¿Qué es la cementación de pozos petrolíferos?
La cementación de pozos petrolíferos es un proceso que consiste en insertar una tubería de revestimiento en un pozo e inyectar cemento en el espacio anular entre las tuberías. Como parte importante de la industria de la perforación petrolífera, suele haber al menos dos operaciones de cementación en pozos de producción y hasta cinco en pozos de exploración. La cementación de pozos petrolíferos tiene cinco finalidades principales.
- Estabilización de la integridad del pozo - Para aislar formaciones inestables o fracturadas, reforzar secciones perforadas y garantizar un avance suave de la perforación.
- Apoyo a la instalación de cabezales de pozo - Proporcionar una base para los sistemas de prevención de reventones y mantener un flujo de retorno de lodo adecuado elevando la salida del fluido de perforación por encima del pozo de lodo.
- Aislamiento zonal - Para evitar el flujo cruzado entre las capas de petróleo, gas y agua con presiones variables, garantizando unas condiciones óptimas de producción de hidrocarburos.
- Protección de los recursos de agua dulce - Proteger los acuíferos de agua dulce poco profundos de la contaminación por petróleo, gas, salmueras u otros fluidos de formación más profundos.
- Aumentar el potencial de producción - Establecer una estructura de pozo segura para futuros tratamientos de estimulación, como la acidificación y la fracturación hidráulica, para aumentar la producción.
Aplicación de la tecnología de cementación en Rusia
- En los últimos años, los daños en las tuberías de revestimiento de los yacimientos petrolíferos rusos se han disparado de 17% a 38%lo que supone una pérdida de producción anual de aproximadamente 7,6-16,6 millones de toneladas de petróleo. En 2015, Rosneft reportado alrededor de 1.900 pozos dañadoslo que supone una pérdida acumulada de 9,01 millones de toneladasmientras que Tatneft documentado casi 800 pozos afectadosreduciendo la producción en 1,09 millones de toneladas. En ocho grandes compañías petrolíferas, los índices de fallo de las tuberías de revestimiento oscilaron entre los 1.000 y los 1.000 millones de euros. 1,78% a 4,13%.
- Una contramedida clave es cementación mejorada de pozoscomo se demuestra en el Campo de Romashkinoque opera a través de 40.000 pozos de producción, 70% de los cuales tienen más de 30 años. Los daños más comunes son corrosión y perforacióncon índices medios de corrosión externa de 0,8-1,2 mm/año y corrosión interna en 0,9-1,5 mm/año.
¿Cómo mejorar la eficacia de la cementación de pozos petrolíferos?
- Técnicas avanzadas de colocación del cemento
- Emplear centralizadores y movimiento de tuberías (rotación/reciprocación) para eliminar los canales de lodo y mejorar la cobertura uniforme del cemento.
- Utilizar simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para predecir y optimizar la eficacia del desplazamiento del cemento.
- Métodos robustos de aislamiento zonal
- Implantar cementación multietapa para zonas de alta presión o agotadas.
- Aplique parches de revestimiento expansibles o sistemas de resina en los intervalos críticos.
- Seguimiento y evaluación en tiempo real
- Utilizar sensores acústicos y de presión para detectar microanomalías o puntos débiles.
- Realizar imágenes ultrasónicas (registros CBL/VDL) tras la cementación para evaluar la calidad.
- Medidas anticorrosión y resistencia química
- Integrar aditivos captadores de H₂S o revestimiento epoxi en entornos agrios.
- Aplicar revestimientos a base de zinc o aluminio para mitigar la degradación electroquímica.
- Diseño preciso de lodos y optimización de materiales
- Utilice fórmulas de cemento personalizadas con aditivos de calidad para mejorar la reología, la resistencia y el tiempo de fraguado.
- Mejorar el control de la pérdida de fluido para evitar la migración de gas y garantizar una adherencia adecuada.
¿Qué aditivos pueden utilizarse en la cementación de pozos petrolíferos?
1. Dispersante y reductor de fricción
Cuando las partículas de arcilla y los recortes de perforación alcanzan concentraciones críticas en los fluidos de perforación, forman una estructura de red tridimensional. Este fenómeno se agrava especialmente en las formaciones de yeso salino, en las que los electrolitos disueltos (especialmente los cationes polivalentes) en el agua de formación intensifican el desarrollo estructural, dificultando significativamente la movilidad de los fluidos. Los dispersantes actúan desmantelando estas matrices de red, liberando el agua ligada para reducir la viscosidad y el límite elástico.
Nuestra solución: Superplastificante de policarboxilato
Nuestra Superplastificante de policarboxilato NOVASTAR es un reductor de agua y dispersante de alto rendimiento utilizado para optimizar las propiedades del mortero de cemento. Como uno de los dispersantes poliméricos sintéticos, ofrece una eficacia superior en los siguientes aspectos:
- Dispersión de partículas de cemento
- Reduce la consistencia de los purines en 35-50% en comparación con los sistemas no tratados
- Mejora los parámetros reológicos: reduce la viscosidad plástica en 40-60% manteniendo un límite elástico óptimo. - Adaptabilidad a la temperatura
- Espectro de rendimiento efectivo: de 30°C a 180°C (de 86°F a 356°F)
- Mantiene la estabilidad de la dispersión en condiciones de ciclos térmicos - Tolerancia a la sal
- Demuestra un rendimiento constante en entornos de NaCl 5-10%
- Compatible con diversas fuentes de agua sin requisitos de pureza - Perfil de compatibilidad
- Sinérgico con todos los aditivos para cemento de la clase API
- Sin interacciones adversas con controladores de pérdida de fluidos/retardadores/antiespumantes.
2. Aditivo para el control de la pérdida de fluido de cemento
Los aditivos de pérdida de fluido (FLA) son fundamentales para minimizar la pérdida de filtrado en las lechadas de cemento, ya que cumplen tres funciones principales:
- La prevención de la deshidratación prematura en formaciones permeables es especialmente crítica durante las operaciones de cementación de revestimientos.
- Proteger las formaciones sensibles al agua de los daños causados por la invasión de fluidos.
- Mejora de la eficacia de la cementación por compresión manteniendo la integridad de la lechada bajo diferenciales de alta presión.
Nuestro emblemático aditivo multifuncional para la pérdida de fluidos: HPMC
LANDERCOLL HPMC es un éter de celulosa modificado ampliamente utilizado como agente reductor de agua. Como polímero soluble en agua, ayuda a estabilizar el lodo de perforación reduciendo la pérdida de fluido en formaciones permeables al tiempo que mantiene las propiedades reológicas. LANDU suministra diversos tipos de HPMC para aplicaciones de cementación, entre las que se incluyen:
- HPMC para sistemas de baja densidad
- Específicamente formulado para formaciones frágiles y zonas de circulación perdida.
- Mantiene un excelente control de la pérdida de fluido (<50mL/30min) a densidades tan bajas como 1,20 SG. - HPMC para aplicaciones de alta densidad
- Optimizado para pozos HPHT y entornos de aguas profundas.
- Ofrece una pérdida de fluido <30mL/30min en densidades de lechada de hasta 2,60 SG. - HPMC Para Lodos de Densidad Convencional
- Solución universal para la mayoría de las operaciones de cementación estándar.
- Proporciona un control fiable de la pérdida de fluido API <50mL/30min. - HPMC para aplicaciones de mezcla de agua de mar
- Formulación resistente a la corrosión para operaciones en alta mar.
- Mantiene un rendimiento estable en entornos de alta salinidad.
Un retardador del cemento ideal prolonga y mantiene eficazmente el estado líquido y la bombeabilidad de los lodos. Los mejores retardadores presentan las siguientes propiedades:
- Amplia adaptabilidad a la temperatura: Rendimiento constante en distintas condiciones de fondo de pozo.
- Tiempo de espesamiento proporcional a la dosis: Retraso predecible en función de la concentración.
- Compatibilidad: Interacción armoniosa con todo tipo de cementos y aditivos para pozos petrolíferos sin afectar negativamente:
- Acumulación de viscosidad
- Gelificación tixotrópica
- Desarrollo de la resistencia a la compresión
- Rendimiento controlable: Predicción fiable del tiempo de espesamiento y repetibilidad.
- Seguridad y respeto del medio ambiente: No tóxico, no inflamable, no contaminante y resistente a la contaminación.
Análisis comparativo de los retardadores habituales
- Ácido cítrico y citrato de sodio
- Función primaria: Retardante (efecto leve), con capacidad dispersante secundaria.
- Sensibilidad a la dosis:
- Dosis mínima eficaz: 0,5% BWOC (por debajo de este umbral, puede acelerar el ajuste).
- Intervalo de dosis óptimo: Retraso estable más allá de una concentración crítica, con sensibilidad mínima a pequeñas variaciones.
- Limitaciones:
- Efecto de dispersión más débil en comparación con los dispersantes especializados.
- El rendimiento varía significativamente en función de la clase de cemento.
- Ácido tartárico y tartrato sódico de potasio (sal de Rochelle)
- Características principales:
- Excepcional retardo a altas temperaturas (hasta 180°C+).
- Leve efecto dispersante (complementa la mejora reológica).
- No hay degradación de la resistencia en el cemento fraguado.
- Retos prácticos:
- Aumento del agua libre y de la pérdida de fluidos: requiere el uso de aditivos para la pérdida de fluidos (FLA).
- Su alta sensibilidad a la contaminación alcalina puede dar lugar a un comportamiento de fraguado impredecible, lo que la hace menos favorecida en las operaciones sobre el terreno.
Nuestras recomendaciones: Retardador a base de aminoácidos
- A base de aminoácidos Retardador es un aditivo químico especializado que se utiliza para retrasar el fraguado de lechadas de cemento ralentizando las reacciones de hidratación del cemento Portland. Estos retardadores son especialmente valiosos en pozos profundos de alta temperatura (HT/HPHT), donde los retardadores estándar (por ejemplo, lignosulfonatos o ácidos orgánicos) pueden degradarse o volverse ineficaces.
Mecanismo de retraso
- Quelación y adsorción:
- Los grupos amino (-NH₂, -NH-) forman complejos con Iones Ca²⁺ en el cemento, inhibiendo la formación de C-S-H (silicato cálcico hidrato) gelque es fundamental para el endurecimiento del cemento.
- Se adsorbe a las superficies de las partículas de cemento, creando una barrera que retrasa la penetración del agua y la hidratación.
- Acción sensible al pH:
- Más eficaz en condiciones alcalinas (típico de los lodos de cemento, pH ~12-13).
Ventajas sobre los retardadores convencionales
| PROPIEDAD | RETARDADOR A BASE DE AMINOÁCIDOS | LIGNOSULFONATOS | ÁCIDOS ORGÁNICOS (POR EJEMPLO, CÍTRICO/GLUCÓNICO) |
|---|---|---|---|
| ESTABILIDAD A ALTAS TEMPERATURAS | HASTA 250+°C | SE DEGRADA >120°C | SE DEGRADA >150°C |
| EFICACIA DOSIFICADORA | BAJO (0,1-0,5% BWOC) | ALTO (0,5-2% BWOC) | MODERADO (0,3-1% BWOC) |
| TOLERANCIA A LA SAL | EXCELENTE | POBRE | MODERADO |
| COMPATIBILIDAD DE LODOS | FUNCIONA CON LA MAYORÍA DE LOS ADITIVOS | PUEDE INTERFERIR CON LOS DISPERSANTES | SENSIBLE A LOS CAMBIOS DE pH |
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