BRPI0706394A2 - polìmeros absorvedores de água para tratamento de salmouras e fluidos de perfuração à base de água - Google Patents
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Abstract
POLIMEROS ABSORVEDORES DE AGUA PARA TRATAMENTO DE SALMOURAS E FLUIDOS DE PERFURAçAO A BASE DE AGUA. é revelado um método para remover água a partir de um fluido de furo de poço. O método pode incluir as etapas de contatar o fluido de furo de poço com um polímero absorvedor de água, onde o fluido de furo de poço inclui um fluido aquoso, permitir que o polímero absorvedor de água interaja com o fluido de furo de poço por um período de tempo suficiente de modo que o polimero absorvedor de água absorva ao menos uma porção da água no fluido aquoso, e separar o polímero absorvedor de água contendo água absorvida a partir do fluido de furo de poço.
Description
POLÍMEROS ABSORVEDORES DE ÁGUA PARA TRATAMENTO DE SALMOURASE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO À BASE DE ÁGUA
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
Esse pedido reivindica prioridade, emconformidade com 35 USC §119(e), para o Pedido dos EstadosUnidos 60/757.620 depositado em 10 de janeiro de 2006 que éintegralmente aqui incorporado mediante referência.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
A presente revelação se refere geralmente aosfluidos de furo de poço. Mais especificamente, a presenteinvenção se refere à recuperação de fluidos de perfuração ede completação.
Fundamentos da Técnica
Ao perfurar e completar os poços em formaçõesterrestres, vários fluidos são usados no poço, tipicamente,por uma variedade de razões. Usos comuns para fluidos depoço incluem: lubrificação e esfriamento das superfícies decorte de broca de perfuração enquanto perfurando geralmenteou perfurando internamente (isto é, perfurando em umaformação petrolífera visada), transporte de "aparas"(pedaços de formação deslocados pela ação de corte dosdentes em uma broca de perfuração) para a superfície,controlando a pressão do fluido de formação para evitarestouros, mantendo a estabilidade do poço, suspendendosólidos no poço, minimizando a perda de fluido eestabilizando a formação através da qual o poço está sendoperfurado, fraturando a formação nas proximidades do poço,deslocando o fluido dentro do poço com outro fluido,limpando o poço, testando o poço, fluido usado para pôr emposição ura vedador, abandonando o poço ou preparando o poçopara abandono, e de outro modo tratando o poço ou aformação.
Fluidos ou lamas de perfuração tipicamenteincluem um fluido básico (água, diesel ou óleo mineral, ouum composto sintético) , agentes aumentadores de peso (maisfreqüentemente sulfato de bário, ou barita, é usado),argila de bentonita para ajudar a remover as aparas apartir do poço e para formar um reboco nas paredes do furo,lignossulfonatos e lignitas para manter a lama em um estadofluido, e vários aditivos que realizam funções específicas.
Historicamente, a indústria de perfuração temutilizado lamas à base de água (WBMs) porque elas não sãodispendiosas. A lama usada e as aparas a partir dos poçosperfurados com WBMs podem ser facilmente descartadaslegalmente em locais na terra. As WBMs e as aparas tambémpodem ser descartadas a partir das plataformas em muitaságuas costa afora nos Estados Unidos, desde que elasobedeçam às diretrizes de limitações de efluentes atuais,padrões de descarga, e outros limites de permissão.
Salmouras (tal como, por exemplo, CaBr2 aquosa)são comumente usadas em WBMs devido à sua ampla faixa dedensidades e ao fato de que as salmouras tipicamente sãosubstancialmente livres de sólidos suspensos. As salmourasmelhoram o desempenho das WBMs mediante prevenção dahidratação e migração da argila em dilatação para reduzirdano na formação, causado por sólidos ou expansão da argilaou migração. Um sistema de salmoura pode ser selecionadopara se obter uma densidade adequada para uso em umaoperação de perfuração de poço, específica. Uma vantagem douso de salmouras é que para uma formação que interageadversamente com um tipo de salmoura, freqüentemente existeoutro tipo de salmoura disponível com a qual aquelaformação não interagirá adversamente. Tipicamente, assalmouras são selecionadas a partir de sais de haleto decátions mono- ou bivalentes, tal como sódio, potássio,cálcio e zinco. Salmouras à base de cloreto desse tipo têmsido usadas na indústria de petróleo há mais de 50 anos esalmouras à base de brometo, há pelo menos 25 anos.Salmouras à base de formiato, contudo, apenas recentementepassaram a ser usadas amplamente na indústria(aproximadamente nos últimos dez anos).
Formiato de césio, o qual é um formiatoespecífico que tem sido usado mais recentemente nos fluidosde perfuração e completação, pode ser usado como um fluidobásico, livre de sólidos. Formiato de césio é o mais pesadodos fluidos de formiato alcalino claro, tendo uma gravidadeespecífica de 2.3 (densidade de 19,2 libras por galão).Devido a essa elevada densidade intrínseca, pode sereliminada a necessidade do agente aumentador de peso, talcomo sulfato de bário, o qual pode danificar as ferramentase a formação. Outros formiatos alcalinos, os quais são dedensidade inferior à do formiato de césio, e que são usadostipicamente em fluidos de perfuração e completação, incluemformiato de potássio e formiato de sódio. Formiatos dedensidade inferior freqüentemente são misturados comformiato de césio para produzir um fluido tendo umagravidade específica entre 1.0 e 2.3.
Fluidos contendo formiato de césio mostraram queaumentam a produção e melhoram as velocidades deperfuração, o que pode economizar tempo e reduzir os custosde operação. 0 formiato de césio também mostrou sercompatível com todos os principais elementos do equipamentode perfuração (BOP, equipamento de superfície, MWD, LWD emotores de lama) e de completação (metais e elastômeros),sob condições de alta temperatura e pressão. A naturezamonovalente do formiato de césio reduz a probabilidade dedano na formação do reservatório, proporcionando aosoperadores controle adequado e lubricidade desejável nofundo de poço. Além disso, os formiatos alcalinos nãodanificam a formação de produção ou os metais de fundo depoço como pode ocorrer com as suas alternativas corrosivas(salmouras de alta densidade) . Como ele é biodegradável enão corrosivo, o formiato de césio é considerado um produtoambientalmente mais seguro do que outros fluidos deperfuração no mercado.
Contudo, apesar do desempenho desejável queresulta de um poço perfurado com formiato de césio, existemlimitações efetivas em relação ao seu uso. Um fluido queinclui formiato de césio é relativamente dispendioso, demodo que a economia da perfuração requer que qualquerformiato de césio disponível seja recuperado e reciclado.Existem, contudo, limitações em relação aos processos derecuperação, em termos de percentagens máximas de formiatode césio recuperado, e praticabilidade econômica.
Os processos de recuperação típicos dos fluidosde perfuração e completação incluem remoção doscontaminantes dissolvidos, e quaisquer aparas sólidas oufragmentos, ou mudanças no pH ou na coloração da salmoura.Contudo, complicando a praticabilidade econômica darecuperação de salmouras de formiato de césio, as operaçõesde perfuração e/ou completação freqüentemente resultam emum influxo de água para dentro da lama de formiato de césioou salmoura e desse modo uma diluição da lama à base deágua ou salmoura a partir de sua concentração de formiatode césio, desejada. Desse modo, devido ao volume adicionalde água presente em um fluido de perfuração reciclado,quantidades adicionais de formiato de césio devem seradicionadas ao fluido para retornar o mesmo ao nível deconcentração de formiato de césio desejado para manter aspropriedades desejadas da lama. Embora seja eficaz, essaabordagem requer o custo de adicionar formiato de césioadicional a cada barril recuperado de fluido e efetivamenteaumenta o volume total e fluido recuperado em comparaçãocom o volume de fluido inicialmente usado no poço.
Processos alternativos de recuperação de umfluido até os níveis desejados de formiato de césio incluemtentativas de remover o volume adicional de água a partirdo fluido. Uma dessas abordagens é a de aquecer/evaporar aágua em excesso a partir do fluido recuperado, o que podeser realizado em grandes torres de esfriamento ou em ummisturador de elevado cisalhamento. Embora eficaz, oaquecimento e evaporação de água em excesso a partir dosfluidos recuperados requer uma quantidade relativamenteelevada de energia para levar às salmouras aos seus níveisdesejados de concentração de sal. Outra abordagem utilizaosmose reversa para separar a água em excesso a partir dasalmoura. Como a osmose reversa é naturalmente um processolento e muito trabalhoso, especialmente quando a salmouraestá próxima dos níveis de saturação, a osmose reversatambém tem sido conjugada com um sistema de vibração dealta freqüência para diminuir o tempo de ciclo total para oprocesso de filtração. Embora mais eficaz do que a osmosereversa simples, ainda existem limitações econômicas.
Conseqüentemente, existe a necessidade de um meiopara recuperar economicamente um fluido de poço parareduzir a quantidade de água contaminadora presente nofluido sem alterar as propriedades desejadas do fluido.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, a presente revelação se refere aum método para remover água a partir de um fluido de furode poço. O método pode incluir as etapas de contatar umfluido de furo de poço com um polímero absorvedor de água,onde o fluido de furo de poço inclui um fluido aquoso,permitindo que o polímero absorvedor de água interaja com ofluido de furo de poço por um período de tempo suficientede modo que o polímero absorvente de água absorve ao menosuma porção da água no fluido aquoso, e separa o polímeroabsorvedor de água contendo a água absorvida a partir dofluido de furo de poço.
Em outro aspecto, a presente revelação se referea um método para reciclar um fluido de furo de poço. Ométodo pode incluir as etapas de coletar um fluido de furode poço a partir de um poço, onde o fluido de furo de poçoinclui um fluido aquoso, contatar o fluido de furo de poçocom um polímero absorvedor de água, permitir que o polímeroabsorvedor de água interaja com o fluido de furo de poçopor um período de tempo suficiente de modo que o polímeroabsorvedor de água absorve ao menos uma porção da água nofluido de furo de poço, e separar o polímero absorvedor deágua contendo a água absorvida a partir do fluido de furode poço.
Em ainda outro aspecto, a presente revelação serefere a um método de remover água a partir de um fluido defuro de poço. 0 método pode incluir as etapas de despejar ofluido de furo de poço sobre um filtro, onde o fluido defuro de poço inclui um fluido aquoso, e onde o filtroinclui um polímero absorvedor de água, e permitir ao fluidode furo de poço e ao polímero absorvedor de água temposuficiente para interagirem de modo que o polímeroabsorvedor de água absorve ao menos uma porção da água nofluido aquoso.
Outros aspectos e vantagens da invenção serãoevidentes a partir da descrição a seguir e dasreivindicações anexas.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra uma representação gráfica daágua absorvida para vários polímeros.
A Figura 2 mostra uma representação gráfica daágua absorvida para vários polímeros.
A Figura 3 mostra uma representação gráfica daágua absorvida por um polímero em várias velocidades demisturação.
A Figura 4 mostra uma representação gráfica daágua absorvida por um polímero em várias velocidades demisturação.
A Figura 5 mostra uma representação gráfica daágua absorvida por um polímero em várias velocidades demisturação.
A Figura 6 mostra uma representação gráfica daágua absorvida por um polímero em salmoura.
A Figura 7 mostra uma representação gráfica daágua absorvida por um polímero em salmoura.
A Figura 8 mostra uma representação gráfica dasconcentrações de cloreto de um fluido após o tratamento comum polímero.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Em um aspecto, as modalidades da revelação sãogeralmente dirigidas a um processo de recuperação parafluidos de furo de poço que receberam água em excessodurante o seu uso. Como descrito acima, durante o uso de umfluido de furo de poço, a água freqüentemente contamina ofluido do furo de poço de modo a aumentar o volume total dofluido de furo de poço e alterar a concentração de sais ououtros aditivos de furo de poço a partir de suaconcentração inicial, desejada. De acordo com asmodalidades da presente revelação, água em excesso pode serremovida de um fluido de furo de poço mediante contato dofluido de furo de poço com um polímero absorvedor de água.
Em uma modalidade, o polímero absorvedor de águapode incluir uma poliacrilamida reticulada, poliacrilato,ou copolímeros dos mesmos. Particularmente o polímeroabsorvedor de água pode incluir um copolímero depoliacrilamida, que pode ser reticulado por intermédio degrupos amida internamente, ou um agente de reticulaçãoadicional, dois filamentos de poliacrilato de sódioreticulados com bis(acrilamida). Em outras modalidades, opolímero absorvedor de água pode incluir polímeros contendocarboxilato tais como poliacrilatos, poliaspartatos, epoliacetatos, polímeros contendo sulfonato, polímeroscontendo amina quaternária ou catiônica tal comopolialilamina ou polietilenoimina, e poliacrilamida, géisde álcool polivinílico, e géis de poliuretano. Polímerosabsorvedores de água e o processo para fazer tais polímerosadequados para modalidades da presente revelação incluemaqueles descritos nas Patentes dos Estados Unidos4.618.631, 4.698.404, 4.755.560, 6.222.091, 6.376.072, e6.750.262, as quais são aqui incorporadas integralmentemediante referência. Alguns desses vários polímerosabsorvedores de água têm tido aplicação específica nasindústrias de fraldas descartáveis e de retenção de águapara agricultura devido à sua capacidade de absorver até400 vezes o seu peso em água.
A capacidade de absorbância dos polímerosabsorvedores de água pode ser explicada pela estruturasemelhante à matriz da partícula de polímero secoabsorvedor de água. O polímero seco pode conter espéciescarregadas dentro da matriz, de tal modo que a ionização dopolímero fará com que a malha da matriz se abra e criecavidades que podem absorver a água pela ação capilar. Aágua absorvida no polímero pode ser retida pelas ligaçõesde hidrogênio que se formam entre as espécies carregadas ea água. O mecanismo efetivo para absorbância e retenção deágua pode variar com base na estrutura de um polímeroabsorvedor de água, específico. Por exemplo, poliacrilatode sódio, no estado seco em pó, contém uma estruturaprincipal helicoidal, revestida com grupos carboxil. Quandoexpostos a uma solução aquosa, os grupos carboxil sedissociam em íons de carboxilato negativamente carregados,os quais podem se repelir mutuamente ao longo da cadeia depolímero. Os íons de carboxilato que se repelem desse modoampliam as espirais do polímero e permitem que a água entreem contato com os grupos carboxil internos, adicionalmentecontinuando a ampliação ou dilataçãò do polímero. A água éretida dentro do polímero devido à ligação de hidrogênioentre a água e os íons de carboxilato no polímero.Poliacrilamida, outro polímero absorvedor de água, éestruturalmente similar ao poliacrilato, porém substitui osgrupos amida pelos grupos carboxil na estrutura principaldo polímero. Grupos livres de amida, não ligados, porqueeles contêm grupos -NH2 podem formar ligações de hidrogêniocom a água. Além disso, devido à reticulação que existenesses polímeros absorvedores de água, os polímerosabsorvedores de água permanecem insolúveis em uma soluçãoaquosa.
0 polímero absorvedor de água é usado de acordocom modalidades da presente revelação mediante contato dopolímero absorvedor de água com um fluido de furo de poçotendo um fluido aquoso e água em excesso de uma quantidadedesejada. 0 fluido aquoso do fluido de furo de poço podeincluir ao menos uma entre água doce, água do mar,salmoura, misturas de água e compostos orgânicos solúveisem água e misturas dos mesmos.
Como usado aqui, salmoura se refere aos váriossais e misturas de sais dissolvidos em uma solução aquosa.Uma salmoura da presente revelação pode incluir sais dehaleto ou carboxilato de cátions mono- ou bivalentes demetais alcalinos, tal como césio, potássio, cálcio, e/ousais de sódio de brometo, cloreto, e formiato.
Preferivelmente, uma salmoura da presente revelação incluiformiato de césio dissolvido era uma solução aquosa.
Adicionalmente, os fluidos de furo de poço dapresente revelação podem incluir vários aditivos, incluindoviscosificantes, agentes de controle de perda de fluido,inibidores de corrosão, agentes aumentadores de peso (talcomo sulfato de bário).
Quando um fluido de furo de poço é inicialmenteformulado para uso em um poço, uma quantidade específica desal e/ou aditivos é adicionada a um fluido aquoso de modoque o fluido de furo de poço tem uma concentração inicialnecessária de sal e/ou aditivo para aplicação de poço,específica. A partir da coleta do fluido a partir do poço,a partir de seu uso, o fluido de furo de poço pode ter umaconcentração de sal e/ou aditivo inferior à concentraçãoinicial devido a um volume de água que pode ter sidoadmitido durante o uso do fluido.
Fluidos de furo de poço que podem ser usados comum polímero absorvedor de água de acordo com a presenteinvenção podem incluir quaisquer fluidos tendo água emexcesso, que foram coletados a partir de um furo de poço,tal como fluidos de perfuração, fluidos de completação,fluidos de recuperação, e fluidos de perfuração na áreaprodutora. Quando o polímero absorvedor de água éintroduzido em um fluido de furo de poço, o polímero podeinteragir com a água em excesso para absorver e reter umvolume de água. A partir de uma quantidade suficiente detempo de exposição, os polímeros absorvedores de água tendouma quantidade de água retida dentro deles podem serseparados do fluido de furo de poço de modo a completamenteremover a água absorvida a partir do fluido de furo depoço.
0 tempo de reação ou exposição necessário paratrazer um fluido de furo de poço para sua concentraçãodesejada de sal e/ou aditivo pode variar de acordo comvários fatores, incluindo, porém não-limitado, à composiçãodo fluido, tipo e concentração de sal, distribuição detamanhos de partícula, das partículas de polímero,contaminantes em uma lama, tais como sólidos e polímeros.
Esses fatores podem afetar similarmente o desempenho de umpolímero absorvedor de água na quantidade de água que podeser absorvida pelo polímero. Por exemplo, a distribuição detamanhos de partícula, das partículas de polímero, podeafetar o tempo de reação e/ou a performance em que aspartículas menores efetivamente permitem área de superfícieampliada do polímero e desse modo tendem a absorver a águamais rapidamente em comparação com as partículas maiores.
Aqueles de conhecimento comum na técnica reconheceriam quealguma quantidade de sal também pode ser absorvida pelopolímero, e desse modo, antes da reutilização do fluido defuro de poço, pode ser necessário ajustar apropriadamente aconcentração de sal.
Em uma modalidade, o polímero absorvedor de águapode assumir a forma de grânulos individuais de polímeroque podem dilatar a partir da absorbância de água paraglóbulos de polímero maiores, dilatados. Grânulosindividuais de polímero podem ser despejados diretamentedentro de um volume do fluido de furo de poço. Após umtempo suficiente, o polímero e o volume absorvido de águaem excesso podem ser removidos do fluido de furo de poçomediante qualquer meio mecânico como sabido na técnica,incluindo, por exemplo, vibradores de folhelho, filtros desaco, prensas de filtro.
Alternativamente, o polímero absorvedor de águapode ser incorporado com uma esponja ou tela de modo acriar um filtro de polímero absorvedor de água. Dentro dofiltro, o polímero pode ter uma estrutura granular oufibrosa. Quando o polímero absorvedor de água é usadodentro de um filtro, um fluido de furo de poço pode serdespejado sobre o filtro contendo polímero absorvedor deágua. Quando o fluido de furo de poço passa através dofiltro, água em excesso no fluido de furo de poço pode serabsorvida pelo polímero. Em uma modalidade, o fluido defuro de poço é passado através de um único filtro. Em outramodalidade, o fluido de furo de poço é passado através devários filtros. Vários filtros contendo o polímeroabsorvedor de água podem ser arranjados em uma pilha, demodo que o fluido de furo de poço passa através de cadafiltro. Isso pode efetivamente aumentar a área desuperfície do filtro, e desse modo, a quantidade de águaque pode ser removida do fluido de furo de poço. Em algumasmodalidades, os vários filtros podem ser incorporados em umaparelho lembrando uma prensa de filtro. Embora uma prensade filtro seja geralmente usada para remover sólidos de umfluido, mediante incorporação do polímero absorvedor deágua em esponjas de filtro, a água em excesso pode serremovida a partir de um fluido de furo de poço.
Se uma batelada de fluido de furo de poço deveser tratada com o polímero absorvedor de água tambémcontendo partículas sólidas suspensas no mesmo, aspartículas sólidas podem ser removidas em conjunto com aremoção da água em excesso. Por exemplo, quando grânulosindividuais de polímero absorvedor de água são despejadosdentro de um volume de fluido de furo de poço, quaisquerpartículas sólidas suspensas no mesmo podem ser removidasno processo de separação de polímero ou podem ser removidasem um processo de separação anterior ou subseqüente.
Alternativamente, quando o polímero absorvedor de água estácontido dentro de um filtro, uma única esponja de filtropode ser projetada para remover ambos, a água em excesso, eas partículas sólidas dentro do fluido de furo de poço, ouuma esponja de filtro projetada para remover apenas aspartículas sólidas pode ser usada em conjunto com um filtrocontendo o polímero absorvedor de água.
Após o polímero absorvedor de água, dilatado comágua, ter sido separado do fluido de furo de poço, a águapode ser opcionalmente liberada do polímero. A liberação daágua retida pode variar dependendo do polímero absorvedorde água usado, como sabido por aqueles de conhecimentocomum na técnica. Esses processos podem incluir, porexemplo, submeter o polímero dilatado a cisalhamentoaumentado ou enxágüe dos polímeros dilatados em uma soluçãoque removerá a água do polímero, etc., de modo que asligações de hidrogênio podem romper, e a água retida podeser liberada do polímero.
Exemplos
Os exemplos a seguir utilizam um copolímero depol iacrilamida (94%) , comercialmente disponível sob o nomecomercial Ciba® Alcosorb® AB 3 (Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown, NY), adicionado à água desionizada.Concentrações testadas da poliacrilamida variam de 2 g/L a10 g/L.
Concentração do Polímero e Absorvência de Água
As concentrações de 2, 3, 4 e 5 g/L do polímeroforam misturadas em béqueres. Cada mistura foi agitadamanualmente por 1 minuto e deixada envelhecer. Emintervalos de tempo estabelecido, o líquido livre foidecantado para dentro de uma peneira de areia (75micrômetros) e deixado drenar por 2 minutos. O volume deágua decantado foi medido e decantado de volta para obéquer contendo o polímero para permitir a medição deabsorbância de água adicional em intervalo de temposubseqüente. Os intervalos de tempo testados foram 10minutos, 3 0 minutos, 1 hora, 2 horas, e 4 horas. Apercentagem de água absorvida em cada intervalo para cadaconcentração é mostrada na Figura 1. A partir da Figura 1,pode ser mostrado que as concentrações de 4 a 5 g/L quasecompletaram a absorbância da água misturada com o polímero.
Com base nos resultados na Figura 1, as mediçõesde absorbância de água para concentrações de polímero de 3,4 e 5 g/L foram repetidas com testes individuais em cadaintervalo de tempo para eliminar qualquer erro devido àdecantação. Os resultados são apresentados na Figura 2. Apartir da Figura 2, pode ser mostrado que para concentraçãode 5 g/L de polímero em água, o polímero absorveaproximadamente 100% da água dentro de 1 hora. Para umaconcentração de 4 g/L, o polímero foi capaz de absorveraproximadamente 100% da água após 4 horas. Desse modo, opolímero foi capaz de absorver 200 vezes seu próprio pesoem água. Variação entre os resultados mostrados nas Figuras1 e 2 pode ser um resultado de erro experimental ou outrosfatores, tal como temperatura.
Efeito de Energia de Misturação sobre a Absorvência de Água
Nesse teste, a reação do polímero ao cisalhamentofoi investigada. Amostras de 0,4 gramas de polímeroadicionadas a 100 mililitros de água foram misturadasutilizando-se um misturador de movimento brusco BibbySterlin por 1 minuto com velocidades de 5,2; 7,8; e 20,9rad/s. A quantidade de água absorvida foi medida, cujosresultados são mostrados na Figura 3. A partir da Figura 3,pode ser mostrado que mediante aumento da velocidade apartir de 5,2 para 18,3 rad/s, um aumento significativo emtaxa de reação pode ser obtido.
Efeito do Tempo de Misturação sobre a Absorvência de Água.
Volumes de 100 mililitros de 4 g/L de polímero emágua foram preparados e misturados em um misturador demovimento brusco Bibby em velocidades de 5,2; 2 6,2; e 52,3rad/s, com tempos de misturação de 1 e 5 minutos. Aquantidade de água absorvida foi medida, e os resultadossão mostrados para os tempos de misturação de 1 e 5 minutosnas Figuras 4 e 5, respectivamente. A partir das Figuras 4e 5, é mostrado que o tempo de misturação mais curto mostramaior capacidade para o polímero absorver a água.
Recuperação do Polímero
As amostras de polímeros dilatados forammisturadas, em velocidade média e alta, com misturadorHeidolph para determinar a estabilidade do polímerodilatado. A misturação do polímero hidratado com ummisturador Heidolph em uma velocidade média resultou emnenhuma alteração significativa para o polímero, isto é,não foi observada a liberação de água absorvida epermaneceram glóbulos discretos de polímero dilatado. 0aumento da velocidade do misturador, contudo, resultou naamostra tendo uma consistência mais úmida após 4 minutos,devido à ligeira liberação de água pelos glóbulos depolímero.
Para simular uma separação por vibrador dopolímero dilatado a partir de qualquer fluido de furo depoço não-reagido, as amostras de polímeros dilatadosformadas a partir de concentrações de 3, 4, e 5 g/L foramsubmetidas a um vibrador de laboratório Fritsch, compeneiras de 1 milímetro e 2 milímetros. O vibrador foiligado por 2 minutos em uma regulagem média, e a coleta depolímero em cada peneira foi determinada. As amostras de 4e 5 g/L não continham água livre, e quando os polímerosforam peneirados, todo o polímero foi retido na peneira de2 mm. A ação de peneiração na amostra de 3 g/L resultou emligeira desintegração das partículas do polímero eliberação de alguma água. Traços de água e polímerosemelhante à pasta apareceram na tela de 1 mm e na chapabase de depósito de coleta. Esses resultados podem serexplicados por uma quantidade maior de água absorvida porpeso unitário da amostra de 3 g/L, em comparação com asamostras de 4 e 5 g/L. Desse modo, a água na amostra de 3g/L pode não ser tão firmemente arrastada para dentromatriz de polímero e, portanto, mais suscetível aocisalhamento e liberação de água.
Absorbância Seletiva de Água a partir das Soluções deSalmoura
Soluções saturadas de cloreto de potássio,cloreto de cálcio, e cloreto de sódio foram preparadas, epolímero foi adicionado a cada uma delas para obter 4 g/Lde polímero em cada solução de salmoura. As soluções forammisturadas por 1 minuto a 26,17 rad/s utilizando ummisturador de movimento brusco. A absorvência de água foideterminada por um período de 24 horas, mediante medição daquantidade de solução livre. Os testes foram repetidosutilizando-se 10 g/L de polímero por um período de 4 horas.Medições de cloreto do fluido não-absorvido foram feitasmediante titulação para se determinar se o líquidoabsorvido pelo polímero era salmoura ou água. A Figura 5mostra a quantidade de líquido absorvido por 4 g/L depolímero em salmouras saturadas com KCl, NaCl, e CaCl2. Ummáximo de 11% de líquido foi absorvido nas soluções desalmoura monovalentes (KCl e NaCl) e apenas 4% de líquidoforam absorvidos na salmoura bivalente (CaCl2) , por umperíodo de 24 horas. 0 polímero permaneceu granular napresença de CaCl2 saturado e não obteve a consistênciadilatada semelhante à gelatina observada com absorção deágua superior. Conforme mostrado na Figura 6, aumentando aconcentração de polímero para 10 g/L aumentou-se o volumede líquido absorvido para 26-28% para as salmourasmonovalentes e para 7% para a salmoura bivalente. Apresença de sal diminuiu a absorção de líquido e aumentou operíodo de tempo de reação. Adicionalmente, a presença deíons bivalentes pode reagir com as cargas negativas dopolímero e causar uma estabilização da matriz, desse modoimpedindo que o polímero crie cavidades para absorção deágua adicional por intermédio da ação capilar.
A Figura 7 mostra as concentrações de cloretomedidas no líquido não-absorvido após tratamento com 4 g/Lde polímero. A partir da Figura 7, pode ser mostrado que asconcentrações de cloreto permanecem constantes ao longo decada teste. Desse modo, o líquido absorvido pelo polímeroera salmoura integral. Contudo, para que ocorra apenasabsorbância de água, a precipitação de sal teria queocorrer.
Um efeito de longo prazo foi testado, tratando250 mililitros de salmoura com polímero (10 g/L) emisturando a solução a 2 6,17 rad/s, por 1 minuto, porintermédio de um misturador de movimento brusco. Deixou-seo polímero reagir com a salmoura por 14 6 horas antes daabsorção de água ser medida. Aumentar o tempo de reaçãopara 14 6 horas mostrou nenhuma absorção adicional desalmoura em relação àquela observada no período de 4 horas.
Embora referência tenha sido feita aos saisespecíficos usados em um fluido de furo de poço, estáexpressamente dentro do escopo da presente revelação queoutras misturas de sais e outros aditivos de fluido de furode poço podem ser usados individualmente ou em conjunto comqualquer um dos sais descritos acima. Além disso, estáexpressamente dentro do escopo da presente revelação quecombinações de sais de formiato podem ser usadas.
Adicionalmente, o polímero absorvedor de águapode ser usado na reciclagem de um fluido de furo de poçocompreendido de um fluido aquoso. A partir da coleta de umfluido de furo de poço a partir de um poço, o fluido podeser contatado com o polímero absorvedor de água e deixadointeragir por um período de tempo suficiente de modo que opolímero absorvedor de água absorve ao menos uma porção daágua no fluido aquoso. A partir da separação do polímeroabsorvedor de água a partir do fluido de furo de poço, ofluido de furo de poço pode ser reutilizado em uma operaçãode perfuração. Adicionalmente, em algumas modalidades, ofluido de furo de poço pode ser submetido a outrosprocessos de tratamento conforme sabido na técnica, talcomo filtração de contaminantes sólidos, mudança em pH,remoção de outros contaminantes dissolvidos, etc., quepodem ser exigidos para que o fluido seja reutilizado em umpoço.
Adicionalmente, embora referência tenha sidofeita às fórmulas específicas do polímero absorvedor deágua que pode ser usado com o fluido de furo de poço, estáexpressamente dentro do escopo da presente revelação que opolímero absorvedor de água pode assumir qualquer estruturaou forma ao contatar e remover qualquer água em excesso apartir de um fluido aquoso de furo de poço.
Vantajosamente, as modalidades da presenterevelação podem proporcionar meio para economicamentereciclar um fluido de furo de poço que tenha admitido águaem excesso durante seu uso. A água pode ser absorvidaseletivamente, permitindo que uma solução mais saturada deum fluido de furo de poço seja obtida. Adicionalmente, aágua pode ser facilmente separada de um fluido de furo depoço, com energia mínima e limitações econômicas. Talprocesso pode ser opcionalmente realizado no local do poçopara uma reutilização relativamente imediata.
Embora a invenção tenha sido descrita com relaçãoa um número limitado de modalidades, aqueles versados natécnica com o benefício dessa revelação, considerarão queoutras modalidades podem ser concebidas as quais não seafastam do escopo da invenção conforme aqui revelado.Conseqüentemente, o escopo da invenção deve ser limitadoapenas pelas reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Método para remover água a partir de um fluidode furo de poço caracterizado por compreender:contatar um fluido de furo de poço com umpolímero absorvedor de água, o fluido de furo de poçocompreendendo:um fluido aquoso;permitir que o polímero absorvedor de águainteraja com o fluido de furo de poço por um período detempo suficiente de modo que o polímero absorvedor de águaabsorva ao menos uma porção da água no fluido aquoso; eseparar o polímero absorvedor de água contendo aágua absorvida a partir do fluido de furo de poço.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso éselecionado a partir de ao menos uma entre água doce, águado mar, salmoura, misturas de água e compostos orgânicossolúveis em água e suas misturas.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso compreendeum sal alcalino de um formiato, brometo, cloreto, oumisturas dos mesmos.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso compreendeformiato de césio.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero absorvedor deágua compreende poliacrilamida reticulada, poliacrilato, oucopolímeros dos mesmos.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fluido de furo de poçocompreende ainda:ao menos um aditivo selecionado a partir deviscosificantes, agentes de controle de perda de fluido,inibidores de corrosão, agentes aumentadores de peso, ecombinações dos mesmos.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda:remover ao menos uma porção da água absorvida apartir do polímero absorvedor de água.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que contatar o fluido de furo depoço com o polímero absorvedor de água compreende despejaras contas de polímero absorvedor de água dentro de umvolume do fluido de furo de poço.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que contatar o fluido de furo depoço com o polímero absorvedor de água compreende despejarfluido de furo de poço sobre um filtro compreendendo opolímero absorvedor de água.
10. Método para reciclar um fluido de furo depoço, caracterizado por compreender:coletar um fluido de furo de poço a partir de umpoço, o fluido de furo de poço compreendendo:um fluido aquoso;contatar o fluido de furo de poço com um polímeroabsorvedor de água;permitir que o polímero absorvedor de águainteraja com o fluido de furo de poço por um período detempo suficiente de modo que o polímero absorvedor de águaabsorva ao menos uma porção da água no fluido de furo depoço; eseparar o polímero absorvedor de água contendoágua absorvida a partir do fluido de furo de poço.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso éselecionado a partir de ao menos uma entre água doce, águado mar, salmoura, misturas de água e compostos orgânicossolúveis em água e suas misturas.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso compreendeum sal alcalino de um formiato, brometo, cloreto, oumisturas dos mesmos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que o fluido aquoso compreendeformiato de césio.
14. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o polímero absorvedor deágua compreende poliacrilamida reticulada, poliacrilato, ouseus copolímeros.
15. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que contatar o fluido de furo depoço com um polímero absorvedor de água compreende despejaras contas de polímero absorvedor de água em um volume dofluido de furo de poço.
16. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que contatar o fluido de furo depoço com um polímero absorvedor de água compreende despejaro fluido de furo de poço sobre um filtro compreendendo opolímero absorvedor de água.
17. Método de remover água a partir de um fluidode furo de poço, caracterizado por compreender:despejar o fluido de furo de poço sobre umfiltro, em que o fluido de furo de poço compreende umfluido aquoso, e em que o filtro compreende um polímeroabsorvedor de água;permitir ao fluido de furo de poço e ao polímeroabsorvedor de água tempo suficiente para interagirem demodo que o polímero absorvedor de água absorva ao menos umaporção da água no fluido aquoso.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que o fluido de furo de poçocompreende ainda partículas sólidas suspensas no mesmo.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado por compreender:remover as partículas sólidas a partir do fluidode furo de poço.
20. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que o polímero absorvedor deágua compreende poliacrilamida reticulada, poliacrilato, oucopolímeros dos mesmos.
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