Calidad de agua en procesos de cementación de pozos

La cementación de los pozos petroleros consiste en dos operaciones principales: La cementación primaria y la cementación con fines de remediación. La cementación primaria es el proceso de colocación de una lechada de cemento en el espacio anular existente entre la tubería de revestimiento y la formación. La cementación con fines de remediación tiene lugar después de la cementación primaria, cuando los ingenieros inyectan cementos en posiciones estratégicas de los pozos con diversos fines, incluidos la reparación del pozo y su abandono.

La cementación proporciona un sello hidráulico que establece el aislamiento zonal, lo que impide la comunicación de los fluidos entre las zonas productivas del pozo y bloquea el escape de los fluidos hacia la superficie. Además, la cementación produce el anclaje y la sustentación de la sarta de revestimiento y protege la tubería de revestimiento de acero contra la corrosión producida por los fluidos de formación. Si no se logran estos objetivos, la capacidad del pozo para explotar todo su potencial productivo puede verse severamente limitada.

Después de perforar un intervalo hasta la profundidad deseada, una brigada remueve la columna de perforación, dejando el pozo lleno de fluido de perforación. Luego, la brigada baja una sarta de revestimiento hasta el fondo del pozo. El extremo inferior de la sarta de revestimiento está protegido con una zapata guía o una zapata flotante.

Los objetivos de la operación de cementación primario son: remover del fluido de perforación del interior de la tubería de revestimiento y del pozo, colocar una lechada de cemento en el espacio anular y llenar el interior de la tubería de revestimiento y del pozo, colocar una lechada de cemento en el espacio anular y llenar el interior de la tubería de revestimiento con un fluido de desplazamiento, tal como fluido de perforación, salmuera o agua.

El proceso de construcción de pozos habitualmente consiste en la instalación de varias sartas de revestimiento, cada una de las cuales requiere una operación de cementación primaria. A medida que el pozo se profundiza, el diámetro de cada sarta de revestimiento es normalmente más pequeño que el precedente.

Casi todas las operaciones de cementación utilizan cemento portland, consistente principalmente en compuesto de silicato de calcio y aluminato de calcio que se hidratan cuando se agregan al agua. Los productos de la hidratación, fundamentalmente los hidratos de silicato de calcio proveen la resistencia y la baja permeabilidad requeridas para lograr el aislamiento zonal.

Cuando un pozo alcanza el final de su vida productiva, los operadores normalmente proceden a su abandono mediante la ejecución de una operación de cementación con tapones.

Para poder utilizar las lechadas, se emplean numerosos aditivos de cemento, las propiedades de la lechada y del cemento fraguado se diseñan y evalúan en laboratorio, donde se prueban los diferentes aditivos, simulando las condiciones a emplearse en la operación.

Las propiedades físico-químicas del agua influyen directamente en la calidad final del cemento, para lo cual deben ser evaluados parámetros clave del agua antes de la preparación.

El agua para mezclar con el cemento debe ser razonablemente limpia y libre de productos químicos solubles, materia orgánica, álcalis y otros materiales contaminantes. El agua más utilizada en el proceso de cementaciones es el agua del yacimiento, o en su defecto de una pileta abierta cerca del equipo, la misma que ha sido provista de zonas acuíferas perforadas poco profundas, o de un lago.

Esta agua es satisfactoria para ser mezclada con el cemento para pozos con profundidades menores a 5000 Pies, particularmente cuando es relativamente clara y posee un contenido de sólidos menor a 500 ppm.

Los materiales inorgánicos como los cloruros, sulfatos, hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos aceleran el fragüe del cemento, dependiendo de la concentración de cada uno de ellos. Estos productos cuando se encuentran mezclados en pequeñas proporciones con el agua tienen un efecto dañino en los pozos poco profundos. Esta misma agua si se la utilizara en pozos profundos con alta temperatura causará un fragüe prematuro de la lechada de cemento, especialmente si el agua contiene ciertas cantidades de carbonatos y bicarbonatos. Los cloruros además de acelerar el tiempo de fraguado, también provocan la reacción de corrosión metálica.

El agua de mar por su alto contenido de sales (30000 a 40000 ppm), acelera el fragüe. Estos aceleradores pueden ser neutralizados con un retardador para utilizar el agua en zonas con elevadas temperaturas.

Estudios han indicado que las fuentes de agua utilizadas para mezclar el cemento tienen un impacto significativo en la resistencia a la compresión del hormigón resultante. Los cubos de hormigón obtenidos a partir de agua potable adquirieron una resistencia apreciable con el tiempo: esto implica que existe una garantía confiable de resistencia a largo plazo en el hormigón fabricado con esta fuente de agua.

Una empresa de servicios petroleros, líder en operaciones de cementación de pozos, solicito el acompañamiento del equipo técnico comercial de HANNA INSTRUMENTS para la determinación de parámetros de calidad de agua como materia prima en sus procesos, a lo cual se recomendó el uso del Medidor de sobremesa de grado investigación HI 5522 para la determinación de pH, Conductividad Eléctrica, Resistividad y con el uso de Electrodos de Ion Selectivo ISE, la determinación de Cloruros, Sodio y Potasio.

Para la determinación de Calcio, Magnesio, Dureza Total, Hierro y Sulfatos, se recomendó el uso del Espectrofotómetro HI 801, se realizó la calibración de una nueva metodología para la determinación de Bario en las muestras de aguas.