“CCLITE PLUS™ UNA SOLUCIÓN EFICAZ PARA CEMENTAR POZOS EN LOS YACIMIENTOS CON FRACTURAS NATURALES DEL CAMPO BORBURATA, BARINAS. ” Después de leer El titulo,

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1 “CCLITE PLUS™ UNA SOLUCIÓN EFICAZ PARA CEMENTAR POZOS EN LOS YACIMIENTOS CON FRACTURAS NATURALES DEL CAMPO BORBURATA, BARINAS. ” Después de leer El titulo, expresar la importancia de este trabajo, resaltando lo difícil que es alcanzar el éxito en las cementaciones en campos fracturados que también presentan problemas de pérdida de circulación y acuíferos activos. Recordando la observación que el señor Robert Beirute expreso hace 4 años que era muy difícil alcanzar el éxito en cementaciones de estos campos. VENEZUELA JUNIO 19 DE 2008 AUTORES: CESAR JIMÉNEZ, EUDES NOGUERA, PDVSA; CARLOS RODRIGUEZ, FREDDY INCIARTE, FAZAEL LOPEZ CPVEN

2 CONTENIDO  ANTECEDENTES  ACCIONES Y MEJORAS APLICADAS
-. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL CAMPO BORBURATA -. DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA DEL ÁREA -. PERFORACIÓN DE POZOS EN BORBURATA -. CARACTERÍSTICAS DE LOS POZOS ADVERSAS A LA CEMENTACIÓN  ACCIONES Y MEJORAS APLICADAS -. INCORPORACION DE FLUIDO VISCOESLASTICO -. DISEÑO DE LECHADA CCLITEPLUS  RESULTADOS DE CAMPO  CONCLUSIONES

3 ANTECEDENTES UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL CAMPO BORBURATA
El campo Borburata, se encuentra localizado en Venezuela en la cuenca Barinas-Apure (Figura 1), al sureste de la capital del estado Barinas considerado como el primer campo productor del Distrito Barinas, mas cercano a las instalaciones de campo La Mesa, tan solo 15 Km. nos separa de el; aporta un 57 % de su producción al pote diario fiscalizado, esto quiere decir que con tan solo menos de 39 pozos perforados produce mas que los 300 pozos que tiene el Distrito Barinas.

4 40.7 MM DE BARRILES ACUMULADOS EN 10 AÑOS
ANTECEDENTES PRODUCCIÓN HISTÓRICA DEL CAMPO BORBURATA 40.7 MM DE BARRILES ACUMULADOS EN 10 AÑOS La primera vez que se perforó en el campo Borburata fue en las postrimerías 1970 con la perforación del pozo Gavilancito-1X (GAV-1X) ver mapa, este pozo penetro las unidades arenosas de Gobernador y Escandalosa resultaron mojadas por agua petrofísicamente, sus arenas no fueron cañoneadas y área fue considerada sin prospectos petrolíferos. Para mediados de 1994 Exploración perfora el pozo BOR-2E, se probaron con éxito 4 arenas, entre ellas, una la formación Gobernador (del periodo Terciario), y tres unidades: Miembro O, Miembro P2 y Miembro R3 de la Formación Escandalosa (del periodo Cretácico). la Fm. Gobernador probo petróleo de 18 ° API (crudo pesado) en una capa arenosa, denominada informalmente capa 2, en el Miembro O probo petróleo de 30° API (crudo liviano) y en las unidad P2 y R3 probaron crudo extrapesado, inferior a los 10° API. Debido a estos resultados el campo Borburata desarrollo principalmente el Miembro "O" ó como se le conocía anteriormente Caliza "O". Luego de 9 años de producción solo se habían perforado apenas 10 pozos y su producción estaba por el orden de los BPD, En el tercer trimestre del 2002 (antes del paro petrolero) se perfora el Bor-16, quien fue descubridor de la extensión del yacimiento de la Formación Gobernador hacia el este, abriendo nuevas oportunidades para la perforación de nuevas localizaciones. En Julio 2005, se perfora en Bor-22, descubriendo al norte del campo Borburata acumulaciones de HC en la Fm. Gobernador. A partir de julio 2005 se inicia una campaña para perforar pozos mas al este del campo (closter Bor-24) ubicando cada vez mas la estructura buzamiento arriba de lo planificado, esto garantizaba acumulaciones de HC en la Fm. Gobernador y Escandalosa. A partir de Octubre 2006 se inicia la perforación de pozos mas al este del closter Bor-24, denominado Closter Bor-30 y se descubre en unos de sus pozos prospectividad en las arenas "P" de la Fm. Escandalosa, lo que incrementa las reservas para esta unidad. A partir de junio de 2007 se inicia la perforación en el área del closter del Bor-37 al sur de las acumulaciones tradicionales del campo Borburata y descubre prospectividad en la formación Gobernador. Las características geofísicas del yacimiento, específicamente la presencia de micro fracturas naturales en la zona productora, bajo gradiente de fractura, acuíferos activos y formaciones reactivas son las causas que principalmente dificultan la operación. Es el caballito de pelea del Distrito Barinas.

5 ANTECEDENTES ASPECTOS GEOLÓGICOS DE LOS POZOS ÁREA BORBURATA
ARENAS HETEROGÉNEAS. ACUÍFEROS CON ALTA PRESIÓN > 3000 PSI. FRACTURAS NATURALES. Las características físicas de las formaciones Paguey, Gobernador, Navay y Escandalosa, atravesadas por el hoyo de producción: son muy heterogéneas y de gran complejidad para la ejecución de la perforación. La formación Escandalosa tiene una composición bastante heterogénea (caliza, dolomita, y arenisca) que contiene arenas de crudo de interés y es estructuralmente fracturada con vugas profundas (Figura 3) propensa a la pérdida de circulación.

6 ANTECEDENTES DIAGRAMA DE LOS POZOS - ÁREA BORBURATA
El diagrama mecánico de los pozo del campo Borburata esta compuesto por un revestidor de superficie de 13 3/8”, un revestidor intermedio de 9 5/8” y una camisa de producción de 7”. El punto de asentamiento del revestidor de 9 5/8” está en la base de la arena Masparrito, cubriéndose las arenas presurizadas pero no comerciales de Paguey y Masparrito (densidad del lodo: 12.3 lpg) Con la camisa de producción se cubren los extractos de interés del yacimiento: Gobernador y Escandalosa (densidad del lodo: 10.5 lpg). Aunque el valor promedio del gradiente de fractura en los distintos extractos mostrados son relativamente alto, en la realidad hemos observado pérdidas de circulación notables con densidades de lodo menores de 12 lpg, lo que nos indica la existencia de lentes de menor gradiente de fractura que los mostrados entre 11 y 12 lpg.

7 ANTECEDENTES CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL YACIMIENTO, ADVERSAS AL PROCESO DE PERFORACIÓN Y CEMENTACIÓN -. PÉRDIDAS DE CIRCULACIÓN -. ACUÍFEROS CON ALTA PRESIÓN ( GOBERNADOR) -. FRACTURAS NATURALES ( ESCANDALOSA “O” ) -. CARENCIA DE INFORMACIÓN GEOMECÁNICA -. DESCONOCIMIENTO DE LOS GRADIENTES DE PRESIÓN DE PORO Y GRADIENTE DE FRACTURA Alcanzar un buen aislamiento hidráulico entre zonas productoras caracterizadas por las condiciones anteriores representa un gran reto técnico - operacional para las empresas cementadoras. La falta de control de cualquiera de estas propiedades, puede desencadenar numerosas complicaciones durante los procesos de cementación y posterior completación del pozo. La optimización de la ventana del lodo de perforación se estableció operacionalmente con el comportamiento mismo de la perforación, sin contar con un estudio geomecánico que permitiese establecer con mayor precisión los limites de presión de poros y gradiente de fractura -. CARENCIA DE FLUIDO DE PERFORACIÓN EFICIENTE PARA LA ZONA PRODUCTORA -. LIMITACIONES DE DENSIDAD (BAJO BALANCE ρ = 4.6 LPG ) -. LIMITACIÓN EN EL ALCANCE DE LA PERFORACIÓN DE LA SECCIÓN DE PRODUCCIÓN ( ARENAS “O” , “P” Y “R”)

8 Densidad de lechada (lpg)
ANTECEDENTES CAMPAÑA DE PERFORACIÓN ACTUAL. DISEÑO DE CEMENTACIÓN INICIAL: -. UTILIZACIÓN DE LECHADA DE BAJA DENSIDAD (NUEVA TECNOLOGÍA) -. RESULTADOS LIMITADOS -. PORCENTAJE DE ÉXITO 33 % -. REALIZACIÓN DE CEMENTACIONES SECUNDARIAS -. AUMENTO DE LOS COSTOS ASOCIADOS A LA CEMENTACIÓN Pozo Revestidor Hoyo Densidad de lechada (lpg) Resultados Bor 31 Liner 7 5/8" Producción 11,5 Bueno Bor 33 Liner 7" Malo Bor 34 Liner 7” Regular Bor 35 La aplicación de nuevas tecnologías en el diseño de lechadas constituye una oportunidad para alcanzar aislamientos de zonas exitosos en el campo Borburata. El año pasado se inició una nueva campaña de perforación, utilizándose una tecnología novedosa de lechada de baja densidad que se fundamentada principalmente en la utilización de micro esferas. Esta tecnología fue desarrollada por una de las empresas trasnacionales pilares del servicio de cementación. Desafortunadamente, en los tres ÚLTIMOS POZOS donde se aplicó esta tecnología los resultados fueron infructuosos, obteniéndose una producción con un alto corte de agua.

9 INCORPORACIÓN DE LODO VISCO ELÁSTICO
ACCIONES Y MEJORAS APLICADAS INCORPORACIÓN DE LODO VISCO ELÁSTICO ALTA CAPACIDAD TIXOTRÓPICA (CONTROL DE PÉRDIDA DE CIRCULACIÓN) BAJO FILTRADO (REDUCCIÓN DE DAÑO A LA FORMACIÓN) ALTA CAPACIDAD DE ACARREO A BAJO CAUDAL (LIMPIEZA) FACILITA LA PERFORACIÓN DE ZONAS DE BAJO GRADIENTE CON LODOS DE DENSIDAD NORMAL PERFORACIÓN CONTINUA CON UN MISMO FLUIDO DE TODAS LOS PROSPECTOS DE LA ZONA PRODUCTORA (GOBERNADOR “A” Y “B”, ESCANDALOSA “O” , “P” Y “R”. CAMBIO DE LA TECNOLOGÍA DE LECHADA DE CEMENTO DE BAJA DENSIDAD POR EL SISTEMA “CCLITEPLUS” Descripción de fluidos viscoelástico Fluido con alta tixotropía, esfuerzo cedente real es mayor que la viscosidad plástica a nivel de fondo de pozo, con baja movilidad en la invasión de filtrado logrando sello efectivo en micro fracturas y vugas y en áreas depletadas (sensibles a perdida de circulación).

10 SISTEMA CCLITEPLUS. CARACTERÍSTICAS
FASE LIQUIDA: MATERIALES PESO ESPECIFICO CEMENTO 3.14 AGREGADOS 1.03 : 2.63 -. MAYOR RELACIÓN SÓLIDO/AGUA : AGREGADOS INERTES DE BAJO PESO ESPECIFICO -. MAYOR DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO : OPTIMIZACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS -. DESARROLLO DE TIXOTROPÍA : MENOR DE 7 MINUTOS FRENAR LA PÉRDIDA EN LOS CANALES DE LA FRACTURA FASE DE TRANSICIÓN: Combinando las lechadas CCLITE PLUS con el desarrollo de tixotropía se obtiene un efecto sinergístico en el control de la pérdida de circulación en las fracturas naturales e inducidas presentes en las zonas productoras. Por una parte la baja densidad y la tixotropía evitan el fracturamiento de la formación, reducen la penetración de la lechada dentro de las fracturas naturales y disminuyen potencialmente el volumen de pérdida, incrementando las posibilidades de cubrir las arenas de interés con la columna de cemento. -. TIEMPO CRÍTICO AJUSTADO: MENOR DE 20 MINUTOS

11 DISEÑO DE LECHADA CCLITEPLUS REDUCE EL ESPACIO VACIO !
TAMAÑO DE PARTÍCULAS HETEROGÉNEO => REDUCE EL ESPACIO VACIO ! La densidad de empaquetamiento (ρP), consiste en la relación porcentual entre el volumen efectivo de los sólidos y el volumen de empaquetamiento (Figura 5). El incremento de ρP se logra utilizando materiales con granos de diferentes tamaños, que presentan una distribución de partículas controlada y una relación de pesos porcentual definida entre los agregados utilizados.

12 OPTIMIZACIÓN DE LA DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO
HERRAMIENTA DE DISEÑO OPTIMIZACIÓN DE LA DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO Esta tecnología se ha aplicado en la ciencia de materiales, específicamente en la industria de la cerámica y también en la industria del concreto con la finalidad de obtener objetos o construcciones más resistentes y menos permeable después del fraguado (2,3). En general, un arreglo de partículas de un cemento petrolero convencional tiene una densidad de empaquetamiento cercana a 64 %. Aplicando esta metodología y apoyándonos en un programa de análisis tri-modal, (4) alcanzamos un valor de 74% (Figura 6) en la densidad de empaquetamiento de los sólidos de la lechada propuesta para cementar las camisas de producción de 7”. Adicionalmente, mediante esta tecnología se puede reducir la densidad de la lechada si se sustituye parte del volumen de cemento por materiales inertes de menor gravedad específica, esta modificación del componente sólido de la mezcla permite reducir la densidad sin la necesidad de agregar mayor volumen de agua al sistema, en consecuencia, se puede reducir la densidad sin detrimento de las propiedades del cemento una vez fraguado (5).

13 SISTEMA CCLITEPLUS. CARACTERÍSTICAS
FASE SÓLIDA: -. REDUCCIÓN DE DENSIDAD SIN INCREMENTO DE AGUA BAJA POROSIDAD. BAJA PERMEABILIDAD ALTA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN -. LA UTILIZACIÓN DE AGREGADOS INERTES SÓLIDOS REDUCCIÓN DEL ENCOGIMIENTO INCREMENTO DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN MAYOR IMPEDANCIA ACÚSTICA (Z) VS OTRAS LECHADAS LIVIANAS -. LA ELASTICIDAD RELATIVA DE LOS AGREGADOS INERTES REDUCIR EL MODULO DE YOUNG INCREMENTO DE LA ELASTICIDAD EN LA MATRIZ DE CEMENTO LA MAYOR ELASTICIDAD DEL CEMENTO AUMENTA LA RESISTENCIA A LOS CAMBIOS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA !

14 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CCLITEPLUS
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 1650 PSI MEDICIÓN INDIRECTA DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN Debido a la menor cantidad de agua utilizada en la mezcla comparada con las lechadas livianas convencionales, se obtiene un cemento de menor porosidad con una relativa alta resistencia (1650 psi) suficiente para soportar los esfuerzos mecánicos generados por las actividades operacionales. Adicionalmente, el tiempo para alcanzar las 500 psi es relativamente corto (Figura 8) comparable a los tiempos consumidos por lechadas de mayor densidad lo cual evita incrementar el tiempo de espera para reanudar las operaciones

15 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CCLITEPLUS ENCOGIMIENTO VOLUMÉTRICO
IMPEDANCIA ACÚSTICA (Z) La sustitución parcial del volumen de cemento por agregados inertes, disminuye el encogimiento natural del cemento al fraguar ya que estos agregados no se ven afectados morfológicamente durante la cristalización. La reducción del encogimiento, conjuntamente con el control de filtrado, actúan en sinergia para evitar que la matriz de cemento sea invadida por fluidos de la formación (Figura 7). Adicionalmente, dentro de universo de agregados se incorpora un agente expansivo (crecimiento de cristales) que ayuda a incrementar la adherencia del cemento fraguado.

16 SIMULACIÓN DE ESFUERZOS
MODELO DE ANILLOS CONCÉNTRICOS Resistencia a la Tensión (RT) En general los cementos son débiles a la tensión, experimentalmente se ha determinado que los cementos tradicionales tiene una resistencia a la tensión en el orden de 10% RC. Sin embargo, aplicando la tecnología de densidad de empaquetamiento y utilizando agregados elásticos, se ha determinado experimentalmente que la tensión se incrementa en algunos casos hasta 30% RC En el caso de las lechadas utilizadas en Borburata la Tensión es aproximadamente 15% RC, medida en condiciones ambientales con el método indirecto de la prueba de flexión de tres puntos (Figura 9). Modulo de Young Los agregados inertes utilizados en el diseño son más elásticos que el cemento base, esta condición de diseño permite que la matriz del cemento CCLITE plus sea relativamente más flexible y elástica. Los cementos base tienen un modulo de Young cercano a 2 x106 psi, mientras que los cementos diseñados con esta tecnología tienen modulo de Young menor, en el rango de 1 a 9x105 psi. Específicamente el diseño utilizado en Borburata arroja un valor para el modulo de Young de 5.6x105 psi, (Tabla 2) medido en condiciones ambientales con el método indirecto de flexión de tres puntos. MÉTODO DE CALCULO: “ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS”

17 SIMULACIÓN DE ESFUERZOS
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL SISTEMA TUBERÍA – CEMENTO - FORMACIÓN Combinando las lechadas CCLITE PLUS con el desarrollo de tixotropía se obtiene un efecto sinergístico en el control de la pérdida de circulación en las fracturas naturales e inducidas presentes en las zonas productoras. Por una parte la baja densidad y la tixotropía evitan el fracturamiento de la formación, reducen la penetración de la lechada dentro de las fracturas naturales y disminuyen potencialmente el volumen de pérdida, incrementando las posibilidades de cubrir las arenas de interés con la columna de cemento. Densidad La densidad de la lechada de 12.5 lpg (Tabla 1), utilizada en los tres pozos ya cementados, se escogió en función de la ventana de presión dinámica permitida entre los límites del lodo (10.5 lpg) y la presión de fractura mínima (14 lpg). Los límites anteriores se ven reducidos operacionalmente debido a la presencia de fracturas naturales que reducen el tope de densidad dinámica por debajo de 13 lpg., para la escogencia de la densidad del cemento. Reología El ajuste de la densidad de empaquetamiento de los sólidos también genera beneficios en el cemento durante su etapa líquida, a pesar de la menor cantidad de agua en la lechada, las características físicas de los agregados, su esfericidad y poca reactividad permiten que la lechada no desarrolle excesiva viscosidad ni gelificación dinámica durante la mezcla y bombeo. En el caso particular de la lechada propuesta, la reología se diseñó con viscosidad y punto cedente altos (Tabla 1), para propiciar el desplazamiento de la lechada en el anular con flujo tapón. Pérdida de Filtrado El incremento en la variación granulométrica de los sólidos genera una doble acción beneficiosa en la reducción de la perdida de agua en la lechada frente la formación permeable. Por una parte reduce la permeabilidad de la lechada durante su etapa de cristalización critica, lo cual ayuda a reducir la movilidad del agua intersticial en la matriz del cemento y reduce la posibilidad de invasión de fluidos de formación dentro del cemento y por otra parte ayuda a reducir la permeabilidad del revoque de cemento que se forma frente a la cara permeable de la formación, induciendo una mayor retención del agua en la lechada. La combinación de ambos mecanismos de control de agua se traduce en una columna de cemento más estable en el hoyo desnudo. La pérdida de filtrado medida en las lechadas utilizadas en Borburata es cercana a 20 cc/30min.

18 VIDA ÚTIL DEL SELLO HIDRÁULICO Límites de Presión determinados (psi)
Formación Radial Tangencial Paguey (Lutita) > 8000 Paguey (Arenisca)) 7500 6000 Gobernador (Arenisca Morita (Lutita) Los límites determinados cubren los incrementos de presión potencialmente aplicables en estos pozos durante su vida productiva ! Resistencia a la Tensión (RT) En general los cementos son débiles a la tensión, experimentalmente se ha determinado que los cementos tradicionales tiene una resistencia a la tensión en el orden de 10% RC. Sin embargo, aplicando la tecnología de densidad de empaquetamiento y utilizando agregados elásticos, se ha determinado experimentalmente que la tensión se incrementa en algunos casos hasta 30% RC En el caso de las lechadas utilizadas en Borburata la Tensión es aproximadamente 15% RC, medida en condiciones ambientales con el método indirecto de la prueba de flexión de tres puntos (Figura 9). Modulo de Young Los agregados inertes utilizados en el diseño son más elásticos que el cemento base, esta condición de diseño permite que la matriz del cemento CCLITE plus sea relativamente más flexible y elástica. Los cementos base tienen un modulo de Young cercano a 2 x106 psi, mientras que los cementos diseñados con esta tecnología tienen modulo de Young menor, en el rango de 1 a 9x105 psi. Específicamente el diseño utilizado en Borburata arroja un valor para el modulo de Young de 5.6x105 psi, (Tabla 2) medido en condiciones ambientales con el método indirecto de flexión de tres puntos.

19 RESULTADOS DE CAMPO En el área Borburata durante la cementación de los CAMISAS de producción (en ambiente con acuíferos activos), se ha utilizado la Lechada CCLITEPLUS lográndose incrementar el 100% porcentaje éxito . Pozo Tipo de Cementación Hoyo Lechada Densidad (lpg) Resultado Bor -36 Liner de 7" Producción Liviana 12,5 Bueno Bor-37 Bor-38 Bor -19 Bor - 39

20 POZO BOR - 36

21 POZO BOR - 37

22 POZO BOR - 19

23 LA CEMENTACIÓN SE EJECUTÓ CON PÉRDIDA PARCIAL !
POZO BOR - 38 LA CEMENTACIÓN SE EJECUTÓ CON PÉRDIDA PARCIAL !

24 POZO BOR - 39

25 CONCLUSIONES 1-. La tecnología de lechadas CCLITEPLUS con propiedades tixotrópica resulta una alternativa válida para alcanzar un buen sello hidráulico frente arenas productoras, en pozos naturalmente fracturados y de bajo gradiente. 2-. La preparación de estas lechadas no requiere de equipos especiales, distintos a los utilizados normalmente. 3-. La utilización de agregados inertes distintos a las micro esferas huecas permite desarrollar en el cemento impedancias relativamente altas, alejadas del umbral liquido cemento que permite una clara interpretación de los registros ultrasónicos. 4-. EL análisis de los esfuerzo generados en la matriz del cemento producto del incremento de presión en el pozo nos indica que el sello hidráulico puede soportar el rango de presiones que se espera aplicar en el pozo durante su vida útil debido a operaciones de reparación.

26 MUCHAS GRACIAS JUNIO 19 DE 2008