Ensayos en laboratorio de cementación sobre la resistencia de adherencia y flujo de gas considerando los efectos térmicos y uso de aditivos

Abstract

La integridad de un trabajo de cementación se mide generalmente por la capacidad del cemento de proveer aislamiento zonal durante la completación y la vida del pozo. Históricamente la hidráulica y los esfuerzos de corte de la adherencia han sido considerados los equivalentes en laboratorio a lo que vendrían a ser los registros de adherencia del cemento, y son buenos indicadores de la capacidad del cemento para aislar diferenciales de presión. Sin embargo, estudios de resistencia de adherencia anteriores, por lo general no tomaron en cuenta el efecto de los choques térmicos (fluctuaciones grandes de temperatura de fondo). Choques térmicos de más o menos 100°F son muy comunes durante los tratamientos de estimulación, procedimientos de retrabajos, o también de producción, particularmente en zonas frías y aguas profundas. Un estudio de resistencia de adherencia de cemento-forros evaluó los beneficios relativos de varios diseños de cemento y agregados de mezcla (aditivos) para "Mejoras de adherencia” y los efectos de reducciones súbitas en las temperaturas de fondo de pozo. Un aparato para fraguado de cemento y que permite pruebas de esfuerzo compresivo a elevadas presiones y temperaturas de fondo de pozo ayudó en el estudio de lechadas de cemento para cementaciones primarias como también para cementaciones forzadas con o sin cambio de temperatura. Una buena cementación aisla cada formación de adyacentes, confinando las presiones y los fluidos de formación en sus respectivas zonas. Dos de los principales factores que afectan el éxito o fracaso de una cementación primaria, son el diseño de la lechada y el comportamiento de la lechada dentro del pozo. Una lechada de cemento correctamente diseñada para cementar pozos donde puede haber intrusión de gas tiene agua libre nula, bajo filtrado y un tiempo de espesamiento adecuado, buena resistencia inicial, tiene además que tener también buena capacidad para evitar la intrusión de gas durante el crítico período entre el estado de fluido y el estado sólido. Se ha desarrollado una celda para ensayos en laboratorio que modela el anillo de cemento entre una arena gasífera y una zona permeable de baja presión. Esta celda nos permitirá evaluar el filtrado, el tiempo de transición y la impermeabilidad a la intrusión de gas que afecta la lechada a temperatura de fondo de pozo. En el presente trabajo, se describe la celda, el procedimiento de ensayo y resultado de evaluación de sistemas convencionales de cementación, y además novedosos sistemas de aditivos que han sido diseñados específicamente para evitar el flujo de gas. Para obtener el éxito esperado en una cementación primaria, la mezcla diseñada en laboratorio se debe preparar respectivo hacia el pozo. Hay estudios que han evaluado la efectividad del equipo de mezcla. Se presenta información de los efectos de las variaciones del cemento, técnicas de mezcla de cemento en seco, muestras en la locación y procedimientos de transporte y mezclado. Se ha desarrollado un procedimiento para verificar "in-situ" la uniformidad de cada mezcla de cemento, y los resultados de este estudio demuestran que es posible tener en el pozo una mezcla de cemento según las especificaciones de diseño de laboratorio. También se presenta una serie de aditivos que en la actualidad se están usando en la industria petrolera mundial para los diferentes tipos de lechadas para trabajos de cementación que se evalúan previamente en laboratorio.