Uso de la impedancia electroquímica para estudiar la fuerza de gel estática en lechadas de cemento utilizadas en construcción de pozos petroleros

Abstract

La operación de cementación es una de las etapas más importantes de la construcción de un pozo petrolero, ya que la misma constituye el mecanismo mediante el cual se brinda estabilidad a los diferentes hoyos perforados y se logra un efectivo aislamiento zonal, lo que tiene como finalidad proveer mayor seguridad y tiempo de vida útil al pozo. Sin embargo, durante o después de estas operaciones se puede presentar un fenómeno conocido como migración de fluidos, el cual consiste en la invasión de los diferentes fluidos que se encuentran en la formación hacia el espacio anular cementado, en donde se puede desplazar hacia zonas de menor presión o hacia la superficie. El principal factor que previene este fenómeno es la capacidad de la columna de cemento para transmitir la presión hidrostática la cual es función de una propiedad conocida como fuerza de gel estática. En la actualidad, aunque existen algunos prototipos, no hay equipos estandarizados ni metodología para cuantificar experimentalmente esta propiedad, por lo cual se plantea en la presente investigación estudiar la potencialidad del uso de medidas de impedancia electroquímica como una técnica para evaluar la fuerza de gel estática en lechadas de cemento. La investigación se dividió en tres etapas fundamentales, la primera corresponde al montaje y puesta a punto del sistema de medición, en la cual se verificó el buen funcionamiento y la confiabilidad de los resultados del sistema de medición; la segunda tiene que ver con la obtención de los datos experimentales, en la que se hicieron experiencias con dos blancos (cemento y agua) y cuatro sistemas cementantes antimigratorios a diferentes condiciones de presión y temperatura, dichas experiencias se enfocaron en la caracterización de las lechadas de acuerdo a la normativa API, medición de fuerza de gel estática empleando el MINIMACS (Mini Multiple Analyser Cement Slurry) y las pruebas de impedancia con un sistema de medición que permite la aplicación de presión y temperatura a la muestra durante la prueba. Finalmente, en la etapa de tratamiento de los datos experimentales se determinaron los parámetros del circuito equivalente que modela los sistemas estudiados, de igual manera se escogió el parámetro a correlacionar, se generaron y validaron las correlaciones pertinentes. Se obtuvo que las propiedades físicas de las formulaciones estudiadas cumplen con lo establecido en la normativa API, por otro lado se observaron diferentes comportamientos de gelificación para dichos sistemas de acuerdo a las curvas de fuerza de gel estática obtenidas con el MINIMACS, los cuales dependen de la formulación del sistema cementante. De igual manera se observaron diferentes comportamientos de las curvas de resistencia eléctrica del sistema como función del tiempo, debido a los cambios tanto en las formulaciones como en la temperatura de la prueba. Se determinaron dos tipos de funciones para los diferentes sistemas estudiados, que pueden relacionar la fuerza de gel estática con los valores de la resistencia eléctrica de la muestra, una de ellas es una expresión de dos parámetros y la otra es un modelo de seis parámetros, las cuales se ajustaron a los diferentes sistemas estudiados. Finalmente se concluyó que las mediciones de impedancia electroquímica tienen potencial para ser correlacionadas con fuerza de gel estática en lechadas de cemento utilizadas en la construcción de pozos petroleros, lo cual abre una amplia gama de posibilidades de uso de estas técnicas dentro del área de estudio de esta investigación.