ADITIVOS DEL CEMENTO

Aditivos del Cemento

Los aditivos son sustancias que permiten apropiar los diferentes cementos petroleros a las condiciones específicas de trabajo. Pueden ser sólidos o líquidos. Muchos aditivos son conocidos por su nombre comercial usado por las compañías de servicios de cementación. Los aditivos de cemento pueden ser usados para:

• Acelerar o retardar el tiempo de fragüe.

• Control de filtrado y perdida de fluido.

• Variar la densidad de la lechada.

• Cambiar la resistencia a la compresión.

• Reducir la viscosidad de la lechada.

Los aditivos pueden ser entregados en la locación de perforación en estado granular o líquido y pueden ser mezclados con el cemento en polvo o ser añadidos al agua de mezcla antes de que la lechada de cemento sea mezclada. La cantidad de aditivos utilizados comúnmente es expresada en términos de porcentaje (%) en peso del cemento en polvo (usando como base que cada saco de cemento pesa 94 lb). Muchos aditivos afectan más de una propiedad y por tanto deben ser diligentemente usados. Entre ellos se encuentran:

1. Aceleradores :

Se llama aceleradores a todos aquellos productos químicos que reducen el tiempo de fraguado a las lechadas de cemento. Incrementan la velocidad de desarrollo de resistencia a la compresión. Son usados cuando el tiempo de fraguado del cemento resulta ser más largo que el requerido para mezclar y desplazar la lechada. Actúan rompiendo un compuesto gelatinoso que se forma alrededor de las partículas de cemento cuando comienza el proceso de hidratación, permitiendo una rápida penetración del agua.

Los aceleradores son importantes especialmente en pozos poco profundos donde las temperaturas son bajas y por tanto la lechada de cemento puede tomar un largo periodo de tiempo para fraguar. En pozos profundos las altas temperaturas estimulan el proceso de fragüe y los aceleradores pueden no ser necesarios. Los aceleradores de fragüe más comunes son:

• Cloruro de Calcio (CaCl2): Esta sal se dosifica de 2,0 a 4,0% por peso de cemento, dependiendo del tiempo de bombeabilidad que se desea obtener. Es el producto que exhibe mayor control en el tiempo de bombeabilidad. Los resultados no son predecibles si la concentración excede el 6 % .

Figura 1. Efecto de bombeabilidad del cloruto de calcio.

• Cloruro de Sodio (NaCl): Actúa como acelerador en concentraciones de 2,0 – 2,5 % por peso de cemento. Más comúnmente en concentraciones de hasta 10% por peso de agua de mezcla, en concentraciones entre 10 – 18% es esencialmente neutral y el tiempo de fraguado es similar al obtenido con agua dulce. A concentraciones mayores al 18% causa retardación de fragüe.

Ventajas:

 Favorece la Adherencia del cemento a formaciones lutíticas.

 Minimiza el daño en zonas sensibles al agua dulce

 Produce ligera expansión.

 Actúa como dispersante en las lechadas reduciendo su viscosidad.

Desventajas:

 Tiene problemas de compatibilidad con la mayoría de los reductores de filtrado.

 Puede causar algo de espuma durante su mezclado.

 No debe emplearse en lechadas que contengan FT-4.

Figura 2. Efecto de bombeabilidad.

• Silicato de sodio:Es usado principalmente para acelerar las lechadas de cemento que contienen carboximetil hidroxiyetil celulosa retardante.

• Agua Salada: Es abundantemente usado para preparar lechadas de cemento en locaciones costa afuera. El agua de mar contiene arriba de 25 g/l de NaCl, lo que resulta en ser un excelente acelerador.

• Sulfato de Calcio: Es un material que tiene característicascementantes y tienen fuerte predominio en expandir el cemento fraguado; como acelerador se dosifica basándose en el tiempo que se desea y la temperatura a la cual se va a trabajar. Su concentración varía del 50 – 100% por peso del cemento. Es importante saber que altas concentraciones de este aditivo actúan como retardadores de fragüe.

2. Retardadores

Son productos químicos que prolongan el tiempo de fraguado inicial de las lechadas de cemento y brindan la posibilidad de trabajar el cemento en un amplio rango de temperatura y presión. En pozos profundos, las altas temperaturas reducen el tiempo de bombeabilidad de las lechadas de cemento. Estos son usados para prolongar el tiempo de bombeabilidad y evitar los riesgos del fraguado prematuro. Para temperaturas estáticas por encima de 260 – 275 ºF se deben medir los efectos de los retardadores a través de pruebas piloto.Los tipos más comunes de retardadores son:

• Lignosulfonato: Se componen de sales de ácidos lignosulfónicos de sodio y calcio. Son polímeros derivados de la pulpa de la madera. Usualmente son compuestos no refinados y contienen varias cantidades de compuestos sacaroides con un peso molecular promedio de 20.000 a 30.000. Este tipo de retardador es efectivo con todos los cementos y se dosifican en un rango de 0,1 – 1,5 % por peso de cemento. Son efectivos hasta 250 ºF (122 ºC) de temperatura de circulación en el fondo del pozo y hasta 600 ºF (315 ºC) cuando se mezcla son borato de sodio.

• Ácido Hidroxilcarboxilicos: Estos contienen grupos hidroxilos (OH) y carboxílicos (CHn) en su estructura molecular. Son retardadores eficaces y se aplican a un rango de temperatura de 200 ºF (93ºC) – 300 ºF (143 ºC). Otro ácido hidroxilcarboxilico con un fuerte efecto retardante, es el ácido cítrico. Este también es efectivo como dispersante de cemento, normalmente se usa en concentraciones de 0,1 – 0,3 % por peso de cemento.

• Organofosfonatos: Se aplican a temperaturas de circulación tan altas como 400 ºF (204 ºC). Presentan insensibilidad a variaciones sutiles de la composición del cemento y tienden a bajar la viscosidad de lechadas densificadas.

3. Reductores de densidad

Son materiales que reducen la densidad de las lechadas de cemento y/o reducen la cantidad de cemento por unidad de volumen por producto

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