Learning goals and tasks

6.4.1 GENERALIDADES

El flujo de gas en el anular después de la cementación es uno de los problemas más graves que enfrenta la ingeniería de cementación.

El problema es más común en pozos donde existen una o más formaciones de arena de alta presión de gas y en la cementación en pozos direccionales para producción de gas.

Las consecuencias del flujo de gas en el anular durante o después de la colocación de la lechada del cemento, generalmente son la necesidad de forzamiento de cemento con sus implicaciones de costo. En algunos casos extremos pueden llegar a resultar situaciones de "reventón" o de pérdida de control del pozo durante o después de la cementación.

En general, el flujo de gas no podrá existir si la presión hidrostática es mayor que la presión de la formación. Por lo tanto, si hay entrada de gas al pozo, necesariamente habrá reducción de la presión hidrostática por debajo de la presión de formación durante algún período de tiempo.

Los cálculos de presión hidrostática normalmente son realizados antes de la cementación para estar seguros de que la presión hidrostática en el anular exceda a la de la formación.

Sin embargo, pueden ocurrir algunos cambios físicos o químicos en el cemento entre la etapa de bombeo del cemento y el tiempo cuando el cemento alcanza suficiente resistencia a la compresión (o resistencia de gel) para resistir la intrusión de fluidos.

Algunos de los siguientes mecanismos pueden ocurrir y causar una reducción de la presión hidrostática:

1. Resistencia de gel insuficiente.

2. Agua libre.

3. Canalización.

5. Excesiva pérdida de filtrado.

6.4.2 MECANISMOS

6.4.2.1 Resistencia de Gel Insuficiente

Cuando una lechada está recién mezclada ejerce en su totalidad una presión hidrostática sobre la formación.

Una vez que esta alcanza un cierto fraguado, la presión hidrostática de la columna de cemento decrece, ya que la lechada empieza a soportarse por sí misma.

Si el cemento no tiene resistencia de compresión o gel suficiente, el flujo de gas puede ocurrir cuando la presión del fondo sea menor a la de la formación.

Esto puede resultar en cementos permeables con canalización de gas.

6.4.2.2 Agua Libre

La reducción de presión hidrostática debido a la separación de agua libre puede ocurrir con mayor frecuencia en pozos desviados.

El agua libre de la lechada de cemento tiende a subir al lado superior del pozo abierto. Si este fenómeno se presenta en cantidades suficientes, el agua puede formar un continuo canal a través del cemento, ejerciendo una presión hidrostática igual a la del agua.

Debido a la reducción de hidrostática cuando el cemento fragua, el gas puede fluir dentro de la columna de agua.

6.4.2.3 Canalización

Si el cemento y/o preflujos no remueven todo el fluido de perforación, existe la posibilidad de que se presente una canalización.

Debido a una pobre adherencia del cemento, en ciertos casos, esto puede permitir un flujo de gas.

6.4.2.4 Tixotropía

Algunas mezclas pueden gelificar parcialmente, siendo soportadas parcialmente por si solas. Esto tiene como efecto una reducción de la presión hidrostática.

Si la misma mezcla no tiene suficiente compresión o resistencia de gel, puede ocurrir el flujo de gas en el anular.

Puede notarse a partir de pruebas de campo, que el uso de cementos tixotrópicos con acelerantes está dando un mejor resultado para prevenir problemas de flujo a través de las zonas de gas.

Este tipo de mezcla deberá ser diseñada cuidadosamente para asegurar un rápido fraguado una vez colocada en su lugar, la cual debe desarrollar una alta resistencia de gel para evitar el flujo de gas.

6.4.2.5 Pérdida de Filtrado

El exceso de pérdida de agua puede causar una prematura deshidratación del cemento. Esto puede resultar en:

- Fraguado prematuro del cemento.

- Canalización del fluido de perforación a través del cemento, cambiando la reología de la lechada.

6.4.3

DISEÑO DE LA LECHADA

Las siguientes recomendaciones deberán ser seguidas cuando se diseñe una cementación para el control de una zona de gas:

a. Use la proporción de agua de mezcla tan baja como sea posible. Utilice dispersantes en el caso que sea necesario.

b. Use una lechada con baja pérdida de agua (en el rango de 20 a 50 cc/30 min.).

c. Diseñe la mezcla de cemento con un tiempo de bombeo tan corto como sea posible dadas las condiciones específicas del pozo.

d. Diseñe el tiempo de frague de la lechada desde el fondo al tope de la columna. Esto puede ser efectuado por medio de una lechada de llenado con un largo tiempo de fraguado (aproximadamente 5 horas), seguida por otra lechada de más corto tiempo de fraguado, aproximadamente 2 1/2 horas.

Lo anterior permitirá a la primera lechada ejercer en su totalidad la presión hidrostática en la formación mientras la segunda lechada fragua.

e. Diseñar la lechada en conjunto con los preflujos y el fluido de perforación para el balance y control del pozo durante la cementación.

Todo el tiempo se debe exceder la presión de fondo del yacimiento (BHP), pero nunca alcanzar la presión de fractura de las zonas débiles.

f. Aplicar presión en el anular inmediatamente después de la cementación puede prevenir el flujo de gas.

Cuando se diseñan mezclas de cemento para pozos de gas, una herramienta usual es el método de predicción gráfico.

Los siguientes pasos son necesarios:

a. Grafique presión vs. profundidad y obtenga la presión de formación en la posible zona de flujo (presión de poros).

b. Grafique estas presiones y profundidad a un lado de un diagrama del pozo.

c. Dibuje una línea mostrando la hidrostática del fluido de perforación hasta el tope del cemento.

d. Dibuje la línea hidrostática del tope del cemento al fondo del pozo. Estas líneas muestran la llamada curva hidrostática normal.

e. Dibuje una línea con el gradiente del agua de mezcla de la lechada del tope al fondo del cemento.

f. Verificar si la anterior línea cruza la de presión de poros. Si esto es así, significa que la formación va a permitir flujo antes que el cemento esté completamente fraguado.

g. Grafique una línea de la presión de fractura para estar seguros que la presión anular del lodo y el cemento es menor.

Cuando el cemento está en período de fraguado, la hidrostática efectiva estará limitada a la densidad del agua de mezcla. En este caso las zonas bajas podrían eventualmente fluir.

Una magnífica alternativa para solucionar el problema de intrusión de gas en el anular es el de diseñar cementaciones en dos etapas.

Un pequeño trabajo de cementación es diseñado para cubrir la zona más baja mientras la hidrostática del fluido previene el flujo durante el fraguado.

Como es usada una corta columna de cemento, el impacto de la hidrostática del agua de mezcla es pequeño y esto sumado al peso del fluido es suficiente para contener la presión de la formación más baja.

La segunda etapa podrá ser realizada en una manera similar.

6.4.4 PREPARACIÓN DEL POZO

A continuación se presentan las recomendaciones que deberán ser seguidas para preparar y adecuar el pozo antes de la cementación:

a. Es especialmente importante, en este tipo de trabajo, acondicionar el pozo antes de la cementación para evitar que haya pérdidas de circulación. La combinación de pérdidas de retorno y de flujos de gas en el anular son causales principales de reventones.

c. Se deben obtener medidas precisas de temperatura y presión necesarias para diseñar la lechada de cemento.

d. Se debe correr un registro calibrador de diámetro del hueco para determinar las medidas exactas del pozo para calcular el volumen del cemento y un efectivo desplazamiento mecánico para estar seguros de obtener una buena remoción del fluido de perforación.

Las siguientes recomendaciones deberán ser tenidas en cuenta al desarrollar el plan de trabajo en un pozo potencialmente con problemas de intrusión de gas:

- La centralización de la tubería es un factor especialmente importante.

- Debe haber una amplia discusión del diseño de la mezcla, una buena preparación del pozo y del procedimiento del trabajo antes de la cementación, asegurándose que el operador y la compañía de servicios estén de acuerdo con el programa.

- Mantener un registro de los niveles de los tanques durante la operación para detectar posibles pérdidas o ganancias.

- Usar el densitómetro para chequear la densidad de la mezcla.

- Analizar el trabajo después de la completación para poder analizar y tomar posibles medidas correctivas.

6.4.5 RECOMENDACIONES

Resumiendo, las siguientes modificaciones a las prácticas generales de cementación, han probado ser útiles en cementación a través de las zonas de gas, con el propósito de controlar el flujo al anular:

a. Usar una columna corta de cemento y desarrollar etapas múltiples.

b. Dar un largo tiempo de fraguado a la primera lechada para que esta mantenga en su totalidad la presión hidrostática sobre la segunda lechada.

c. Aplicar presión al anular en la superficie inmediatamente después de la cementación.

d. Incrementar la densidad del fluido de perforación en el anular antes de cementar.

e. Incrementar la densidad de la lechada a los máximos niveles permitidos.

f. Use lechadas con baja proporción de agua de mezcla y baja pérdida de fluidos.

BIBLIOGRAFIA

1. NELSON, Erik. Well Cementing, Dowell Schlumberger, Saint-Etienne, France, March 1990.