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Evaluación del comportamiento mecánico del cemento en el sistema revestimiento-cemento-formación

Resumen

El cemento es uno de los elementos claves para mantener la estabilidad del pozo a largo plazo. Uno de los objetivos de su establecimiento es proporcionar un aislamiento zonal completo y eficiente durante toda la vida del pozo. Diferentes estudios han demostrado que los cambios postcementing en las condiciones de presión y temperatura pueden inducir esfuerzos a través de la roca y del revestimiento, capaces de deteriorar el cemento y de originar su falla mecánica, la cual conlleva a graves problemas operativos, económicos y ambientales. Modelar la falla mecánica del cemento e identificar las variables críticas que influyen en esta, es un paso importante para evitar estos problemas. Por tal razón, en esta investigación se presenta un modelo numérico tridimensional basado en elementos finitos para evaluar el comportamiento mecánico del cemento convencional de pozo vertical en el sistema revestimiento-cemento-formación, considerando los cambios en las condiciones de temperatura y presión a las que está sometido en fondo de pozo. Este nuevo modelo numérico, diferente a los documentados en la literatura técnica, incluye análisis elastotermoplástico en el revestimiento y cemento, y poroelastotermoplástico en la roca. Para verificar el modelo 3D desarrollado, se compararon los esfuerzos radiales obtenidos a través del revestimiento-cemento y formación durante la cementación, con los obtenidos mediante los modelos analíticos de Teodoriu, Bomá y De Simone, cuyas máximas diferencias porcentuales fueron 2.12%, 5.38% y 3.05%, respectivamente. Los resultados presentan la distribución de esfuerzos radiales y tangenciales en dos sistemas de cemento (uno más rígido que otro) fraguados frente a formaciones blanda y dura, durante la producción del pozo, a medida que cambian las condiciones de presión y temperatura, cuya interpretación geomecánica permitió determinar el riesgo de falla por desunión en sus contactos, agrietamiento radial y deformación plástica.