BRPI0904887A2 - sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida e método para perfurar um poço no solo - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE FLUIDO DE PERFURAçãO DE ABRASãO REDUZIDA E MéTODO PARA PERFURAR UM POçO NO SOLO Um sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida e método de perfuração de um poço pela circulação do fluido de perfuração de abrasão reduzida através do poço são descritas. O fluido de perfuração de abrasão reduzida compreende um fluido de perfuração, um primeiro aditivo e um agente espessante, caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem um tamanho de partícula de pelo menos 90% em volume inferior a 50 pm.
Description
SISTEMA DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO DE ABRASÃO REDUZIDA EMÉTODO PARA PERFURAR UM POÇO NO SOLO
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Esta invenção se refere aos fluidos de perfuração e métodos de perfuração depoços. Mais particularmente, a invenção se refere aos fluidos de perfuraçãotermicamente estáveis de abrasão reduzida, que incluem um primeiro aditivo que absorvena superfície do agente espessante, reduzindo assim a abrasão.
A perfuração rotativa de um poço é feita girando uma coluna de perfuração comum tubo de perfuração e uma broca de perfuração na sua extremidade inferior. O peso éaplicado à broca durante a rotação para criar um poço na terra. A broca é oca e seçõessão adicionadas à coluna de perfuração para aumentar seu comprimento na medida emque o poço se torna mais fundo. Este processo de perfuração rotativa gera quantidadessignificativas de atrito que produz calor, juntamente com fragmentos de estratos.
O fluido ou lama de perfuração funciona principalmente como um meio paracarrear esses fragmentos de estratos ou cortes produzidos pela broca de perfuração paraa isuperfície. Além disso, o fluido de perfuração serve como um lubrificante para a broca ea coluna de perfuração, e impede a penetração de fluidos de formação, tais como óleo,gás e água salgada dentro do poço, enquanto prossegue a perfuração.
Fluidos de perfuração à base de óleo são utilizados em todo o mundo em locaisde perfuração em terra e em alto mar. Fluidos de perfuração à base de óleo sãoutilizados devido à sua capacidade de inibição de xisto, a sua alta lubricidade, suacapacidade de degradar em ambientes aeróbios e anaeróbios e por sua tendência paramanter as propriedades reológicas em altas temperaturas e altas pressões. Por estasrazões, lamas à base de óleo são usadas para perfurar poços subterrâneos profundos.
A fim de evitar o colapso do poço e penetração de fluidos de formação durante aperfuração de poços subterrâneos profundos com lamas à base de óleo, a pressãohidrostática na coluna de líquido deve ser mantida. A pressão hidrostática deve sermantida durante toda a coluna de fluido para o buraco do fundo. A pressão é mantidaatravés do aumento da densidade do fluido de perfuração através da adição de altasconcentrações de agentes espessantes. Estes agentes espessantes estão geralmente naforma de sólidos divididos finamente de um material que tem uma densidade intrínsecaalta.
Concentrações elevadas de agentes de espessamento aumentam aspropriedades reológicas adversas, tais como a viscosidade plástica (Vp), do fluido deperfuração. As altas concentrações de agentes espessantes também reduzem aquantidade de cortes que o fluido de perfuração pode transportar. A concentração doagente espessante está relacionada à sua gravidade específica. Se a gravidadeespecífica do agente espessante for baixa, a concentração do agente espessante nofluido de perfuração será maior.
Por exemplo: Uma lama de perfuração de fluido com uma densidade de 12 ppg(libras por galão) é dividida em duas amostras. Amostra 1 inclui um agente espessantede barita com uma gravidade específica de 4,2. Amostra 2 inclui um agente espessantede carbonato de cálcio com uma densidade de 2,4. A amostra 1 com o agenteespessante de gravidade específica maior e assim a concentração menor do agenteespessante na lama produzirá melhores propriedades reológicas do que a Amostra 2 coma gravidade específica menor do agente espessante e assim maior concentração doagente espessante na lama.
Para criar um fluido de perfuração com excelentes propriedades reológicas,agentes espessantes de maior densidade e maior gravidade específica são empregados.Minerais com alto peso específico são duros e abrasivos. Essas propriedades levam àerosão dos equipamentos de perfuração, tais como bombas de lama, ferramentasdirecionais e colunas de perfuração.
Por isso, é claro que a necessidade continua por um fluido de perfuração deabrasão reduzida que seja estável a altas temperaturas e altas pressões.
SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO
A presente especificação descreve um fluido de perfuração reduzida a base deóleo de abrasão reduzida que é estável a altas temperaturas e altas pressões.
A presente especificação ainda descreve um método para a perfuração de umpoço que compreende a circulação de um fluido de perfuração a base de óleo de abrasãoreduzida que é estável a altas temperaturas e altas pressões através do poço.
De acordo com a presente invenção um sistema de fluido de perfuração de óleode abrasão reduzida é fornecido o qual compreende um fluido de perfuração, um primeiroaditivo e um agente espessante, caracterizado pelo fato de que o agente espessante temum tamanho de partícula de pelo menos 90% em volume inferior a 50 mm.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Segue uma descrição detalhada das modalidades preferidas da presenteinvenção, com referência aos desenhos anexos, caracterizado pelo fato de que:
A Figura 1 compara graficamente a abrasividade de um fluido de perfuração dapresente descrição com fluidos de perfuração a base de óleo pesado.
Figura 2 compara graficamente o perfil de erosão de um fluido de perfuração dapresente descrição com fluidos de perfuração a base de óleo pesado.
DESCRIÇÃO DETALHADAA presente descrição se refere a um sistema de fluido de perfuraçãotermicamente estével compreendendo um agente espessante, com tamanhos departículas de pelo menos 90% em volume inferior a 50 mm e um primeiro aditivo, queserve para fornecer uma maior estabilidade térmica do fluido de perfuração e controle deperda de fluidos excelente sob as ambas as condições de alta temperatura e altapressão. Esta descrição é relacionada a Patente US. Número 5.883.054, que éincorporada por referência em sua totalidade.
De acordo com a presente descrição um agente espessante é incorporado em umfluido de perfuração. O fluido de perfuração pode ser à base de óleo. O óleo usado emfluidos de perfuração de óleo pode incluir gasóleo, óleo mineral, óleo diesel, óleosintético, óleo vegetal, seus derivados e suas combinações.
O agente espessante pode ser qualquer mineral rígido, não-hidratado tendo umagavidade específica de aproximadamente 4,3 ou superior e uma dureza de uma escalade Mohs de pelo menos 4,3. Agentes espessantes não Iimitante que podem ser utilizadosna presente descrição incluem carbonato de cálcio, barita, celestita, galena, hematita,ilmenita, goetita, óxidos de ferro e suas misturas. Por exemplo, o agente espessantepode ser uma hematita não-hidratada com uma gravidade específica entre cerca de 4,8g/cm3 e cerca de 5,2 g/cm3, como ORIMATITA ® que é uma marca para um produto dehematita registrada pela Petróleos de Venezuela, SA (PDVSA), com uma gravidadeespecífica entre 4,8 g/cm3 a 5,1 g/cm3.
O primeiro aditivo pode ser um polímero, um copolímero, um monômero oumisturas dos mesmos. O primeiro aditivo reduz a abrasão pelo aumento da viscosidadedo fluido de perfuração ou pela absorção sobre a superfície irregular do agenteespessante. O primeiro aditivo pode ser qualquer polímero solúvel em óleo, tais comopolímeros de estireno, copolímero de estireno, butadieno, isopreno, copolímero deisopreno, estireno-butadieno, copolímero de estireno-butadieno, metacrilato, isobutileno,poliisobutileno e suas misturas. Geralmente, o primeiro aditivo pode ser qualquerpolímero que seja solúvel em óleo, tal como INTOIL ®-P, que é uma marca registrada deum produto de copolímero de 1,3 butadieno-estireno registrado pela Petróleos deVenezuela, SA (PDVSA).
Um primeiro aditivo particularmente útil é o copolímero de estireno-butadieno, queé adicionado ao fluido de perfuração em uma quantidade de cerca de 0,4536 kg por barril(ppb) do fluido de perfuração a cerca de 2,7 ppb de fluido de perfuração, por exemplo, oprimeiro aditivo pode ser adicionado ao fluido de perfuração, na quantidade de cerca de0,9 ppb para cerca de 1,8 ppb. O copolímero de estireno-butadieno utilizado na presentedescrição pode ter um teor de estireno de cerca de 10%, de preferência de cerca de 23%e um peso molecular médio de mais de cerca de 10,000 g/mol, de preferência superior a cerca de 500.000 g/mol.
O primeiro aditivo absorve para as superfícies do agente espessante de tamanhosde partículas menores para preencher as superfícies duras lisas do agente espessante,reduzindo assim a abrasividade do sistema de perfuração pelo aumento daspropriedades reológicas e melhora a perda de controle de fluido do sistema deperfuração. Um tamanho de partícula do agente espessante de pelo menos 90% emvolume, D(Vi0,9), menor do que 50 (μητι) mícrons tem sido provado efetivo com resultadosmelhores do que quando o tamanho de partícula do agente espessante é reduzido.
Os tamanhos de partícula do agente espessante que têm sido provados eficazesincluem agentes espessantes com um tamanho de partícula de cerca de 1 micron a pelomenos, D (Vi 0,9) menor que 38 ± 1,5 microns, ou seja, cerca de 36,5 mícrons a cerca de39,5 mícrons. A distribuição do tamanho das partículas, pode conter pelo menos D (V, 0.1>do agente espessante na faixa de menos de 2 ± 1,5 microns, pelo menos D (v, 0.5) doagente espessante na faixa de menos de 15 ± 1,5 microns, e pelo menos D (Vi 0,9) doagente espessante na faixa de menos de 38 ± 1,5 microns. Tamanhos de partículas doagente espessante efetivo incluem também tamanhos de partículas, onde pelo menos85% em peso (p/p) do agente espessante passa por uma tela de malha 325, depreferência onde cerca de 90% p/p a cerca de 92% p/p do agente espessante passa poruma tela de malha 325, e onde pelo menos 98% do agente espessante passa por umatela de malha 200.
De acordo com a presente descrição, um sistema de fluido de perfuração queinclui óleo, um agente espessante, um primeiro aditivo, um segundo aditivo, cal e argilaorganofílica.
A argila organofílica para uso no sistema de perfuração é uma argila selecionadado grupo consistindo em hectorita, bentonita e suas misturas.
O segundo aditivo pode compreender pelo menos um dos seguintes: umemulsificante, um agente umectante, um agente de controle de perda de fluido, umagente de aumento da viscosidade, um ativador polar, barita, e suas combinações.
Emulsificantes e agentes umectantes adequados incluem surfactantes,surfactantes iônicos como ácidos graxos, aminas, amidas e sulfonatos orgânicos emisturas de qualquer um destes com surfactantes não iônicos, tais como surfactantesetoxilados.
Agentes de controle de fluidos incluem perda de polímeros solúveis em óleo,como copolímero de estireno-butadieno, asfalto oxidado, Gilsonite ou aminas tratadosIenhite e similares.Ativadores polares adequados incluem emulsificantes aniônicos de carboxilato,ácidos graxos de óleo de extremidade oxidada, aminas condensadas e semelhantes.
Tabela 1
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A composição dos fluidos de perfuração ou das lamas utilizadas na presentedescrição é apresentada na Tabela 1. Os produtos e as concentrações são listados naordem em que são adicionados à mistura. Os componentes são misturados para criar umfluido de perfuração à base de óleo pesado.
Tabela 2
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A (após)/B (antes) envelhecimento a 121°C/16 horas
Como pode ser mostrado pela Tabela 2, 1,9 Kg/l de fluidos preparados a partirdas composições detalhadas na Tabela 1 mostra uma abrasividade reduzida do fluido deperfuração pesado ORIMATITA ® quando o fluido de perfuração pesado ORIMATITA ®é combinado com um primeiro aditivo, tal como INTOIL ®-P. O teste de abrasividade commodificações, foi executado conforme descrito no API-RP13I. O teste foi modificado paraincluir uma lama de óleo inteira em vez de uma suspensão de bentonita e o teste foirealizado com um tempo de 40 minutos.
Um teste de abrasão ASTM D4172 com quatro bolas foi realizado em váriosfluidos de perfuração de 1,6 kg/l. O teste padrão ASTM D4172 foi modificado para incluiruma lama de óleo inteira em vez da graxa a base de óleo, o tempo do teste foi de 30minutos e a temperatura foi fixada a 66°C.
Os resultados são apresentados na FIG. 1. A cicatriz de desgaste abrasivo dofluido de perfuração pesado com um agente espessante, como ORIMATITAcompreendendo uma distribuição de tamanho de partícula de pelo menos 90% emvolume inferior a 48 mícrons (D (v, o,9) de 48 pm) 1, fluido de perfuração pesado D (v, 0,g) de30 pm 2, fluido de perfuração pesado D (v, 0,9) de 30 pm com um primeiro aditivo, comopoliisobutileno (copolímero de isobutileno e isopreno) um intensificador de índice deviscosidade comercial 3 e fluido de perfuração pesado D (v, 0,9) de 30 μιτι com umprimeiro aditivo, como INTOIL ®-P 4 foram realizadas. FIG. 1 mostra que a abrasividadeda lama pesada 1 foi drasticamente reduzida na medida em que o tamanho daspartículas do agente espessante foi reduzido 2 e a abrasividade foi ainda mais reduzidacom a adição de um primeiro aditivo 3 e 4.
Na FIG. 2, a taxa de erosão versus a velocidade do fluido é mostrada. Como podeser visto, a taxa de erosão de um D (v, 0,9) de 48 pm de fluidos de perfuração pesado 5 édrasticamente superior à taxa de erosão de um D (v, 0,9) de 38 pm do fluido de perfuraçãopesado 6. FIG. 2 mostra ambos os fluidos de perfuração pesado 5 e 6 erodirem a umataxa mais rápida do que o fluido de perfuração a base de óleo que inclui um primeiroaditivo 7.
O fluido de perfuração de abrasão reduzida da presente descrição intensifica aspropriedades reológicas do fluido de perfuração. O fluido de perfuração de abrasãoreduzida da presente descrição é estável a temperaturas de até 204°C e pressões de até 1.555 kgf/cm2.
É preciso entender que a invenção não se limita à descrição e ilustrações aquiapresentados, que são considerados meramente ilustrativos dos melhores modos derealização da invenção, e que são suscetíveis de modificação de forma, tamanho, arranjode peças e detalhes de operação. Ao invés, a invenção é destinada a abranger todasessas modificações que estiverem dentro do seu espírito e escopo, tal como definidopelas reivindicações.
Claims (32)
1. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida compreendendo umfluido de perfuração, um agente espessante, e um primeiro aditivo selecionado do grupoconstituído por um polímero, um copolímero, um monômero e suas misturas,caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem um tamanho de partícula depelo menos 90% em volume inferior a 50 pm.
2. Sistema de fluido de perfuração de abrasão, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem um tamanho departícula de pelo menos 90% em volume inferior a 38 μιτι.
3. Sistema de fluido de perfuração de abrasão, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem umadistribuição de tamanho de partícula de pelo menos 10% em volume inferior a cerca de 2pm, de pelo menos 50% em volume inferior a cerca de 15 pm, e de pelo menos 90% emvolume inferior a cerca de 38 pm.
4. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos 85% p/p do agenteespessante passa por uma tela de malha 325.
5. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos 90% p/p a cerca de 92% p/pdo agente espessante passa por uma tela de malha 325.
6. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos 98% p/p do agenteespessante passa por uma tela de malha 200.
7. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante é um mineral duronão hidratado.
8. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante é selecionado dogrupo constituído por carbonato de cálcio, barita, celestita, galena, hematita, ilmenita,goetita, óxidos de ferro e suas misturas.
9. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem uma dureza emum escala de Mohs de pelo menos 4,3.
10. Sistema de fluido de perfuração de abrasão, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante tem uma gravidadeespecífica de pelo menos 4,3 g/cm3.
11. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente espessante é hematita nãohidratada com um peso específico entre cerca de 4,8 g/cm3 e cerca de 5,2 g/cm3.
12. Um sistema de fluido de perfuração reduzida abrasão, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de perfuração compreende óleo euma argila organofílica.
13. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o óleo é composto de gasóleo, óleomineral, diesel, óleo sintético, óleo vegetal e suas combinações.
14. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a argila organofílica é selecionada dogrupo consistindo em hectorita, bentonita e suas misturas.
15. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de perfuração ainda compreendepelo menos um segundo aditivo suplementar selecionado do grupo consistindo ememulsificantes, agentes umectantes, agentes de controle de perda de fluido, agentes deaumento de viscosidade, ativadores polares e suas misturas.
16. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os agentes umectantes compreendemsurfactantes iônicos e não iônicos.
17. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os agentes umectantes sãoselecionados do grupo consistindo em ácidos graxos, aminas, amidas, surfactantesorgânicos, surfactantes etoxilados e suas misturas.
18. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os emulsificantes compreendemsurfactantes iônicos e não iônicos.
19. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os emulsificantes são selecionados dogrupo consistindo em ácidos graxos, aminas, amidas, surfactantes orgânicos,surfactantes etoxilados e suas misturas.
20. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os agentes de controle de perda defluido são selecionados a partir do grupo composto do copolímero de estireno-butadieno,asfalto oxidado, gilsonita, Iignita tratada com aminas e suas combinações.
21. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os atívadores polares são selecionadosa partir do grupo consistindo em emulsificantes aniônicos de carboxilato, ácidos graxosde óleo de extremidade oxidada, aminas condensadas e suas combinações.
22. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo é um polímero solúvelem óleo.
23. Sistema de fluido de perfuração reduzida abrasão, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo é selecionado do grupoconsistindo em polímero de estireno, copolímero de estireno, butadieno, isopreno,copolímero de isopreno, estireno-butadieno, copolímero de estireno-butadieno,metacrilato, isobutileno, poliisobutileno e misturas dos mesmos.
24. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo é um copolímero deestireno-butadieno, com um peso molecular superior a cerca de 10.000 g/mol.
25. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o copolímero de estireno-butadieno, temum índice de estireno de cerca de 10%.
26. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo é um copolímero deestireno-butadieno, com um peso molecular superior a cerca de 500.000 g/mol.
27. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o copolímero de estireno-butadieno, temum índice de estireno de cerca de 23%.
28. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo aumenta aspropriedades reológicas e melhora o controle de perda de fluido do sistema.
29. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo mantém aspropriedades reológicas e de controle de perda de fluido de temperaturas de até 204°C epressões de até 1.555 kgf/cm2.
30. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo está presente em umaquantidade entre cerca de 0,4536 kg por barril a 2,7 kg por barril.
31. Sistema de fluido de perfuração de abrasão reduzida, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro aditivo está presente em umaquantidade entre cerca de 0,9 kg por barril a cerca de 1,8 kg por barril.
32. Método para perfurar um poço no solo, caracterizado por compreender asetapas de:fabricação de um fluido de perfuração a base de óleo de abrasão reduzida pelamistura de um óleo, argila organofílica, agente umectante, cal, agente de controle deperda de fluido, agente de aumento da viscosidade, ativador polar, agente espessante,em que o agente espessante tem um tamanho de partícula de pelo menos 90% emvolume inferior a 50 pm, e um primeiro aditivo, em que o primeiro aditivo é um polímerosolúvel em óleo selecionado do grupo consistindo em polímero de estireno, copolímerode estireno, butadieno, isopreno, copolímero de isopreno, estireno-butadieno, copolímerode estireno-butadieno, metacrilato, isobutileno, poliisobutileno e suas misturas, e,circulação do fluido de perfuração a base de óleo de abrasão reduzida através do poço.
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