos maduros o marrones, las compaas opera-doras necesitarn, como nunca antes, producirpetrleo y gas ms eficazmente y con mayoresrditos econmicos. Cada pozo juega un papelcrucial en este entorno comercial. Cada opera-cin, se trate de la perforacin misma del pozo,la eliminacin del lodo, la cementacin, la esti-mulacin o cualquier otra, desempea un rolclave en el rendimiento del pozo: cada operacindebe ser exitosa desde el principio para evitar losaltos costos de remediacin.

As como lo demuestran los ejemplos de esteartculo, la implementacin sensata de nueva tec-nologa permite solucionar problemas muy costo-sos o tcnicamente difciles de resolver contecnologa ms antigua. Los operadores se compro-meten a eliminar problemas tales como existenciade presin detrs de la tubera de revestimientosiempre que resulte posible; en muchos casos pres-tando ms atencin a la optimizacin de los siste-mas de eliminacin del lodo y a la cementacin enlas primeras etapas del diseo de pozos.

Schlumberger contina promoviendo el desa-rrollo de tecnologa para asegurar productos deeficiencia y competencia sin precedentes en lasoperaciones de campo. Con innovaciones quecomplementen los productos y servicios existen-tes, se dispondr de abundantes tecnologas ultraeficientes para abordar los difciles yacimientos decampos maduros de los prximos aos. GMG

> Evaluacin del incremento de la resistencia delcemento. Este analizador de cemento ultrasni-co de dos elementos permite la determinacinno destructiva de la evolucin de la resistenciadel cemento mientras se tratan las muestras bajocondiciones de temperatura y presin de fondo.El dispositivo mide el cambio de velocidad de lasseales ultrasnicas transmitidas a travs de lasmuestras de cemento a medida que stas se en-durecen. Al aumentar la resistencia de la mues-tra de cemento, se reduce el tiempo de trnsitode la seal ultrasnica a travs de la muestra.Luego se calcula la resistencia relativa del cemen-to utilizando algoritmos empricos patentados.

> Medicin de las propiedades reolgicas. Esteremetro de alta presin y alta temperatura, que se encuentra ubicado en el CSL de Houston,ofrece gran capacidad de medicin de la visco-sidad debido a los altos rangos del transductordel esfuerzo de torsin (esfuerzo de corte) y dela velocidad del motor (ndice de cizalladura).Esto permite medir las propiedades reolgicasde una variedad de fluidos diferentes con lmitesde presin y temperatura de 138 MPa [20,000lpc] y 232C [450F]. En la cementacin de pozos,es crucial conocer las propiedades reolgicas encondiciones de presin y temperatura de fondode pozo, para colocar correctamente el cementosin poner en peligro la integridad del pozo.

aislamiento zonal

Documents

pozos nuevos

sistemasde cementacin

pozos podran experi

problemas de existencia

compaas de exploracin

problemas de aisla

texas youssef

pases bajos leoburdylo