Aditivos para cementación

ADITIVOS PARA CEMENTACION

Introducción SISTEMAS DE CEMENTO PORTLAND: Temperaturas:

Bajo cero a 700°F

Presiones:

Ambiente a 30000 psi

 

Formaciones Porosas



Fluidos Corrosivos



Formaciones Sobrepresurizadas



Invasiones de Gas



COMO CONTROLAR COMPORTAMIENTO DE ESTOS SISTEMAS?

ADITIVOS

Aditivos

•ACELERADORES •RETARDADORES •EXTENDEDORES •DENSIFICANTES •DISPERSANTES •REDUCTORES DE FILTRADO •MATERIALES PARA PERDIDA POR CIRCULACION •ADITIVOS ESPECIALES

Aditivos - Acel Aceler erad ador ores es Aceleradores: Son agregados a las lechadas de cemento para acortar el tiempo de bombeabilidad y acelerar el proceso de fragüe. Son sales inorgánicas, generalmente cloruros, silicatos, nitratos de diversos cationes. Actúan rompiendo un compuesto gelatinoso que se forma alrededor alrededor de las partículas de cemento cuando comienza el proceso de hidratación, permitiendo una rápida penetración del agua. Eficiencia Eficiencia de aceleraci aceleración ón según Edwards Edwards y Angstadt: Angstadt:

Ca+2 > Mg+2 > Li+ > Na+ Cl- > Br- > NO3- > SO4-2 Los mas usuales son: • CLORURO DE CALCIO • CLORURO DE SODIO

Aditivos - Aceleradores

C loruro de Calc C alc io Es el más eficiente y económico de todos los aceleradores, y puede utilizarse en todas las clases de cementos API. 



Normalmente usado en concentraciones que van de 1 a 4% BWOC.

Concentraciones excesivas aumentan la viscosidad de la lechada y se pierde el el control del tiempo de bombeabilidad. 

Efecto Efecto del d el Cloruro Cloruro d e C alcio alcio sobre so bre el Tiempo de Bombeabilidad 250

Tiempo de Bombeabilidad acelerado con Cloruro de Calcio en escamas

d a 200 e d d i l i ) 150 o b n p a i m m e b ( 100 e i T m 50 o B

0 0

1

2

3

4

Cloruro de C alcio alcio (% BWOC) 91 ° F

103 ° F

113 ° F

5


C lor uro de Sodi S odi o 

Es menos efectivo que el Cloruro de Calcio

Modifica el Tiempo de Bombeabilidad de diferente forma dependiendo de la concentración: 

Hasta 10% BWOW E n tr e 1 0 % y 1 5 % B W O W Por encima de 15% BWOW

actúa como acelerador e s e s e n c i a l m e n t e n e u tr a l causa retardo

Efecto del Cloruro Cloruro de Sodio sobre sob re el Tiempo Tiempo de Bombeabilidad 500

Tiempo de Bombeabilidad acelerado con Cloruro de Sodio en escamas

d a 400 e d d i l ) i 300 o b n p a i e m m b ( 200 e i m T o 100 B

0 0

5

10

15

20

25

Cloruro de Sodio (% BWOC) 140 °F

180 °F

30

35


C lor uro de Sodio S odio (Cont.) Ventajas: 

Favorece la Adherencia del cemento a formaciones lutíticas



Minimiza el daño en zonas sensibles al agua dulce



Produce ligera expansión.

Actúa como dispersante en las lechadas reduciendo reduciendo su viscosidad.



Desventajas: 

Puede causar algo de espuma durante su mezclado.



No debe emplearse en lechadas que contengan FT-4.

Tiene problemas de compatibilidad con la mayoría de los reductores de filtrado pero puede utilizarse con FC-22, FC-52L y SGS-500L. 

Aditivos - Reta Retard rdad ador ores es

Retardadores: Son agregados a las lechadas de cemento para prolongar el tiempo de bombeabilidad en condiciones de media y alta temperatura. Como consecuencia retardan el desarrollo de Resistencia a la Compresión. Actúan por mecanismos combinados de Adsorción, Precipitación Precipitación y Complejado de productos de reacción sobre los granos del cemento reduciendo la reacción de hidratación . Los mas usuales son:

LIGNOSULFONATOS



ACIDOS CARBOXILICOS



DERIVADOS DE CELULOSA



COMPUESTOS INORGANICOS



Aditivos - Retardadores

Lignosulfonatos Los más comúnmente comúnmente usados son lignosulfonatos lignosulfonatos de sodio y calcio no refinados. (SR-2 y SR-6) 

Son usados en concentraciones que van de 0.1% a 1.5% BWOC. Son efectivos en temperatura temperaturass hasta hasta 300°F (BHCT) 

Este rango rango puede ser extendido extendido hasta temperatu temperaturas ras de hasta 400°F 400°F con extendedores adecuados (SR-7) 



Tienen una acción dispersante. Efecto de los Lignosu lfonatos lfonatos sob re el Tiempo Tiempo d e Bombeabilidad 400

d a e d 300 d i l i ) o b n p a i 200 m m e b ( e i m 100 T o B

0 150

200

250

300

BHCT (°F) 0 3% S R 6

0 5% S R 6

0 75% SR 6


Ác idos Carbox C arbox í lic os Los más usuales usuales son sales de Acido Cítrico, Cítrico, Glucónico Glucónico y Glucoheptónic Glucoheptónico. o.

 

Pueden aplicarse hasta 400°F. Se utilizan de 0.1 a 0.5% 0. 5% BWOC.



Tienen una leve acción dispersante.

Actúan complejando el Ca++ y adsorbiéndose sobre los sitios activos de hidratación.



Ácido Cí trico trico

Ácido Glucónico

Ácido Glucoheptónico


D eri vado s de Celu C elu losa El mas comúnmente usado es CMHEC (Carboximetilhidroxietilcelulosa) SR-11 11 Ex-Dia Ex-Diacel celll LWL). (SRUsado en temperaturas hasta 200 °F, en concentraciones de 0.1 a 1% BWOC. Incrementa la viscosidad de la lechada y funciona también como Reductor de Filtrado. 

Efecto de los Derivados de Celulosa sobre el Tiempo de Bombeabilidad 400

d a e d d i l ) 300 i o b n p a i 200 m m e b ( e i m 100 T o B

0

140

160

180

200

BHCT (°F) 0 3% SR 11

0 5% SR 11

220


C om puest pues t os Inorgáni Ino rgánicc os Se utilizan utilizan también también otros compuestos compuestos inorgánic inorgánicos os como:

Ácidos y sus Sales: Bórico, Fosfórico, Crómico, etc.



Cloruro de Sodio: concentraciones > 20%



Óxidos: De Zinc y Plomo

 

como extendedor extendedor para lignosul lignosulfonato fonatos. s. Tetrab Tetrabora orato to de Sodio: Sodio: usado como

Base Fosfonatos: SR-6 L



Aditivos - Extendedores Los Extendedores son usados para :

Reducir la densidad de la lechada: Para reducir la presión hidrostática durante la cementación y evitar pérdidas de circulación. 

Incrementar el Rendimiento de la lechada: Los extendedores reducen la cantidad de cemento a usar para para llenar un volumen determinado de anular, logrando logrando así economizar. 

Los extendedores más usados son:

Extendedores de agua: Arcillas o agentes viscosificantes o materiales con alta superficie específica que permiten el agregado de agua sin generación de excesiva agua libre. 

Agregados de Baja Densidad: Se adicionan materiales de densidad menor que la del cemento (3.15 gr/cm3) . 

Extendedores Gaseosos: El agregado de Nitrógeno o aire permite lograr extremadamente bajas densidades, aunque su preparación y colocación es compleja. 

(Extended dedore oress de Agua Agua)) Aditivos – Aditivos – Extendedores (Exten

E x t endedores de d e Agua Mientras más agua se incorpore a la lechada, sin deteriorar sustancialmente las propiedades, menor densidad final tendrá. Reología Filtrado Bombeabilidad Agua Libre Resistencia a la compresión

(Extendedores de Agua) Aditivos – Aditivos – Extendedores Extendedores (Extendedores

B e n t o n i t a (8 5 % Sm e c t i t a ) La hidratación de las arcillas aumenta su volumen original produciendo altas viscosidades, resistencia de gel y capacidad de soportar sólidos en suspensión. 


B e n t o n i t a (Cont.) En la medida que se incrementa el porcentaje de bentonita la densidad de la lechada baja e incrementa el rendimiento, pero cae la resistencia y se incrementa la permeabilidad. 

200 ° F

100 ° F


B e n t o n i t a (Cont.) Ventajas Mezcla: En planta en seco o prehidratada Reología: Mantiene buenas propiedades aún a bajas densidades Agua salada: Puede usarse pero pierde eficiencia Eficiencia: Aumenta cuando se prehidrata previamente (4 a 1). Costo: reducido 

Desventajas Resistencia: Cae substancialmente con la densidad menos resistente Permeabilidad: Aumenta con la disminución de densidad, luego es menos a sulfatos y otros corrosivos de formación. Contaminantes: El K+ en el agua de mezcla inhibe la hidratación Requerimiento de agua: Por cada 1% de bentonita agregada es necesario adicionar 5.3% de agua (a partir de la R a/c). 


S ilic at o de Sodio S odio El silicato de sodio reacciona con el calcio del cemento para formar un gel de silicato de calcio que provee suficiente viscosidad para permitir que se usen grandes cantidades de agua de mezcla sin excesiva agua libre separada. 

Ventajas planta a - metasi metasilic licato ato (sol.) (sol.) o en en agua agua de mezcla mezcla - silica silicato to (liq. (liq.)) Mezcla: En plant Reología: Mantiene buenas propiedades aún a bajas densidades Agua salada: Puede usarse sin inconvenientes Cantidades: Se requiere poca cantidad, esto simplifica el almacenamiento y manipu manipuleo leo (uso (uso off shore) shore).. Costo: Reducido 

Desventajas Acelera: Acorta la bombeabilidad. Acción química: Quita eficiencia a otros aditivos como red. de filtrado, retardadores, etc. 


Puzolanas Son materiales silíceos o siliceo-aluminosos con mínimas o nulas propiedades cementicias. 

Cuando son agregadas a la lechada en forma finamente dividida ( mayor superficie ), se combina con el (OH)2Ca que libera el cemento en su proceso de específica ), hidratación formando un componente cementicio. 



Las puzolanas pueden ser:

Naturales: Tierra de Diatomeas y cenizas volcánicas Artificiales: como ciertas cenizas voladoras


Puzolanas (Cont.) Ventajas Mezcla: En planta o las cementeras suelen entregar cemento puzolánico. Reología: Similar a las lechadas con bentonita. mayor que un extendedor extendedor tradiciona tradicionall por la actividad actividad de las Resistencia: Tiene mayor puzolanas. baja, sin excesiva excesiva agua tiene tiene menos de 0.001 0.001 mD, esto ayuda a Permeabilidad: muy baja, resistir sulfatos y otros agentes corrosivos 

Desventajas 

Costo: Suele ser muy elevado.


Puzolanas (Cont.) Tierras de Diatomeas 

Compuestas por esqueletos silíceos de diatomeas depositadas en lechos de aguas.

Para su uso como extendedor son pulverizadas hasta un tamaño de partícula similar al cemento y por lo tanto el material tiene una gran área superficial y alta demanda de agua. 

Ventajas Reología: Imparte Imparte a la lechada propiedade propiedadess similares similares a la bentonita; bentonita; pero no incrementa la viscosidad de la lechada en tan alto grado. Resistencia: Mayor resistencia a la compresión que las lechadas con bentonita 

Desventajas 

Costo: Elevado Costo


Puzolanas (Cont.) Fly Ash (Ceniza Voladora) Residuo de plantas de generación de energía eléctrica que queman carbón. Las cenizas son transportadas por los gases en forma de partículas fundidas y luego se se solidifican con formas redondeadas. 

Las cenizas tienen una superficie expuesta del orden del cemento, el principal componente de las cenizas es el sílice y la alúmina con algo de oxido de hierro, calcio, álcalis y magnesio, cuarzo, hematita y magnetita. 



De acuerdo a la composición, las propiedades de las cenizas varían (2.0 a 2.7 kg/Lt).


Puzolanas (Cont.) Fly Ash (Cont.) Ventajas Resistencia: Más rápido desarrollo de resistencia.



Desventajas Agua libre: Requiere adición de bentonita para controlarla. Reología: Debido al alto contenido de cal, la reología debe ser monitoreada cuidadosamente. Composición: variable, luego lo son sus propiedades. 


Puzolanas (Cont.) Microsí lice lice 

Es un subproducto de la producción de aleaciones de silicio.

Tamaño de partícula: 0.1 a 0.2 micrones (cerca de 50 a 100 veces más fina que la partícula de cemento o las cenizas puzolánicas). 

Área Superficial: 15.000 a 25.000 m2/kg).

 

Concentración normal de uso: 15%


Puzolanas (Cont.) Microsí lice lice (Cont.) Ventajas Filtrado: Ayuda en el control de filtrado de la lechada. Migración de gas: Se ubica en la matriz de cemento colaborando en el control de migración de gas. Superficie expuesta: extremadamente alta, lo que lleva a alto requerimiento de agua. Logrando sin agua libre una aceptable resistencia aún para bajas densidades. t ermales). Temperatura: Es recomendado para altos gradientes térmicos (pozos termales). 

Desventajas 

Costo: Elevado comparativamente con otros extendedores


Microcemento Su composición es similar al cemento normal pero su granulometría es 10 veces más fina. 

Por lo tanto el área superficial es extremadamente alta (6500 a 9000 m2/Kg) lo que incrementa el requerimiento de agua. 

Pueden obtenerse lechadas con densidades de 12.5 a 11 ppg con 100 a 180 % de agua. 



Se logra un rápido desarrollo de la resistencia a la compresión.


M i c r o c e m e n t o (Cont.) Ventajas Cementación a presión de microanillos: El tamaño de partículas permite sellar microanillos. 

Superficie expuesta: extremadamente alta, lo que lleva a alto requerimiento de agua. Logrando sin agua libre una aceptable resistencia aún para bajas densidades. 



Rápido desarrollo de resistencia

Desventajas 

Costo: Elevado comparativamente con otros extendedores

(Mater eria iale less de baja baja dens densid idad ad)) Aditivos – Aditivos – Extendedores Extendedores (Mat

P erlit a Ex E x pandida Es un vidrio vidrio volcánico partido, partido, que se expande al calentarse. calentarse. La perlita expandida asi producida tiene una densidad bulk de 0.124 Kg/l lo cual permite formular lechadas con densidades tan bajas como 12.0 Lb/gal (1.44 gr/Cm3). 

Una pequeña cantidad de bentonita (2 a 4% BWOC) debe ser adicionada para prevenir la segregación de partículas de la lechada. 

La perlita expandida contiene: poros abiertos, cerrados y matriz. Bajo la presión hidrostática los poros abiertos llenos de agua y algunos de los poros cerrados se rompen y como resultado la perlita incrementa su densidad y por ende la mezcla que la contiene. 

Por lo tanto, para preparar una lechada con una densidad determinada en fondo de pozo, es necesario mezclar la lechada a una densidad menor en superficie. 


P erlit a Ex E x pandida (Cont.) Ventajas Mezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones. Temperatura: Es recomendado para cementar pozos termales o inyección de vapor, es un buen aislante térmico. 

Desventajas expandida es de 2.4 Kg/Lt Baja resistencia: A 3000 psi la densidad de la perlita expandida




G ilsoni t a (R ( R afaelit a) Se obtiene obtiene en depósitos depósitos naturales naturales de asfaltita asfaltita mineral. mineral.



Es un sólido negro y angular, con un amplio rango de tamaño de partículas (hasta 0.6 cm) y por esto es utilizado también como material para pérdida de circulación. 

Es inerte en las lechadas de cemento y se mezcla con el cemento produciendo un aumento de volumen de lechada y una disminución del peso. 

Tiene una densidad densidad de 1.07 Kg/lts y pueden obtenerse obtenerse lechadas de de hasta 12 ppg (1.44 Kg/lt) 

Posee un requerimiento de agua de 2 gal/ft3



Su punto de de fusión es es de 385 °F (196 °C) °C) pero puede puede ocurrir ocurrir ablanda ablandamiento miento a 240 240 °F (116 °C), por lo tanto no se recomienda recomienda su uso en pozos con BHST mayores a 300 °F (149 °C). 


Gilsonita (Cont.) Ventajas Mezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones.

 

Costo: Razonablemente económico

Desventajas Baja resistencia: No soporta elevadas presiones, luego la densidad final de la lechada es superior a la programada. 

Temperatura: Hasta 300°F



Otros aditivos: Requiere de la adición de bentonita para mantenerla en mezcla.




Microesferas Son pequeñas burbujas llenas de gas, con gravedades específicas que varían entre 0.4 y 0.8. 

Esto permite preparar lechadas de alta resistencia, baja permeabilidad y densidades tan bajas como 8.05 lb/gal (1.02 Kg/l) 

Se utilizan en pozos con bajos gradientes de fractura, y en muchos casos su uso ha eliminado la necesidad de cementación en etapas. 

Existen dos tipos:





Microe Microesfe sferas ras cerámi cerámicas cas (Esfelite )



Microe Microesfe sferas ras de Vidrio Vidrio (UL-4000 )


Microesferas (Cont.) Esfelite (Microesferas cerámicas) Esferas huecas fabricadas de óxidos de sílice y aluminio. El gas interior es una mezcla de CO2 y N2. 

Tienen una gravedad específica de 0.7 a 0.8 y una densidad densidad bulk de 25 #/ft3.

 

El tamaño promedio de partícula es de 125 µm.

Son susceptibles a la ruptura y colapso cuando son expuestas a altas presiones hidrstática hidrstáticass y como resultado resultado la densidad de la lechada se incrementa. incrementa. 



No se recomienda su uso cuando la presión de fondo excede las 4500 psi.


Microesferas (Cont.) Esfelite (Cont.)

Resistencia Re sistencia del Esfelite Esfelite 7000 6000 ) i s 5000 p ( 4000 n ó i 3000 s e r 2000 P 1000 0 0

10

20

30

% de M icroesferas Rotas Rotas Resistencia Res istencia del Esfelite Esfelite

40


Microesferas (Cont.) Esfelite (Cont.) Efecto de la presión presión so bre la densidad de lechadas con Esfeli Es felite te

14,5 14,0 ) l 13,5 e a d g / 13,0 d b l 12,5 a ( d i a 12,0 s d 11,5 n a e h 11,0 D c e l 10,5 10,0 9,5

0

500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Presion Pre sion (psi) (psi) 9#/gal

10,5#/gal

12#/gal


Microesferas (Cont.) Esfelite (Cont.) Efecto del Esfelite Esfelite sobre la dens idad de lechad as 150,0 s ) a r C 100,0 e f O s W e B o r c i % ( 50,0 M

0,0 7,5

8,5

9 ,5

10,5

11 ,5

12,5

Densida De nsidad d de Lechada (lb/gal) (lb/gal) Densidad de lechada

13,5

1 4, 5


Microesferas (Cont.) Esfelite (Cont.) Ventajas Mezcla: Se realiza en seco, se complica a altas concentraciones.



Temperatura: Soporta altas temperaturas, apta para pozos termales.



Resistencia: Elevada aún a bajas densidad de lechadas.

 

Permeabilidad de lechada: Baja.

Desventajas 

Elevado comparado comparado en otros alivianantes alivianantes naturales. naturales. Costo: Elevado


Microesferas (Cont.) UL-4000 (Microesferas de vidrio) Son fabricadas con vidrio tipo pirex (borosilicato), tienen forma esférica y color blanco transparente. 



Otorga fluidez y lubricidad a la lechada, disminuyendo la viscosidad de la misma.

El tamaño de partícula es similar al cemento. La distribución del tamaño puede variar de 20 a 200 micrones, con espesor de paredes de 0.5 a 2 micrones. 

Son más livianas que las microesferas cerámicas, tienen una gravedad específica de 0,38 a 0,6. 

Espesor Espesor de pared pared de 0.5 a 2 µm

Gravedad específica

0,38

Presión de colapso (psi)

4000

Distribución 10 % ( µm)

16


44


68


Microesferas (Cont.) UL-4000 (Cont.) Ventajas Mezcla: Se realiza en seco.



Resistencia: Elevada aún a bajas densidad de lechadas.

 

Permeabilidad de lechada: Baja



Nota: Es la mejor opción para rangos de densidad por debajo de 10 ppg.

Desventajas Mezcla: por la baja densidad requiere consideraciones especiales, transporte neumático, etc. 



Costo: El más elevado, se deben evaluar aspectos de resistencia y rendimiento.

Aditivos – Aditivos – Extendedores Extendedores (Extendedores Gaseosos)

Nit rógeno (C ( C em ent o Espum E spum ado) Sistema compuesto por cemento, agua, aditivos, estabilizador de espuma (surfactante) y nitrógeno. 

Se pueden lograr lograr densidades que van desde 4 a 15 ppg, por lo que permite cubrir una amplia gama de posibilidades de cementación. 

Desarrolla relativamente alta resistencia a la compresión, baja permeabilidad y puede ser usado para levantar anillos de cemento sin superar el gradiente de fractura. 

Provee protección protección a formacíones formacíones sensibles al agua dulce, como arcillas, lutitas y sal.



Si se utiliza el gas en una lechada de corto tiempo de bombeabilidad, puede se útil para controlar grandes flujos de agua de formación, complicada por formaciones de bajo gradiente de fractura. 



Controla la percolación de gas de formación, ya que es un cemento compresible.

Provee protección térmica, ya que es un excelente aislante térmico. Puede ser usado a temperatu temperaturas ras desde desde 28 °F a 600 °F. 

Aditivos - Exte Extend nded edor ores es

Resumen TIPO DE EXTENDEDOR

RANGO DE DENSIDADES OBTENIBLES (lb/gal)

Bentonita

11.5 a 15

Silicatos de Sodio

COMENTARIOS

RANGO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION (Para una densidad De 12.5 lb/gal)

Colabora en el Control de Filtrado

300 a 1000 psi

11 a 14

Requieren bajos porcentajes de uso. Compatible con agua de mar.

600 a 800 psi

Cemento Espumado

4 a 15

Se obtienen muy bajas densidades. Resistencia a la Compresió Compresión medias Preparació Preparación compleja

600 a 1200 psi

Microesferas Cer ámicas

8.3 a 15

Muy buenos valores de Resistencia a la Compresión, resistencia térmica y propiedades

1000 a 2300 psi

Aditivos - Dens Densifific ican ante tess

Densificantes: Son utilizados para controlar formaciones sobrepresurizadas, con gas o formaciones plásticas deformables. Bajo estas condiciones pueden pueden necesitarse densidades de hasta 18 lbs/gal (2.16 g/cm3). Para ello se agregan materiales con altas gravedades específicas. 



Dichos materiales deben cumplir con ciertos criterios: La distribución de tamaño de partícula del material debe ser compatible con el cemento. (Partículas grandes tienden a decantar y partículas muy pequeñas incrementan la viscosidad). 



El requerimiento de agua debe ser bajo.

El material debe ser inerte con respecto a la hidratación del cemento y compatible con los aditivos de cemento. 



No deben reducir significativamente la resistencia del cemento



No deben afectar el tiempo de bombeabilidad

Aditivos - Dens Densifific ican ante tess Los densificantes mas comúnmente usados son:

MATERIAL

Gravedad Volumen Específica Absoluto (gal/lb)

Color

Requerimiento de agua Adicional (gal/lb)

Ilmenita

4.45

0.027

Negro

0.00

Hematita

5.02

0.024

Rojo

0.0023

Barita

4.33

0.028

Blanco

0.024


I l m e n i t a (FeTiO 3 ) 

Es un material negro granular con una gravedad específica de 4.45.

Tiene poco efecto sobre el tiempo de bombeabilidad y la resistencia a la compresión. 

Generalmente viene en granulometrías gruesas por lo tanto debe ajustarse la reología de la lechada para evitar decantación. 



Pueden obtenerse densidades de hasta 20 lb/gal (2.4 gr/cm3)


H e m a t i t a (Fe 2O3 ) 

Posee una gravedad específica de 5.02.

El material viene en gránulos cristalinos rojos, con una distribución de tamaño de partícula fina. Por lo tanto en altas concentraciones debe agregarse dispersante a la lechada para controlar la viscosidad. 



Pueden lograrse lechadas con densidades de hasta 22 lb/gal (2.64 gr/cm3)


B a r i t a (BaSO 4 ) Es un material blanco grisáceo en polvo, que es fácilmente disponible en la mayoría de las locaciones, aunque no es tan buen densificante como la ilmeni ilmenita ta o hemat hematita ita.. 

Su gravedad especifica es de 4.33 , pero requiere agregado de agua adicional con lo cual pierde eficiencia como densificante. 

Este agregado de agua también disminuye la resistencia a la compresión del cemento fraguado. 



No obstante pueden lograrse lechadas de hasta 19 lb/gal (2.28 gr/cm3)

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es Las lechadas de cemento cemento son suspensiones suspensiones concentradas de partículas sólidas en agua (hasta 70%). La reología de estas suspensiones depende de: El fluido intestici intesticial al entre las partículas partículas (agua (agua de mezcla)



De la fracción de sólidos

 

De la interacción entre partículas

Por lo tanto la reología es afectada afec tada por la carga iónica del agua de mezcla y por distribución de cargas superficiales de las partículas de cemento. Los dispersantes o reductores de fricción, ajustan las cargas de las partículas sobre la superficie para obtener las propiedades reológicas deseadas. Son complejos químicos aniónicos( grupo hidrofílico hidrofílico cargado negativamente), que se adsorben sobre la partícula de cemento y las separa suspendiéndolas uniformemente en el agua de mezcla. Como consecuencia hay menor resistencia al movimiento y mayor movilidad de las partículas, proporcionando proporcionando una disminución disminución de la viscosidad. Se induce induce así el flujo turbulento.

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es En las etapas tempranas de la hidratación del cemento se forma una estructura gelatinosa de C-S-H que otorga cargas negativas a la superficie de las partículas. Los iones Ca+2 en solución competirán por esos grupos cargados negativamente formando: 

Puentes entre dos granos (aumento de viscosidad)



Uniendo dos grupos en el mismo grano (Inerte)

Uniéndose a un sitio lo cual dejará una carga remanente remanente positiva (dispersión) (dispersión)



Según el caso caso será el comportamie comportamiento nto reológico reológico de la lechada lechada AUMENTO DE VISCOSIDAD C2SH- +Ca+ -HSC2 C2SH- + Ca

INERTE

C2SH- + +Ca+ -HSC2

C2SH- +Ca+

DISPERSION

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es Cuando el cemento y agua se mezclan se forma una estructura que previene el flujo debido a la interacción entre partículas. Cuando se le aplica un esfuerzo existe un valor mínimo para que comience a moverse (Punto de Fluencia). Hasta este valor la lechada se comporta como un sólido y luego de este valor se comporta como un líquido con una determinada viscosidad viscosidad (Viscosidad Plástica). Esta viscosidad irá irá variando en la medida que que el sistema es agitado y se va rompiendo la interacción electrostática entre partículas. Efecto de los dispersantes sob re la reologia reologia de lechadas e ) t n r n o a c F e e d d o a z r r u e t u c f e s L E (

Pendiente de la curva= Vp

60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0



Ordenada al origen= PF



V aparente= Esfuerzo de corte/velocidad de corte 

0

10 0

2 00

Velocidad de corte (RPM) Lecha Lechada da Neta eta

Lecha Lechada da Dispe Dispersa rsa

3 00

(decrece al aumentar el esfuerzo de corte)

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es Una vez que se excede el punto de fluencia, la lechada no se comporta como una unidad singular, sino que se rompe en piezas de agregados de partículas que se mueven unas entre otras. La ruptura del del agregado puede del agregado agregado puede conseguirse por acción de corte corte o por adición de un dispersante. Ambas acciones dejan una porción de agua agua intersticial entrampada en los agregados y por esto, el volumen efectivo de la la fase dispersa es mayor que el de los granos de cemento y la viscosidad de la lechada decrece.

AGITACION ADICION DE DISPERSANTES FLOCULACION

DISPERSION

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es Cuando el cemento se mezcla con agua, existen sitios con cargas positivas y negativas sobre la superficie de los granos de cemento. Estos sitios interactúan unos con otros para crear una red estructural continua, que debe romperse si la lechada va a ser bombeable. Los dispersantes mas mas usados son polianiones polianiones que se agregan agregan a la solución y se adsorben sobre los sitios positivamente cargados de las partículas partí culas de cemento evitando la interacción entre partículas y haciendo haciendo que se repelan entre sí por cargarse negativamente.

C2SH- +Ca+ - O3S

C2SH- +Ca+ - O3S

SO3 -

SO3 -

Aditivos - Disp Disper ersa sant ntes es

El dispersante más utilizado es un PolinaftalenSulfonato (FT-4)

Se utiliza en concentraciones que van desde 0.2 a 1.5% BWOC, y es compatible con la mayoría de los aditivos usados en cementación. 

No se recomienda su uso en lechadas con sal (NaCl) ya que causa un incremento en la viscosidad. 

Una excesiva concentración de dispersante puede ocasionar la sedimentación de sólidos. 

Debido a su composición química proveerá proveerá cierto retardo en en el tiempo tiempo de bombeabilidad cuando se aplique en BHCT de hasta 200°F. 

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado Cuando la lechada de cemento es alojada a través de una formación f ormación permeable bajo presión, ocurre un proceso de pérdida de fluido llamado Filtrado. La fase acuosa de la lechada escapa hacia la formación, dejando las partículas de cemento detrás. Si este proceso no es controlado se producen serias consecuencias sobre el trabajo de cementación. A medida que el volumen de agua decrece, la densidad de la lechada se incrementa y su comportamiento reológico, bombeabilidad y resistencias diferirán del diseño original. Si la pérdida pérdida es suficientemente grande, la lechada se torna torna imbombeable y puede producirse un fragüe espontáneo (flash set). El Ensayo de Filtrado API se realiza a través de una malla 325 registrando la pérdida de fluido en 30 minutos con un diferencial de presión de 1000 psi. Una lechada de cemento solo tiene una pérdida que excede los 1500 cc/30 min. 

En las lechadas se busca controlar el filtrado filtr ado a valores del orden de 50 a 200 cc, e incluso menores para el caso de cementaciones en formaciones gasíferas. 

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado Para controlar el Filtrado son utilizados aditivos llamados Reductores de Filtrado. Un buen Reductor de Filtrado debe cumplir con las siguientes condiciones: 

Buen control de Pérdida de Fluidos.



Estabilidad con la Temperatura.

Tolerancia al pH.



Compatibilidad con el resto de aditivos de cementación (Sales, dispersantes, retardadores, etc). 

No afectar notablemente las condiciones de fragüe de la lechada (Bombeabilidad, Resistencia a la Compresión, etc). 



Control de Agua Libre y de Sedimentación de Sólidos.

Otorgar viscosidad controlada a la lechada durante su mezcla en superficie y durante la colocación de la lechada en el pozo. 

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado

El mecanismo de control es complejo pero básicamente es a través de la formación de una torta de filtrado de cemento y otros sólidos a través de la superficie permeable la cual impide el libre paso de fluidos hacia la formación. Existen dos mecanismos de control, uno a través de la reducción de permeabilidad de la torta y el otro incrementando la viscosidad de la fase acuosa.

e MALLA 325

k

MALLA 325

Velocidad de Filtrado: V = Q = k P__ A e

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado Composición Composición de la Le chada Cemento marca: Reductor de filtrado: Reductor de fricción: Anties Ant iespumant pumante: e: Extendedor: Inhibidor Inhibidor de arcillas : Acel. Ac el. de fragüe: Cloruro de Sodio: Otros aditivos: aditivos:

Agua de Pozo P ozo

HERCULES FC-52 L

Tipo Tipo "G" 3 Lts/Bsa 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.2% 0.2% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BVOW BVOW 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOW BWOW 0.1% 0.1% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOC BWOC 60.0%

AE-11L

DIACEL LWL

Agua de Laboratorio Laborat orio

Perdida por Filtrado Filtrado API Tem perat ura de ens ay o 57 °C °C 134. 134.6 6 °F

P res ió ión de ens ay o 1000 ps i Perdida de Filtrado

Tiempo (m in) 0.5 1.0 2.0 5.0 7.5 10.0 15.0 25.0 30.0

16

Filtrado ml

gr

0.80 1.40 2.60 6.00 8.00 9.70 12.30 14.50 15.00

14 12

o d a r t l i

F

10 8 6 4 2 0 0 .0

0 .5

1.0

1.5

2 .0

2 .5

3 .0

√t

Densidad del fluido pesado (gr/lt): B l owout :

ml

en

Perdida por Filtrado API:

m i nut os 30.00 30.00 ml/30min ml/30min

3 .5

4 .0

4 .5

5.0

5.5

6 .0

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado Composición de la Lechada Cemento marca: Reductor de filtrado: Reduct Reductor or de fricción: Antiespum Ant iespumante: ante: Extendedor: Inhibidor de arcillas: Ac el. de fragüe: Cloruro de Sodio: Otros aditivos: aditivos:

COMODORO FC - 50

Tipo ipo "G" 1.2% 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.2% 0.2% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BVOW BVOW 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOW BWOW 0.3% 0.3% BWOC BWOC 15.0% 15.0% BWOC BWOC 0.0% 0.0% BWOC BWOC 65.0%

AE-11L

MET.SILde SODIO RAFAELITA

Agua de Poz o

Agua de Laboratorio

Perdida por Filtrado API Temperat ura de ens ay o °C °F

P res ión de ens ay o psi Perdida de Filtrado Filtrado

Tiempo (min) 0.5 1.0 2.0 5.0 7.5 10.0 15.0 25.0 30.0

16

Filtrado ml

gr

3.80 7.20 8.30 9.60 10.50 11.20 12.40 14.10 15.00

k

14 12

o d a r t l i F

10 8 6 4 2 0 0 .0

0 .5

1.0

1.5

2 .0

2 .5

3 .0

√t

Densidad del fluido pesado (gr/lt): B lowout :

ml

en

Perdida por Filtrado API:

minutos 30.00 30.00 ml/30mi ml/30min n

3 .5

4 .0

4 .5

5.0

5.5

6 .0

Aditivos – Aditivos – Reductores de Filtrado Los Reductores de Filtrado más utilizados son básicamente de tres tipos:

Materiales sólidos que disminuyen la permeabilidad de la torta (ingresan en la torta de filtrado y se alojan entre las partículas de cemento): 

•Bentonita, Carbonatos, sílicas, látex (LTX-L)

Polímeros solubles que trabajan sobre la viscosidad del agua de mezcla:



•Hidroxietilcelulosa Hidroxietilcelulosa (HEC), CarboxiMetilHEC CarboxiMetilHEC (FC-2, SR-11 (ex-Diacell LWL),

•Polímeros aniónicos sintéticos (FC-22, FC52-L)

Combinaciones de ambos (FC-50)



Aditivos – Aditivos – Materiales para Pérdida por Circulación Pérdida por circulación se define como la infiltración parcial o completa de un fluido de circulación (lodo, (lodo, espaciador, cemento, etc.) en su totalidad totalidad hacia la formación, a diferencia del filtrado donde solo se pierde una fracción líquida de dicho fluido. Las pérdidas de circulación más frecuentes ocurren en : •LECHOS DE GRAVA: Depósitos o intervalos de arenas de alta permeabilidad y granulometría elevada que aceptan fluidos viscosos a altos caudales. El uso de materiales obturantes gradados (10 a 100 mesh) normalmente solucionan las pérdidas. Se utilizan sílicas, carbonatos, celof án, cáscara de nuez, etc. •BOLSAS O CAVERNAS: El principal problema en estos casos es conocer el tamaño de las cavernas. El uso de lechadas convencionales c onvencionales no da resultado. Deben usarse cementos tixotr ópicos, diesel/cemento, diesel/bentonita, u otros materiales ultraviscosos que provean provean soporte artificial a la columna hidrostática hidrostática de lodo. •FRACTURAS: Es más complicado controlar la pérdida, pues una vez iniciada la fractura esta crece rápidamente aceptando cada vez más fluido. La única forma de controlarlo es a través de tapones ultraviscosos como Temposeal. Tamb Tambié ién n pued puede e bombearse cemento detrás de dicho tapón para estabilizar la zona cercana al pozo. En caso de tratarse de una zona de interés puede utilizarse MC Cemento Magnéssico ico el cual puede ser removido posteriormente.

Aditivos – Aditivos – Aditivos Especiales ADITIVO PARA MEJORAR LA TENACIDAD DEL CEMENTO: MFB-12 (Microfibras) Los cementos aditivados aditivados con MFB 12 combinan la alta alta resistencia a la compresión con una muy buena resistencia a la tracción, t racción, elasticidad aceptable y valores de tenacidad significativamente superiores superiores a los del cemento estándar o con cualquier otro aditivo (incluso látex). incorporación de MFB 12 no altera ninguna propiedad propiedad físico – química de la La incorporación lechada y su mezcla en campo no reviste complicaciones operativas.  El MFB 12 se utiliza en cantidades que varían de 0.3 a 0.5 % BWOC. Estas cantidades hacen que el incremento en el costo de la lechada no sea significativo.

Aditivos – Aditivos – Aditivos Especiales Pozo Cementado sin MFB 12 Previo al punzado

Post-punzado

Aditivos – Aditivos – Aditivos Especiales Pozo Cementado con MFB 12 Previo al punzado

Post-punzado

Aditivos – Aditivos – Aditivos Especiales •ADITIVO INHIBIDOR DE CORROSIÓN EN CEMENTO : ICC-1

La incorporación de un inhibidor de corrosión a las lechadas disminuye la velocidad de corrosión del acero en todos los casos y condiciones ensayados. 

La incorporación del inhibidor de corrosión a las lechadas no altera sus propiedades físicas e inhibe el proceso de corrosión localizada (picado). 

La cementación completa del pozo pozo empleando lechadas alivianadas alivianadas y aditivadas con inhibidor de corrosión permite evitar las fallas por corrosión externa de casings, y prolongar la vida útil del pozo sin la necesidad de recurrir a sistemas s istemas de control de corrosión auxiliares. 

Aditivos – Aditivos – Aditivos Especiales EFECTO DE LOS ADITIVOS COMUNES DE CEMENTACION SOBRE LAS PROPIEDADES DE LAS LECHADAS

s e r o d a r e l e c A

Aument menta Disminuye De nsi da d Aum e nta Disminuye V i scosi da d Aum e nta Disminuye Tie m mp po Bo Bom be ab ab i l i d a d Ace lle e ra ra Retarda Fil tra do Aum e nta Disminuye Re si siste nc nci a Te m mp pra na na Aum en enta Disminuye Re siste nci a Fi na l Aum e nta Disminuye Dura bi l i da d Aum e nta Disminuye Casing Conducc. Guia Tipos de Trabajo Intermedia donde son son mayormente Casing Casing Producc. Producc. usa dos Li ne r Squeeze Tapones

s a n a l o z u P

a t i n o t n e B

s e r o d a d r a t e R

a t i t a m e H

o d a r t l i F e d . t c u d e R

s e t n a s r e p s i D

X

Requ equerim erimie ient nto o de Agua

n ó i c a l u c r i C a d i d r é P . t i d A

X

) % 0 2 0 1 ( l a S

s a n e r A

X

r a M e d a u g A

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X

X X X

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X X X

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Aditivos para cementación

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