Estudio de la influencia de la excentricidad del revestidor sobre el estado de esfuerzos del anillo de cemento en pozos de petróleo y gas

Abstract

Las operaciones de cementación en pozos de petróleo y gas tienen como objetivo fundamental la formación de un sello hidráulico perdurable en el tiempo dentro del sistema constituido por la tubería, el cemento y la roca. Es por ello, que resulta primordial garantizar que el cemento empleado para cada actividad de cementación sea el apropiado, de forma tal, que tenga la capacidad de soportar las condiciones de carga y temperatura a las que se halla el interior del pozo. El diseño riguroso de la lechada de cemento a utilizar, es parte fundamental dentro de la planificación de las actividades de cementación. La lechada debe poseer ciertas características químicas y mecánicas que le permitan responder favorablemente a los requerimientos del pozo y que aseguren que mantendrá su integridad a lo largo del tiempo. La excentricidad en el revestidor es considerada uno de los principales problemas que se producen en el proceso de cementación primaria, por lo que el objetivo de este trabajo es estimar la influencia de esta anomalía en la distribución de los esfuerzos que experimenta el cemento fraguado. Para alcanzar este objetivo se realizó una evaluación numérica a través del método de elementos finitos (MEF) del sistema revestidor-cemento-formación simulando las condiciones de carga aplicada, producto de las operaciones realizadas en la construcción, mantenimiento o generadas por cambios en las condiciones intrínsecas de fondo de pozo. Entonces, tomando en cuenta la existencia de excentricidad además de las propiedades elásticas de los materiales que conforman el pozo, módulo de Young (E ) y coeficiente de Poisson (V) se determinó que el grado de excentricidad actúa como concentrador de esfuerzos en el cemento aumentando la posibilidad de que este material sufra algún tipo de daño y pierda su integridad mecánica. Los resultados indicaron que partir de la determinación del factor de concentración de esfuerzos es posible corregir los esfuerzos determinados a partir de soluciones simplificadas, y evitar errores producto de la estimación deficiente de los esfuerzos reales a los que el pozo es sometido. Tomando en cuenta que la implementación del cálculo este factor como criterio de diseño de materiales, es de gran utilidad cuando se requiere del análisis profundo de un elemento que será sometido a esfuerzos y cuyo funcionamiento es de vital importancia.