BRPI0716793A2 - agentes de peso revestidos com dispersante - Google Patents
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Abstract
AGENTES DE PESO REVESTIDOS COM DISPERSANTE. Um método de formulação de um fluido de perfuração que inclui fornecer um fluido de base; e adicionar um agente de peso dimensionado revestido com um dispersante produzido pelo método de combinar a seco um agente de peso e um dispersante para formar um agente de peso dimensionado revestido com o dispersante é divulgado.
Description
AGENTES DE PESO REVESTIDOS COM DISPERSANTE REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO
Este Pedido Internacional reivindica benefício do Pedido de Patente U. S. de número 11/741.199, depositado em 27 de abril de 2007, que reivindica benefício do Pedido de Patente Provisório U. S. de número 60/825.156, depositado em 11 de setembro de 2006, cuja divulgação está aqui incorporada por referência.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da Invenção
A invenção relaciona-se geralmente a fluidos e materiais sólidos de superfície revestida para uso em um fluido de perfuração.
Técnica de Fundamento Quando se perfura ou finaliza poços em formações
terrestres, vários fluidos são tipicamente usados no poço por uma variedade de razões. Usos comuns para fluidos de perfuração incluem: lubrificação e resfriamento de superfícies de corte de broca de perfuração enquanto se perfura (isto é, perfuração de uma formação petrolífera objetivada), transporte de "cortes" (pedaços da formação deslocados pela ação de corte dos dentes em uma broca de perfuração) à superfície, controle de formação de pressão de fluido para impedir escapes, manutenção da estabilidade
2 5 do poço, suspensão de sólidos no poço, minimização de perda
de fluido para dentro e estabilização da formação através da qual o poço está sendo perfurado, ruptura da formação na vicinidade do poço, deslocamento de fluido dentro do poço com um outro fluido, limpeza do poço, teste do poço,
3 0 transmissão de potência hidráulica à broca de perfuração, fluido usado para por em posição um empacotador, abandono do poço ou preparação do poço para abandono e de outra forma tratar o poço ou a formação.
Em geral, os fluidos de perfuração devem ser passíveis de bombeamento sob pressão através das cordas do tubo de perfuração, então através e em torno da cabeça da broca de perfuração profundamente na terra, e então retornando à superfície da terra através de um anel entre a parte externa da haste de perfuração e a parede do orifício ou invólucro. Além de fornecer lubrificação e eficiência de perfuração, e retardar o uso, os fluidos de perfuração devem ser suspender e transportar as partículas sólidas à superfície para seleção e descarte. Além disso, os fluidos devem ser capazes de suspender os agentes de peso aditivos (para aumentar a gravidade específica da lama), geralmente baritas finamente triturada (minério de sulfato de bário) e transportar argila e outras substâncias capazes de aderir a e revestir a superfície da perfuração.
Os fluidos de perfuração são geralmente caracterizados como sistemas de fluido tixotrópico. Isto é, eles exibem baixa viscosidade quando cisalhados, tal como quando em circulação (como ocorre durante o bombeamento ou contato com a broca de perfuração em movimento). Entretanto, quando a ação de cisalhamento é interrompida, o fluido deve ser capaz de suspender os sólidos que ele contém para impedir a separação por gravidade. Além disso, quando o fluido de perfuração está sob condições de cisalhamento e um quase- líquido que flui livremente, ele deve reter uma viscosidade suficientemente alta para transportar toda a matéria 3 0 particulada não desejada do fundo do poço para a superfície. A formulação do fluido de perfuração deve também permitir que os cortes e outro material particulado não desejado sejam removidos ou de outra forma assentados da fração do líquido.
Há uma necessidade crescente por fluidos de perfuração
que possuam perfis reológicos que permitam que poços sejam perfurados mais facilmente. Fluidos de perfuração que possuem propriedades reológicas dimensionadas asseguram que os cortes sejam removidos do poço de forma tão eficiente e
tão efetiva quando possível para evitar a formação de leitos de cortes no poço que podem fazer com que a corda de perfuração torne-se emperrada entre outros problemas. Há também a necessidade de uma perspectiva de hidráulica de fluido de perfuração (equivalente à densidade de
circulação) de reduzir as pressões exigidas para circular o fluido, isto ajuda a evitar a exposição da formação às forças excessivas que podem fraturar a formação fazendo com que fluido, e possivelmente o poço, sejam perdidos. Além disso, um perfil melhorado é necessário para impedir o
2 0 assentamento ou caimento do agente de peso no fluido, se
isto ocorrer, pode levar a um perfil de densidade desigual dentro do sistema do fluido de circulação que pode resultar em problemas de controle de poço (influxo de gás/fluido) e de estabilidade de poço (desabamento/fraturas).
Para se obter as características de fluido exigidas
para satisfazer estes desafios, o fluido deve ser fácil de bombear, assim ele requer a quantidade mínima de pressão para força-lo através de restrições no sistema do fluido de circulação, tal como pontas de broca ou ferramentas de
3 0 perfuração. Ou em outras palavras, o fluido deve ter a menor viscosidade possível sob condições de alto cisalhamento. De modo oposto, em zonas do poço onde a área para fluxo de fluido é grande e a velocidade do fluido é baixa ou onde há condições de baixo cisalhamento, a viscosidade do fluido necessita ser tão alta quanto possível a fim de suspender e transportar os cortes perfurados. Isto também se aplica aos períodos quando o fluido é deixado estático no poço, onde tanto cortes quanto materiais de peso necessitam ser mantidos suspensos para impedir o assentamento. Entretanto, deve ser também notado que a viscosidade do fluido não deve continuar a aumentar, sob condições estáticas, a níveis inaceitáveis. Por outro lado, quando o fluido necessitar ser circulado novamente, isto pode levar a pressões excessivas que podem fraturar a formação ou pode levar alternativamente à perda de tempo se a força exigida para recuperar um sistema de fluido de circulação completamente está além dos limites das bombas.
Os fluidos de perfuração devem também contribuir para a estabilidade do poço, e controlar o fluxo de gás, óleo ou 2 0 água dos poros da formação a fim de prevenir, por exemplo, o fluxo ou escape dos fluidos de formação ou o colapso de formações terrosas pressurizadas. A coluna de fluido no poço exerce uma pressão hidrostática proporcional à profundidade do buraco e à densidade do fluido. As formações de alta pressão podem exigir um fluido com uma gravidade específica tão alta quanto 3,0.
Uma variedade de materiais é atualmente usada para aumentar a densidade dos fluidos de perfuração. Estes incluem sais dissolvidos tal como cloreto de sódio, cloreto de cálcio e brometo de cálcio. Alternativamente, os minerais em pó tal como barita, calcita e hematita são adicionados a um fluido para formar uma suspensão de densidade aumentada. 0 uso de metal finamente dividido, tal como ferro, como um material de peso em um fluido de perfuração onde o material de peso inclui partículas em forma de bola de ferro/aço possuindo um diâmetro menor que 250 μπι e preferencialmente entre 15 e 75 μτη também foram descritas. O uso de carbonato de cálcio ou ferro em pó fino foi também proposto; entretanto, a viscosidade plástica de tais fluidos aumenta rapidamente à medida que o tamanho de partícula diminui, limitante a utilidade destes materiais.
Uma exigência destes aditivos de fluido de perfuração é aquela que eles foram uma suspensão estável e não assentam facilmente. Uma segunda exigência é que a suspensão exibe uma baixa viscosidade a fim de facilitar o bombeamento e minimizar a geração de altas pressões. Finalmente, a mistura semifluida de perfuração deve também exibir baixa perda de fluido.
Agentes de peso convencionais, tal como barita em pó, exibem um diâmetro de partícula médio (d50) na faixa de 10- 3 0 μπκ Para suspender adequadamente estes materiais, é requerida a adição de um agente de gelificação tal como bentonita para fluidos à base d'água, ou bentonita organicamente modificada para fluidos à base de óleo. Um agente de viscosidade de polímero solúvel tal como goma xantana pode também ser adicionado para retardar a taxa de sedimentação do agente de peso. Entretanto, à medida que mais agente de gelificação é adicionado para aumentar a estabilidade da suspensão, a viscosidade do fluido (viscosidade plástica e/ou ponto de rendimento) aumenta de forma indesejável resultando em capacidade de bombeamento reduzida. Este também é o caso se um viscosificante é usado para manter um nível desejado de suspensão de sólidos.
A sedimentação (ou "caimento") de agentes de peso particulados torna-se mais crítica em poços perfurados a altos ângulos a partir da vertical, porque um caimento de, por exemplo, 2,54 cm pode resultar em uma coluna contínua de fluido de densidade reduzida ao longo da porção superior da parede do poço. Tais poços de alto ângulo são freqüentemente perfurados sobre grandes distâncias a fim de acessar, por exemplo, porções remotas de um reservatório de óleo. Em tais exemplos, é importante minimizar uma viscosidade plástica de fluido de perfuração a fim de reduzir as perdas de pressão sobre o comprimento da perfuração. Ao mesmo tempo, uma alta densidade também deve ser mantida para impedir um escape. Também, conforme notado acima com os materiais de peso particulados, os problemas de caimento tornam-se importantes de forma crescente para se evitar a aderência diferencial ou assentamento dos agentes de peso particulados no lado inferior do poço.
Sendo capaz de formular um fluido de perfuração possuindo uma alta densidade e uma baixa viscosidade plástica é também importante em poços de alta pressão profundos onde fluidos de perfuração de alta densidade são exigidos. Altas viscosidades podem resultar em um aumento de pressão no fundo do poço sob condições de bombeamento. Este aumento na "Densidade de Circulação Equivalente" pode resultar em fraturas abertas na formação, e sérias perdas do fluido de perfuração na formação fraturada. Novamente, a 3 0 estabilidade da suspensão é importante a fim de manter a cabeça hidrostática para evitar um escape. 0 objetivo de fluidos de alta densidade com baixa viscosidade adicionado de caimento mínimo de material de peso continuam a ser um desafio. Assim, há uma necessidade por materiais que aumentam a densidade de fluido enquanto fornece simultaneamente estabilidade de suspensão melhorada e minimiza a perda de fluido e aumenta a viscosidade.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, as modalidades aqui divulgadas relacionam-se a um método de formulação de um fluido de perfuração que inclui fornecer um fluido de base; e adicionar um agente de peso dimensionado revestido com um dispersante produzido pelo método de combinar a seco um agente de peso e um dispersante para formar um agente de peso dimensionado revestido com o dispersante.
Em um outro aspecto, as modalidades aqui divulgadas relacionam-se a um fluido de perfuração que inclui um fluido de base; e um agente de peso dimensionado revestido com um dispersante produzido pelo método de combinar a seco 2 0 um agente de peso e um dispersante para formar um agente de peso dimensionado revestido com o dispersante.
Outros aspectos e vantagens da invenção serão aparentes a partir da seguinte descrição e reivindicações em anexo.
2 5 BREVE SUMÁRIO DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra um diagrama de fluxo de um processo de combinação a seco de acordo com uma modalidade aqui divulgada.
DESCRIÇÃO DETALAHADA
3 0 Em um aspecto, as modalidades aqui divulgadas relacionam-se a revestimentos de dispersante em agentes de peso usados em fluidos de perfuração. Em um outro aspecto, as modalidades aqui divulgadas relacionam-se à formulação de fluidos de perfuração que incluem agentes de peso revestidos com dispersante.
Em uma modalidade, o agente de peso pode ser revestido com um dispersante por um processo de combinação a seco. O agente de peso revestido resultante pode ser adicionado em novas formulações de fluido de perfuração ou adicionado a formulações existentes. 0 termo "combinação a seco" refere- se a um processo em que o agente de peso é misturado e revestido com um dispersante na ausência de um solvente. Um processo análogo na presença de solvente gerando partículas revestidas coloidais foi divulgado no Pedido de Patente U.S. de número 20040127366 cedido ao cessionário do presente pedido, que está aqui incorporado por referência. Conforme aqui uso, o termo "agente de peso sob medida" refere-se aos agentes de peso que possuem distribuição de tamanho de partícula reduzida abaixo da distribuição especificada pela API convencional. Finalmente, qualquer um habilitado na técnica irá reconhecer que o agente de peso pode ser combinado a seco com o dispersante em um processo de fragmentação, processo de trituração ou por outros meios tal como, por exemplo, dessorção térmica. Agente de Peso
Os agentes de peso usados em modalidades aqui divulgadas podem incluir uma variedade de compostos bem conhecidos de qualquer um habilitado na técnica. Em uma modalidade particular, o agente de peso pode ser selecionado a partir de materiais incluindo, por exemplo, sulfato de bário (barita), carbonato de cálcio, dolomita, ilmenita, hematita, olivina, siderita, óxido de manganês e sulfato de estrôncio. Qualquer um habilitado na técnica irá reconhecer que a seleção de um material particular pode depender amplamente da densidade do material conforme tipicamente a viscosidade de fluido de perfuração mais baixa a qualquer densidade particular é obtida usando-se as partículas de mais alta densidade. Entretanto, outras considerações podem influenciar a escolha do produto tal
como custo, disponibilidade local, a força exigida para trituração, e se os sólidos residuais ou bolo do filtro podem ser facilmente removidos do poço.
Em uma modalidade, o agente de peso pode ser um agente de peso dimensionado possuindo um d90 variando de 1 a 25 μπι
e um d50 variando de 0,5 a 10 μτη. Em uma outra modalidade, o agente de peso dimensionado inclui partículas possuindo um d90 variando de 2 a 8 μηι e um d50 variando de 0,5 a 4 μτη. Qualquer um habilitado na técnica irá reconhecer que, dependendo da técnica de dimensionamento, o agente de peso
2 0 pode ter uma distribuição de tamanho de partícula que não
uma distribuição monomodal. Isto é, o agente de peso pode ter uma distribuição de tamanho de partícula que, em várias modalidades, pode ser monomodal, o que pode ou não pode ser Gaussiano, bimodal ou polimodal.
O uso de agentes de peso dimensionado foi divulgado no
Pedido de Patente U. S. de número 20050277553 cedido ao cessionário do corrente pedido, que está aqui incorporado por referência. As partículas que possuem estas distribuições de tamanho podem ser obtidas por vários
3 0 meios. Por exemplo, partículas dimensionadas, tal como um produto de barita adequado que possui distribuições de tamanho de partícula similar conforme aqui divulgado, podem ser comercialmente adquiridas. Um material adequado triturado mais grosso pode ser obtido, e o material pode ser também triturado, por qualquer técnica conhecida, ao tamanho de partícula desejado. Tais técnicas incluem moagem a jato, técnicas de moagem a seco de alta performance, ou qualquer outra técnica que é conhecida na técnica geralmente para produtos transformados em pó por moagem. Em uma modalidade, partículas de barita dimensionadas adequadamente podem ser seletivamente removidas de uma corrente de produto de uma instalação de trituração de barita convencional, que pode incluir remover seletivamente os finos de uma operação de trituração de barita pela API convencional. Os finos são freqüentemente considerados um subproduto do processo de trituração, e convencionalmente estes materiais são combinados com materiais mais grossos para alcançar barita de grau API. Entretanto, de acordo com a presente divulgação, estes finos de subproduto podem ser
2 0 também processados através de um classificador de ar para
alcançar as distribuições de tamanho de partícula aqui divulgado. Em ainda uma outra modalidade, os agentes de peso sob medida podem ser formados por precipitação química. Tais produtos precipitados podem ser usados juntos ou em combinação com produtos moídos mecanicamente.
Dispersante
Em uma modalidade, o dispersante pode ser selecionado a partir de ácidos carboxílicos de peso molecular de pelo menos 150 Daltons tal como ácido oléico e ácidos graxos
3 0 polibásicos, ácidos alquilbenzeno sulfônicos, ácidos alcano sulfônicos, ácido de alfaolefina linear sulfônico, fosfolipídeos tal como lecitina, incluindo sais destes e incluindo misturas destes. Polímeros sintéticos podem também ser utilizados tal como HYPERMER OM-I (Imperial Chemical Industries, PLC, London, United Kingdom) ou ésteres de poliacrilato, por exemplo. Tais ésteres de poliacrilato podem incluir polímeros de metacrilato de estearila e/ou butilacrilato. Em uma outra modalidade, os ácidos correspondentes, ácido metacrílico e/ou ácido acrílico podem ser usados. Qualquer um habilitado na técnica irá reconhecer que outro acrilato ou outros monômeros de ácido carboxílico insaturado (ou ésteres destes) podem ser usados para alcançar substancialmente os mesmos resultados conforme aqui divulgado. Quando o aditivo deve ser usado em fluidos à base
d'água, um polímero solúvel em água de peso molecular de pelo menos 2.000 Daltons pode ser usado em uma modalidade particular. Exemplos de tais polímeros solúveis em água podem incluir um homopolímero ou copolímero de qualquer monômero selecionado a partir de ácido acrílico, ácido itacônico, ácido maléico ou anidrido maléico, acrilato de hidroxipropil ácido vinilsulfônico, ácido acrilamido 2- propano sulfônico, acrilamida, ácido estireno sulfônico, ésteres acrílico fosfato, éter metil vinílico e acetato de vinila ou sais destes.
0 dispersante polimérico pode ter um peso molecular médio de cerca de 10.000 Daltons a cerca de 300.000 Daltons em uma modalidade, de cerca de 17.000 Daltons a cerca de 40.000 Daltons em uma outra modalidade, e de cerca de 200.000-300.000 Daltons em ainda uma outra modalidade. Qualquer um habilitado na técnica irá reconhecer que quando o dispersante é adicionado ao agente de peso durante um processo de trituração, polímeros de peso molecular intermediário (10.000-300.000 Daltons) podem ser usados.
Também, está especificamente inserido no escopo das
modalidades aqui divulgadas que o dispersante polimérico deve ser polimerizado antes ou simultaneamente com os processos de combinação a seco aqui divulgados. Tais polimerizações podem envolver, por exemplo, polimerização térmica, polimerização catalisada ou combinações destes.
Processos de Revestimento O revestimento do agente de peso com o dispersante pode ser executado em um processo de combinação a seco de forma que o processo é substancialmente livre de solvente. Com referência à Figura 1, uma modalidade para produzir um agente de peso revestido é ilustrada. 0 processo inclui combinar o agente de peso (10) e um dispersante (12) a uma proporção desejada para formar um material combinado. Em uma modalidade, o agente de peso (10) pode ser inicialmente 2 0 não dimensionado e conta com o processo de combinação para triturar as partículas na faixa de tamanho desejada conforme divulgado acima. Alternativamente, o processo pode começar com agentes de peso dimensionado. 0 material combinado (14) pode então ser alimentado a um sistema de troca de calor (16) , tal como um sistema de dessorção térmica. A mistura pode então ser remetida através do trocador de calor usando-se um misturador (18), tal como um condutor helicoidal. Sob resfriamento, o polímero pode permanecer associado com o agente de peso. A mistura de polímero/agente de peso (20) pode então ser separado em agente de peso revestido com polímero (22) , polímero não associado (24), e quaisquer aglomerados (26) que podem ter sido formados. 0 polímero não associado (24) pode, opcionalmente, ser reciclado ao início do processo, se desejado. Em uma outra modalidade, o processo de combinação a seco sozinho pode servir para revestir o agente de peso sem aquecimento.
Alternativamente, um agente de peso dimensionado pode ser revestido por adsorção térmica conforme descrito acima, na ausência de um processo de combinação a seco. Nesta modalidade, um processo para fazer um substrato revestido pode incluir aquecer um agente de peso dimensionado a uma temperatura suficiente para reagir um dispersante monomérico conforme descrito acima sobre o agente de peso para formar um agente de peso dimensionado revestido com polímero e recuperar o agente de peso revestido com polímero. Em uma outra modalidade, pode-se usar um processo catalisado para formar o polímero na presença do agente de peso dimensionado. Em ainda uma outra modalidade, o 2 0 polímero pode ser pré-formado e pode ser termicamente adsorvido sobre o agente de peso dimensionado.
De acordo com ainda uma outra modalidade, o dispersante é revestido sobre o agente de peso durante o processo de trituração. Isto é, agente de peso grosso é triturado na presença de uma concentração relativamente alta de dispersante de forma que as superfícies recentemente formadas das partículas finas sejam expostas a e portanto revestidas pelo dispersante. Especula-se que isto permita que o dispersante encontre uma conformação aceitável na superfície da partícula deste modo revestindo a superfície. Alternativamente, especula-se que por causa de uma concentração relativamente maior de dispersante no fluido de trituração, em oposição àquela em um fluido de perfuração, é mais provável que o dispersante seja adsorvido (ou fisicamente ou quimicamente) à superfície da partícula. Como este termo é aqui usado, "revestimento da superfície" é objetivado para significar que um número suficiente de moléculas de dispersante é absorvido (fisicamente ou quimicamente) ou de outra forma intimamente associado com a superfície das partículas de forma que as partículas finas do material não causem o rápido crescimento em viscosidade observado no estado da técnica. Usando-se tal definição, qualquer um habilitado na técnica deve compreender e avaliar que as moléculas de dispersante podem não estar verdadeiramente cobrindo completamente a superfície da partícula e que a quantificação do número de moléculas é muito difícil.
Qualquer um habilitado na técnica irá avaliar que as partículas revestidas a seco podem ser obtidas a partir de 2 0 uma mistura semifluida à base de óleo através dos métodos tal como secagem por pulverização e dessorção térmica, por exemplo.
Em uma modalidade, o dispersante pode compreender de cerca de 1% a cerca de 10% da massa total do dispersante mais o agente de peso.
Uso em Formulações de Perfuração
De acordo com uma modalidade, o agente de peso revestido a seco pode ser usado em uma formulação de fluido de perfuração. O fluido de perfuração pode ser um fluido à base d'água, uma emulsão invertida ou um fluido à base de óleo.
Os fluidos de perfuração à base d'água podem ter um fluido aquoso como o solvente de base e um agente de peso revestida com dispersante. 0 fluido aquoso pode incluir pelo menos um de água fresca, água do mar, salmoura, misturas de água e compostos orgânicos solúveis em água e misturas destes. Por exemplo, o fluido aquoso pode ser formulado com misturas de sais desejados em água fresca. Tais sais podem incluir, mas não estão limitados a cloretos de metal alcalino, hidróxidos ou carboxilatos, por exemplo. Em várias modalidades do fluido de perfuração aqui divulgado, a salmoura pode incluir água do mar, soluções aquosas onde a concentração de sal é menor que aquela da água do mar, ou soluções aquosas onde a concentração de sal é maior que aquela da água do mar. Sais que podem ser encontrados na água do mar incluem, mas não estão limitados a sódio, cálcio, enxofre, alumínio, magnésio, potássio, estrôncio, silício, lítio e sais fosforosos de cloretos, brometos, carbonatos, iodetos, cloratos, bromatos, 2 0 formatos, nitratos, óxidos e fluoretos. Sais que podem ser incorporados em uma dada salmoura incluem qualquer um ou mais daqueles presentes em água do mar natural ou quaisquer outros sais dissolvidos orgânicos ou inorgânicos. Adicionalmente, salmouras que podem ser usadas nos fluidos de perfuração aqui divulgados podem ser naturais ou sintéticas, com salmouras sintéticas tendendo a serem de constituição mais simples. Em uma modalidade, a densidade do fluido de perfuração pode ser controlada aumentando-se a concentração de sal na salmoura (até a saturação) . Em uma modalidade particular, uma salmoura pode incluir sais haleto ou carboxilato de cátions mono- ou divalentes de metais, tais como césio, potássio, cálcio, zinco e/ou sódio.
Os fluidos de perfuração de emulsão invertida/à base de óleo podem incluir uma fase oleaginosa contínua, uma fase não oleaginosa descontínua, e um agente de peso revestido com dispersante. Qualquer um habilitado na técnica irá avaliar que os agentes de peso revestidos com dispersante descritos acima podem ser modificados de acordo com a aplicação desejada. Por exemplo, modificações podem incluir a natureza hidrofílica/hidrofóbica do dispersante.
0 fluido oleaginoso pode ser um líquido e, mais preferivelmente, é um óleo natural ou sintético e, mais preferivelmente, o fluido oleaginoso é selecionado a partir do grupo incluindo óleo diesel; óleo mineral; um óleo sintético, como olefinas hidrogenadas e não hidrogenadas incluindo poli (alfa-olefinas) , olefinas lineares e ramificadas e similares, polidiorganosiloxanos, siloxanos ou organosiloxanos, ésteres ou ácido graxos, especificamente alquil ésteres de ácidos graxos de cadeia linear, ramificada e cíclicos, misturas destes e compostos similares conhecidos por aqueles habilitados na técnica; e misturas destes. A concentração do fluido oleaginoso deve ser suficiente de forma que uma emulsão invertida se forma e pode ser de menos de cerca de 99% em volume da emulsão invertida. Em uma modalidade, a quantidade de fluido oleaginoso é de cerca de 3 0% a cerca de 95% em volume e, mais preferivelmente, cerca de 40% a cerca de 90% em volume do fluido de emulsão invertida. 0 fluido oleaginoso, em uma modalidade, pode incluir pelo menos 5% em volume de um material selecionado a partir do grupo incluindo ésteres, éteres, acetais, dialquilcarbonatos, hidrocarbonetos, e combinações destes.
0 fluido não oleaginoso utilizado na formulação do fluido de emulsão invertida aqui divulgado é um líquido e pode ser um líquido aquoso. Em uma modalidade, o líquido não oleaginoso pode ser selecionado a partir do grupo incluindo água marinha, uma solução salina contendo sais orgânicos e/ou inorgânicos dissolvidos, líquidos contendo compostos orgânicos miscíveis em água e combinações destes. A quantidade do fluido não oleaginoso é tipicamente inferior que o limite teórico necessário para formar uma emulsão invertida. Assim, em uma modalidade, a quantidade de fluido não oleaginoso é inferior a cerca de 70% em volume e, preferivelmente, de cerca de 1% a cerca de 70% em volume. Em outra modalidade, o fluido não oleaginoso é preferivelmente de cerca de 5% a cerca de 60% em volume do fluido de emulsão invertida. A fase fluida pode incluir ou um fluido aquoso ou um fluido oleaginoso, ou misturas destes. Em uma modalidade particular, barita revestida ou outros agentes de peso podem ser incluídos em um fluido de perfuração compreendendo um fluido aquoso que inclui pelo menos um entre água doce, água marinha, solução salina, e combinações destas. Os fluidos aqui divulgados são especialmente úteis na
perfuração, completação e trabalho de poços de petróleo e gás subterrâneos. Em particular, os fluidos aqui
divulgados podem encontrar uso na formulação de lamas de perfuração e fluidos de completação que permitem remoção fácil e rápida do bolo de filtro. Tais lamas são especialmente úteis na perfuração de poços horizontais em formações carregando hidrocarboneto.
Métodos convencionais podem ser utilizados para preparar os fluidos de perfuração aqui divulgados de uma maneira análoga àquelas normalmente utilizadas para preparar fluidos de perfuração baseados em água e óleo. Em uma modalidade, uma quantidade desejada de fluido baseado em água e uma quantidade adequada de agente de peso revestido com dispersante são misturados entre si e os componentes restantes do fluido de perfuração adicionados seqüencialmente com misturação continua. Em outra
modalidade, uma quantidade desejada de fluido oleaginoso, como um óleo base, um fluido não oleaginoso e uma quantidade adequada do agente de peso revestido com dispersante são misturados entre si e os componentes restantes são adicionados seqüencialmente com misturação contínua. Uma emulsão invertida pode ser formada por agitação, misturação ou cisalhamento vigorosos do fluido oleaginoso e do fluido não oleaginoso. Outros aditivos que podem ser incluídos nos fluidos de
perfuração aqui divulgados incluem, por exemplo, agentes de umedecimento, argilas organofílicas, viscosificantes, agentes de controle de perda de fluido, tensoativos, dispersantes, redutores de pressão interfacial, tampões de pH, solventes mútuos, thinners, agentes de afinamento e agentes de limpeza. A adição de tais agentes deve ser bem conhecida daquele de habilidade comum na técnica de formulação de fluidos e lamas de perfuração.
Ainda em outra modalidade, uma formulação de fluido de perfuração existente pode ser modificada com um agente de peso revestido com dispersante. Por exemplo, pode-se adicionar agentes de peso revestidos com dispersante da presente divulgação aos fluidos de perfuração divulgados no Pedido de Patente U. S. de número 20040127366 (o Pedido 3 66) cedida ao cessionário do presente Pedido. Os fluidos de perfuração de poço do Pedido 3 66 contêm partículas de agente de peso revestido coloidal derivado de um processo de misturação na presença de solvente. Ainda, aquele de habilidade comum perceberá que o termo "coloidal" se refere a uma suspensão das partículas e não transmite qualquer limitação de tamanho específica. Preferencialmente, o tamanho dos agentes de peso micronizados da presente divulgação pode variar em faixa e são apenas limitados pelas reivindicações no presente pedido. Entretanto, aquele de habilidade comum na técnica reconhecerá que o agente de peso revestido com dispersante da presente divulgação pode ser adicionado a qualquer tipo de formulação de fluido de perfuração de poço existente.
EXEMPLOS
2 0 Os seguintes exemplos incluem agentes de peso
revestidos e não revestidos exemplares e dados experimentais mostrando sua perda de fluido e propriedades reológicas. Fluidos de perfuração baseados em óleo foram testados sobre uma faixa de peso de lama de 1,50 a 2,64 g/cm3 (12,5 a 22,0 ppg) e temperaturas de 121,Il0C a 176,67°C utilizando uma barita revestida com polímero particulado como o material de peso.
Exemplo 1
Um fluido de 1,68 gramas por centímetro cúbico (g/cm3)
3 0 foi formulado com EDC 99DW, um óleo mineral altamente hidrogenado (M-I LLC, Houston, Texas) , como a fase oleaginosa. Para finalidade de comparação, soluções de 1,68 g/cm3 foram formuladas com barita revestida com dispersante assim como barita não revestida. Quantidades de cada componente são expressas em quilogramas por metro cúbico (kg/m3) , conforme mostrado na Tabela 1 abaixo (EMUL HT™ e TRUVIS™ , cada um destes disponibilizados por M-I LLC, Houston, Texas).
Tabela 1. Formulação de Fluido a 1,68 g/cm3
Produto Finalidade kg/m3 EDC 99DW Óleo Base 579,88 Barita Densidade 1.350,51 EMUL HT™ Emulsificante 26, 70 TRUVIS™ Viscosificante 15, 26 Cal Alcalinidade 22 , 89 Solução Salina com CaCl2 Solução salina 247,97
Barita revestida com polímero poliacrilato e barita
não revestida em 1,68 g/cm3 de fluidos de perfuração foram formulados para uma relação óleo/água (ROA) de 80/20 e envelhecido a 121,Il0C por 16 horas. As propriedades reológicas foram determinadas utilizando-se um viscosímetro Fann Modelo 35, disponibilizado por Fann Instrument Company. A perda de fluido foi medida com uma célula de alta pressão, alta temperatura API saturada (HTHP). A força gel (isto é, a medida das características de suspensão ou propriedades tixotrópicas de um fluido) foi avaliada pela força gel de 10 minutos em quilogramas por 0 metros quadrados, de acordo com procedimentos no Boletim API RP 1313-2, 1990. A estabilidade elétrica (ES) da emulsão foi medida pelo teste descrito em "Composition and Properties of Drilling and Completion Fluids", 5a edição, H. C. H. Darley, George R. Gray, 1988, pág. 116. Os resultados são mostrados na Tabela 2 abaixo.
Tabela 2. Propriedades de Fluido a 1,68 g/cm3
1,68 g/cm3; ROA 80/20; 121,Il0C Propriedade de Fluido Revestido Não Revestido PV (cP) 17 18 LE (kg/100 m2) 0, 343 0, 735 Fann 3 5 6/3 rpm 3/2 8/7 min Gel (kg/100 m2) 0, 294 0,49 ES (v) 644 770 Perda de Fluido HTHP (mL) 3,2 14 , 4
Os resultados mostram um perfil reológico melhorado com a barita revestida fornecendo um limite de escoamento (LE) menor, viscosidades de taxa de cisalhamento e força gel menores. A perda de fluido também mostra melhoria quando utilizando a barita revestida.
Exemplo 2
De acordo com uma modalidade, uma formulação de fluido existente pode ser "pesada" com agentes de peso revestidos com dispersante. Os seguintes experimentos foram executados com um fluido baseado em óleo de 1,92 g/cm3 envelhecido a 176,670C. Quantidades de cada componente são expressas em quilogramas por metro cúbico (kg/m3) , conforme mostrado na Tabela 3 abaixo (EMUL HT™, VERSAGEL®, e VERSATROL® são disponibilizados por M-I LLC, Houston, Texas) . Tabela 3. Formulação de Fluido de 1,92 g/cm3_
Revestido Não revestido Produto Finalidade (kg/m3) (kg/m3) EDC9 9DW Óleo Base 572,25 572,25 Barita Densidade 595,14 515,02 EMUL HT™ Emulsificante 38, 15 38 , 15 VERSAGEL® HT Viscosificante 11, 44 11, 44 VERSATROL® HT Perda de Fluido 9, 54 9, 54 Cal Alkalinidade 22, 89 22 , 89 Solução Salina com CaCl2 Solução Salina 251,79 251,79
Testes de reologia e perda de fluido foram executados
conforme descrito acima. Medições de caimento estático foram obtidos a partir do envelhecimento do fluido de perfuração formulado em uma condição estática a 176,S1°C por 16 horas. Aquele habilitado na técnica perceberá que este procedimento de teste relaciona-se ao comportamento do fluido de perfuração enquanto estático no poço. A medição registra o volume do óleo livre resultante sobre a coluna do fluido de perfuração, assim como a densidade da camada superior da coluna de fluido e da camada de fundo da coluna de fluido. Estas densidades são utilizadas para calcular o fator de caimento estático, onde o fator de caimento estático = (SG superior) + SG de fundo) / SG de fundo. Os resultados estão mostrados abaixo na Tabela 4. Tabela 4. Fluido "Pesado"
1,92 g/cm3; AHR 176,67°C Propriedade de Fluido Revestido Não Revestido PV (CP) 34 36 LE (kg/100 m2) 0, 392 0,49 Leitura de 3 rpm 3 3 ES (v) 691 631 Perda de Fluido HTHP (mL) 5, 6 8,4 Fator de Caimento Estático 0, 517 0, 531
Embora os resultados demonstrem reologia comparável, a barita revestida seca fornece um melhor caimento estático e melhor desempenho de perda de fluido.
Exemplo 3
Um fluido de 2,40 g/cm3 foi formulado a uma ROA de
90/10 e envelhecido a 176,67°C. Quantidades de cada componente são expressas em quilogramas por metro cúbico (kg/m3) , conforme mostrado na Tabela 5 abaixo (SUREMUL™ e VERSATROL™ são disponibilizados por M-I LLC, Houston, Texas; BENTONE é disponibilizado por N L Industries, Nova Iorque, Nova Iorque).
Tabela 5. Formulação de Fluido a 2,40 g/cm3
Producto Finalidade kg/m3 EDC99DW Óleo Base 457, 8 Barita Densidade 2.578,94 SUREMUL™ EH Emulsificante 38 , 15 BENTONE 150 Viscosificante 1, 91 BENTONE 4 2 Viscosificante 3 , 81 VERSATROL™ HT Perda de Fluido 9, 54 Cal Alcanilidade 22, 89 Solução Salina com CaCl2 Solução salina 91, 56
Testes de reologia e perda de fluido foram executados conforme descrito acima. Medições de perda de fluido e reologia são mostradas na Tabela 6 abaixo.
Tabela 6. Propriedades de Fluido de Alta Densidade
2,40 g/cm3 ; ROA 90/10; 176,67°C Propriedade de Fluido Revestido PV (cP) 42 LE (kg/100 m2) 0, 049 Leitura a 3 rpm 2 ES (v) 1. 034 Perda de Fluido HTHP (mL) 4,4 Caimento estático a 190,55°C 0, 532
Os resultados mostram que a barita revestida seca pode ser utilizada para formular um fluido de perfuração de densidade muito alta sem a alta reologia tipicamente associada a estes. Aquele de habilidade comum na técnica perceberá a dificuldade não apenas em se obter um PV baixo com um fluido a 2,40 g/cm3 mas também os problemas associados na misturação e dispersão/umedecimento de um agente de peso não revestido fino em um fluido baseado em óleo.
Exemplo 4
A misturação, umedecimento e dispersibilidade da barita no fluido baseado em óleo de 1,92 g/cm3 acima no Exemplo 2 foram testados conforme resumido na Tabela 5 abaixo:
Tabela 7. Avaliações de Dispersão/Umedecimento_
Fluido de 1,92 g/cm3 5 min 10 min 60 min Revestido Não Revest. Revestido Não Revest. Revestido Não Revest. PV 56 83 55 78 55 66 LE 0, 735 1,225 0,735 0, 980 0, 735 0, 931
Os resultados na Tabela 5 mostram que, quando adicionando o material de peso ao fluido de perfuração formulado, a barita revestida prontamente se dispersa e atinge sua reologia definitiva nos primeiros 5 minutos, enquanto ao se adicionar a barita não revestida, esta leva muito mais tempo para atingir sua reologia final.
Exemplo 5
Um fluido a 1,677 gramas por centímetro cúbico (g/cm3)
foi formulado com DFl como fase oleaginosa. Três fluidos de 1,677 g/cm3 foram formulados com oxido de manganês micronizado: uma lama contendo óxido de manganês micronizado não revestido, lama de perfuração incluindo óxido de manganês micronizado não revestido e dispersante (EMI7 5 9, disponibilizado por M-I LLC, Houston, Texas) e um óxido de manganês revestido com dispersante (EMI795). O óxido de manganês possui uma distribuição de tamanho de partícula como segue: d10 = 0,22 micra; d50 = 0,99 micra; d90 =2,62 micra. Quantidades de cada componente utilizado nas formulações de lama são dadas na Tabela 8 abaixo, expressas em kg/m3 (EMUL HT™, TRUVIS™, e ECOTROL® são disponibilizados por M-I LLC, Houston, Texas).
Tabela 8. Formulação de Fluido a 1,677 g/cm3
Produto Finalidade Agente de Peso Não Revestido Lama com agente de peso não revestido e dispersante Agente de peso revestido DFl Óleo de base 643,48 601,32 599,07 Óxido de Manganês Densidade 1 . 241,55 1.242,39 1. 297,94 EMUL HT™ Emulsificante 38, 15 38 , 15 38 , 15 EMI7 5 9 Dispersante ou Revestimento 0 38, 15 0 TRUVIS™ Viscosificante 22, 89 22, 89 22, 89 ECOTROL® Aditivo para Perda de Fluido 3 , 81 3, 81 3 , 81 Lime Alkalinidade 22, 89 22, 89 22, 89 Solução Salina com CaCl2 Solução Salina 71, 19 71, 99 68, 02 Água Doce 199,29 201,62 190,44
Os fluidos de perfuração descritos acima foram formulados para uma relação óleo/água (ROA) de 80/20 e envelhecido a 121,Il0C por 16 horas. As propriedades reológicas foram determinadas utilizando-se um viscosxmetro Fann Modelo 35, disponibilizado por Fann Instrument Company. A perda de fluido foi medida com uma célula de alta pressão, alta temperatura API saturada (HTHP). A força gel (isto é, a medida das características de suspensão ou propriedades tixotrópicas de um fluido) foi avaliada pela força gel de 10 minutos em quilogramas por 0 metros quadrados, de acordo com procedimentos no Boletim API RP 1313-2, 1990. Os resultados são mostrados na Tabela 9 abaixo.
Tabela 9. Propriedades de Fluido a 1,677 g/cm3
1,677 g/cm3; ROA 80/20; 121,Il0C Propriedade de Fluido Não Revestido Dispersante na Lama Revestido PV (cP) 17 16 15 LE (kg/100 m2) 0, 539 0, 343 0, 196 Fann 35 6/3 rpm 6/5 4/4 2/2 Gel em 10 min. (kg/100 m2) 0, 043 0, 041 0 , 020 Perda de Fluido HTHP (mL) 7,2 8 2 , 8 Fator de Caimento Estático 0, 527 0, 518 0, 516
Os resultados mostram um perfil reológico melhorado
com o óxido de manganês revestido fornecendo um limite de escoamento (LE) menor, viscosidades de taxa de cisalhamento e força gel menores. A perda de fluido também mostra melhoria quando utilizando o óxido de manganês revestido com dispersante. Os resultados na Tabela 9 também mostram o beneficio do revestimento do agente de peso com um dispersante, ao contrário de apenas se incluir o dispersante na formulação de lama. De forma vantajosa, os benefícios do material de peso
revestido pode ser ideal quando um agente de peso dimensionado é utilizado. Aquele habilitado na técnica reconhecerá que pode haver benefícios constatados fora de uma faixa de partícula dimensionada, mas uma faixa dimensionada pode permitir tanto facilidade de dispersão do material quanto uma exigência por menos aditivos de fluido de perfuração, como um emulsificante e organoargila, para atingir as propriedades de fluido desejadas. A pesos de lama maiores (> 1,92 g/cm3) pode haver um benefício 2 0 considerável na capacidade de uma barita revestida a seco ser misturada e dispersa no fluido, se comparado com a dificuldade de misturação e dispersão da barita não revestida. Adicionalmente, enquanto fluidos convencionais não permitem desempenho ideal em cada um dos aspectos caimento, reologia e perda de fluido, fluidos como aqueles divulgados aqui podem permitir a otimização em cada um destes aspectos. Além disso, uma vez que o agente de peso revestido é formado em um processo seco, ele pode ser utilizado sem exigir ganho de peso adicional.
Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um número limitado de modalidades, aqueles habilitados na técnica, possuindo o beneficio desta divulgação, perceberão que outras modalidades podem ser desenvolvidas, as quais não se afastam do escopo da divulgação conforme aqui descrita. Conseqüentemente, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações em anexo.
Claims (21)
1. Método para formular um fluido de perfuração caracterizado por compreender: fornecer um fluido de base; e adicionar um agente de peso dimensionado revestido com um dispersante feito pelo método compreendendo: combinar a seco um agente de peso e um dispersante para formar um agente de peso dimensionado revestido com o dispersante.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de peso é pelo menos um selecionado de barita, carbonato de cálcio, dolomita, ilmenita, hematita, olivina, siderita, oxido de manganês e sulfato de estrôncio.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de peso é dimensionado pelo processo de combinação a seco.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a combinação a seco compreende combinar a seco um agente de peso dimensionado e um dispersante.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de peso dimensionado possui uma distribuição de partícula dada por d90 variando de 1 a 8 μτη.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de peso dimensionado possui uma distribuição de partícula dada por d50 variando de 0,5 a 4 μιη.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispersante compreende pelo menos um selecionado de ácido oléico, ácidos graxos polibásicos, ácidos alquilbenzeno sulfônico, ácidos alcano sulfônico, ácido de alfaolefina linear sulfônico, sais de metal alcalino terrosos destes e fosfolipídeos.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispersante compreende ésteres de poliacrilato.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o éster de poliacrilato é pelo menos um selecionado de polímeros de metacrilato de estearila, butilacrilato e ácido acrílico.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de base é um selecionado a partir de um fluido à base d'água, um fluido ã base de óleo e uma emulsão invertida.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de perfuração também compreende um agente de peso revestido coloidal.
12. Fluido de perfuração, caracterizado por compreender: um fluido de base; e um agente de peso dimensionado revestido com um dispersante feito pelo método compreendendo: combinar a seco um agente de peso e um dispersante para formar um agente de peso dimensionado revestido com o dispersante.
13. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluido de base é um selecionado a partir de um fluido à base d'água, um fluido à base de óleo e uma emulsão invertida.
14. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluido de perfuração também compreende: um agente de peso revestido coloidal.
15. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o agente de peso é pelo menos um selecionado de barita, carbonato de cálcio, dolomita, ilmenita, hematita, olivina, siderita, óxido de manganês e sulfato de estrôncio.
16. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o agente de peso dimensionado possui uma distribuição de partícula dada por d90 variando de 2 a 8 μιτι.
17. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o agente de peso dimensionado possui uma distribuição de partícula dada por d50 variando de 0,5 a 4 μττι.
18. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispersante compreende pelo menos um selecionado de ácido oléico, ácidos graxos polibásicos, ácidos alquilbenzeno sulfônico, ácidos alcano sulfônico, ácido de alfaolefina linear sulfônico, sais de metal alcalino terrosos destes e fosfolipídeos.
19. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispersante compreende ésteres de poliacrilato.
20. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o éster de poliacrilato é pelo menos um selecionado de polímeros de metacrilato de estearila, butilacrilato e ácido acrílico.
21. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o agente de peso possui uma distribuição de tamanho de partícula selecionada a partir de pelo menos uma distribuição monomodal, bimodal ou polimodal.
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