República Bolivariana de Venezuela

Instituto de Capacitación Integral “Jesús Adolfo

Chacín”

Curso “Procesos en la Perforación

De Pozos Petrolíferos”

Objetivo: Corrida del casing y cementación

Instructores: Ing. Javier Alberto Ríos Paz

Ing. Luis Ernesto Zabala

Ing. Yazmin Vargas

Corrida de casing y cementación.

REVESTIDORES O CASING.

Definición.

A medida que el pozo se va profundizando, debe protegerse para luego permitir el

flujo de fluido desde el yacimiento hasta la superficie. Esta protección se hace con tubería de

acero que se introduce en el hoyo y luego se cementa, colocando cemento en el espacio anular

entre el hoyo y la tubería. Esta tubería especial se le conoce con el nombre de Tubería de

Revestimiento, Revestidor o Casing. El diámetro y longitud de esta tubería depende de las

condiciones del yacimiento; potencial del pozo, tipo de completación, presión en el pozo,

entre otros.

Funciones Principales.

Para garantizar el buen estado del hoyo y asegurar la continuidad eficaz de la

perforación, las sartas de revestimiento cumplen las siguientes funciones:

Evitan el derrumbe de estratos someros no consolidados.

Sirven de prevención contra el riesgo de contaminación de yacimientos de agua

dulce, aprovechables para usos domésticos y/o industriales en la vecindad del sitio

de perforación.

Contrarrestan la pérdida de circulación del fluido de perforación o la

contaminación de éste con gas, petróleo o agua.

Actúan como soporte para la instalación del equipo impide reventones (BOP) que

contrarresta, en caso necesario, las presiones subterráneas durante la perforación y

luego sirven también como asiento del equipo de control (cabezal) que se instalará

para manejar el pozo en producción.

Confinan la producción de petróleo y/o gas a determinados intervalos; es decir,

Aíslan unos intervalos de otros para eliminar fugas de gas, petróleo o agua.

Permitir un mejor control de las presiones de formación.

Tipos de tubería de revestimientos.

Cuántas sartas deben ir en el hoyo es cuestión que sólo la naturaleza de las

formaciones y la profundidad final del hoyo pueden determinar. En el caso de la perforación

muy somera quizás una sola sarta sea suficiente, en cambio para la perforación muy profunda

quizás cuatro o más sartas sean necesarias. Generalmente, tres sartas son suficientes para

satisfacer la gran mayoría de los programas de revestidores. En un pozo, las tuberías de

revestimiento cumplen con ciertas funciones específicas, de allí que se tengan los siguientes

tipos:

Llave hidráulica para csg.

SARTA PROGRESIVA DE CASING

Casing Conductor

Puede tener un diámetro de hasta 36 pulgadas. Cuando el piso es blando cerca a la superficie,

el casing conductor se introduce martillándolo. Se coloca para aislar las arenas superficiales

del hoyo; en perforaciones costa afuera sirve además para aislar el agua del hoyo. Está

protegido contra la corrosión, en perforaciones costa afuera la longitud dependerá de la

profundidad del agua y de la elevación de la mesa rotaria. Su función principal es ejerce

protección anticorrosiva al resto de la sarta de revestimiento y controlar las arenas

superficiales no consolidadas.

Casing de Superficie

Usando la broca la perforación continúa a través del casing conductor hasta la profundidad

programada. El diámetro perforado es de 17 pulgadas o mayor. Su diámetro dependerá del

tipo de completación y varía entre 9-5/8” y 20”. La profundidad del hueco de superficie

usualmente la establecen las agencies reguladoras. Ellos requieren que el hueco de superficie

sea perforado para todas las zonas de agua fresca, el casing de superficie se sienta y cementa

paras proteger estas zonas. La profundidad puede ser de cientos a miles de pies o metros. Por

lo general la cuadrilla conecta el BOP stack al casing de superficie en la cabeza del pozo, por

ello este casing debe ser suficientemente fuerte para soportar el BOP stack. También tiene que

soportare la presión del gas y otros fluidos que el pozo pueda encontrar. Además, debe ser lo

suficientemente fuerte para soportar las sartas adicionales de casing que se introducen en el

pozo. Esta tubería debe colocarse en todos los pozos y su profundidad puede variar de 300’ a

4500’.

Running Casing.

Sartas de Casing Intermedio

El revestidor Intermedio es una tubería especial utilizada para proteger las formaciones de

altos pesos de lodos y evitar contaminaciones del fluido de perforación cuando existen zonas

presurizadas más profundas, es decir, zonas de presiones anormales. También en pozos muy

profundos se utilizan esta tubería intermedia de revestimiento. El número de sartas

intermedias difiere de un campo a otro. Puede que una sea suficiente o que dos sean

requeridas y en pozos someros puede que no se necesite. Comúnmente los diámetros más

escogidos para la sarta intermedia van de 7-5/8” y 13-3/8”. Sus funciones más comunes son

proporciona al hoyo integridad durante las operaciones de perforación y permite control de

pozo si se encuentran zonas de presiones anormales y ocurre una arremetida.

Sartas de casing de produccion

Es el último revestidor que se introduce en el pozo hasta atravesar la zona objetivo o

colocarse hasta el tope de ella, dependiendo del tipo de completación. Es la tubería más larga

que se introduce en el hoyo y estará sometido a grandes esfuerzos, por lo cual se debe diseñar

con mucho cuidado, se cementa una porción en el fondo y se sujeta en la superficie o con un

colgante sellador entre ella y la tubería de diámetro seguidamente mayor que se encuentra

dentro del pozo. Por dentro del revestimiento de producción se introduce la tubería por donde

fluirán los fluidos del yacimiento (tubería de producción), proporcionándole refuerzo a esta

durante las operaciones de producción del pozo, además permite que dicha tubería sea

reemplazada o reparada posteriormente durante la vida del pozo. Sobre la tubería de

revestimiento de producciones colocarán el ensamblaje superficial de producción (Cabezal del

pozo). Esta sarta tiene el múltiple fin de proteger los estratos productores de hidrocarburos

contra derrumbes, de evitar mediante la adecuada cementación la comunicación entre el

intervalo petrolífero y estratos gasíferos suprayacentes o estratos acuíferos subyacentes. Los

diámetros más utilizados van de 4-1/2” a 7-5/8”

Elevador de casing unido al Top Drive. PRIDE 8.

Elevador de Casing. Junta de casing en la rampa.

En ocasiones se corre un liner en lugar de casing en el pozo. Un liner es un casing crto y

ranurado usado para revestir la sección más pequeña del hueco abierto debajo de una sarta

existente de casing en el hueco.

Stabbing 9.625 csg.

Es como el casing, solo que no va hasta la superficie. En cambio, la cuadrilla de casing lo

cuelga del fondo de la sarta de liner o casing corrida anteriormente usando una pieza especial

de equipo llamada colgador de liner “liner hunger”. En este caso existe un liner intermedio, y

un liner de producción. El uso de liners ahorra dinero, ya que no se extienden hasta superficie.

Cuello recuperable para casing de 9.625”.

Características de las tuberías de revestimiento.

Las regulaciones y recomendaciones aplicables a la fabricación de tubos para las

operaciones petroleras, especifica, dentro de razonables márgenes, la calidad, el tipo, los

diámetros externos e interno, el peso por unidad de longitud, la escala de longitud del

tubo, el tipo de roscas, el tipo de conexión, la resistencia a la elongación, al

aplastamiento y al estallido.

Calidad o grado de la Tubería: El grado de la tubería de revestimiento se refiere

al tipo de acero utilizado para su fabricación, dicha calidad se designa con una letra,

seguida por un número que representa el mínimo punto cedente en tensión, en miles de

libras por pulgada cuadrada (lbs/pulg2). Actualmente se fabrican tubería de grados H-

40; J-55; K-55; C-75; N-80; C-95; P-110; 125; 140; 150; 155 entre otras. Los

revestidores se pueden identificar por el color del cuello y los más utilizados son: J-55

(Verde); N-80 (Rojo) y P-110 (Blanco).

Diámetro Nominal: Los revestidores están definidos como tuberías cuyos

diámetros externos varían entre las medidas de 4-½” a 36”.

Longitud de la Tubería de Revestimiento: Los tubos de los revestidores no son

fabricados exactamente en la misma longitud. Sin embargo, para facilitar su manejo en

el campo, la API especifica los rangos en que deben construirse como sigue:

RANGO LONGITUD TOTAL (PIE) LONGITUD PROMEDIO (PIE)

1 (R-1) 16 – 25 22

2 (R-2) 25-34 31

3 (R-3) 34-48 42

Se deben preferir las juntas de rango 3 (R-3), con el fin de disminuir el número

de conexiones en las sartas y consecuentemente el tiempo de bajada. La junta de rango

1, puede usarse para ajustar la longitud total de las sartas y podría usarse como una

marca en los registros eléctricos.

Peso Nominal (Wn) en Lbs/pie: Al referirse al peso de los revestidores,

generalmente se trata del peso nominal unitario API (en lbs/pie). El peso nominal es

aproximadamente igual al peso teórico calculado por pie de una longitud de tubería.

Esfuerzos a los que están sometidos los revestidores

Para diseñar una tubería de revestimiento se debe conocer muy bien los

esfuerzos a los cuales estará sometida y a las diferentes características del tipo de

tubería a usarse. Al ir introduciendo una tubería en el hoyo, está estará sometida

simultáneamente a tres esfuerzos principales, los cuales son:

Esfuerzo de Tensión (Elongación): El esfuerzo de tensión a la cual estará

sometida la tubería de revestimiento, está originado por su propio peso. El primer tubo

de revestimiento, o sea el del extremo superior de la sarta, soporta el peso total de la

misma más su propio peso y así sucesivamente, es decir que cada tubo soporta su propio

peso y el peso de los tubos que estén por debajo de él.

Tensión Máxima

Tensión Nula Tensión

0 X

Pro

fun

did

ad

0 X

Esfuerzos Externos o Presión de Colapso (Aplastamiento):

Otro importante factor que debe considerarse es la presión de colapso

(aplastante) que la tubería debe resistir. Las presiones externas están originadas por las

presiones hidrostáticas del fluido en el hoyo y actúan contra toda la pared de la tubería

tratando de colapsarlas. La presión ejercida por la columna de fluido de perforación en

el espacio anular, creado por la tubería y el hoyo, y la presión de las formaciones

perforadas, tienen que ser contrarrestadas por la columna del fluido que está dentro de la

tubería y por la resistencia de los tubos mismos al aplastamiento.

Esfuerzos Internos o Estallido: Por tanto, la resistencia de la sarta a presiones

de este género es cualidad importante, puesto que evita que los tubos estallen durante

alguno de los varios trabajos de cementación forzada que el pozo pueda requerir. La

tubería de revestimiento puede estallar por aparición de presiones internas que actúen

del centro de la tubería hacia sus paredes. Esta presión se debe a: Presión del pozo,

presión hidrostática interna, presiones de cementación, cambios de densidad del lodo y

otros factores.

Colapso

0 X

Profundidad

0 X

ESTALLIDO

Revestimiento

Hoyo

CEMENTACIÓN DE REVESTIDORES.

Definición.

La cementación de pozos se define como “el procedimiento por medio del cual se

mezcla y bombea cemento y agua a través de la tubería de revestimiento o en algunos

casos de la tubería de producción, dicha mezcla se coloca alrededor del fondo de la

zapata de la tubería revestidora, en el espacio anular, en el hoyo no revestido (desnudo)

o bien en una formación permeable ofensora de agua o gas”.

Funciones Generales

Excluir las agua de las formaciones productivas.

Proteger al revestimiento (Casing) de las presiones externas.

Sellar zonas no productoras.

Proteger las tuberías de los efectos de corrosión.

Evitar la migración de fluidos en las diferentes zonas.

Controlar la pérdida de circulación.

Sellar zonas de fluidos no deseables.

Tipos de Cementación.

En las operaciones de perforación se efectúan por lo menos dos tipos de

cementación, sin embargo en la historia completa de un pozo pueden ser muchas las

operaciones de cementación que pueden efectuarse.

La Cementación Primaria: Se realiza a presiones suficientes para que la mezcla

de cemento bombeada por el interior de la sarta revestidora sea desplazada a través de la

zapata que lleva el extremo inferior de la sarta. La zapata siempre se deja a cierta

distancia del fondo del hoyo. La mezcla que se desplaza por la zapata asciende por el

espacio anular hasta cubrir la distancia calculada que debe quedar rellena de cemento.

En el caso de la sarta primaria, el relleno se hace hasta la superficie. Son las operaciones

comunes de cementación como:

Cementación de todo el espacio anular entre el hoyo y la tubería de

revestimiento, cuando estas son relativamente corta (revestimientos

superficiales).

Cementación del espacio anular, solamente en una sección inferior

(revestimiento intermedio o de producción).

Cementación de intervalos de espacio anular en pozos relativamente

profundos (Cementación por etapas).

Entre sus funciones tenemos:

Sirven para afianzar la sarta y para protegerla contra el deterioro durante

subsiguientes trabajos de reacondicionamiento que se hagan en el pozo.

Protege la sarta y las formaciones cubiertas: gasíferas, petroleras y/o acuíferas.

Efectúa el aislamiento de las formaciones productivas y el confinamiento de

estratos acuíferos.

Evita la migración de fluidos entre las formaciones.

También protege las formaciones contra derrumbes.

Refuerza la sarta revestidora contra el aplastamiento que pueden imponerle

presiones externas.

Refuerza la resistencia de la sarta a presiones de estallido.

Protege la sarta contra la corrosión.

Protege la sarta durante los trabajos de cañoneo.

Cementación Secundaria o Forzada: Durante la perforación o en las tareas de

completación de los pozos, y posteriormente durante el transcurso de la vida productiva

de los mismos, en trabajos de reparaciones y/o reacondicionamiento, se emplea con

mucha frecuencia la cementación forzada.

Este método de cementación consiste en forzar la mezcla de cemento a alta

presión hacia la(s) formación(es) para corregir ciertas anomalías en puntos

determinados a través de orificios que por cañoneo (perforación a bala o a chorro) son

abiertos en los revestidores. Son trabajos extras de cementación como:

Cementación en zonas bien definidas para excluir la producción de agua o

gas.

Cementación de zonas de producción repletadas para abandonar el pozo.

Cementación para formar puentes que obstruyan totalmente ciertos

intervalos.

Cementación de partes que quedaron mal cementada en la cementación

primaria.

Tipos de Cementos.

Para la industria petrolera, el Instituto Americano del Petróleo (API) ha

especificado los tipos de cementos que deben usarse y las características que debe tener

la mezcla agua-cemento. Dicha clasificación se hace con letras que van desde la A hasta

la H.

Tipo Descripción Profundidad Temperatura

A

Llamado Portlan, económicos y fáciles de

conseguir.

Usado En construcciones Civiles

Hasta 6000’ Hasta 170ºF

B

Llamado Portlan, económicos y fáciles de

conseguir.

Resiste mayores fuerzas Compresivas que el A

Hasta 6000’ Hasta 170ºF

C Fraguado rápido. Altas fuerzas Compresivas Hasta 7000’ Hasta 170 ºF

D Cemento Retardado. Altas Temperaturas y

Presiones. Hasta 12000’ 220 – 260 ºF

E Cemento Retardado Hasta 14000’ 200 – 290 ºF

F Cemento Retardado Hasta 16000’ Hasta 320 ºF

G y

H

Estrictas recomendaciones químicas.

Compatibles

con aceleradores y retardadores.

Hasta 8000’ Hasta 200 ºF

Equipos de Cementación.

En las operaciones de cementación se utiliza un juego de herramientas donde cada

pieza tiene una función específica que realiza, lo que permite una operación sencilla

y precisa. Estas herramientas son:

Zapata Guía: Es simplemente un niple que se coloca en la parte inferior del

primer tubo para permitir una libre introducción del tubo en el hoyo. Su forma esférica

en la parte inferior hace que el contacto con la pared del hoyo sea lo más suave posible,

evitándose así cualquier derrumbe de las paredes del hoyo. La longitud de la Zapata es

de 1 pie.

Zapata Diferencial (Zapata Flotadora): Tiene doble función; sirve de zapata

guía y de flotador. Al primer tubo que va en el hoyo se le enrosca y se le fija por

soldadura en su extremo inferior. La zapata sirve para guiar la tubería en su descenso

hasta la profundidad donde se va a cementar. En su parte interna lleva un mecanismo de

obturación que actúa como una válvula de un solo paso, la cual no permite que el fluido

de perforación en el hoyo entre en la sarta pero sí que el fluido que se ponga en la sarta

(Cemento) pueda bombearse hacia el espacio anular. Esto le imparte a la sarta cierta

flotación que desde la superficie se contrarresta llenando la sarta con fluido bien

acondicionado para que descienda con más rapidez y a la vez queden balanceadas las

presiones externas. Todo el material interno que compone el mecanismo y

configuración de la zapata puede ser perforado con barrena en caso necesario, como es

requerido tratándose de la primera y sarta intermedia para llegar a la profundidad final.

En el caso de la última sarta, la zapata no se perfora. La longitud de la Zapata es de 1

pie.

Cuello Flotador: Para reforzar la función de la zapata y coadyuvar en la

mecánica de la cementación, se dispone que a cierta distancia del primer tubo se

coloque entre dos tubos una unión o cuello flotador. Generalmente esta herramienta se

coloca entre el extremo superior del primer tubo y el inferior del segundo tubo (prof

6000’); o en el extremo superior del segundo y el inferior del tercero (prof > 6000’). La

unión permite el flujo por la tubería hacia el hoyo pero impide, por el mecanismo de su

válvula de un solo paso, que fluidos del hoyo entren a la tubería. La unión tiene un

asiento que sirve para asentar los tapones se insertan en la tubería antes y después de

bombear el cemento. Cuando el último tapón (Negro) llega al cuello flotador, no puede

pasar y el aumento de presión en la sarta indica que ya todo el cemento pasó por el

cuello y ha concluido el desplazamiento. La longitud del Cuello Flotador es de 1 pie.

Cabezal de Cementación: Esta pieza se coloca e la parte superior del tubo que

se asoma en la superficie. Se une por medio me mangueras de acero a los sistemas de

mezclado y bombeado del cemento. Posee dos cámaras de alojamiento para los tapones

de cementación y un juego de válvula que permite las operaciones de cementación.

Tapones de Cementación: Son dispositivos que se introducen en la tubería de

revestimiento durante la operación de bombeo del cemento. Se usan dos tapones, las

cuales separan al fluido de perforación dentro del pozo y a la mezcla agua-cemento, y a

su ves a esta con el fluido de desplazamiento. Al mismo tiempo el tapón inferior limpia

la pared de la tubería del fluido en el pozo y el tapón superior limpia la tubería de la

mezcla agua cemento; estos tapones son retenidos por el cuello flotador. El tapón

inferior está diseñado de tal manera que a presiones de 3000 a 4000 lpc se rompa un

diafragma y permita la continuación del flujo de cemento. El tapón superior es una

pieza casi sólida y al llegar al cuello flotador obstruye el flujo, lo que indica que la

mezcla agua-cemento ha sido colocada en el sitio determinado.

Centralizadores: Son herramientas que son colocadas en la tubería de

revestimiento para mantenerla centralizada en el hoyo y para evitar que se recueste

contra la pared del hoyo. La centralización de la tubería permite que el espesor del

cemento sea uniforme alrededor de toda la tubería, evitando así crear un desbalance de

las presiones externas, que podría originar problemas posteriores. Los centralizadores,

por sus anillos que rodean el tubo y fijados con puntos de soldadura, quedan a las

profundidades deseadas. Los flejes que unen los anillos tienen una curvatura hacia

afuera para hacer contacto con la pared del hoyo. Generalmente los centralizadores se

colocan: el primero entre la zapata y el cuello flotador; el segundo en la primera unión

libre después del cuello; de allí en adelante se coloca un centralizador cada 2 uniones

(80’) hasta 40’ por debajo del tope del cemento.

Raspadores: Son herramientas que se colocan en la tubería de revestimiento con

el objeto de limpiar el revoque que se ha formado en la pared del pozo con el objetivo

de lograr mejor adhesión entre el cemento y la pared del hoyo. Estos raspadores son

construidos de láminas en formas de tiras largas donde van incrustados los alambres o

de anillos cuyos alambres sobresalen circunferencialmente, raspan la pared del hoyo con

el fin de desprender el exceso de revoque que la cubre para facilitar que el cemento

cubra directamente las formaciones. El raspado se efectúa durante la inserción de la

tubería, y luego, también, alzando y bajando lentamente la tubería, mientras se bombea

a objeto de ir desplazando hacia la superficie lo que se haya desprendido de la pared del

hoyo. Los raspadores se colocan desde 20’ por encima del fondo del horizonte

productor hasta 20’ por debajo del tope del mismo; con espaciamiento de 20’ cada uno.

Procedimiento para meter el revestimiento y cementarlo.

Metiendo el Revestimiento.

1. Verifique que la tubería que se va a introducir esté colocada de acuerdo con el

diseño programado.

2. Revise que la zapata guía y el cuello flotador sean los recomendados.

3. Mida tubo a tubo la primera camada y ordena colocar los anillos para los

raspadores de acuerdo a lo programado.

4. Asegúrese que los tubos tengan sus protectores de rosca y que estén libres en su

interior.

5. Verifique que los centralizadores y raspadores estén siendo colocados de

acuerdo al programa.

6. Continúe midiendo tobo por tubo hasta que la sumatoria sea la profundidad

programada. Asegúrese que la tubería se vaya colocando de acuerdo a las

secciones del programa.

7. Al alcanzar la profundidad programada, ordene colocar el cabezal de

cementación y circular

Cementación:

8. Revise que los tapones de cementación estén bien colocados en el cabezal de

cementación.

9. Revise con el operador de la compañía de cementación, e programa de

cementación.

10. Suelte el tapón de abajo y comience a mezclar y a bombear cemento.

11. Revise la densidad de la mezcla y avise al operador si no es la densidad

programada. Haga esto varias veces durante las operaciones de cementación.

12. Al terminar con la mezcla agua-cemento, suelte el tapón de arriba y empiece a

desplazar con agua. Asegúrese que durante la operación haya buena circulación.

13. Manténgase verificando el volumen de agua desplazante, cuando se acerque al

volumen calculado, notifique al operador para que reduzca la presión de

bombeo.

Cuando el tapón de arriba llegue al flotador, la cementación ha terminado. Revise que al

quitar la presión, no haya circulado al reverso. Si hay circulación al reverso, quiere decir

que la válvula del cuello flotador falló y está entrando cemento a la tubería. En este

caso, circula.