2 Oilfield Review

Ligero como una pluma, duro como una roca

Abdullah Al-SuwaidiChristian HunAbu Dhabi Company for Onshore Oil OperationsAbu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos

José Luis BustillosCiudad del Carmen, México

Dominique GuillotJoel RondeauPierre VigneauxClamart, Francia

Husam HelouAbu Dhabi, EAU

José Antonio Martínez RamírezJosé Luis Reséndiz RoblesPetróleos Mexicanos (PEMEX)Ciudad del Carmen, México

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Wassim Assaad y Mohamed Jemmali, Ahmadi,Kuwait; Jean Marc Boisnault, Philippe Drecq, BrunoDrochon, Martin Hyden, Bernard Piot y Benoit Vidick,Clamart, Francia; Leo Burdylo, Andre Garnier, Roger Keese,Erik Nelson y Dwight Peters, Sugar Land, Texas, EUA; SherifFoda y Philippe Revil, Abu Dhabi, EAU; Greg Garrison,Houston,Texas; Stephan Harris, Nueva Orleáns, Luisiana,EUA; y Robert Roemer, Aberdeen, Escocia.CBL Adviser, CBT (herramienta de Adherencia del Cemento),CemCADE, CemCRETE, CET (herramienta de Evaluación dela Cementación), LiteCRETE, PAL (registro de Análisis de laTubería), SFM (sistema de Monitoreo de la Fracción Sólida),USI (Imágenes Ultrasónicas) y Variable Density son marcasde Schlumberger. Windows es una marca de MicrosoftCorporation.

Hasta hace poco, era imposible diseñar y preparar lechadas de cemento de alta

calidad cuya densidad se acercara a la del agua. Los nuevos cementos ligeros

logran las bajas permeabilidades y la alta resistencia a la compresión necesarias

para garantizar la integridad del pozo y el aislamiento de las formaciones con

densidades lo suficientemente bajas como para impedir el fracturamiento de la

formación y las pérdidas de circulación.

El cemento del pozo que proporciona un com-pleto aislamiento de las formaciones, protege elmedio ambiente, aumenta la seguridad de lasoperaciones de perforación y ayuda a optimizarla producción. Sin un cemento de alta calidadque llene el espacio anular entre la tubería derevestimiento y la formación, los acuíferos deagua dulce que se encuentran por debajo oencima del yacimiento podrían verse contamina-dos por fluidos provenientes de otras formacio-nes. La tubería de revestimiento no protegida porcemento puede verse expuesta a la corrosión quecausan los fluidos de la formación. Los fluidos deperforación cuyas densidades superan el gra-diente de fractura de la formación pueden induciral fracturamiento de la misma. Durante las ope-raciones de perforación y cementación se puedenproducir pérdidas de circulación, y por lo tanto sepuede perder el control del pozo, lo que significaque los fluidos no retornan a la superficie, parti-cularmente si las formaciones débiles no estánprotegidas de la densidad del lodo o de lechadasque superen el gradiente de fractura de la forma-ción. En esos casos, los fluidos de perforación sepierden en las fracturas y no vuelven al sistemade circulación de fluidos. La producción podríaverse afectada si los hidrocarburos fluyen haciacualquier parte que no sea el pozo mismo.

Las lechadas CemCRETE, introducidas en1995, mantienen estándares de alto rendimientoen condiciones extremas en el campo petrolífero,con un diseño de la distribución del tamaño delas partículas especialmente concebido para ase-gurar gran resistencia a la compresión y un com-pleto aislamiento de las formaciones para unamplio rango de densidades.1 Recientemente, la

versión ligera de la tecnología CemCRETE, cono-cida como tecnología LiteCRETE, ha sido mejo-rada y actualizada para proporcionar propiedadesfísicas comparables a la de una lechada cuyadensidad es similar a la del agua.

La tecnología mejorada LiteCRETE funcionaeficazmente en situaciones operacionales difíci-les. Quizás el mayor desafío en los ambientes decementación ligera es controlar las pérdidas decirculación. Incluso los lodos de perforación máslivianos y las lechadas de cemento más ligerasse pueden perder en formaciones débiles o frac-turadas. La cementación de zonas de pérdidas decirculación usualmente implica gastos extra paraherramientas de trabajo en etapas, operacionesde remediación y otros métodos que aseguren elaislamiento de las formaciones débiles y de losacuíferos.2

La tecnología de cementación ligera de altaeficiencia mejora el aislamiento de las formacio-nes. Los cementos ultraligeros protegen las fuen-tes de agua dulce y protegen la tubería derevestimiento de la corrosión, ya que permitencolumnas más altas en el espacio anular que laslechadas convencionales, incluso en áreas contendencia a pérdidas de circulación extremas.Las formaciones débiles se pueden cementarcompletamente utilizando lechadas LiteCRETEque no exceden los bajos gradientes de fracturade la formación. Los tapones de LiteCRETE son losuficientemente fuertes como para emplearsecomo tapones de desviación o cucharas desvia-doras, y las tuberías de revestimiento cementa-das con los sistemas LiteCRETE se puedenperforar fácilmente sin provocar fracturamiento.La permeabilidad del cemento fraguado es menor

Otoño de 2001 3

que la del cemento Portland convencional ClaseG, y la resistencia a la compresión es comparablea la del cemento Portland. Las aplicaciones de latecnología LiteCRETE son eficaces a temperatu-ras que varían de 80 a 450°F [27 a 232°C], pre-siones de fondo del pozo de hasta 8000 lpc [55.15MPa] y lechadas cuyas densidades varían de 8.2a 12.5 lbm/gal [0.98 a 1.50 g/cm3].

Este artículo describe la tecnología de cemen-tación de alto rendimiento, analiza cómo se hanlogrado crear y aplicar con éxito lechadas másligeras que el agua y demuestra el papel que ha

jugado la nueva tecnología de Monitoreo de laFracción Sólida (SFM, por sus siglas en inglés) enhacer posibles las operaciones de cementaciónultraligeras sin utilizar un sistema de cementoenergizado. También se analizan los recientes éxi-tos operacionales logrados en Abu Dhabi y otrasáreas de Medio Oriente, y México.

Aliviar la cargaLa tecnología CemCRETE es una tecnología delechada de concreto que optimiza el comporta-miento de la lechada durante su aplicación y que

asegura una alta calidad del cemento fraguado.Para crear estas lechadas de alto rendimiento, semezclan partículas de varios tamaños para maxi-mizar la cantidad de partículas sólidas en un volu-men de lechada dado (abajo). Las propiedades

> Distribución optimizada del tamaño de las par-tículas. Las partículas pequeñas ocupan el espa-cio vacío entre las partículas más grandes, locual resulta en una fracción más alta de sólidosen la lechada y en una menor permeabilidad delcemento fraguado.

1. Para una introducción a la tecnología CemCRETE, con-sulte: Boisnault JM, Guillot D, Bourahla A, Tirlia T, Dahl T,Holmes C, Raiturkar AM, Maroy P, Moffett C, Pérez MejíaG, Ramírez Martínez I, Revil P y Roemer R: “ConcreteDevelopments in Cementing Technology,” Oilfield Review11, no. 1 (Primavera de 1999): 16-29.

2. Las herramientas de trabajo en etapas se utilizan en lasoperaciones de cementación por etapas, las que por logeneral se realizan al cementar formaciones débiles queno pueden soportar una alta columna de fluidos. Lasherramientas permiten que la lechada de cemento de laprimera etapa se aplique a través de la zapata de flota-ción o zapata guía y hacia arriba del espacio anular, pero

no más allá de la herramienta de etapa. Luego, se lanzauna herramienta de apertura, la que abre orificios en laherramienta de etapa e impide el acceso por debajo dela herramienta de apertura. La lechada de segunda etapase bombea dentro de la tubería de revestimiento, pasapor los orificios y se dirige hacia arriba en el espacioanular, completando así la operación de cementación.En ocasiones puede requerirse un trabajo de llenado delespacio anular entre la formación y la tubería de revesti-miento. Estos trabajos consisten en bombear cementodentro del espacio anular desde la superficie, en lugarde bombear dentro de la columna de perforación paraque el cemento luego ascienda por el espacio anular.

volumétricas del cemento, tales como la densidad,dependen de las propiedades de las partículasmás gruesas. Las partículas intermedias se selec-cionan para ofrecer una respuesta química especí-fica, como resistencia química o estabilidadtérmica. Las partículas más pequeñas aseguranpropiedades de matriz específicas, entre las quese incluyen la estabilidad, el control de pérdida defluidos y la permeabilidad. Se pueden combinarvarios tipos de partículas y distribuciones deltamaño de las partículas para lograr una densidadde lechada específica y que a la vez mantenga lareología deseada; la lechada debe ser homogé-nea, estable y fácil de bombear.3 Se han mezcladoy bombeado con éxito lechadas de CemCRETE conun máximo de 65% de lechada seca y una densi-dad de hasta 24 lbm/gal [2.88 g/cm3].

En el otro extremo del espectro, se estándesarrollando lechadas cuyas densidades soncada vez menores para responder a situacionesde cementación difíciles (arriba a la izquierda).Anteriormente, la densidad de la lechada sepodía reducir solamente agregando agua ousando un sistema de cemento con espuma(cemento energizado). Sin embargo, aumentar elcontenido de agua de una lechada de cementoPortland común produce cemento fraguado conalta permeabilidad, baja resistencia a la compre-sión y escasa protección de la tubería de revesti-miento contra la corrosión.

El cemento energizado se desarrolló hacemás de 20 años para aplicaciones de cementa-ción ligera, y aún es útil en ciertas situaciones.4

Los sistemas de cemento energizado requierenequipos especiales para incorporar nitrógeno oaire a la lechada para reducir la densidad(izquierda). Se agrega un surfactante a la lechadapara generar y estabilizar la espuma hasta que sefragüe el cemento. Se han bombeado cementosenergizados con densidades que varían de los 3.5a los 15.0 lbm/gal [0.42 a 1.80 g/cm3].5 Sinembargo, el cemento energizado con una calidad

4 Oilfield Review

5

10Densidad del agua,

8.3

15

20

25

Dens

idad

de

la le

chad

a, lb

m/g

al

Sistemas de cementos

DensificadoPesado UltrapesadoPuroLigero

convencionalUltraligero

> Clasificación del cemento por densidad de la lechada.

Equipos de cementación convencional

Equipos de cementación energizada

Paquete mezclador

Unidad de cementación

Purga de cemento energizadoAgua para la lechada

Lechada seca Cabezal del pozo

Generador de espuma

Bomba de nitrógeno

Computadora de control del proceso

Tanque de nitrógeno de 2000 galones,

180,000 pc

Válvula de aislamiento de nitrógeno

Camión de cementaciónUnidad de cementación montada sobre patines

Densitómetro no radioactivo

Purga de nitrógenoBomba

energizante

Tanque de nitrógeno de 2000 galones,

180,000 pc

> Equipo de cementación. Las lechadas convencionales se pueden mezclar y bom-bear utilizando una unidad de bombeo montada sobre patines o sobre un camión(arriba), con la lechada seca almacenada en silos en el sitio del pozo. Las operacio-nes de cementación energizada (abajo) requieren una bomba de nitrógeno, tanquesde nitrógeno y un contenedor para los aparatos electrónicos, medidores de flujo yotras herramientas, además del equipo utilizado para las operaciones de cementa-ción comunes. Debido a la variedad de equipos de perforación, el equipo de cemen-tación energizada se instala de manera diferente para cada trabajo, según sea elespacio disponible en el equipo de perforación.

3. Maroy P y Baret JF: “Oil Well Cement Systems, TheirPreparation and Their Use in Well CementingOperations,” Patente europea 621,247 (7 de julio de 1999).

4. Para obtener mayor información acerca del cementoenergizado, consulte: de Rozières J y Griffin TJ: “FoamedCement” en Nelson EB: Well Cementing. Sugar Land,Texas, EUA: Schlumberger Dowell (1990): 14-1–14-19.

5. Referencia 4: 14-1.6. La calidad de la espuma es la relación entre el volumen

de gas y el volumen total del sistema, expresada comoporcentaje. Para obtener mayor información acerca de la caracteri-zación del cemento energizado, consulte: de Rozières J y Ferrière R: “Foamed-Cement Characterization UnderDownhole Conditions and Its Impact on Job Design,” SPEProduction Engineering 6, no. 3 (Agosto de 1991): 297-304.

Otoño de 2001 5

de la espuma mayor al 30%, o una densidad deaproximadamente 9.0 lbm/gal [1.08 g/cm3] nologra la baja permeabilidad y la resistencia de loscementos LiteCRETE (abajo).6 Los cementos ener-gizados se desempeñan adecuadamente en unnúmero limitado de aplicaciones específicas,tales como el control de flujos de agua desdecapas cercanas a la superficie al perforar enzonas de aguas profundas, pero los sistemasLiteCRETE de fraguado rápido también se desem-peñan bien en estas condiciones.

La distribución optimizada del tamaño de laspartículas y las partículas especiales de baja den-sidad de las lechadas LiteCRETE permiten elajuste de las propiedades de la lechada, indepen-dientemente del contenido de agua. Las lechadasLiteCRETE más ligeras tienen densidades meno-res a 8.34 lbm/gal [1.00 g/cm3], suficientementeligeras como para que un cubo de cemento fra-

guado flote en el agua. A pesar de sus bajas den-sidades, estas nuevas lechadas ultraligeras con-tienen 60% de sólidos y 40% de agua cuando sonbombeadas. Una vez fraguados, los cementosultraligeros LiteCRETE logran la baja permeabili-dad y alta resistencia a la compresión de la pri-mera generación de cementos LiteCRETE.

Innovación para el control de calidadUn factor importante para la aplicación exitosade la lechada de baja densidad y para lograr laspropiedades ideales del cemento fraguado es elcontrol de calidad. Una medida clave de la cali-dad de las lechadas de cemento es la fracciónsólida, es decir, el porcentaje de mezcla seca dela lechada. La fracción sólida se puede calculardividiendo el volumen de lechada seca por elvolumen de la lechada de cemento, y multipli-cando por cien. La fracción sólida más la porosi-

dad, o contenido de agua en la lechada, equiva-len al 100%. En una operación de cementaciónindividual, los densitómetros miden la densidadde la lechada, y la fracción sólida se calcula apartir de las mediciones de densidad. En lecha-das ultraligeras, sin embargo, las densidades dela lechada seca y el agua de la mezcla son casiiguales, por lo que los densitómetros no puedendistinguir entre agua y sólido. La densidad seríala misma incluso si la lechada estuviera com-puesta completamente por agua. Aunque los tra-bajos pequeños se pueden mezclar por tandasbajo estricto control de calidad en un laboratorio,esto resulta poco práctico para trabajos querequieren grandes volúmenes de lechada. Elequipo de ingeniería que desarrolló los sistemasLiteCRETE de baja densidad reconoció la impor-tancia de inventar una tecnología complementa-ria de control de calidad.

> Comparación de la resistencia a la compresión y de la permeabilidad de cementos fraguados energizados y LiteCRETE.

Resi

sten

cia

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com

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ión,

lpc

Densidad, lbm/gal

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

08 9 10 11 12 13

Cemento energizado Cemento LiteCRETE

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lidad

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Densidad, lbm/gal

3

2

1

0

-1

-2

-3

-48 9 10 11 12 13

Cemento energizado Cemento LiteCRETE

> Comparación de la permeabilidad del cemento fraguado. Los cubos de 8.0 lbm/gal [0.96 g/cm3] de cemento energizado y LiteCRETE flotan inicialmente en elagua, como se muestra en la fotografía de la izquierda. Después de un período de segundos a minutos, la mayor permeabilidad del cemento energizado per-mite absorber el agua y provoca su hundimiento, como se muestra en las fotografías de lapsos de tiempo.

El sistema SFM, inventado y patentado poringenieros del Centro de Productos Riboud deSchlumberger en Clamart, Francia, es un nuevométodo para efectuar un control de calidad entiempo real de las lechadas, el cual determinacon precisión las relaciones entre líquido ysólido, independientemente de la densidad de lalechada.7 El sistema fue creado durante un pro-ceso de desarrollo del producto con un plazo muyajustado de sólo 90 días, y se utilizó por primeravez en Abu Dhabi. El sistema mide la proporciónde agua en la lechada y el flujo de la lechada ycalcula la fracción sólida a partir de dichas medi-ciones (arriba). Aunque la tecnología SFM fuediseñada específicamente para operaciones decementación ligera, es eficaz para lechadas decualquier densidad.

La tecnología SFM permite que el personal acargo de la cementación mantenga las propieda-des deseadas de la lechada mientras se mezclan ybombean de manera continua grandes volúmenesde lechada. El sistema requiere un medidor deflujo para lechadas, el cual puede ser el densitó-metro no radioactivo ya disponible en las unidadesde cementación, además de sensores adicionales(un sensor que muestre el nivel de la lechada en eltubo y un medidor de flujo de agua). Estos ele-mentos se pueden agregar fácilmente a los equi-pos de mezclado terrestres o marinos (derecha).Un programa de computación basado en Windowscontribuye a que el personal a cargo de la cemen-tación monitoree y ajuste la lechada cada vez quesea necesario, utilizando exactamente los mismosprocedimientos que en el mezclado convencional(página siguiente). En una aplicación de campo delsistema SFM, el 98% del volumen de la lechada

se ha mantenido dentro del 2% del objetivo de lafracción sólida.

La tecnología SFM ha sido utilizada en 55 tra-bajos, 39 de los cuales incluyen sistemasLiteCRETE, en Medio Oriente, México, Indonesiay Francia. El sistema SFM se encuentra disponi-ble en todo el mundo para su uso en lechadasconvencionales y LiteCRETE.

Evaluación de los cementos ligerosEl control de calidad durante la mezcla y el bom-beo de lechadas es de fundamental importancia,pero la evaluación del cemento fraguado es tam-bién clave para el éxito de un aislamiento de lasformaciones de larga duración. Una vez que lalechada ha sido bombeada y se convierte encemento fraguado, es importante evaluar elcemento para confirmar el éxito de su aplicación

y su capacidad para satisfacer los objetivos. En lamayoría de los casos, el cemento se aplica parasoportar la tubería de revestimiento, aislar zonasde agua e hidrocarburos y proteger la tubería derevestimiento de la corrosión o la erosión. Laspruebas hidráulicas simples—pruebas de pre-sión en la zapata de la tubería de revestimiento,pruebas de formación con tubería de perforación“secas” para determinar si el cemento evitaráque los fluidos entren al pozo, o pruebas a travésde los disparos para comprobar la comunicacióndel espacio anular—no pueden asegurar que secumplan todos estos objetivos, de modo que sehan desarrollado herramientas de adquisición deregistros para evaluar el cemento, las que midenlas propiedades acústicas del cemento fraguado.8

Los registros acústicos se utilizan para eva-luar la calidad de los trabajos de cementación,midiendo la propagación de ondas de sonido enlas proximidades del pozo. Las herramientasultrasónicas miden la impedancia acústica—ladensidad del material multiplicada por la veloci-dad de la onda de compresión—del material quese encuentra detrás de la tubería de revesti-miento. En la mayoría de los casos, el materialsólido (cemento fraguado) muestra una impedan-cia acústica mayor que los líquidos (lodo, fluidoespaciador o cemento líquido). Por lo tanto, lasherramientas ultrasónicas se pueden utilizar paradiferenciar los sólidos de los líquidos a través deun contraste de impedancia acústica. Si un mate-rial sólido se distribuye uniformemente alrededorde la tubería de revestimiento a lo largo dealguna longitud mínima requerida, se asegura elaislamiento hidráulico.

Las herramientas sónicas se basan en unprincipio diferente: la onda se propaga a lo largode la tubería de revestimiento. Las herramientassónicas responden a la impedancia acústica delmaterial sólido que se encuentra detrás de la

6 Oilfield Review

(1) Porosidad (%) = VolumenAgua en la lechada /VolumenLechada x 100

(2) Fracción sólida (%) = VolumenMezcla/VolumenLechada x 100

(3) Fracción sólida + Porosidad = 100 %

(4) Fracción sólida a partir de las densidades = (ρLechada– ρAgua de la lechada) / (ρMezcla– ρAgua de la lechada)

(5) Fracción sólida a partir de las tasas de flujo = (QLechada– QAgua de la lechada) / QLechada.

Ejemplos de cálculo de la fracción sólida a partir de las densidades

Cálculos de la fracción sólida

(8.38 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 36%

(8.42 – 8.34) / (8.45 – 8.34) = 72%

> Cálculos de la fracción sólida a partir de densidades y tasas de flujo. La porosidadde la lechada y la fracción sólida se definen como la relación entre el volumen deagua de la mezcla y de lechada seca, y el volumen de la lechada. La porosidad de lalechada y la fracción sólida suman el 100%, como se muestra en las primeras tresecuaciones. La fracción sólida se puede calcular a partir de las densidades (cuartaecuación) o las tasas de flujo (quinta ecuación). Los ejemplos de cálculos de la frac-ción sólida de densidades de lechada cercanas a la densidad del agua demuestranque una diferencia de +/- 0.02, o la resolución de un densitómetro, pueden producirvalores de la fracción sólida que varían entre el 36 y el 72%.

Caja de conexiones

MezcladoraDensitómetro

Medidor de flujo de agua

Tubo de 6 bbl

Sensor del nivel del tubo

Tasa de flujo del agua de la mezcla (Qw)

Tasa de flujo de la lechada (Qs)

SFM Slur

ry d

ensi

ty, l

bm/g

al

Slur

ry ra

te, b

bl/m

in

Slur

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e, b

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Pum

pim

g pr

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re, p

si

Solid

frac

tion,

%

8:01 8:06 8:11 8:16 8:21 8:26 8:31 8:36 8:41 8:46 8:51 8:56 9:01 9:06 9:11 9:17Days

0

70

60

50

40

30

20

10

1200

1000

800

600

400

200

0

> Equipo SFM. Las unidades de cementación se pueden equipar con el sistemaSFM en cuestión de horas.

Otoño de 2001 7

tubería de revestimiento. Mientras más alta seala impedancia del material adherido al revesti-miento, mayor será la atenuación de la onda. Sinembargo, la atenuación se ve afectada por otrosparámetros, tales como la distribución de losmateriales sólidos y líquidos alrededor de latubería de revestimiento. Por ello, la interpreta-ción de las mediciones de atenuación obtenidascon herramientas sónicas por lo general esmucho más difícil que la interpretación de unmapa acústico proveniente de una herramientaultrasónica. La combinación de herramientassónicas y ultrasónicas es más efectiva cuando seobtienen registros de cementos ligeros, ya que elregistro de Densidad Variable (VDL, por sus siglasen inglés) de la herramienta sónica es la únicamedición que proporciona información acerca dela adherencia del cemento a la formación.

Entre las mediciones sónicas se incluyen losregistros de adherencia del cemento, tales comolos de la herramienta de Adherencia del CementoCBT, que se utilizan para evaluar la adherenciaentre la tubería de revestimiento y el cemento,mediante ondas que se propagan de maneraparalela al revestimiento. Un transmisor envíaenergía acústica y un receptor mide las señalesque retornan de ondas que se desplazan a travésde la tubería de revestimiento, el cemento, el

lodo de perforación o alguna combinación deéstos. Entre los elementos que caracterizan unabuena respuesta sónica se encuentran una ampli-tud o atenuación que corresponda a la impedan-cia acústica esperada para el cemento ubicadodetrás de la tubería de revestimiento, señalesinexistentes o débiles de la tubería de revesti-miento en el registro VDL, y señales buenas apotentes de la formación en el registro VDL.

Entre las herramientas ultrasónicas seencuentran los dispositivos de ImágenesUltrasónicas USI y la herramienta de Evaluaciónde la Cementación CET, que emiten ondas de altafrecuencia que se propagan perpendicularmentea la tubería de revestimiento. La energía queretorna a los receptores depende de las impe-dancias acústicas de la tubería de revestimiento,del fluido dentro de la tubería y del material en elespacio anular. Puesto que las impedancias acús-ticas de la tubería de revestimiento y el fluidoque se encuentra en su interior son conocidas, esposible determinar la impedancia acústica delmaterial en el espacio anular. A partir de esto, seevalúa la adherencia entre la tubería de revesti-miento y el cemento. Las mediciones de impe-dancia acústica se expresan por lo general enMegarayleighs (Mrayl), o 106 kg/m2s. Una buenarespuesta ultrasónica es simplemente una impe-

dancia acústica superior a la del umbral delíquido a sólido en toda la zona que rodea a latubería de revestimiento. Cuando se obtienenestas respuestas satisfactorias a lo largo de untramo mínimo, se considera que las formacionesque están debajo de ella se encuentran asiladashidráulicamente de las formaciones que seencuentran por encima.

Un aspecto clave de las evaluaciones exito-sas consiste en comprender las propiedades delcemento fraguado que se esperan de una mezcladada. Los cementos LiteCRETE no están com-puestos en un 100% de partículas de cemento.Tienen una menor impedancia acústica que lossistemas convencionales de cemento Portland de1.90 g/cm3 [15.8 lbm/gal]; densidad comúnmenteutilizada para cementar las columnas de produc-ción. Es más difícil interpretar registros de lossistemas LiteCRETE que de los sistemas conven-cionales de cemento Portland de 1.9 g/cm3,debido a que se reduce el contraste de impedan-cia acústica entre sólidos y líquidos. Puesto quela densidad influye en la impedancia acústicamás que la velocidad, mientras más baja es ladensidad, más serio es el problema. Sinembargo, los sistemas LiteCRETE también tienenuna mayor impedancia acústica—debido a lamayor fracción sólida—que los sistemas decemento convencionales con la misma densidad,de modo que es más fácil obtener registros enellos que en cualquier otro sistema de cementodiseñado con la misma densidad.

Existen dos razones principales por las que sepueden malinterpretar los registros acústicosque pasan por los sistemas LiteCRETE. En primerlugar, se espera que la respuesta sea tan buenacomo para un sistema convencional de cementoPortland de 1.9 g/cm3. Esta expectativa es inco-rrecta si se basa en el hecho de que estos dossistemas tienen casi la misma resistencia a lacompresión, ya que, de hecho, la respuesta delos registros acústicos no tiene nada que ver conla resistencia a la compresión. En segundo lugar,la configuración predeterminada para algunasherramientas se basa en la respuesta de un sis-tema de cemento Portland convencional de 1.9g/cm3. Para evitar malinterpretar los registrosultrasónicos de cualquier cemento ligero, sepuede determinar la impedancia acústica basán-dose en el tiempo de tránsito, la densidad y latemperatura antes de obtener los registros.

0.00 bbl/min

0.00 bbl/min

0.00 bbl/min

54%

59% 3.28

0.0049%0.0 lbm/gal

0.0 bbl/min 16:18:27

56.0%

> Control de calidad en tiempo real. Una computadora portátil (abajo) con elprograma SFM muestra instantáneamente datos cruciales en formatos con-venientes y fáciles de leer (arriba).

7. Rondeau J y Vigneaux P: “Fluid Mixing System,”Solicitud de patente de los EUA 09/726,784, ingresada el11 de noviembre de 2000.

8. Para obtener mayor información acerca de la evaluaciónde la cementación, consulte: Jutten J y Morriss S:“Cement Job Evaluation,” en Nelson EB: WellCementing. Sugar Land, Texas, EUA: SchlumbergerDowell (1990): 16-1–16-44.

El tiempo de tránsito del cemento fraguado sepuede medir usando un analizador ultrasónico decemento (UCA, por sus siglas en inglés); la impe-dancia acústica del cemento se puede calcular apartir del tiempo de tránsito. Como alternativa,se puede utilizar el módulo de diseño y evalua-ción de la cementación CBL Adviser del programaCemCADE, para estimar la impedancia acústicaantes de que comiencen las operaciones decementación. Luego se puede ajustar la escaladel registro, o simplemente se puede interpretarconsiderando cómo la impedancia acústica afec-tará las mediciones. Para registros ultrasónicos,es cuestión de ajustar adecuadamente el umbralde impedancia acústica entre líquidos y sólidoscomo una función de la impedancia acústica dellodo que fue desplazado y el cemento fraguadoque se encuentra detrás de la tubería de revesti-miento. Además, la escala máxima de los mapasde impedancia acústica y cemento se debe adap-tar a la impedancia acústica del cemento fra-guado. Para registros sónicos, se utiliza elmódulo CBL Adviser para predecir el 100% de laamplitud de adherencia o atenuación con la cualse comparan los valores medidos.

Quizás la información más significativa obte-nida de las iniciativas de evaluación de lascementaciones es si el trabajo de cementaciónprimaria es adecuado. Ésta es la base para deter-minar si son necesarias las operaciones decementación correctivas. En regiones con pérdi-das de circulación extremas, la definición de“adecuado” puede variar desde un cemento quecubre la zona crítica hasta una adherencia del100% desde la profundidad total hasta la zapatadel revestimiento anterior.

Prevención de la corrosión en formaciones débiles de Abu DhabiLas formaciones Simsima y Umm El Radhuma deAbu Dhabi, EAU, están compuestas por rocasdébiles de carbonato proclives a pérdidas de cir-culación masivas durante las operaciones de per-foración y cementación (arriba a la izquierda). Laempresa Abu Dhabi Company for OffshoreOperations (ADCO) aborda esta situación demanera adicional a las regulaciones locales, condiseños de revestimientos específicos, y progra-mas de fluidos que reducen al mínimo las pérdi-das de circulación y la corrosión de la tubería derevestimiento.9

Las salmueras corrosivas de la formaciónpueden atacar la tubería de revestimiento, amenos que la capa de cemento aísle y proteja latubería de revestimiento completamente(izquierda). La práctica convencional consiste encementar la tubería de revestimiento en dos eta-

8 Oilfield Review

ARABIA SAUDITA

IRAK

IRÁN

KUWAIT

EMIRATOS ÁRABES UNIDOS

OMÁN

N0 150 300 millas0 200 400 km

Golfo de Omán

Golfo Pérsico

> Medio Oriente. Varias formaciones de carbonatos de Medio Oriente sonzonas de hidrocarburos altamente productivas, pero expuestas a las pérdidasde circulación.

3600

3700

Prof

undi

dad,

pie

s

0 0 555

Pérdida de flujo,arreglo superior

Corriente parásita,arreglo superior

Corriente parásita,arreglo inferior

Pérdida de flujo,arreglo inferior

V V V V

> Evidencia de corrosión. La corrosión exterior ocurre cuando fluidos agresi-vos pasan a través de cemento permeable. La corrosión se puede advertir enlas fotografías de la tubería de revestimiento (izquierda) y en las lecturas delregistro de Análisis de la Tubería PAL (derecha). La pérdida de flujo es un in-dicador de corrosión total; la pérdida de corriente parásita es una señal decorrosión interna. La corrosión en la parte superior de la tubería de revesti-miento es baja, excepto por un pequeño hueco alrededor de los 3602 pies. Enla parte inferior de la tubería de revestimiento, hay una corrosión interna ma-siva, indicada por la alta pérdida de flujo de 3712 a 3744 pies, y una corrosióninterna menor en el mismo intervalo.

Otoño de 2001 9

pas y efectuar un trabajo de llenado del espacioanular si el cemento no llega a la superficie. Sinembargo, las operaciones por etapas y los traba-jos de llenado del espacio anular no son muydeseables para el aislamiento a largo plazo. Lasoperaciones de cementación por etapas son com-plicadas y tienen una tasa de falla relativamentealta. La herramienta de trabajo en etapas, que essimilar a un manguito deslizable, tiende a ser unpunto débil y proclive a la corrosión. Más tardeen la vida útil del pozo pueden desarrollarse fil-traciones en la tubería de revestimiento en elpunto de la herramienta de trabajo en etapas.

La cementación hasta la superficie en unaoperación de una sola etapa es el método ideal,ya que elimina la posibilidad de que ocurran fil-traciones desde una herramienta de trabajo enetapas y la posibilidad de una cobertura lineal oradial inadecuada efectuada por el trabajo de lle-nado del espacio anular. La selección de unacementación primaria de la mayor calidad posi-ble es una inversión práctica, ya que reduce lanecesidad de operaciones de cementacióncorrectivas durante la vida útil del pozo. Es igual-mente importante que el cemento fraguado pro-teja el medio ambiente después del abandono

del pozo aislando las zonas de agua dulce, evi-tando la migración de fluidos hacia la superficie ymanteniendo la integridad de las adherencias dela tubería de revestimiento con el cemento y delcemento con la formación hasta mucho despuésdel abandono del pozo.10 Para este fin, ADCO con-sidera que el ciclo de vida de un pozo dura 50años.

El emplazamiento del cemento es difícil, yaque las pérdidas de circulación ocurren rutinaria-mente en las formaciones Simsima y Umm ElRadhuma. El lodo a base de aceite o los fluidosde perforación aireados, con densidades de 8.0lbm/gal [0.96 g/cm3]—menos que la densidaddel agua—reducen las pérdidas durante la per-foración; las lechadas de cemento ligeras sonnecesarias para evitar pérdidas de fluidosdurante las operaciones de cementación.Además, el cemento fraguado debe tener bajapermeabilidad para reducir al mínimo las posibi-lidades de corrosión en la tubería de revesti-miento.

ADCO utiliza tres esquemas distintos derevestimiento y cementación, según el pozo sedestine a una instalación ligera o pesada, o parafines de evaluación o pozos de gas (izquierda).Los sistemas ligeros LiteCRETE son parte clavede cada diseño, ya que se pueden bombear a lasuperficie sin fracturar la formación o provocarpérdidas de circulación. Las propiedades decemento fraguado, particularmente la baja per-meabilidad y la solubilidad extremadamente bajaal ácido, protegen la tubería de revestimiento dela corrosión.

Puesto que se esperaba que el volumen bom-beado en cada trabajo de cemento superara los500 bbl [80 m3], la capacidad de producir lechadade manera continua era crucial. El sistema SFMfue aplicado por primera vez en Abu Dhabi, y ajunio de 2001, se habían efectuado allí 27 traba-jos con LiteCRETE. De éstos, 25 tuvieron retornode cemento a la superficie.

Pozo de desarrollo Instalación ligera

Pozo de desarrollo Instalación pesada

Pozo de gaso de evaluación

Zapata de revestimiento de 133⁄8 pulgadasen o sobre Rus

Caliza de Dammam

Lutita Nahr Umr

Zonas productivas

Anhidrita/dolomita/caliza de Rus

Zonas de pérdida de circulación en las calizas de Simsima y Umm El Radhuma

Marga y lutita/caliza de FiqaCaliza de Shilaif

Revestimiento de 95⁄8 pulgadasa través de la zona productiva

Zapata de revestimiento de133⁄8 pulgadasen Fiqa

Zapata de revestimiento de 95⁄8 pulgadas sobre la zona productiva

> Diseños específicos de revestimiento y cementación en Abu Dhabi. Para los pozos de desarrollo sepuede instalar un revestimiento de 133⁄8 pulgadas bajo la formación Dammam (izquierda) o las formacio-nes Simsima y Umm El Radhuma (centro). La tubería de revestimiento de producción de 95⁄8 pulgadasse instala bajo la lutita de Nahr Umr, la que es sensible a los fluidos a base de agua y requiere presiónhidrostática para su control. En ambos diseños, el desafío consiste en lograr la mejor calidad posiblede la cementación. Para pozos de gas o de evaluación, se instala un revestimiento de 133⁄8 pulgadasdebajo de las formaciones Simsima y Umm El Radhuma antes de penetrar la zona productiva (derecha).En todos los casos, las lechadas ligeras LiteCRETE se pueden bombear hasta la superficie, resolviendolos problemas de pérdidas de circulación y a la vez, proporcionando un completo aislamiento de lasformaciones.

9. Mukhalalaty T, Al-Suwaidi A y Shaheen M: “IncreasingWell Life Cycle by Eliminating the Multistage Cementerand Utilizing a Light Weight High Performance Slurry,”artículo de la SPE 53283, presentado en la ConvenciónPetrolera de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 20 al 23de febrero de 1999.

10. Para obtener mayor información acerca del abandonopermanente de pozos, consulte: Slater HJ, Stiles DA yChmilowski W: “Successful Sealing of Vent Flows withUltra-Low-Rate Cement Squeeze Technique,” artículo delas SPE/IADC 67775, presentado en la Conferencia yExhibición de Perforación de las SPE/IADC, Amsterdam,Holanda, 27 de febrero al 1 de marzo de 2001.

Una de las tantas operaciones con LiteCRETErealizadas con éxito en Abu Dhabi tuvo lugar enun pozo que requería una tubería de revesti-miento de 95⁄8 pulgadas en una sección de 121⁄4pulgadas que se extendía desde los 1670 hastalos 8355 pies [509 a 2547 m]. ADCO deseabacementar la tubería de revestimiento en una ope-

10 Oilfield Review

Dens

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de

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%

8:01 8:06 8:11 8:16 8:21 8:26 8:31 8:36 8:41 8:46 8:51 8:56 9:01 9:06 9:11 9:16Tiempo, horas y minutos

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800

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400

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0

> La tecnología SFM asegura un contenido de sólidos consistente. Las operaciones de cementaciónen Abu Dhabi requerían una lechada ligera para evitar pérdidas de circulación. En este ejemplo, ladensidad de la lechada de bombeo inicial (curva verde) se mantuvo en valores sustancialmente me-nores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3], mientras que la fracción sólida (curva roja) se mantuvo relativamenteconstante.

11. “Lechada de bombeo inicial” se refiere a la primeralechada bombeada durante las operaciones de cemen-tación primaria. “Lechada de cola” se refiere a la últimalechada bombeada durante las operaciones de cemen-tación primaria. Por lo general, la lechada de cola cubrela zona productiva y es más densa que la lechada debombeo inicial.

12. Los retornos son una indicación de la calidad de la ope-ración de cementación y el único indicador de queestán ocurriendo pérdidas. Si se observan retornos ylas presiones de bombeo permanecen dentro del rangoesperado durante la operación, no se esperan proble-mas. Si no se observan retornos, o sólo se observanretornos parciales, han ocurrido pérdidas durante laoperación. En este caso, el tope del cemento no serátan alto como se planeó y puede necesitarse unacementación correctiva.Para obtener mayor información acerca de las operacio-nes de cementación, consulte: Piot BM y Loizzo M:“Reviving the Job Signature Concept for Better QualityCement Jobs,” artículo de las IADC/SPE 39350, presen-tado en la Conferencia sobre Perforación de lasIADC/SPE, Dallas, Texas, EUA, 3 al 6 de marzo de 1998.

200

180

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Tem

pera

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Tiempo, hr

> Desarrollo de la resistencia a la compresión de un cemento ultraligero. La lechada LiteCRETE de 8.3a 9.5 lbm/gal comenzó a fraguar en 16 horas. Finalmente desarrolló una resistencia a la compresión demás de 2100 lpc [14.5 MPa].

ración de una sola etapa. Se propuso la lechadaligera LiteCRETE como lechada de bombeo inicial,cuya densidad variaba de 8.3 a 9.5 lbm/gal [0.99a 1.14 g/cm3].11 La tecnología SFM permitió alpersonal a cargo del trabajo mantener una frac-ción sólida de aproximadamente el 55% (abajo).La lechada de cola11 fue de cemento Portland

Clase G de 15.8 lbm/gal de densidad. Ambaslechadas fueron desplazadas a 12 bbl/min [1.9m3/min] por las bombas del equipo de perfora-ción sin pérdidas, y 30 bbl [4.7 m3] de lechadaretornaron a la superficie.12 Una prueba de adhe-rencia de la zapata efectuada a 1650 lpc [11.4MPa] resultó exitosa.

Para asegurar el aislamiento de las formacio-nes y la cobertura de la tubería de revestimiento,se corrieron las herramientas USI, CBT y deDensidad Variable de manera conjunta, con el finde demostrar la calidad de la cementación. Sinembargo, fue necesario estimar las lecturas demapas de cemento para los sistemas LiteCRETEantes de la adquisición de los registros, de modoque se pudieran incorporar a la evaluación valo-res de corte razonables para determinar la cali-dad de la cementación. Se utilizó la herramientaUCA para medir la impedancia acústica delcemento LiteCRETE. Las amplitudes del CBT paraadherencias de 100% y 80% con un sistemaLiteCRETE se estimaron utilizando el programaCemCADE de simulación de la cementaciónantes de obtener los registros. Los registros indi-can claramente que un cemento de alta calidadllenó el espacio anular y cubrió toda la zona(página siguiente). Los resultados también coin-cidieron con las predicciones formuladas en laetapa de planificación. La resistencia a la com-presión del cemento LiteCRETE superó los 2100lpc [14.5 MPa] después de 22 horas de ejecutadala operación, (abajo a la izquierda).

Otoño de 2001 11

Amplitud máxima

Radio interno máximo

Radio interno máximo

Espesor promedio

Espesor mínimo

Rayos gamma,

API

Impedancia acústica

base

Radio interno

promedio

Radio interno

promedio

Radios internos

menos radio promedio

Registro de Densidad Variable1000

Amplitud mínima

Amplitud promedio

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Prof. (pies) mV

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0.1 pulg. 0.6

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Radio externo promedio

Radio externo promedio

pulg.5 4 pulg.4 5dB0 75

dB0 75

pulg.0 0.5

Amplitud de eco menos

el máximo

Gas or drymicro-

annulus

Líquido

Adherido

Mapa de cemento con clasificación

de impedancia

4900

5000

5100

5200

5300

5400

5200

5300

Micro-espacio

anular seco o de gas

< Evaluación de una cementación en Abu Dhabi.El mapa de cemento, Carril 9 en el registro USI(arriba), muestra que el cemento se encuentradistribuido uniformemente alrededor de la tuberíade revestimiento. El Carril 1 muestra la excentri-cidad de la herramienta (rojo) y el localizador delos collares de la tubería de revestimiento (azul).Los indicadores de procesamiento del registroUSI aparecen en el Carril 2 y la amplitud apareceen el Carril 3. El Carril 4 muestra los diámetros dela tubería de revestimiento. El mapa de diámetrosde la tubería de revestimiento se muestra en elCarril 5. En el Carril 6, la curva azul indica el espe-sor máximo de la tubería de revestimiento, elmínimo se muestra en rojo y el espesor promediose muestra en negro. Los rayos gamma se mues-tran en verde. El Carril 7 muestra la impedanciaacústica, aproximadamente 4 Mrayl. El índice deadherencia se muestra en el Carril 8.

Los datos de la herramienta de Adherenciadel Cemento CBT (abajo) incluyen rayos gamma(verde) y los tiempos de tránsito (azul y rojo) enel Carril 1. El localizador de los collares de la tu-bería de revestimiento (verde) y la tensión delcable (negro) aparecen en el Carril 2. La amplitudse muestra en el Carril 3 y la imagen de DensidadVariable, en el Carril 4.

La amplitud, 35 milivoltios (mV), es superior alos 10 mV esperados para esta combinación decemento y tubería de revestimiento. Esta res-puesta ocurre por lo general en casos de canali-zación, contaminación de cemento o la presenciade un microespacio anular (micro anillo), el cuales un pequeño espacio entre la tubería de revesti-miento y el cemento. El cemento continuo, confir-mado por el registro USI, elimina la posibilidad deun canal. La impedancia acústica es ligeramentesuperior a los 3 Mrayl, medidos en el laboratorio,haciendo poco probable la contaminación, ya queésta generalmente disminuye la impedancia acús-tica. Por lo tanto, la respuesta del CBT refleja lapresencia de un microespacio anular entre el ce-mento y la tubería de revestimiento.

El microespacio anular fue creado durante laspruebas de presión después de que el cementofraguara. Este ejemplo demuestra claramente laimportancia de combinar las herramientas CBT yUSI, ya que la herramienta USI es menos sensibleal microespacio anular lleno de líquido que laherramienta CBT. Las respuestas de la formación,presentes en todo el registro de Densidad Varia-ble, pero más evidentes entre los 5232 pies y los5274 pies, indican que el cemento está al menosparcialmente adherido a la formación.

Cementación ultraligera en MéxicoEl gigantesco Campo Cantarell, ubicado en lascostas de México en Bahía de Campeche, es elmayor campo petrolero de México (arriba).Descubierto en 1979, produce aproximadamente1.6 millones de barriles [407,000 m3] de petróleopor día—42% de la producción diaria deMéxico—de formaciones fracturadas o caverno-sas de carbonatos del Paleoceno y del CretácicoSuperior. Este campo también contribuye con el30% de la producción de gas de las zonas marinasde México. Las pérdidas de circulación durantelas operaciones de perforación y cementación eneste campo constituyen un gran desafío para eloperador—PEMEX Exploración y Producción—debido a la posibilidad de inducir fracturas. Existela posibilidad de un aislamiento de las formacio-nes inadecuado, ya que es difícil emplazar unacolumna de lechada de cemento lo suficiente-mente alta en el espacio anular.

Se han intentado muchas técnicas de cemen-tación con cementos convencionales, pero losresultados no han sido completamente satisfac-torios. El emplazamiento inadecuado de laslechadas de bombeo inicial y de cola en opera-ciones convencionales tuvo como resultado altoscostos de cementación correctiva, y aún así nofue posible cubrir toda la sección revestida.

La adición de un empaquetador de revestimientoayudó a eliminar la cementación correctiva en laparte superior de la tubería de revestimiento, peroel emplazamiento de la lechada en el resto de lasección siguió siendo un desafío, incluso cuandose utilizaron dos tipos de lechadas. Las operacio-nes que utilizaron una única lechada convencionalde 1.35 g/cm3 [11.3 lbm/gal] tuvieron como resul-tado un aislamiento inadecuado de la formaciónexpuesta y sólo una modesta mejora en la alturade la columna de cemento en el espacio anular.

El gradiente de fractura de la formación LaBrecha es de 5.88 kPa/m [0.26 lpc/pie]. La permea-bilidad de la formación puede llegar a 5 darcys. Laformación se perfora utilizando un fluido de perfo-ración con 65% de emulsión diesel y una densidadde 0.89 g/cm3 [7.4 lbm/gal]. Las pérdidas de circu-lación son tan grandes que ningún fluido retorna ala superficie durante la perforación. El fluido deperforación de baja densidad puede ayudar a des-plazar los recortes de perforación hacia fracturas ycavidades naturales, limitando las pérdidas de flui-dos durante las operaciones de cementación.Puesto que no hay otra manera de mantener elcontrol del pozo durante la perforación y la cemen-tación, se bombea agua de mar hacia el interior delespacio anular durante la perforación, con el fin decontrolar la migración de gas.

En esta área son esenciales las lechadas decemento con una densidad similar a la del fluidode perforación para reducir al mínimo las pérdi-das posteriores hacia la formación. No es prác-tico el uso de cemento energizado, debido a suspoco adecuadas propiedades al fraguar con tanbaja densidad. Las lechadas LiteCRETE se endu-recen en sólo 3 horas, alcanzan una alta resis-tencia a la compresión, de 2000 lpc [13.8 MPa],en 16 horas, tienen una pérdida de fluidos relati-vamente baja (26 cm3/30 minutos) y poseen den-sidades extremadamente bajas; propiedadesapreciadas por el operador.

Las lechadas ultraligeras se han utilizado conéxito en tres pozos del Campo Cantarell. Por ejem-plo, se utilizó una lechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3

[9.2 lbm/gal] en el Pozo 2091, que había sido pro-fundizado hasta los 2905 m [9531 pies] y se habíadesviado 56° en busca de reservas adicionales depetróleo. Se penetraron varias zonas de pérdidasde circulación, perdiéndose 15,300 bbl [2430 m3]de fluidos de perforación. Sin embargo, secementó con éxito una tubería de revestimientode 5 pulgadas, utilizando una lechada LiteCRETEde 1.1 g/cm3 (página siguiente). Se utilizó la tec-nología SFM para mezclar la lechada y controlarsu calidad de manera continua. Por primera vez eneste campo, la lechada cubrió completamente el

12 Oilfield Review

MÉXICO

MÉXICO

Cantarell

Golfo de México

N 0

0 25 50 millas

25 50 75 km

> Campo Cantarell, México.

Otoño de 2001 13

Registro de Densidad Variable

Parte superior de la tubería de revestimiento de 5 pulgadasa 2361 m

Parte inferior de la tubería de revestimiento de 5 pulgadas a 2901 m

Tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas a 2565 m Línea de

adherencia

Intervalo abierto de 2485 a 2510 m, pérdida total de circulación Tope del cemento

a 2490 m (70 m encima de la zapata de revestimiento de 75⁄8 pulgadas)

µsec

Collares AmplitudMin200 1200

MaxCBL sintético discriminado

mV 1000

Tensiónlbf

0 100Rayos gamma

API 1000

,Aislamiento de la zona productiva en el PozoCantarell 2091. La evaluación de la cementacióncon el registro CBT confirmó que, por primeravez en el Campo Cantarell, el cemento cubriótoda la sección detrás de la tubería de revesti-miento de 5 pulgadas, como se muestra en eldiagrama esquemático del pozo (izquierda) y suregistro (derecha). El Carril 1 muestra el registrode rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito(azul y rojo) y el localizador de los collares de latubería de revestimiento (negro). La tensión delcable se indica en el Carril 2. La amplitud, que semuestra en el Carril 3, es relativamente baja pordebajo de los 2490 m, lo que confirma la presen-cia de cemento detrás de la tubería de revesti-miento. Los datos de Densidad Variable se indi-can en el Carril 4, con señal de la tubería derevestimiento débil o inexistente y respuestas dela formación por debajo de los 2490 m, indicandocemento detrás de la tubería de revestimiento.La mayor amplitud y las fuertes respuestas de latubería de revestimiento por encima de los 2490m demuestran que no hay cemento arriba de los2490 m. El registro de adherencia de cemento noalcanzó la profundidad total, debido a que elpozo fue desviado 56º.

espacio anular, un logro clave en este ambientelleno de desafíos. La zapata se probó con éxito a500 lpc [3447 kPa].

En el Pozo Cantarell 53D, las pérdidas defluido durante la perforación totalizaron 7100 bbl[1130 m3]. Se cementó con éxito una tubería derevestimiento de 95⁄8 pulgadas a través de variaszonas de pérdida de circulación, utilizandolechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3, la cual se mez-

cló de manera continua. El sistema SFM aseguróque la lechada tuviera un 53% de fracción sóliday fuera homogénea, estable y fácil de bombear.En el Campo Cantarell, es común no tener retor-nos, pero durante este trabajo se observaronretornos parciales.

La tubería de revestimiento de 5 pulgadas enun tercer pozo, el Pozo Cantarell 61, fue cementadautilizando lechada LiteCRETE de 1.1 g/cm3 después

de que las pérdidas de fluidos de perforación tota-lizaron 14,800 bbl [2350 m3]. Se obtuvieron regis-tros del tope del cemento en la parte superior de latubería de revestimiento y el registro CBT mostrómás de un 90% de adherencia a lo largo de la sec-ción cementada (izquierda). Nuevamente, se aplicóla tecnología SFM, registrando una fracción sóliday densidad estables durante el mezclado continuo.

PEMEX tiene planes para perforar 90 pozosmás en el Campo Cantarell. Se espera que otroproyecto futuro, el desarrollo de reservas depetróleo más profundas en la trampa Sihil bajo elCampo Cantarell, también se beneficie de la tec-nología de cementación ultraligera.

Eliminación de la cementación en etapas múltiples Las prácticas óptimas de cementación puedenresolver problemas mediante la eliminación deoperaciones de cementación en etapas múlti-ples, limitando la necesidad de aplicar cementa-ción correctiva y proporcionando excelenteaislamiento de las formaciones con lechadasligeras. En muchos campos de Medio Oriente lacementación de pozos es un desafío, especial-mente el logro de retornos del cemento a lasuperficie. Las pérdidas de circulación y el bajogradiente de fractura de las formaciones carbo-natadas requieren el uso de cemento ligero. Lasgradientes de fractura pueden llegar a ser tanbajos como 8.2 lbm/gal, lo que significa quehasta una columna de fluidos compuesta sólo poragua puede fracturar estas formaciones.

Para complicar aún más las cosas, en variasformaciones existe el potencial de corrosión dela tubería de revestimiento por el agua de forma-ción si el aislamiento no resulta adecuado.

14 Oilfield Review

Parte superior de la tubería de revestimiento de 5 pulgadas a 2460 m

Intervalo abierto de 2520 a 2545 m, pérdida total de circulación

Pérdida parcial a totalde circulación durantela perforación

Tubería de revestimientode 7 pulgadas a 2596 m

Parte inferior de latubería de revestimientode 5 pulgadas a 3004 m

> Éxito continuo. El Pozo Cantarell 61 también tiene cemento LiteCRETE en laparte superior de la tubería de revestimiento de 5 pulgadas, a pesar de los de-safíos planteados por las grandes pérdidas de circulación. El Carril 1 muestrael registro de rayos gamma (verde), los tiempos de tránsito (azul y rojo) y ellocalizador de los collares de la tubería de revestimiento (negro). La tensióndel cable se indica en el Carril 2. La amplitud se muestra en el Carril 3 y losdatos de Densidad Variable se indican en el Carril 4. El tope del cemento apa-rece por encima de los 2550 m, evidenciado por el gran aumento de amplitudarriba de dicha profundidad y por el abrupto cambio de la respuesta delregistro de Densidad Variable.

13. El cemento puzolánico está compuesto de material silí-ceo producido por actividad volcánica o quema de hulla.

14. Para obtener mayor información acerca de los sistemasde cemento, consulte: Le Roy-Delage S, Baumgarte C,Thiercelin M y Vidick B: “New Cement Systems forDurable Zonal Isolation,” artículo IADC/SPE 59132, pre-sentado en la Conferencia sobre Perforación de lasIADC/SPE, Nueva Orleáns, Luisiana, EUA, 23 al 25 defebrero de 2000.Baumgarte C, Thiercelin M y Klaus D: “Case Studies ofExpanding Cement to Prevent Microannular Formation,”artículo de la SPE 56535, presentado en la Conferencia yExhibición Técnica Anual de las SPE, Houston, Texas,EUA, 3 al 6 de octubre de 1999.Thiercelin MJ, Dargaud B, Baret JF y Rodríguez WJ:“Cement Design Based on Cement MechanicalResponse,” artículo de la SPE 38598, presentado en laConferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, SanAntonio, Texas, EUA, 5 al 8 de octubre de 1997.

15. Mohammedi N, Ferri A y Piot B: “Deepwater WellsBenefit from Cold-Temperature Cements,” World Oil 222,no. 4 (Abril de 2001): 86, 88 y 91.Piot B, Ferri A, Mananga S-P, Kalabare C y Viela D: “WestAfrica Deepwater Wells Benefit from Low-TemperatureCements,” artículo de las SPE/IADC 67774, presentadoen la Conferencia y Exhibición Anual sobre Perforaciónde las SPE/IADC, Amsterdam, Holanda, 27 de febrero al1 de marzo de 2001.

Otoño de 2001 15

Como en cualquier otra región, el balanceentre el costo y la calidad es importante para losoperadores de Medio Oriente; la cementacióncorrectiva agrega gastos y complica las operacio-nes del campo. Dada la necesidad de un cementofraguado de alta calidad y una lechada de bajadensidad, los operadores han usado la tecnologíaCemCRETE por varios años.

Las lechadas LiteCRETE más ligeras permitena los operadores combatir la corrosión de la tube-ría de revestimiento, lograr un buen aislamientode las formaciones y evitar el flujo transversalentre zonas de pérdidas de circulación y forma-ciones débiles. Las lechadas ligeras permitenuna cementación en una sola etapa con unalechada que, una vez fraguada, muestra unabuena resistencia a la compresión y una baja per-meabilidad a los fluidos de la formación.

En muchos casos, las operaciones en dos eta-pas son necesarias debido a la gran longitud—que a menudo supera los 3500 pies [1067 m]—deespacio anular no cementado y a la debilidad de

las formaciones. En un pozo, la primera etapaconsistió en 71 bbl [11 m3] de lechada LiteCRETEde 8.2 lbm/gal bombeada delante de la lechadade cola de 15.8 lbm/gal [1.9 g/cm3]. En lasegunda etapa, 240 bbl [38 m3] de lechadaLiteCRETE de 8.2 lbm/gal precedieron a los 131bbl [21 m3] de lechada de cemento convencionalde 12.5 a 15.8 lbm/gal [1.50 a 1.90 g/cm3]. Laoperación se llevó a cabo sin dificultades, conretornos parciales a la superficie. Un trabajo dellenado del espacio anular de 20 bbl [3 m3] llevóel cemento hasta la superficie, indicando que eltope del cemento logrado con el trabajoLiteCRETE fue relativamente alto. Anteriormente,se requerían tres o cuatro trabajos de llenado del espacio anular para llevar el cemento a lasuperficie. La resistencia a la compresión de la lechada LiteCRETE a las 24 horas fue de 1175lpc [8101 kPa].

En otro pozo, se cementó una tubería derevestimiento de 133⁄8 pulgadas desde los 3368pies [1027 m] hasta la superficie en dos etapas.

Previamente, pozos similares se cementaban conoperaciones en tres etapas. Un objetivo clave fueaislar una zona de poca profundidad y expuesta apérdidas de circulación. El pozo se perforó con unfluido de perforación de 8.6 lbm/gal [1.03 g/cm3],de modo que primero se bombearon 315 bbl [50m3] de lechada LiteCRETE de 8.4 lbm/gal [1.00g/cm3], seguida de 30 bbl [4.7 m3] de cementocomún Portland Clase G de 15.8 lbm/gal. Lasoperaciones de cementación se llevaron a cabosin dificultades según lo diseñado, con 98% deretorno de lechada de bombeo inicial y 100% deretorno de lechada de cola en la primera etapa dela operación. El objetivo de un 54% de fracciónsólida se mantuvo utilizando la tecnología SFM(izquierda). La resistencia a la compresión de lalechada LiteCRETE a las 24 horas fue de 1300 lpc[8963 kPa] a 119°F [48°C]. La segunda etapa, queconsistió en bombear 152 bbl [24 m3] de lechadapuzolánica de 13.5 lbm/gal [1.62 g/cm3], tuvo unretorno del 100%.13

Desarrollos futurosLa tecnología LiteCRETE está teniendo éxito enambientes en que otros cementos ligeros y ultra-ligeros han probado no ser óptimos, haciendoposible el aislamiento de zonas de baja presiónque no pueden tolerar fluidos más pesados que elagua. A junio de 2001, se habían llevado a cabomás de 35 trabajos con LiteCRETE con densida-des menores a 10 lbm/gal [1.20 g/cm3] en Eu-ropa, Medio Oriente, y América Central y del Sur.La mayoría de estas operaciones incluyeron mez-clado continuo con la nueva tecnología SFM. Elvolumen total bombeado utilizando la tecnologíaSFM supera los 25,000 bbl [3970 m3] sin fallas.

El éxito del diseño de la distribución del ta-maño de las partículas está abriendo el camino aldesarrollo de tecnologías para aplicaciones decementación más exigentes. Las nuevas aplica-ciones de esta tecnología ofrecen cementos másduros y flexibles.14 La cementación en aguasprofundas a bajas temperaturas también estámejorando, a medida que se modifican nuevastecnologías de cementación para ajustarlas a lascondiciones de cementación más extremas.15 Lacementación a altas temperaturas sigue siendoun desafío, pero se está trabajando en la direc-ción correcta para satisfacer las exigencias espe-cíficas de los ambientes de cementación másdifíciles. —GMG

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> Operaciones según lo diseñado. La tecnología SFM (arriba) ayudó a los ingenieros de campo a man-tener el objetivo de un 54% de fracción sólida (abajo) en todas las operaciones de cementación.