Un equipo bombeador liviano y poderoso

Respecto a los equipos utilizados en los campos petroleros, los más grandes no siempre son los mejores y, a menudo, tampoco son los más económicos, ni los más fáciles de operar. Los equipos especiales diseñados para mercados específicos permiten aumentar la eficiencia en forma extraordinaria. El nuevo equipo cementador es más pequeño, pesa menos y ofrece excelente maniobrabilidad, mayor seguridad y alta confiabilidad, además de contribuir a reducir el tiempo ocioso del equipo de perforación durante muchas operaciones de cementación.

Brian Braun PanCanadian Petroleum Ltd. Calgary, Alberta, Canadá

Jim Martin Torch Operating Company Bakersfield, California, EUA

Sherif Foda Harjit Kohli Sugar Land, Texas, EUA

Dick Waddell Penn Virginia Oil & Gas Corp. Duffield, Virginia

Ian Landon Pine Mountain Oil & Gas Inc. Lebanon, Virginia, EUA

Se agradece la colaboración en la preparación de este artículo a Fazal Baksh, Bakersfield, California, EUA; Leo Burdylo, Roger Keese, Ed Leugemors, Andrew Muddimer, Jean-Louis Pessin, Erik Rhein-Knudsen, Gary Rogers, Mike Vaske, Stephen Whittaker y Mark Williamson, Sugar Land, Texas, EUA; Didier Degouy, SINCOR C.A., Caracas, Venezuela; Kevin Hudock, Beckley, West Virginia, EUA; Elizabeth Mackenzie, Red Deer, Alberta, Canadá; Bruce Rieger, Medicine Hat, Alberta; y David Stiles, Calgary, Alberta. Blue Streak, CemSTREAK, CT EXPRESS, GeoMarket, MAXIS Express, Platform Express, PRISM (registro preciso para la supervisión y el monitoreo de trabajos), PumperPOD (vehículo de estimulación) y SLURRY CHIEF son marcas de Schlumberger. Caterpillar es una marca de Caterpillar, Inc. Chevrolet y Suburban son marcas de General Motors Corporation. Freightliner es un marca de Freightliner Corporation.

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La industria petrolera se preocupa en forma constante en aumentar la eficiencia y la seguridad de las operaciones de campo, además de minimizar el impacto ambiental. En realidad, en la mayoría de las operaciones de campo no se requiere el uso de equipos capaces de soportar las temperaturas y las presiones más elevadas o de alcanzar las mayores profundidades. Cuando las operaciones se desarrollan en condiciones menos extremas, lo más simple puede ser lo mejor. El elemento clave es la confiabilidad, es

decir, saber que el equipo va a funcionar en forma segura y correcta. Los equipos especiales permiten aumentar la eficiencia operativa, minimizar los problemas de seguridad y del medio ambiente, a la vez que producen beneficios económicos tanto para los operadores de campo como para los proveedores de servicios. A la luz de estas consideraciones, Schlumberger ha diseñado e implementado equipos especiales como la embarcación de adquisición sísmica Geco Eagle, la unidad de tubería flexible CT EXPRESS de

Oilfield Review

instalación rápida, la unidad de registro operada a cable de alta eficiencia Blue Streak, el equipo de instrumentación de superficie y obtención de registros para pozos en tierra firme MAXIS Express, el vehículo de estimulación PumperPOD y diversas herramientas de registro, tal como la sarta de herramientas Platform Express.1 Siguiendo estos mismos conceptos de seguridad, eficiencia y economía, Schlumberger ha incorporado recientemente un nuevo equipo bombeador de cemento. Sólo en el oeste de Canadá, el

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nuevo cementador CemSTREAK ya lleva realizadas más de 1000 operaciones de cementación con todo éxito. La cementación correcta de los pozos reviste gran importancia, al igual que muchas otras operaciones de perforación y terminación de pozos, ya que un problema ocurrido durante la cementación puede originar un costoso trabajo de reparación. El cemento proporciona el soporte para el revestidor y aisla hidráulicamente las diferentes formaciones que penetra el pozo.

1. Para mayor información acerca de equipos especiales: Barber T, Jammes L, Smits JW, Klopf W, Ramasamy A, Reynolds L, Sibbit A y Terry R: “Evaluación de hueco abierto en tiempo real,” Oilfield Review 11, no. 2 (Verano de 1999): 36-57. “New Design Simplifies Coiled-Tubing Operations,” Oil & Gas Journal 98, no. 2 (Enero 10, 2000): 38. Swinstead N: “Una mejor manera de trabajar,” Oilfield Review 11, no. 3 (Otoño de 1999): 46-60.

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Capacidad de cementación en tierra firme del equipo CemSTREAK

Bombeadores convencionales, 30%

Unidades CemSTREAK 70%

Profundidad promedio de pozos por GeoMarket en 1997 4820 pies

6296 pies

8183 pies

11,826 pies 4684 pies

8076 pies

5305 pies

7140 pies

6882 pies

Promedio mundial = 5512 pies

> Requerimientos de cementación en tierra firme. El equipo CemSTREAK tiene la capacidad de prestar servicios en el 70% del mercado de cementación de tierra firme en todo el mundo. Los otros cementadores incluidos en la flota de Schlumberger pueden realizar el 30% de las operaciones restantes.

Motor del vehículo

Motor auxiliar

Tanques de desplazamiento

Bomba triple, sección de potencia de la bomba

Panel de control

Densitómetro no radiactivo

Mezclador SLURRY CHIEF

> El bombeador equipado con bombas gemelas cuenta con dos motores y dos bombas triples, una de las cuales se encuentra ubicada en el extremo opuesto al panel de control.

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Oilfield Review

También previene la migración incontrolada de fluidos hacia la superficie, que puede resultar peligrosa.2 Schlumberger ha construido un equipo cementador, cuyo bajo peso y diseño ergonómico permiten ajustarse a los requerimientos específicos de muchas regiones, además de cubrir alrededor del 70% del mercado de cementación en tierra firme (página anterior, arriba).3 El éxito alcanzado recientemente en las pruebas de campo llevadas a cabo en Canadá y en Virginia Occidental, EUA y en operaciones comerciales realizadas en las mismas zonas, en California, EUA y en Venezuela demuestran la capacidad de esta nueva y versátil unidad. En este artículo, primero se examinan los métodos y equipos tradicionales de cementación y luego se describen las innovaciones introducidas, tanto en el diseño del equipo como en las operaciones. Equipos de cementación de bombas gemelas y combinados En muchas operaciones de cementación, conviene utilizar un equipo de cementación convencional de bombas gemelas. Diseñados con el fin de manejar las presiones más elevadas de los pozos más profundos, estos equipos están dotados de dos bombas triples y dos motores (abajo). Si bien esta

Motor del vehículo

Motor auxiliar

duplicidad de elementos resulta conveniente en muchos casos, por otra parte aumenta el tamaño, el peso y la complejidad del vehículo. Es de destacar que las fallas del motor o de la bomba constituyen menos del 2% del número total de fallas ocurridas durante las operaciones de cementación. Además de contar con dos bombas y dos motores, estos bombeadores de última generación están equipados con dos tanques de desplazamiento de 10 bbl [1.6m3] cada uno y tubos de acero, los que se conectan para formar un conducto de alta presión desde la unidad de bombeo hasta la cabeza de cementación; dispositivo utilizado para contener los tapones hasta que son liberados y bombeados dentro del revestidor durante las operaciones de cementación. Esta unidad despliega hasta 520 caballos de potencia hidráulica (hhp) y puede soportar una presión de trabajo de hasta 15,000 lpc [103 Mpa]. El peso total del vehículo, incluyendo el equipamiento convencional, es de 57,000 lbm [25,855 kg]. El bombeador combinado (combo) es una variante más pequeña del equipo de bombas gemelas (abajo). Está equipado con una sola bomba triple, dos motores y dos tanques de desplazamiento de 12 bbl [1.9 m3] cada uno y alcanza 270 hhp de potencia hidráulica. Si bien puede alcanzar

Tanque agitador

las mismas presiones que el equipo de bombas gemelas, pesa 43,450 lbm [19,710 kg]; aproximadamente un 25% menos que el equipo convencional. El equipo combinado se utiliza habitualmente para operaciones de cementación forzada y tratamientos de acidificación, mientras que el equipo de bombas gemelas se prefiere para operaciones de cementación primarias por su mayor potencia. Para operar tanto el bombeador combinado como el equipo de bombas gemelas y los demás equipos utilizados en las operaciones de cementación se requiere, con frecuencia, una dotación de tres personas. En algunas regiones, el tamaño y el peso de los equipos dobles limitan el desplazamiento del vehículo. En Canadá, por ejemplo, debido a los ciclos alternados de congelamiento y descongelamiento provocados por variaciones de temperatura de hasta 65°C [117°F] entre los meses de invierno y verano, los caminos quedan muy deteriorados, lo cual dificulta o imposibilita el 2. Para mayor información acerca de tecnología de cementación: Boisnault JM, Guillot D, Bourahla A, Tirlia T, Dahl T, Holmes C, Raiturkar AM, Maroy P, Moffett C, Pérez Mejía G, Ramírez Martínez I, Revil P y Roemer R: “Concrete Developments in Cementing Technology,” Oilfield Review 11, no. 1 (Primavera de 1999): 16-29. 3. Braun B y Foda S: “Cementing Unit Saves Time and Cost,” The American Oil & Gas Reporter 43, no. 7 (Julio de 2000): 113, 114 y 140.

Panel de control

Densitómetro no radiactivo

Bomba triple, sección de potencia de la bomba

Mezclador SLURRY CHIEF

> El bombeador combinado tiene una sola bomba triple y dos motores.

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Motor Caterpillar CFE 3126 de 300 hp

Carrete de la manguera

Tanque de combustible de 45 galones

Consola de control

Almacenamiento de la cabeza de cementación

Depósito hidráulico

Medidor de flujo Endress & Hauser

Caja de batería

Tanque de desplazamiento

Bomba de inyección

Canasta del equipamiento

Conjunto de válvulas de descarga de alta presión

Bomba triple

Consola de control

Tanque de mezclado y desplazamiento

Caja de herramientas

Carrete de la manguera

Control de carrete de la manguera

Motor Caterpillar CFE 3126 de 300 hp

Tanque de combustible de 45 galones

> Vista lateral izquierda (arriba), derecha (abajo) y trasera (próxima página, arriba) del bombeador CemSTREAK.

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Consola de control

Entrada de cemento seco

Mezclador SLURRY CHIEF

Almacenamiento de la cabeza de cementación

desplazamiento de los vehículos. La situación más crítica se produce durante los meses en que los caminos de tierra se están descongelando pero todavía no están secos. En las regiones afectadas se puede optar por construir costosas rutas con pavimento de alta calidad por las que se puede transitar todo el año, o bien limitar el peso de los vehículos durante los deshielos de primavera para reducir los daños potenciales. El gobierno ha optado por esta segunda opción, la cual resulta más económica. En Canadá, existe un peso legal máximo permitido sobre cada eje que los vehículos no pueden exceder durante los meses de "carreteras restringidas" por los deshielos de primavera.4 Por ejemplo, una "restricción del 75%" significa que el eje trasero del vehículo puede transportar sólo el 75% del peso permitido durante los meses de condiciones normales. Por lo tanto, si un vehículo tiene un solo eje delantero con dos ruedas y un solo eje trasero con cuatro ruedas, normalmente se le permite transportar, incluyendo el peso de la carga, un máximo de 40,126 lbm [18,200 kg], con 20,063 lbm [9100 kg] sobre el eje delantero y 20,063 lbm sobre el eje trasero. En este caso, una restricción del 75% significa que el eje trasero sólo podrá llevar el 75% del peso permitido, es decir 15,047 lbm [6825 kg]. En general, las restric-

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ciones oscilan entre el 75 y el 90%. El período de restricción puede tener una duración de entre dos semanas hasta más de dos meses, dependiendo de la cantidad de nieve y del clima primaveral. En la provincia de Alberta, por ejemplo, donde se perforan a diario pozos someros de gas, resulta esencial contar con equipos que cumplan con estas regulaciones para permitir la continuidad de las operaciones. La duplicación de equipamiento de los bombeadores de bombas gemelas eleva tanto el peso que dichos bombeadores deben permanecer inactivos por un tiempo prolongado, o bien deben ser transportados sobre remolcadores de múltiples ruedas durante los períodos de restricción, lo cual constituye una alternativa sumamente costosa para los pozos someros de gas. En ciertas regiones, existen otros factores que restringen el acceso vehicular. En las áreas montañosas, las irregularidades del terreno sumadas a la falta de espacio para maniobrar en el sitio del pozo, limitan el tamaño y el número de los vehículos que pueden llegar al mismo. Los vehículos grandes y pesados a menudo deben ser remolcados por una topadora, un proceso lento que hace necesaria la presencia de otro vehículo en el lugar e implica considerables gastos adicionales.

PanCanadian Petroleum Ltd. le propuso a Schlumberger el desarrollo de un bombeador de cemento capaz de acceder a sitios remotos y escarpados por sus propios medios, pero que al mismo tiempo se ajustara a las restricciones camineras de Canadá. El resultado de esta propuesta fue la creación de un sistema tan versátil que pronto fue solicitado en una amplia variedad de ambientes especializados (véase "El equipo CemSTREAK en acción," página 28). El nuevo bombeador en el sitio de operaciones El bombeador CemSTREAK además de ser pequeño, eficiente, confiable, seguro y fácil de usar, está diseñado con un sentido ergonómico (página previa y arriba). Es capaz de llevar a cabo la mayoría de las operaciones de cementación de rutina que se realizan en tierra firme. Por el contrario, los equipos preparados para afrontar las mayores profundidades y presiones tienden a ser más costosos y su operación y mantenimiento resultan más complicados. Si bien la unidad CemSTREAK no es el único equipo desarrollado a pedido de los clientes, 4. Los límites de peso se calculan para vehículos con un eje delantero (y una sola rueda de cada lado) y un eje trasero (con dos ruedas de cada lado). En un vehículo pesado o en un remolcador, se pueden agregar ejes adicionales para distribuir el peso sobre mayor número de ruedas. La redistribución del peso reduce en forma sustancial el impacto producido sobre el camino en cada punto de contacto.

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Indicador del PTO para la bomba de inyección Control del PTO para la bomba de inyección de succión Válvula de recirculación Válvula de la bomba de la lechada Indicador del PTO de la bomba mezcladora Manómetro de Control del PTO de la presión de descarga bomba mezcladora de la bomba de inyección

Indicador de la toma de potencia (PTO) para la bomba triple Control del PTO para la bomba triple Indicador del motor Control del acoplamiento Densitómetro no radiactivo Manómetro Manómetro de presión de presión hidráulica de aire

Válvula de la bomba de inyección Sensor de temperatura hidráulica

Acelerador del motor

Control de la compuerta de cuchilla Corte rápido del cemento

Terciaria

Secundaria

Manómetro de presión de descarga de la bomba mezcladora

Indicador de la presión de lubricación de la bomba triple

Control de la bomba hidráulica

Indicador de las rpm Control de iluminación del área de trabajo

Manómetro de presión

Monitor de densidad, tasa o gasto y volumen

Control del motor hidráulico Desactivación del motor

Primaria

Primaria

Secundaria

Terciaria

> Diagrama de análisis operativo que sustenta el nuevo diseño del panel de control. El usuario se encuentra en el centro del círculo. El posicionamiento ergonómico de los controles de cementación de acuerdo con el uso, la importancia, el alcance del operador y el campo visual fue logrado después de un exhaustivo análisis de las tareas realizadas por el operador.

se puede afirmar que en lo que a esto respecta, éste es el proyecto más destacable hasta la fecha. De hecho, es fruto de una estrecha colaboración entre los clientes, los responsables del desarrollo del producto, los diseñadores industriales y el personal de operaciones del distrito Medicine Hat, Alberta, Canadá; lugar en el que se realizaron las primeras pruebas de campo. Desde el lanzamiento de la idea conceptual hasta el desarrollo del primer prototipo transcurrieron sólo siete meses y medio. Dos meses y medio más tarde se envió el segundo prototipo al distrito Beckley, Virginia Occidental. Se seleccionaron componentes ya probados con el fin de otorgar a la unidad CemSTREAK el máximo nivel de confiabilidad. El camión Freightliner FL80, construido en 1991, constituye un diseño probado de chasis liviano. El motor Caterpillar CFE3126 también es relativamente liviano, a pesar de lo cual despliega 300 caballos de fuerza (hp). Para reducir el tiempo de montaje, se propuso utilizar una manguera flexible de alta presión en lugar de tubos de acero como línea conductora de alta presión que comunica la bomba con el pozo, lo cual ofrece como ventaja adicional la disminución del peso total del vehículo.

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Una vez seleccionado el chasis y el motor, los diseñadores industriales a cargo del diseño del equipo trabajaron junto con los ingenieros de proyecto con el fin de optimizar el emplazamiento del equipamiento sobre la nueva unidad. Los retos principales fueron: distribuir el peso sobre los ejes, en especial la bomba triple, que es muy pesada; mejorar el acceso a todos los equipos y diseñar mejores controles operativos. La configuración del vehículo tiene en cuenta conceptos tales como los requerimientos operativos del campo y los aspectos ergonómicos, además de la protección del medio ambiente, la seguridad de las operaciones y el control de los costos. Un equipo de diseñadores industriales y especialistas en factores humanos estudiaron las operaciones de cementación habituales para comprender cuáles podían ser las posibles configuraciones de la bomba, los tanques, la cabeza de cementación, la manguera de tratamiento y otros elementos básicos. Asimismo, se consideró cuál de los diagramas propuestos sería el más seguro, ya que el hecho de que se produjera un sólo accidente o herido tendría un gran impacto tanto sobre el personal como sobre la marcha de las operaciones. Todo lo que contribuye a aumentar la comodidad y el bienestar del operador se traduce en una mayor probabilidad de que la operación se realice de acuerdo con los mejores estándares de calidad (arriba).

Conviene destacar las diversas innovaciones de diseño que presenta la unidad CemSTREAK. La mayor parte de los controles se encuentran sobre un único panel de control que ha sido rediseñado (página siguiente, arriba). El diseño del CemSTREAK reduce el riesgo de que un miembro de la cuadrilla se resbale de la plataforma de operaciones. Esto es porque el operador que se encuentra frente al panel de control puede visualizar la compuerta de cuchilla (dispositivo que permite que la mezcla del cemento seco fluya dentro del tanque de mezclado) sin necesidad de treparse sobre el resto del equipamiento. El manubrio ubicado en la consola del operador, que controla la compuerta de cuchilla, se puede manipular al mismo tiempo que se visualiza la compuerta de cuchilla. Las pasarelas facilitan el desplazamiento sobre la plataforma de operaciones. La manguera de tratamiento, tema que se trata más adelante, se despliega por medio de un carrete automatizado de manera que el personal debe levantar menos objetos pesados. Se tuvieron en cuenta hasta los más mínimos detalles, como por ejemplo, reducir el reflejo del sol sobre la pantalla del panel de control para maximizar la comodidad del operador.

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Quizás la innovación más importante que se observa en el equipo CemSTREAK sea la inclusión de una manguera de tratamiento flexible de 125 pies [38.1m] de largo y 2 pulgadas [5 cm] de diámetro que funciona como un conducto de alta presión hasta la cabeza de cementación, ubicada en el cabezal del pozo, en lugar de los tubos de acero de 2 pulgadas de diámetro (abajo) utilizados tradicionalmente. Los equipos más convencionales están conectados al pozo por medio de varios tramos de tubos de acero de alta presión y uniones giratorias. El armado de la línea de tubos de acero es una tarea lenta y extenuante. Por otra parte, el transporte de los tubos hasta el lugar de trabajo sobre el vehículo bombeador incrementa el peso del mismo. Antes de aprobarse la manguera de tratamiento de caucho se realizaron numerosas investigaciones y pruebas. En primer lugar, los ingenieros de Schlumberger estudiaron toda la variedad de mangueras de alta presión que podían ajustarse a las especificaciones del proyecto. Se adquirieron muestras de las tres mangueras que presentaban especificaciones aceptables por parte del fabricante y se sometieron a pruebas de abrasión y flujo en el Centro de Entrenamiento de Kellyville, Oklahoma, EUA. Además se realizaron pruebas de rotura por estallido en un laboratorio de Houston, Texas, EUA. La única manguera que superó todas esas pruebas fue enviada a un laboratorio independiente para probar su compatibilidad química. Otra manguera, utilizada en operaciones de acidificación de campos petroleros, fue incluida como patrón de comparación en las pruebas de compatibilidad química, cuyo rendimiento fue superado por la manguera adoptada finalmente en las unidades CemSTREAK. Sin embargo, las pruebas aún continúan. Cada 200 horas de servicio se recogen muestras de las mangueras de las unidades que se encuentran en operación para realizar pruebas adicionales y confeccionar registros de durabilidad. La manguera soporta hasta 5000 lpc [34 Mpa] de presión de trabajo, lo que equivale a 2000 lpc [13.8 Mpa] más que la presión a la que se verá expuesta durante las operaciones de rutina, y 20,000 lpc [138 Mpa] de presión de rotura por

> Nuevo diseño del panel de control. Los controles del operador de la unidad CemSTREAK se encuentran ubicados en un panel de control de diseño ergonómico.

> Simplificación de las operaciones de montaje. La manguera de tratamiento del equipo CemSTREAK, desplegada por medio de un carrete automatizado, puede ser llevada desde el vehículo hasta la cabeza de cementación en forma rápida y sencilla. En la parte posterior de la cabina se observa el sistema de protección de vuelco, que se describe más adelante.

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estallido, que es la medida indicada por el fabricante como la presión mínima que se debe aplicar para provocar la rotura de la manguera. Las tareas de mantenimiento preventivo incluyen la inspección de la manguera antes de cada trabajo, una prueba de presión de 5000 lpc cada 100 horas de servicio, el reemplazo de la manguera después de 1200 horas de operación, así como exhaustivos análisis y evaluaciones efectuadas luego de que la manguera se retira de servicio. Debido a que las mangueras de tratamiento no son comunes en las unidades de cementación que operan en los campos petroleros, se toman precauciones adicionales para garantizar que las operaciones resulten seguras y no dañen el medio ambiente. Los aspectos redundantes de su diseño contemplan la posibilidad de que se produzca un exceso de presión. En primer lugar, la manguera de tratamiento está preparada para soportar hasta 5000 lpc, pero se utiliza a 3000 lpc [20.6 Mpa] o a valores inferiores. El diseño especial de la unidad CemSTREAK hace que la presión de descarga que genera no pueda superar los 3000 lpc. Para evitar una sobrepresión en la manguera, se han instalado discos de ruptura en los émbolos de la bomba triple. En caso de que la presión exceda el límite preestablecido, la con-

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sola incluye un sistema de cierre por sobrepresión que libera energía hidráulica e interrumpe el funcionamiento de la bomba sin detener el motor. Este sistema de protección impide que la presión hidráulica aumente en forma descontrolada; cualquier incremento súbito de presión se alivia o se anula por medio de una válvula de alivio ubicada en la bomba hidráulica. La manguera se despliega por medio de un carrete mecanizado, lo cual simplifica y acelera el tiempo de montaje y desmontaje. Los operarios ya no deben mover o conectar las pesadas piezas de acero. Por otra parte, la automatización del carrete permite que un sólo operario extienda la manguera (derecha). Un equipo de dos operarios puede montar la unidad en 15 minutos; un equipo de tres personas ha desmontado la unidad en un tiempo récord de seis minutos, incluyendo el desmontaje de la cabeza de cementación y la limpieza de la unidad. Cuando trabajan dos operarios, por lo general, se tardan alrededor de 20 minutos para desmontar la unidad. Una vez superados los principales problemas de diseño y las pruebas correspondientes, se armó una unidad prototipo y se la probó en forma exhaustiva. Fleet Services en Tulsa, Oklahoma, realizó las pruebas de aceptación del cliente y

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pies 10

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> Comparación de las dimensiones del nuevo vehículo. La unidad CemSTREAK (centro) es más pequeña que el bombeador equipado con bombas gemelas (abajo) y apenas un poco más grande que una van Chevrolet Suburban (arriba).

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> El carrete automatizado transporta una manguera de 125 pies de largo. Un solo operario puede extender la manguera con facilidad.

operó la unidad bajo severas condiciones de alta presión. En el Centro de Capacitación de Kellyville se realizaron pruebas que incluían la mezcla de numerosos baches de carbonilla y cemento. Las pruebas de durabilidad se efecutaron en el Centro de Pruebas de Automotores de Nevada, en Carson City, EUA con lo cual se logró una óptima configuración del eje delantero y de la suspensión, y mejoras en el soporte de la consola y en los sujetadores y trabas de la manguera en el carrete, que se veían afectados por las vibraciones.5 Una vez completadas las pruebas de campo realizadas en Alberta y en Virginia Occidental, se desarmó una unidad CemSTREAK para evaluar el desgaste de los principales componentes. Por lo tanto, la unidad CemSTREAK se considera como uno de los cementadores más cuidadosamente probados que se encuentran en operación. Pruebas de balanceo demostraron que la unidad CemSTREAK presenta un menor potencial de vuelco que muchos otros vehículos. El umbral de balanceo medido en unidades de la aceleración de la gravedad, g, indica la capacidad de adherencia al camino de un vehículo y representa la aceleración lateral a la cual el vehículo se vuelve inestable. El umbral de balanceo de la unidad CemSTREAK es de 0.58 g. A efectos comparativos, se pueden mencionar el umbral de balanceo de los transportadores de gasolina que es de

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aproximadamente 0.32 g; el de los vehículos de 18 ruedas diseñados para operar en autopistas es de alrededor de 0.45 g y los vehículos deportivos aptos para operar fuera de ruta, por lo general, tienen umbrales de balanceo superiores a los 0.60 g. La seguridad del conductor fue un factor clave en el diseño del vehículo CemSTREAK. El mismo viene equipado con un sistema de tracción en las cuatro ruedas (4WD) que le permite desplazarse con seguridad en terrenos irregulares y en condiciones climáticas difíciles. El centro de gravedad es relativamente bajo, lo cual reduce la tendencia del vehículo al vuelco. Esta unidad cuenta con un sistema de protección de vuelco (ROPS, por sus siglas en Inglés) para ajustarse a los requerimientos de seguridad de todos los vehículos de Schlumberger. El diseño del ROPS representa un mayor esfuerzo para probar la absorción de la energía y la carga de impacto que en vehículos anteriores. La unidad CemSTREAK es más simple de manejar y operar que los vehículos de cementación más grandes, por lo cual no se necesita ningún conocimiento de manejo adicional aparte del entrenamiento convencional que Schlumberger proporciona en el Centro de Entrenamiento de Kellyville.6

El bombeador CemSTREAK es pequeño y maniobrable, lo cual simplifica el acceso a sitios remotos y limitados. En la cabina caben dos pasajeros y está equipada con una cama dormitorio. Debido a que para operar la unidad CemSTREAK basta una dotación de dos personas, es necesario trasladar menos vehículos al sitio del pozo. Mezcla y bombeo con el cementador CemSTREAK El bombeador CemSTREAK incorpora equipos de cementación de tierra firme que son más livianos, más simples y más fáciles de mantener que los vehículos con bombas gemelas o las unidades combinadas (página anterior, abajo). Un menor número de componentes implica una plomería menos complicada, de manera que los ingenieros de campo experimentados, acostumbrados a operar vehículos con bombas gemelas y unidades combinadas pueden dominar las operaciones con el CemSTREAK en forma rápida. Hasta el momento, se han realizado más de 1200 operaciones de cementación con bombeadores CemSTREAK, sólo una de las cuales no tuvo resultados satisfactorios. La unidad CemSTREAK incluye un mezclador, una bomba triple y dos bombas centrífugas.

Cuenta también con dos tanques de desplazamiento de 6.9 bbl [1.1 m3 cada uno, uno de los cuales se utiliza para mezclar la lechada (abajo). El mezclador Mark III SLURRY CHIEF combina la mezcla seca, la cual ingresa a través de la compuerta de cuchilla, mientras que el fluido de la mezcla ingresa como un chorro, e impulsa la lechada dentro del tanque mezclador a través de un tubo curvado. A su entrada al tanque, este tubo tiene forma de "cuello de ganso" para contribuir a la acción de mezclado. El nuevo diseño del mezclador alcanza un mayor nivel de agitación, lo cual permite mezclar mejor la lechada. El fluido continúa circulando dentro del mezclador hasta que alcanza la densidad correcta para ser bombeado dentro del pozo. Este mezclador de última generación hace uso de un nuevo diseño tal que el chorro generado permite mezclar hasta 10.7 bbl [1.7 m3] de lechada por minuto en los bombeadores de cemento, lo cual significa un incremento con respecto a las ver5. Para mayor información acerca del Centro de Pruebas de Automotores de Nevada: http://www.natc-ht.com/ 6. Para una introducción al entrenamiento de empleados de Schlumberger para la seguridad del conductor: Duey R: “Slip-Sliding for Safety,” Hart’s Oil and Gas World 90, no. 8 (Agosto de 1998): 18-19.

> Mezcla de lechada. El operador de la unidad CemSTREAK supervisa el tanque mezclador mientras monitorea el panel de control.

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> Rendimiento de bombeo. La unidad CemSTREAK puede desplazar hasta 7 bbl/min, a presiones de hasta 3000 lpc.

siones anteriores, y ha sido probado en el campo en más de 500 operaciones, tanto en tierra firme como en zonas marinas, durante ocho meses. En todo el mundo se encuentran en uso más de 60 mezcladores Mark III SLURRY CHIEF. La unidad CemSTREAK lleva dos bombas centrífugas; la bomba de inyección y la bomba mezcladora. La bomba de inyección suministra el fluido al mezclador durante la cementación y, más tarde, al tanque de mezclado o de desplazamiento mientras se desplaza el cemento. La bomba mezcladora mezcla la lechada, carga y presuriza la bomba triple, y tiene la capacidad de mover el fluido directamente desde la válvula de entrada hasta la bomba triple sin hacerla pasar a través de los tanques. La bomba mezcladora mueve la lechada desde el tanque de mezclado, la hace recircular a través del mezclador y la lleva nuevamente al tanque de mezclado. Un densitómetro no radiactivo que consiste de un tubo recto mide la densidad de la lechada y la tasa de flujo; a partir de la tasa de flujo se puede calcular el volumen de fluido. Una vez que el densitómetro no radiactivo (NRD, por sus siglas en Inglés) ha medido la densidad de la lechada y que ésta se encuentra lista para ser bombeada al pozo, se abre la válvula de succión de la bomba triple y se cierra la válvula de desviación del NRD. La bomba triple de 170 hp lleva la lechada dentro del pozo a una tasa de flujo de hasta 7 bbl/min [1.1 m3/min] y a una presión de hasta 3000 lpc (arriba). Como se describió anteriormente, la bomba hidráulica triple ofrece varios beneficios que merecen mención. Dos palancas permiten ajustar fácilmente las tasas de flujo y la presión. A diferencia de lo que ocurre con los sistemas de bombeo más antiguos, esta unidad

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cuenta con un modo de operación en espera que le permite al operador hacer circular la lechada a través del medidor de flujo y medir la densidad sin bombearla al pozo. Con sólo accionar dos válvulas, el operador inicia con facilidad las operaciones de bombeo hacia el pozo. Debido a que todo el flujo que se dirige al pozo atraviesa el medidor de flujo, el operador recibe mediciones más precisas de la tasa de flujo y del volumen que las estimaciones obtenidas a partir de cálculos en base al número de revoluciones por minuto de la bomba triple. Los conductos por los que pasa el flujo de la unidad CemSTREAK requieren un mínimo de limpieza debido al uso del tanque dual de mezcla y desplazamiento, y porque los fluidos de desplazamiento pasan a través del NRD. El mezclador envía agua pura a través del tanque decantador, del medidor de flujo y del densitómetro, con el fin de que estos componentes no se taponen con cemento durante las operaciones normales. Los medidores de flujo y los densitómetros de los bombeadores de bombas gemelas y de las unidades combinadas se deben limpiar después de bombear el cemento. El resto del equipo bombeador CemSTREAK requiere una limpieza mínima, con lo cual se genera un menor consumo de agua. Debido al diseño simple de esta unidad y al fácil acceso de su equipamiento, el mantenimiento resulta más rápido y más simple de realizar. Además de los equipos de mezcla y bombeo, la unidad puede transportar una cabeza de cementación. La cabeza de cementación se lleva a ras del terreno de manera que pueda elevarse por medio de un malacate. Los equipos electrónicos están ubicados en la cabina del vehículo CemSTREAK. Los sensores de monitoreo en tiempo real PRISM miden y desplie-

gan la presión, la tasa de flujo, la densidad y el volumen total. Los datos se despliegan en una computadora portátil alojada en la cabina de la unidad CemSTREAK. Si fuera necesario se pueden obtener impresiones en papel en el sitio del pozo. Al igual que otros bombeadores, la unidad CemSTREAK puede operar 24 horas por día, 7 días por semana. Sin embargo, las operaciones de montaje y desmontaje implican significativamente menor tiempo y esfuerzo para los operarios, especialmente la conexión de la manguera flexible en lugar de la línea de tubos de acero. Esto les permite realizar hasta seis trabajos en un mismo día. Por el contrario, con los bombeadores convencionales no se realizan más de dos o tres trabajos por día. El equipo CemSTREAK en acción Antes de recurrir a Schlumberger para diseñar un bombeador de peso reducido, PanCanadian Petroleum tuvo en cuenta muchos factores, tales como la seguridad, la protección del medio ambiente y el costo y la calidad de los trabajos de cementación. Anteriormente, PanCanadian había solicitado a Schlumberger que aumentara la eficiencia y redujera los costos de las operaciones de fracturación construyendo equipos especiales, un trabajo conjunto que resultó en el desarrollo de la unidad PumperPOD, que combina las operaciones de mezcla y bombeo. PanCanadian reconoció que un bombeador de cemento capaz de operar a 15,000 lpc excedía ampliamente el límite de seguridad fijado al 80% de la presión de rotura de los revestidores utilizados en todos sus pozos someros de gas; esto es 3000 lpc. La primera unidad CemSTREAK comenzó las operaciones de campo en el sur de Alberta en julio de 1999 y durante ese mismo año se cementaron 400 pozos con un éxito del 100%. La mayor parte de los pozos eran pozos de gas ubicados en los campos Palliser North y Palliser South, en los cuales un revestidor de 41⁄2 pulgadas de diámetro se cementa a una profundidad máxima de 1300 m [4265 pies]. El tiempo transcurrido desde el inicio de la perforación hasta el retiro del equipo de perforación de la localización del pozo es por lo general inferior a las 24 horas. Las restricciones viales para los vehículos muy pesados, que incluyen tanto las unidades combinadas como los bombeadores con bombas gemelas, contribuyeron a la idea de construir un bombeador de cemento compacto y de bajo peso. 7. Braun y Foda, referencia 3.

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La unidad CemSTREAK es lo suficientemente liviana para operar en caminos restringidos mientras que otros equipos necesarios, inclusive el mismo equipo de perforación, requieren el uso de ruedas adicionales bajo la carga para poder desplazarse legalmente. El peso reducido del vehículo que es de 30,200 lbm [13,700 kg], es decir casi la mitad del cementador de bombas gemelas, es aceptable. Lo que es más importante aún, el peso máximo permitido sobre el eje trasero durante un período de restricción vial del 75% es de 15,047 lbm [6825 kg]; la unidad CemSTREAK transporta 15,000 lbm [6804 kg] sobre su eje trasero. Debido a su sistema de tracción en las cuatro ruedas, la unidad nunca debió ser remolcada para llegar a los pozos de PanCanadian. La mayor parte de los pozos Palliser están ubicados en áreas protegidas contra disturbios mínimos, lo cual significa que no se puede quitar la capa superior del terreno y que se debe preservar la vegetación nativa. Las localizaciones de los pozos no miden más de 80 m por 100 m [262 pies por 328 pies] y varios pozos se perforan mientras comparten la localización con un pozo activo y en producción. El uso de un vehículo de cementación más liviano y maniobrable y que deja huellas más pequeñas ofrece ventajas evidentes en esta área. El diseño de los conductos de la unidad CemSTREAK es tal que la unidad limpia su medidor de flujo y enjuaga la línea a medida que se desplaza la lechada de cemento. El reducido volumen de agua de limpieza que necesita este pequeño bombeador cumple con el requisito de PanCanadian de reducir el derramamiento y desecho de agua al mismo tiempo que se reduce el tiempo de limpieza. El personal de cementación y la unidad CemSTREAK pueden rotar entre cuatro equipos de perforación en lugar de tener un grupo de operarios y un bombeador más grande dedicado exclusivamente a dos equipos de perforación. La extensión de la manguera de tratamiento desde el carrete mecánico resulta un factor clave para ahorrar tiempo durante las operaciones de montaje y desmontaje y reduce la fatiga de los operarios. En comparación con las unidades de bombas gemelas o combinadas que podrían requerir una hora de montaje y dos horas para desmontaje y limpieza, el bombeador CemSTREAK por lo general se puede montar en 15 minutos y se desmonta y limpia en 20 minutos. Se han cementado hasta seis pozos de PanCanadian en un solo día utilizando una única unidad CemSTREAK. Para PanCanadian esto representa un ahorro superior a

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1000 dólares canadienses por hora de equipo de perforación.7 Por otra parte, la calidad del cemento es equivalente a la de los pozos cementados con bombeadores convencionales. PanCanadian ya ha utilizado la unidad CemSTREAK en 500 trabajos durante los primeros siete meses del año 2000 (abajo). PanCanadian y Schlumberger han mantenido una prolongada y exitosa colaboración en materia de operaciones de cementación. El hecho de saber que los equipos de cementación son sometidos a un correcto programa de mantenimiento hace que el operador aumente su confianza en la unidad CemSTREAK. Es más simple de operar que un cementador con una sola bomba convencional, lo cual tiene un efecto positivo sobre la seguridad y la calidad de la cementación, puesto que se reduce la probabilidad de cometer errores. Debido al terreno montañoso y al clima húmedo, característicos del sur de Virginia Occidental y el este de Kentucky, EUA, los pozos de Penn Virginia Oil & Gas Corporation resultan prácticamente inaccesibles para la mayoría de los vehículos. Los vehículos de cementación y otros equipos, por lo general, eran transportados con topadoras hacia los pozos por caminos estrechos y empinados. Dependiendo de la longitud del camino, el solo hecho de llegar hasta el lugar de trabajo podía llevar horas. Un vehículo con tracción en las cuatro ruedas y liviano como la unidad CemSTREAK puede llegar al sitio del pozo por sus

propios medios y provocando menor daño en los caminos, en especial cuando las rutas están cubiertas de lodo, ya que los neumáticos tienen menor probabilidad de patinar que las de un vehículo con tracción trasera. Además, en esta región los pozos se encuentran a poca distancia unos de otros, de manera que el acceso es más sencillo para los vehículos más pequeños. Penn Virginia Oil & Gas Corporation por lo general perfora pozos que requieren tres tuberías de revestimiento y alcanzan una profundidad total de 5000 pies [1524 m]. Se coloca una columna de superficie de 95⁄8 pulgadas entre los 300 pies y los 1000 pies [91 m y 300 m] de profundidad para aislar el flujo de agua, las minas de carbón abiertas o ambos. Luego se coloca un revestidor intermedio de 7 pulgadas, o columna de carbón, entre los 1400 y 2800 pies [430 a 850 m], dependiendo de la profundidad de las vetas de carbón recuperables. Ambos revestidores son cementados hasta la superficie. Por último, se coloca un revestidor de producción de 41⁄2 pulgadas desde aproximadamente 100 pies [30 m] por debajo de la zona productiva más profunda hasta la superficie y se cementa hasta 200 pies [61 m] por encima del zapato de la columna de 7 pulgadas. Cada una de estas operaciones de cementación se puede realizar rápidamente con la unidad CemSTREAK. En algunos casos, la operación de cementación propiamente dicha requiere sólo 30 minutos.

> Cementación en Canadá.

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Las columnas de revestimiento que atraviesan minas abiertas de carbón, comunes en la región, deben ser cementadas para proporcionar un sello por debajo del piso de la mina, y luego se las cubre con cemento desde el tope de la mina hasta la superficie, rellenando el espacio anular desde la superficie; técnica que en la región se conoce con el nombre de "grouting." Tanto las columnas de 95⁄8 pulgadas como las de 7 pulgadas a menudo requieren limpieza hasta el fondo debido a la presencia de formaciones obturantes. La manguera flexible de la unidad CemSTREAK permite simplificar ambas tareas. Una ventaja importante derivada del uso de la unidad CemSTREAK en Virginia Occidental es que consume una cantidad mínima de agua y produce poca agua residual, de manera tal que no se forman barros adicionales en el lugar durante las operaciones. La unidad CemSTREAK ha sido utilizada en numerosas operaciones para Penn Viriginia, todas las cuales han resultado exitosas. Pine Mountain Oil & Gas Inc. perfora pozos de gas en las areniscas someras de Pennsylvania y Mississippi y los calcáreos de Virginia Occidental. Para remolcar vehículos de cementación de grandes dimensiones hasta estos lugares pequeños y escarpados puede necesitarse más de una hora de trabajo. La unidad CemSTREAK 4 WD, al contrario de los vehículos más grandes, puede

alcanzar los lugares remotos y montañosos por sus propios medios, inclusive durante las épocas de clima húmedo. El vehículo se dirige directamente al sitio del pozo, se monta y desmonta en forma rápida y opera con la misma seguridad y efectividad que los vehículos de grandes dimensiones. La unidad requiere menos agua en la localización y genera menor cantidad de agua residual que los vehículos de gran tamaño. Los trabajos típicos en esta área incluyen la cementación de un revestidor de 81⁄2 pulgadas desde los 500 pies [152 m] hasta la superficie y un revestidor de producción de alrededor de 2800 pies [853 m] de longitud y de 41⁄2 pulgadas de diámetro. La unidad CemSTREAK también ha sido utilizada para bombear gel en un pozo que entró en pérdidas de circulación. El bombeador CemSTREAK ha llegado recientemente a California y ya se han realizado diez trabajos de cementación en el campo de diatomita Cymric para la empresa Torch Operating Company, en todos los cuales se han logrado resultados positivos con buena calidad de cemento. La mayor parte de las operaciones incluyen la cementación del revestidor de superficie de 95⁄8 pulgadas o el revestidor de producción de 7 pulgadas a profundidades que no superan los 3500 pies [1067 m]. La empresa Torch también utilizó la unidad CemSTREAK para una operación de bombeado de agua.

La potencia que puede desplegar el sistema de bombas gemelas siempre será necesaria en California y en otros lugares del mundo debido a la abundancia de pozos profundos y de alta presión. No obstante, la unidad CemSTREAK encuentra cada vez mayor aceptación, ya que algunos sitios presentan muchos pozos someros y con muy poco espaciamiento, lo cual hace extremadamente difícil el movimiento de un vehículo con bombas gemelas. En el campo Cymric, el espaciamiento entre pozos es de 2.5 acres [1 hectárea]. Este espaciamiento da como resultado localizaciones pequeñas. En ciertos casos, los pozos han sido conectados a un equipo de bombas gemelas que se encuentra en una localización adyacente por medio de tubos de acero. La unidad CemSTREAK se acomoda fácilmente en los sitios reducidos y la manguera se puede conectar rápidamente al pozo. La mayor velocidad de montaje y desmontaje permite ahorrar alrededor de una hora de tiempo en cada trabajo. El tiempo de limpieza ha sido reducido en al menos 30 minutos gracias al diseño de las tuberías de la unidad. Recientemente se introdujo el bombeador CemSTREAK en Venezuela, donde las localizaciones estrechas y la gran cantidad de pozos con profundidades inferiores a los 7000 pies [2133 m] son muy propicias para estos equipos de cementación especiales. En Venezuela, Schlumberger no per-

> El bombeador CemSTREAK en un pozo de Venezuela. Los caños pintados de rojo y blanco cerca de la rueda delantera izquierda del vehículo, indican la localización de otro pozo. En este sitio se ubicarán más de diez pozos a muy corta distancia entre ellos.

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mite que sus operarios conduzcan hasta los sitios de los pozos durante la noche debido a las dificultades de los caminos, de manera que la reducción del tiempo de montaje y desmontaje resulta esencial para poder cementar más de dos o tres pozos por día. Las cuadrillas pueden operar hasta cinco equipos de perforación ubicados a una distancia de hasta 200 km [125 millas] de la base de operaciones. El primer trabajo comercial fue realizado con éxito para SINCOR, una alianza entre TOTAL, Statoil y Petróleos de Venezuela (PDVSA) en el campo Zuata, un depósito de petróleo pesado ubicado en la Faja del Orinoco (página previa, abajo). Los operarios pudieron montar en pocos minutos con un mínimo de cansancio físico. La relativa facilidad de las operaciones sumada al menor mantenimiento requerido y la menor generación de agua residual hacen que la unidad se adapte perfectamente a las características de Venezuela. Equipos especiales para el futuro Los operadores exigen que los equipos sean sumamente confiables. Estas nuevas unidades, dotadas de componentes con un historial comprobado de rendimiento exitoso y sometidas a un programa de mantenimiento permanente, funcionan por lo menos tan bien como sus predecesoras. Como ventajas adicionales, estas nuevas unidades ofrecen menores costos y un peso reducido, además de la mayor simplicidad de sus operaciones (derecha). Los vehículos convencionales pesados equipados con bombas gemelas todavía son de vital importancia para las operaciones de cementación más rigurosas. Pero en las áreas con sitios pequeños, restricciones viales y terrenos escarpados, los vehículos de menor peso y gran maniobrabilidad como la unidad CemSTREAK cumplen una importante función. De hecho, la unidad se ajusta a los requisitos operativos de la gran mayoría de los trabajos de cementación que se realizan en tierra firme. Hacia fines del año 2000, habrá aproximadamente 45 unidades CemSTREAK operando en todo el mundo. Debido a que la mayor parte de las perforaciones en tierra firme se realizan en Norteamérica, la mayoría de las unidades permanecerán en EUA y Canadá, mientras que otras unidades operarán en Egipto, México, Rusia y Venezuela.

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Principales características de la unidad CemSTREAK Siete meses y medio entre la idea conceptual y el desarrollo del prototipo Rigurosas pruebas de operabilidad y mantenimiento preventivo Prueba de mangueras de tratamiento y operabilidad en un laboratorio independiente en Houston y en el Centro de Capacitación de Kellyville Prueba del sistema en el Centro de Kellyville Prueba de aceptación del cliente en Tulsa, Oklahoma Pruebas de durabilidad y estabilidad en Carson City, Nevada Pruebas de campo en Alberta y Virginia Occidental Desarmado de la unidad para análisis post-operativo de los principales componentes Inspección y pruebas antes del trabajo Pruebas regulares y análisis de las mangueras Más de 1200 operaciones de cementación exitosas Cementación de hasta seis pozos por día Ahorro de una hora o más de tiempo de operación Montaje en 15 minutos Desmontaje en 20 minutos, incluyendo el desmontaje de la cabeza de cementación y la limpieza de la unidad Dos operarios Circulación permitida en las provincias de Canadá y en los 50 estados de los EUA 45 unidades planificadas hacia fines del año 2000

> Características principales del bombeador CemSTREAK. Este vehículo circula con facilidad por caminos irregulares y localizaciones de pozos estrechas del campo Cymric, cerca de Bakerfield, California, EUA.

Schlumberger se propone continuar desarrollando equipos especiales, económicos y ergonómicos para todas las áreas del campo petrolero, acompañando la evolución de los requerimientos operativos en el transcurso del tiempo. Los proyectos de diseño incluyen modernas interfaces computarizadas, un proyecto para crear una nueva cabina de registro eléctrico para las zonas marinas del Mar del Norte y el

Transportador Terrestre de Alta Movilidad (HMLC, por sus siglas en Inglés), un vehículo 4WD de registro utilizado en regiones desérticas. Las lecciones aprendidas en cada uno de estos proyectos de diseño de nuevos productos, incluyendo el vehículo CemSTREAK, contribuirán al perfeccionamiento de otros equipos utilizados en los campos petroleros. —GMG

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