SEMINARIO DE CEMENTACION SEMINARIO DE CEMENTACION

MIGRACION DE MIGRACION DE GAS GAS

Contenido

Introducción.

Migración de gas.

Comunicación entre zonas.

Consecuencias de la migración de gas.

Medios posibles de comunicación.

Condiciones de pozo antes de cementar.

Propiedades de la lechada.

Proceso de hidratación.

Desarrollo del encogimiento.

Soluciones para evitar la migración de gas.

Conclusiones.

Introducción

La migración de fluidos de la formación es uno de los peores problemas que se pueden presentar en un pozo.

Puede ocurrir durante:

La perforación. La completación. La producción.

La migración del gas es la mas peligrosa y la mas común por esta razón en este capitulo nos enfocaremos en su estudio.

Las causas que generan la migración y los mecanismos de prevención son básicamente los mismos independientemente del fluido de la formación.

Migración de gas

““Es un problema potencial en todos los Es un problema potencial en todos los pozos gasíferos”.pozos gasíferos”.

Su severidad varía desde:

Muy peligroso. Descontrol del pozo durante la perforación.

Comunicación entre zonas en el subsuelo.

Poco peligroso. Presión residual de pocos psi.,en el cabezal del pozo.

Consecuencias de la Migración de Gas

• Pobre aislamiento de zonas– Pérdida de producción.– Falla en tratamientos de estimulación.– Contaminación de formaciones cercanas.– Zonas someras presurizadas.

• Daño ambiental– Acuíferos.– Superficie.

• Arremetida de pozo o “ Blow out”.– Pérdida de producción– Peligro al personal– Equipos dañados o perdidos

“PREVENIR ES MEJOR QUE REPARAR”

Dejar la migración durante la perforación Dejar la migración durante la perforación porque es un problema de perforación que porque es un problema de perforación que

esta fuera de los objetivos del cursoesta fuera de los objetivos del curso

““Migración después de la Migración después de la cementación primaria”cementación primaria”

Temas a tratar sobre la Migración de Gas

• Medios por donde puede migrar el gas.

• Relación de la presión hidrostática y la hidratación del cemento.

• Soluciones:• Tecnologías.• Lechadas.

• Soluciones mecánicas (ECP, empacaduras).

Condiciones previas del pozo antes de cementar

Propiedades de la lechadas

Proceso de hidratación durante la etapa crítica de gelificación

Medios por donde puede migrar el gas

Básicamente:

• Canales en el anular.

• A través de la matriz del cemento.

Presión hidrostática vs hidratación del cemento

Si se reduce:Si se reduce: El periodo de transición. La porosidad. La permeabilidad.

Se reduce el riesgo de invasión

de fluido.

Soluciones para controlar la migración de gas

Problema complejo que involucra muchas variablesProblema complejo que involucra muchas variables

Condiciones del hoyo.

Remoción del lodo.

Control de densidad de los fluidos.

Control de la pérdida de filtrado.

Control del agua libre.

Control de la reología del cemento.

Hidratación del cemento.

Adherencia del cemento.

No existen modelos matemáticos que puedan modelar la migración de gas

debido principalmente a que la lechada cambia con el tiempo.

Remoción del lodo

Las investigaciones iniciales determinaron que las causas principales de la migración de gas son: la remoción deficiente del lodo y condiciones no aptas para la apropiada adherencia del cemento.

Acondicionamiento del Lodo.

Centralización del Revestidor.

Movimientos del Revestidor, preferiblemente de rotación durante el

acondicionamiento del lodo y durante la cementación.

Elección de preflujos y espaciadores adecuados, en términos de:

compatibilidad con el lodo y el cemento; la densidad; reología;

control de perdida de filtrado y mojabilidad.

Elección de volúmenes de fluidos adecuados (tiempo de contacto).

Determinación de las velocidades de flujo según las condiciones del

fondo del pozo, con preferencia por altas velocidades y flujo

turbulento.

Las técnicas de remoción según “Carter” (1975) son:

Control de densidad

Mantener la presión entre la presión poral y la de fractura.

No utilizar lavadores de bajo peso en pozos de alta presión.

Homogeneizar la lechada en superficie.

Incrementar la densidad de la lechada sin fracturar la formación.

El control de la migración gas durante y poco después de la El control de la migración gas durante y poco después de la cementación es similar al control del pozo durante la cementación es similar al control del pozo durante la perforación.perforación.

Control de la pérdida de filtrado.

“Carter y Stagle”(1970) determinaron que la pérdida de fluido de la lechada era la segunda causa mas importante que contribuye a la migración de gas.

Pérdida de filtrado dinámica (Etapa liquida):Aumento de reología.Cambio en otras propiedades de la lechada.Formación de nodos en el anular.

Pérdida de filtrado estática (Etapa de transición):Acelera la disminución de presión poral. Incremento del volumen poral.Incremento de la permeabilidad.Incremento del encogimiento externo.

“Cristians” (1975) Determinó que el filtrado < menor de 50 mL/30 min., evitaba la creación de nodos, reducía la permeabilidad del cemento y la migración de gas.

Desarrollo de agua libre.

Modelo de “Webster”(1979)

Pruebas con cilindro vertical no determinaron influencia del agua libre en la migración de gas

Ensayos inclinados si fueron determinantes

Se recomienda Agua libre =0 en pozos de gas

API estableció la norma para realizar pruebas inclinadas de agua libre

Reducción de la hidrostática por gelificación

Invasión de gas

Los cementos tixotrópicos y/o gelificados desarrollan en reposo una estructura pseudo rígida de falso fraguado que reduce la presión hidrostática.

En algunos casos esta reducción puede resultar en un des balance de presión en una arena presurizada, dando inicio a dando inicio a la migración de gasla migración de gas.

““No confundir gelificación No confundir gelificación por hidratación”.por hidratación”.

““No utilizar lechadas tixotrópicas en pozos No utilizar lechadas tixotrópicas en pozos gasíferos”.gasíferos”.

En muchos casos donde se controlan bien los parámetros enunciados:

Acondicionamiento del hoyo.

Control de densidad.

Baja pérdida de filtrado.

Control de agua libre.

Control de reología.

“Todavía puede ocurrir migración de gas”.

Investigaciones posteriores determinaron la importancia del comportamiento físico – químico del cemento. Especificamente lo relacionado con la reducción de la presión hidrostática; la reducción de la presión de poros del cemento y falta de adherencia.

Persistencia del problema de migración

Reducción de la presión hidrostática.

“Levine” (1979). Equipo que mide la transmisión de la presión hidrostática de las lechadas de cemento (Levine1979).

Soluciones técnicas de campo

Método gráfico de “Levine”

Asume que:

El gradiente del cemento se reducirá hasta el gradiente del agua de mezcla durante la fase inicial de la etapa de transición.

“La continuación de la reducción del gradiente del cemento no afecta la migración”.

“Con este método se alcanzó cierto nivel de mejoría específicamente en pozos de baja presión”.

Reducción de la presión poral del cemento.

1978, “Tinsley” introdujo el concepto de “estado de transición”, un periodo intermedio durante el cual el cemento no se comporta ni como fluido ni como sólido, y la lechada pierde su capacidad de transmitir la presión hidrostática.

1982, “Sabin”, relacionó la reducción de la presión de poros del cemento con el desarrollo de la Fuerza de gel. El incremento del volumen poral y la permeabilidad durante el estado transitorio con la perdida de fluido y reducción del volumen por hidratación.

PSSIVRHVR

HVRFLVRTVR

DpDh

xSGSxLPhPt

300

Ph = Presión hidrostática inicial (Psi).

Pt = Presión hidrostática frente a la arena presurizada (Psi).

SGS = Esfuerzo de gel estático (lbf /100ft²).

L = Longitud de la columna (Ft).

Dh-Dp = Diferencia de diámetro entre el hoyo y tubería (in).

FLVR = Reducción volumétrica por efecto de la pérdida de filtrado.

HVR = Reducción volumétrica por efecto de la hidratación.

IVR = Reducción de volumen interno.

PSS = Encogimiento Plástico ó Reducción de volumen externo.

El flujo a través de la permeabilidad del cemento durante la transición estaba limitado por el desarrollo de esfuerzo de gel.

Si durante el periodo de transición permeable se producen grandes cambios de volumen poral, entonces el gas puede fluir a través de la columna de cemento.

Formulas de Sabins.

1989, “Beirute” propuso un mecanismo para estudiar la invasión de gas microscópica, basado en que el gas inicialmente invade los poros del cemento y luego a través de la permeabilidad filtra el resto de la matriz del cemento (“Down Scale method”)

“Parceveux” y otros investigadores profundizaron los análisis de invasión microscópica, concluyendo que esta ocurre por inestabilidad de la permeabilidad y presencia de una porosidad libre que comienza a aparecer después del fraguado inicial. Siendo esta la causa de migraciones que aparecen mucho después de cementado el pozo.

Hay que compensar la reducción de Hay que compensar la reducción de permeabilidad interna!permeabilidad interna!

Efecto de la permeabilidad

La mayoría de los pozos sufren de micro anillos.

Se manifiesta como presión en el anular.

Cuando se libera presión vuelve a incrementar.

Se manifiesta después de días o meses de la cementación.

0.001” de cambio en diámetro es suficiente para que migre gas.

Independiente del cemento, el gas puede migrar por las interfases debido a:

Micro anillos.

Débil Adherencia.

Fallas en la adherencia

Estas fallas pueden ocurrir durante la cementación Estas fallas pueden ocurrir durante la cementación o durante cualquier etapa de la vida del pozo.o durante cualquier etapa de la vida del pozo.

La causa principal para formación de micro anillos es:

Reducción de presión interna por cambio de fluidos!.

Características:

Fallas en la adherencia

Las causas que originan una débil adherencia son de diferente índole, entre las mas importante están:

Falta de rugosidad en las superficies de contacto (formación y revestidor).

Tensión generada por el encogimiento volumétrico.

Películas de lodo o canales en las interfases.

Canales de agua libre o capas de agua en pozos desviados.

Excesivos esfuerzos térmicos abajo en el pozo (inyección de vapor o de fluidos de enfriamiento; hidratación del cemento).

Excesivos esfuerzos hidráulicos abajo en el pozo (Bombeos, forzamientos fracturas).

Excesivos esfuerzos mecánicos abajo en el pozo (Continuación de la Perforación) .

Adherencia con la tubería “Carter (1962)”.

Pruebas de adherencia

Adherencia con la formación “Carter

(1962)”.

Adherencia con la tubería “Bearden (1961)”.

Pruebas de adherencia

De las pruebas iniciales se obtuvo que:Existe una relación positiva entre la resistencia al corte y la fuerza de tensión del cemento. Esta relación depende de la composición del cemento; la temperatura; presión y tiempo de curado.

La fuerza de adherencia entre el cemento y el revestidor se reduce significativamente si el revestidor es impregnado con lodo.

La fuerza de adherencia esta relacionada con la naturaleza física de la superficie de la tubería.

De pruebas posteriores se obtuvo que: Menor contracción química mayor ductilidad del cemento y mejor

adherencia. La adherencia no depende de la fuerza de comprensión del cemento.

Soluciones con lechadas

Parecido a los cementos compresibles

Surfactantes de baja tensión superficial

Mantener presurizada los poros de la matriz

Cementos con Surfactantes

1.-La expansión de los cristales compensa parcialmente el incremento del volumen poral.

2.- Ídem Cementos compresibles

1.-Óxidos metálicos

2.-Generadores de gas “In Situ”

Contrarrestar el encogimiento de hidratación

Cementos Expansivos

El gas del cemento mantiene la presión hidrostática en confinamiento durante la hidratación evitando la entrada de fluidos de la formación.

Cemento espumado

Generadores de gas “In Situ”

Contrarrestar la presión de la formación con poros presurizados

Cementos compresibles

Reducen la permeabilidad en la matriz el cemento; la pérdida de filtrado; desarrollo rápido de esfuerzo de Gel

Nano partículas:

Micro sílica

“Carbon Black”

Látex

Bloquear los intersticios porales de la matriz del cemento

Tecnología de partículas

DescripciónAditivosObjetivoTécnica

Soluciones Físicas Empacaduras Inflables

Conclusiones

Existen diferentes factores que influyen en la migración del gas, por consiguiente no existe una solución única.

El control de la migración del gas durante y después de la cementación comienza con una perforación eficiente

Particularmente las lechadas deben contemplar:

Baja pérdida de filtrado.

Desarrollo rápido de esfuerzo de gel “Durante la etapa de hidratación”.

Baja porosidad.

Reducción de la permeabilidad en la matriz del cemento.

Importancia del ángulo recto ?????

Fin de la Operación!