Cementación de pozos

Se puede añadir para acortar el tiempo de fraguado o para acelerar el proceso de endurecimiento.

El cloruro de calcio , en las condiciones adecuadas, tiende a mejorar la resistencia a la compresión y reduce significativamente el tiempo de fraguado y engrosamiento. Se utiliza en concentraciones de hasta el 4,0 %. El mecanismo de este proceso es objeto de debate, pero existen cuatro teorías principales .

1. Afecta a la fase de hidratación según una de las siguientes teorías:
   1. Cloro ( Cl ⁻) los iones mejoran la formación de ettingita ( cristalina ) Tenoutasse 1978.
   2. Aumenta la hidratación del sistema fase aluminato/yeso. Traettenber y Gratten Bellow, 1975.
   3. Acelera la hidratación del C3S. Stein 1961
2. Modifica la estructura CSH.
   1. Controla la difusión del agua y de las especies iónicas.
   2. El gel CSH tiene una mayor superficie y reaccionará más rápido.
3. Difusión de los iones cloruro;
   1. Los iones Cl ⁻ se difunden más rápidamente en el gel CSH , lo que produce la precipitación de portlandita antes.
   2. El menor tamaño de los iones Cl ⁻ provoca una mayor tendencia a difundirse en la membrana de CSH . Finalmente, la membrana de CSH se rompe y el proceso de hidratación se acelera.
   3. Cambia la composición de la fase acuosa.

El cloruro de calcio también genera una gran cantidad de calor durante la hidratación. Este calor podría acelerar el proceso de hidratación.

Este calor provoca que el revestimiento se expanda y contraiga a medida que se disipa . Las diferentes tasas de expansión y contracción pueden causar que el revestimiento se separe del cemento y dé lugar a la formación de microanillos. También puede afectar la reología del cemento , el desarrollo de la resistencia a la compresión, producir una retracción del 10-15%, aumentar la permeabilidad con el tiempo y disminuir la resistencia a los sulfatos.

Funcionan según una de cuatro teorías principales;

1. Teoría de la adsorción : el retardador se adsorbe e inhibe el contenido de agua.
2. Teoría de la precipitación : reacciona con la fase acuosa para formar una capa impermeable e insoluble alrededor de los granos de cemento.
3. Teoría de la nucleación : el retardador envenena el producto de hidratación e impide el crecimiento futuro.
4. Teoría de la complejación : Los iones Ca+ son quelados por el retardador. No se puede formar un núcleo correctamente.

Lignosulfonatos : Polímeros derivados de la pulpa de madera . Eficaces en todos los cementos Portland y añadidos en concentraciones del 0,1 % al 1,5 % de BWOC. Se absorben en el gel CSH y provocan un cambio de morfología hacia una estructura más impermeable.

Ácidos hidroxicarboxílicos : Poseen grupos hidroxicarboxilo en su estructura molecular . Por debajo de 93 °C pueden provocar un retardo excesivo. Son eficaces hasta una temperatura de 150 °C. Un ejemplo es el ácido cítrico, con una concentración efectiva de entre 0,1 % y 0,3 % en peso de carbono.  

Compuestos de sacáridos : los azúcares son excelentes retardadores del cemento Portland. Estos compuestos no se utilizan comúnmente debido a que el grado de retardo es muy sensible a las variaciones de concentración. También depende de la susceptibilidad del compuesto a la hidrólisis alcalina .

Derivados de la celulosa : Polisacáridos derivados de la madera o materia vegetal, que son estables en las condiciones alcalinas de la lechada de cemento .

Organofosfatos : Ácidos alquilenfosfónicos .

Compuestos inorgánicos :

Ácidos y sales acompañantes

El cloruro de sodio se utiliza en concentraciones de hasta el 5,0 % y con temperaturas en el fondo del pozo inferiores a 160 °F. Mejora la resistencia a la compresión y reduce el tiempo de fraguado y engrosamiento.

Óxidos de zinc y plomo .

Reduce la densidad de la lechada: reduce la presión hidrostática durante la cementación. Aumenta el rendimiento de la lechada: reduce la cantidad de cemento necesaria para producir un volumen determinado .

Extensores de agua: Permiten/facilitan la adición de agua para ayudar a extender la mezcla/lechada de cemento.

Áridos de baja densidad: materiales con densidades inferiores a la del cemento Portland (3,15 g/cm³).

Microesferas de vidrio huecas : esferas de vidrio huecas no porosas, de alta resistencia (unicelulares) y baja densidad (densidades reales promedio tan bajas como 0,3 g/cc para las versiones de resistencia media), diseñadas con un tamaño de partícula promedio inferior a 40 μm, que permiten obtener lechadas de cemento hidráulico con una densidad tan baja como 8 PpG (960 kg/m³).

Extensores gaseosos : se puede utilizar nitrógeno o aire para preparar la espuma.

Arcillas – Silicatos de aluminio hidratados. El más común es la bentonita (85 % de arcilla mineral esmectita ). Se puede utilizar para obtener un cemento con una densidad de 11,5 a 15,0 ppg , con concentraciones de hasta el 20 %. Se utiliza con una proporción API de 5,3 % de agua por 1,0 % de bentonita.

Bentonita: se añade junto con agua adicional, se utiliza para un control de peso específico, pero produce un cemento de mala calidad.

Puzolana : piedra pómez finamente molidade cenizas volantes . La puzolana es muy económica, pero no reduce significativamente el peso de la suspensión.

Tierra de diatomeas : también requiere la adición de agua. Sus propiedades son similares a las de la bentonita.

Sílice : cuarzo α y humo de sílice condensado. El cuarzo α se utiliza para prevenir la pérdida de resistencia en pozos térmicos . El humo de sílice (microhumo) es altamente reactivo y se considera el material puzolánico más eficaz disponible. Su gran superficie específica aumenta la necesidad de agua para obtener una lechada bombeable. Esta mezcla puede producir una lechada de cemento con una concentración de tan solo 11,0 ppg.

La concentración normal es del 15 % del volumen sanguíneo en el pecho (BWOC), pero puede llegar hasta el 28 %. En ocasiones, se puede utilizar para prevenir la migración del líquido anular.

Perlita expandida : se utiliza para reducir el peso a medida que se añade agua. Sin bentonita, la perlita se separa y flota en la parte superior de la suspensión. Puede utilizarse para lograr un peso de suspensión tan bajo como 12,0 ppg. También se añade bentonita en concentraciones del 2 al 4 % para evitar la segregación de partículas y la suspensión.

Gilsonita : se utiliza para obtener lodos con pesos tan bajos como 12,0 ppg. En altas concentraciones, la mezcla resulta problemática.

Carbón en polvo : se puede utilizar para obtener una suspensión con una densidad tan baja como 11,9 ppg; normalmente se añaden entre 12,5 y 25 libras por saco.

Utiliza aditivos de látex para lograr la pérdida de fluido. Los polímeros de emulsión se suministran como suspensiones de partículas de polímero. Contienen aproximadamente un 50 % de sólidos. Dichas partículas pueden obstruir físicamente los poros de la torta de filtración .

Aumentan la viscosidad de la fase acuosa y disminuyen la permeabilidad de la torta de filtración.

Proteínas orgánicas ( polipéptidos ). No utilizar a temperaturas superiores a 93  °C.

Los polímeros sintéticos no iónicos pueden reducir las tasas de pérdida de fluidos de 500 ml/30 min a 20 ml/30 min.

También existen polímeros sintéticos aniónicos y polímeros catiónicos .

La adición de materiales que puedan unir físicamente zonas fracturadas o débiles. Por ejemplo, gilsonita y escamas de celofán añadidas en cantidades de 0,125 a 0,500  libras por saco.

Se trata de lechadas de cemento que, al entrar en contacto con la formación, comienzan a gelificarse y, finalmente, se vuelven autoportantes.