ES2573879A1 - Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells - Google Patents
Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells Download PDFInfo
- Publication number
- ES2573879A1 ES2573879A1 ES201401016A ES201401016A ES2573879A1 ES 2573879 A1 ES2573879 A1 ES 2573879A1 ES 201401016 A ES201401016 A ES 201401016A ES 201401016 A ES201401016 A ES 201401016A ES 2573879 A1 ES2573879 A1 ES 2573879A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- drilling fluid
- water
- cementing
- slag
- wells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Procedimiento para la solidificación de un fluido de perforación base agua en pozos de hidrocarburos. Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells.
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, tiene por objeto un procedimiento para convertir en material cementante, a temperaturas inferiores a 383 K, el fluido de perforación a base de agua salobre con lignosulfonato como unos de sus aditivos, y utilizando escoria de horno de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %), un subproducto de la producción del acero, como material hidráulico. Dicha escoria debe ser de carácter básico, granular y amorfo, además de cumplir con los requerimientos de la especificación ASTM C-989-99. The present invention, as expressed in the statement of this specification, has as its object a process to convert the brackish water-based drilling fluid with lignosulfonate into one of its additives, at temperatures below 383 K, and using electric arc furnace slag poor in iron «25%), a byproduct of steel production, as hydraulic material. Said slag must be basic, granular and amorphous, in addition to complying with the requirements of the ASTM C-989-99 specification.
El ámbito de aplicación de esta invención se centraría en la industria petrolera, obteniéndose un procedimiento de cementación de pozos de hidrocarburos, económica, técnica y ambientalmente favorable respecto a la tecnología tradicional. The scope of this invention would focus on the oil industry, obtaining a procedure for cementing hydrocarbon wells, economically, technically and environmentally favorable with respect to traditional technology.
La cementación de pozos de hidrocarburos se realiza a fin de desarrollar con éxito la extracción de gas natural y petróleo. Es tan importante este proceso que el éxito de un pozo productor de hidrocarburos dependerá de su arquitectura y de la forma en cómo se completó o cementó el pozo. La cementación de un pozo tiene varios objetivos entre las que se destaca proveer el aislamiento zonal y proteger a la tubería de revestimiento de cargas axiales y corrosión. Asimismo, el lodo de perforación fue introducido junto con la perforación rotatoria de pozos de hidrocarburos en 1901. Inicialmente, el propósito primario del lodo de perforación era de remover los ripios de una forma continua, pero con el progreso y avance tecnológico de la perforación rotatoria, aumentó también la sofisticación del lodo y con ello su multiplicidad de funciones (Moore, "Drilling Practices Manua/", Tulsa: Penn Wel/ Books; 1986). Por tanto, se define fluido de perforación aquel fluido The cementing of hydrocarbon wells is carried out in order to successfully develop the extraction of natural gas and oil. This process is so important that the success of a hydrocarbon producing well will depend on its architecture and the way in which the well was completed or cemented. The cementation of a well has several objectives among which it is important to provide zonal insulation and protect the casing pipe from axial loads and corrosion. Likewise, the drilling mud was introduced along with the rotary drilling of hydrocarbon wells in 1901. Initially, the primary purpose of the drilling mud was to remove the rubble in a continuous way, but with the progress and technological advance of the rotary drilling , also increased the sophistication of the mud and with it its multiplicity of functions (Moore, "Drilling Practices Manua /", Tulsa: Penn Wel / Books; 1986). Therefore, drilling fluid is defined as that fluid
(generalmente base agua o aceite) cuyas propiedades han sido modificadas por (usually water or oil based) whose properties have been modified by
sólidos comerciales y/o nativos, disueltos y/o suspendidos. commercial and / or native solids, dissolved and / or suspended.
El procedimiento "convencional" de cementación de pozos de hidrocarburos viene siendo aplicado desde principios del siglo XX, siendo un proceso que consiste en mezclar cemento seco, aditivos yagua para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular, entre el hoyo y el exterior de la tubería de revestimiento. Luego se deja fraguar y endurecer con el fin de proporcionar una barrera que prevenga la migración de gas u otros fluidos presentes en la formación, además de servir como soporte para la tubería (Ne/son y Guillot, "Well cementing", 2nd Edition. Houston: Sch/umberger; 1990). El éxito de la cementación de un pozo, depende de una buena planificación y ejecución de los trabajos necesarios que permitan obtener un buen aislamiento zonal. The "conventional" method of cementing oil wells has been applied since the early twentieth century, being a process consisting of mixing dry cement, additives and water to form a grout that is pumped into the well through the coating string and place it in the annular space, between the hole and the outside of the casing. It is then allowed to set and harden in order to provide a barrier that prevents the migration of gas or other fluids present in the formation, as well as serving as a support for the pipe (Ne / son and Guillot, "Well cementing", 2nd Edition. Houston: Sch / umberger; 1990). The success of the cementation of a well, depends on a good planning and execution of the necessary works that allow to obtain a good zonal isolation.
Los nuevos campos petrolíferos y gasíferos descubiertos en el mundo muestran la necesidad de perforar en condiciones más severas, campos con altas presiones y temperaturas y de difícil acceso. Considerando dicha tendencia, se espera que durante los próximos años será necesaria la utilización de técnicas de perforación no convencionales, incluyendo pozos altamente desviados y pozos horizontales. Para que la explotación de los campos petroleros y gasíferos sea económicamente viable, es esencial que todas las operaciones se desarrollen económicamente, requiriendo mejoras en las técnicas de perforación convencionales y la introducción de nuevas tecnologías, para cubrir las dificultades inherentes en este escenario (Economides y otros, Petro/eum well construction. New York: John Wiley & Sons; 1998). The new oil and gas fields discovered in the world show the need to drill in more severe conditions, fields with high pressures and temperatures and difficult to access. Considering this trend, it is expected that in the coming years the use of unconventional drilling techniques will be necessary, including highly deviated wells and horizontal wells. For the exploitation of oil and gas fields to be economically viable, it is essential that all operations are carried out economically, requiring improvements in conventional drilling techniques and the introduction of new technologies, to cover the difficulties inherent in this scenario (Economides and others, Petro / eum well construction, New York: John Wiley &Sons; 1998).
Por consiguiente, son importantes los esfuerzos que las compañías del sector petrolero han llevado a cabo en los últimos años, a fin de obtener lechadas de cemento con las propiedades físicas adecuadas para soportar las condiciones de altas temperaturas. De hecho se conocen varios casos de graves problemas asociados a la cementación en pozos, incluyendo la pérdida del pozo (Miranda y otros, "S/ag cementing versus conventiona/ cementing: Comparative bond resu/ts". Paper 39005 presented at the Fifth Latin American and Caribbean Petro/eum Therefore, the efforts that oil companies have carried out in recent years are important in order to obtain cement slurries with adequate physical properties to withstand high temperature conditions. In fact, several cases of serious problems associated with cementation in wells are known, including loss of the well (Miranda et al., "S / ag cementing versus conventiona / cementing: Comparative bond resu / ts". Paper 39005 presented at the Fifth Latin American and Caribbean Petro / eum
Engineering Conference and Exhibition; 1997). Engineering Conference and Exhibition; 1997).
Actualmente, se disponen de varias tecnologías que se aplican en el proceso de cementación de pozos de petróleo y gas natural. Parte importante de las nuevas tecnologías en cementación de pozos de hidrocarburos son los materiales cementantes. Se trata de encontrar y poder hacer uso de materiales que ofrezcan ventajas en el control de los problemas asociados con la migración de gas, que aseguren en general un mejor aislamiento zonal en corto y mediano-largo plazo y en definitiva que ofrezcan ventajas en la economía del proceso en general. Uno de esos materiales es la escoria de alto horno, un material que ha demostrado ofrecer ventajas en las operaciones de cementación con respecto al uso del cemento Portland. Las escorias de acería han sido utilizadas para la fabricación de ciertos cementos que son empleados en construcciones civiles donde se requieran condiciones especiales de resistencia a la compresión o de ataques del medio ambiente (Tay/or, "Cement Chemistry", 2nd Edition. London: Thomas Telford; Currently, several technologies are available that are applied in the process of cementing oil and natural gas wells. An important part of the new technologies in cementing hydrocarbon wells are cementitious materials. It is about finding and being able to make use of materials that offer advantages in the control of the problems associated with the migration of gas, that in general ensure a better zonal isolation in the short and medium-long term and ultimately that offer advantages in the economy of the process in general. One of those materials is blast furnace slag, a material that has been shown to offer advantages in cementing operations over the use of Portland cement. Steel mill slags have been used for the manufacture of certain cements that are used in civil constructions where special conditions of compressive strength or environmental attacks are required (Tay / or, "Cement Chemistry", 2nd Edition. London: Thomas Telford;
1998). 1998).
Así, desde la década de los 90, se ha venido implementando un nuevo método de cementación de pozos que posee ventajas con respecto al método convencional. De hecho, en 1991 la compañía Shell obtiene una primera patente US5058679A de "Lodo cementante", también conocida como tecnología "S-Mix", cuyo ingrediente fundamental es la escoria de alto horno. Esta tecnología supone la combinación de fluido de perforación, activadores (pueden ser químicos o térmicos) y escoria de alto horno que, como ya se ha mencionado, es un subproducto de la fabricación del acero. La escoria, para que pueda ser empleada en la tecnología de lodo cementante, debe ser enfriada rápidamente para que tenga propiedades hidráulicas. Esta tecnología muestra ventajas en la cementación de pozos altamente desviados debido a que las lodos cementantes formados por un fluido de perforación y escoria ofrecen excelente suspensión de sólidos, muy baja permeabilidad y un valor de agua libre igual a cero (Nahm y otros, "S/ag mix mud conversion cementing techn%gy: Reduction of mud disposa/ vo/umes and management of rig-site drilling wastes". Journa/ of Petro/eum Science Engineering Thus, since the 1990s, a new method of cementing wells has been implemented that has advantages over the conventional method. In fact, in 1991 the Shell company obtained a first US5058679A patent for "Cementing sludge", also known as "S-Mix" technology, whose fundamental ingredient is blast furnace slag. This technology involves the combination of drilling fluid, activators (can be chemical or thermal) and blast furnace slag which, as already mentioned, is a byproduct of steelmaking. The slag, so that it can be used in cement sludge technology, must be cooled quickly so that it has hydraulic properties. This technology shows advantages in the cementation of highly deviated wells because the cement sludges formed by a drilling and slag fluid offer excellent solids suspension, very low permeability and a free water value equal to zero (Nahm and others, "S / ag mix mud conversion cementing techn% gy: Reduction of mud disposa / vo / umes and management of rig-site drilling wastes ". Journa / of Petro / eum Science Engineering
11: 3-12; 1994). 11: 3-12; 1994).
La escoria de alto horno es usada en la conversión de lodo de perforación en material cementante adecuando para ser utilizado en los pozos de hidrocarburos como un sustituto de las lechadas convencionales de cemento. Cowan y colaboradores ("S/ag mix mud conversión techn%gy: Reduction of mud disposa/ 5 vo/umes and management of rig-site dril/ing wastes". Paper 25988 presented at SPEIEPA Exp/orations & Production Enviromenta/ Conference, San Antonio; 1992) afirman que se ha perseguido la solidificación del lodo para mejorar el aislamiento zonal debido a una mejor compatibilidad reológica entre el fluido cementante y el lodo, lo que contribuye a un mejor desplazamiento de este último; un bajo impacto Blast furnace slag is used in the conversion of drilling mud into cementitious material, suitable for use in hydrocarbon wells as a substitute for conventional cement slurries. Cowan et al. ("S / ag mix mud conversion techn% gy: Reduction of mud disposa / 5 vo / umes and management of rig-site dril / ing wastes". Paper 25988 presented at SPEIEPA Exp / orations & Production Enviromenta / Conference, San Antonio; 1992) state that the solidification of the mud has been pursued to improve the zonal isolation due to a better rheological compatibility between the cementing fluid and the mud, which contributes to a better displacement of the latter; low impact
lOenla contaminación del lodo y en el comportamiento de las propiedades del mismo convertido en material cementante, así como una mejora el sello en la zona anular debido a la potencial solidificación del revoque y de cualquier lodo no desplazado. In the contamination of the sludge and in the behavior of the properties thereof converted into cementitious material, as well as an improvement in the seal in the annular zone due to the potential solidification of the plaster and of any non-displaced sludge.
Publicaciones al respecto evidencian ventajas de la tecnología de "Lodo Publications in this regard show advantages of the technology of "Mud
15 cementante" en ciertas operaciones de cementación de pozos de hidrocarburos (Javanmardi y otros, "S/ag mud solidification techn%gy so/ves cementing prob/ems and reduces costs at Auger". Oi/ Gas Journa/15: 49-57; 1993). Estas ventajas son tanto técnicas, económicas y ambientales. Sin embargo, uno de los problemas en el uso de tal material cementante en la construcción de pozos es el suministro del 15 cementing agent "in certain cementing operations of hydrocarbon wells (Javanmardi et al.," S / ag mud solidification techn% gy so / ves cementing prob / ems and reduces costs at Auger ". Oi / Gas Journa / 15: 49-57 ; 1993) These advantages are both technical, economic and environmental, however, one of the problems in the use of such cementitious material in the construction of wells is the supply of
20 mismo. Algunas compañías de servicio de cementación a nivel internacional ofrecen escoria como material cementante; aunque su uso es raro en operaciones de cementación a pesar de las ventajas que ofrece en ciertas aplicaciones. 20 same. Some cementing companies internationally offer slag as cementitious material; although its use is rare in cementing operations despite the advantages it offers in certain applications.
Cowan y col. (1992) afirman igualmente que debido al bajo impacto en las Cowan et al. (1992) also state that due to the low impact on
25 propiedades del fluido de perforación, la escoria puede ser añadida en bajas concentraciones (aproximadamente 100 gIl) durante las operaciones de perforación. Tanto el revoque como el lodo confinado poseen el material hidráulico. Después de alcanzar la profundidad a la cual se va a asentar o fijar la tubería de revestimiento se hace circular lodo de perforación conteniendo los activadores 25 properties of the drilling fluid, slag can be added in low concentrations (approximately 100 gIl) during drilling operations. Both the plaster and the confined mud have the hydraulic material. After reaching the depth at which the casing pipe is to settle or fix, drilling mud is circulated containing the activators
30 químicos y altas concentraciones de escoria (1100 gIl) que serán utilizados para cementar la tubería. Estos activadores a su vez, activarán cualquier escoria que esté presente en el revoque o en cualquier lodo no desplazado, asegurando un efectivo sello en la zona anular, lo que nos permite tener un "fluido universal", es 30 chemicals and high concentrations of slag (1100 gIl) that will be used to cement the pipe. These activators, in turn, will activate any scum that is present in the plaster or in any mud not displaced, ensuring an effective seal in the annular zone, which allows us to have a "universal fluid", is
decir, nos permite perforar y cementar a la vez. That is, it allows us to drill and cement at the same time.
A modo de conclusión, el "Procedimiento para la solidificación de un fluido de perforación base agua en pozos de hidrocarburos" consistente en la cementación de pozos de hidrocarburos a temperaturas inferiores a 383 K, mediante la conversión en lodo cementante de un fluido de perforación base agua con la adición de un subproducto de la fabricación del acero denominado escoria de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %), aporta respecto al estado de la técnica una alternativa que mejora los procesos de cementación convencional, tanto técnica como medioambiental y económicamente. By way of conclusion, the "Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells" consisting of the cementation of hydrocarbon wells at temperatures below 383 K, by conversion into cementitious sludge of a base drilling fluid water with the addition of a by-product of the manufacture of steel called iron arc slag poor in iron "25%), provides an alternative to the state of the art that improves conventional cementing processes, both technically and environmentally and economically.
Siendo especialmente útil para abordar sellos muy apropiados en la zona anular de pozos de hidrocarburos mediante la solidificación in situ del fluido de perforación, en situaciones en donde la prevención de la contaminación del cemento por el fluido de perforación es crítica para el éxito de la operación, tanto en cementaciones secundarias como en tapones. Being especially useful for addressing very appropriate seals in the annular area of hydrocarbon wells by in situ solidification of the drilling fluid, in situations where the prevention of cement contamination by the drilling fluid is critical to the success of the operation , both in secondary cements and in plugs.
A modo explicación de la invención el "Procedimiento para la solidificación de un fluido de perforación base agua en pozos de hidrocarburos" el mismo consiste en la cementación de pozos de hidrocarburos a temperaturas inferiores a 383 K mediante la conversión en lodo cementante de un fluido de perforación base agua con la adición de un subproducto de la fabricación del acero denominado escoria de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %). By way of explanation of the invention, the "Procedure for the solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells" consists in the cementation of hydrocarbon wells at temperatures below 383 K by the conversion into cementitious sludge of a fluid of water-based drilling with the addition of a byproduct of the steel manufacturing called iron arc slag poor in iron «25%).
En cuanto al procedimiento en sí, primeramente el diseño del lodo cementante es muy parecido al proceso de diseño de un lodo cementante con la tecnología "Smix". El lodo puede ser realizado en el laboratorio o si se está cerca del campo, tomar una muestra de lodo en un punto durante la perforación. El fluido de perforación a base de agua salobre con lignosulfonato fue el empleado para realizar las pruebas de lodo cementante, debido a que es un lodo ampliamente utilizado en la industria petrolera. Para ser empleado en esta tecnología debe cumplir con los parámetros propios de este lodo. As for the procedure itself, first of all the design of the cementitious sludge is very similar to the design process of a cementitious sludge with the "Smix" technology. The sludge can be made in the laboratory or if you are near the field, take a mud sample at one point during drilling. The brackish water-based drilling fluid with lignosulfonate was used to perform cement sludge testing, because it is a mud widely used in the oil industry. To be employed in this technology you must comply with the parameters of this mud.
Respecto a la utilización de escoria amorfa y básica de horno de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %), se trata de un producto no metálico que consiste esencialmente en silicatos de calcio y aluminosilicatos y otras bases de óxidos que se forman en un estado de fundición junto con el hierro en las acerías, para la formulación de lodo cementante a utilizar en perforación de pozos de petróleo y gas. With respect to the use of amorphous and basic slag from an electric arc furnace poor in iron «25%), it is a non-metallic product consisting essentially of calcium silicates and aluminosilicates and other oxide bases that are formed in a state of foundry together with iron in steelworks, for the formulation of cementitious sludge to be used in drilling oil and gas wells.
La composición química de la escoria de horno de arco eléctrico puede tener un amplio rango de variación, ya que dependerá de varios factores. Estas variaciones afectan el contenido de los cuatro componentes principales como son la cantidad de óxido de calcio, óxido de sílice, óxido de aluminio y oxido de magnesio; así como de otros componentes como son el óxido de azufre y óxido de hierro. En general, el contenido de óxido de calcio puede estar entre 38-62 %, sílice 11-25 %, aluminio entre 3 y 10 % magnesio 4-12 %, azufre 1-2 % Y óxidos de hierro 3-38 % (Frías Rojas y Sánchez de Rojas, 2002). El hecho de que en este tipo de escorias de acería los óxidos de silicio y de calcio se encuentran en proporciones significativamente diferentes no permite una buena estabilidad térmica del material cementante por encima de 383 K (Mueller y otros, "Portland cement-blast furnace slag blends in oil well cementing applications". Paper SPE 30513 presented at SPE Annual Technical Conference & Exhibition, Dalias; 1995). The chemical composition of the electric arc furnace slag can have a wide range of variation, as it will depend on several factors. These variations affect the content of the four main components such as the amount of calcium oxide, silica oxide, aluminum oxide and magnesium oxide; as well as other components such as sulfur oxide and iron oxide. In general, the calcium oxide content can be between 38-62%, silica 11-25%, aluminum between 3 and 10% magnesium 4-12%, sulfur 1-2% and iron oxides 3-38% (Cold Rojas and Sánchez de Rojas, 2002). The fact that in this type of steel slag the silicon and calcium oxides are in significantly different proportions does not allow a good thermal stability of the cementitious material above 383 K (Mueller et al., "Portland cement-blast furnace slag blends in oil well cementing applications ". Paper SPE 30513 presented at SPE Annual Technical Conference & Exhibition, Dalias; 1995).
La conversión de la escoria de horno de arco eléctrico en un material hidráulico latente se alcanza cuando la mezcla fundida de óxidos es enfriada rápidamente para producir un material vítreo o amorfo. Las escorias enfriadas por aire prácticamente no poseen propiedades cementante. The conversion of the electric arc furnace slag into a latent hydraulic material is achieved when the molten oxide mixture is rapidly cooled to produce a vitreous or amorphous material. Air-cooled slags have virtually no cementing properties.
La escoria vítrea de horno de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %) contiene los mismos componentes que el cemento, pero en diferentes proporciones. Esta escoria, es considerada como un material hidráulico latente, porque requiere de un activador para que muestre fuertes propiedades cementantes. Esta activación puede ser química o térmica. A bajas temperaturas (por debajo de 311 K) la activación química es necesaria (Miranda y otros, 1997). Los activadores químicos pueden ser álcalis como el hidróxido de sodio, potasa y carbonato de calcio o sulfatos. The vitreous slag of electric arc furnace poor in iron «25%) contains the same components as cement, but in different proportions. This slag is considered a latent hydraulic material, because it requires an activator to show strong cementing properties. This activation can be chemical or thermal. At low temperatures (below 311 K) chemical activation is necessary (Miranda et al., 1997). Chemical activators can be alkalis such as sodium hydroxide, potassium carbonate and calcium carbonate or sulfates.
La escoria de horno de arco eléctrico a usar en la solidificación del fluido de perforación es, preferentemente, aquella referida en la especificación ASTM C-989The electric arc furnace slag to be used in the solidification of the drilling fluid is preferably that referred to in the ASTM C-989 specification
99. La escoria que cumple con esta especificación es enfriada rápidamente y es un material altamente hidráulico. El contenido vítreo de este material es superior al 90 %. La finura se encuentra entre 400 m2/kg y 700 m2/kg, aunque se han utilizado escorias con un rango de finura de 200 m2/kg a 1500 m2/kg. Al menos el 80 % de la muestra en peso debe pasar a través de una malla de 45 micrones. El tamaño de la distribución de las partículas tiene un valor promedio próximo a 10 IJm, mientras que la cantidad de sólidos menores a 2 micrones tiene un límite del 7 %. De no ser así, la escoria debe ser sometida a un proceso de molienda con el fin de disminuir el tamaño de la partícula, ya que esta propiedad en el lodo de perforación es muy crítica para algunas propiedades como la reología y la invasión de partículas muy finas a la formación rocosa productora de hidrocarburos (Tare y otros, "Investigation of blast furnace slag addition to water-based drilling fluids for reduction of drilling fluid invasion into permeable formations". SPE 47800 presented at IADC/SPE Asia Pacific Drilling Conference, Jakarta; 1998). 99. Slag that meets this specification is rapidly cooled and is a highly hydraulic material. The vitreous content of this material is greater than 90%. The fineness is between 400 m2 / kg and 700 m2 / kg, although slags with a fineness range of 200 m2 / kg to 1500 m2 / kg have been used. At least 80% of the sample by weight must pass through a 45 micron mesh. The particle distribution size has an average value close to 10 IJm, while the amount of solids less than 2 microns has a limit of 7%. Otherwise, the slag must be subjected to a grinding process in order to reduce the particle size, since this property in the drilling mud is very critical for some properties such as rheology and particle invasion. fines to the hydrocarbon-producing rock formation (Tare et al., "Investigation of blast furnace slag addition to water-based drilling fluids for reduction of drilling fluid invasion into permeable formations". SPE 47800 presented at IADC / SPE Asia Pacific Drilling Conference, Jakarta ; 1998).
La escoria de horno de arco eléctrico pobre en hierro « 25 %) presenta densidades de menor valor que la densidad que presenta el cemento (3.15 g/mi) y las escorias de alto horno (2.92 g/mi). La densidad promedio de las escorias de horno de arco eléctrico es de aproximadamente 2.68 g/mi, lo cual se puede considerar una ventaja de estas escorias con respecto al cemento y las escorias de alto horno en la obtención de lechadas alivianadas necesarias en la cementación de pozos con bajo gradiente de fractura. The slag of electric arc furnace poor in iron «25%) has densities of lower value than the density of the cement (3.15 g / mi) and blast furnace slags (2.92 g / mi). The average density of electric arc furnace slags is approximately 2.68 g / mi, which can be considered an advantage of these slags with respect to cement and blast furnace slags in obtaining relieved slurries necessary in the cementation of wells with low fracture gradient.
Fluidos de perforación a base de agua incluyen normalmente distintos aditivos tales como dispersantes, sales disueltas, densificantes, estabilizadores de formación para inhibir la interacción perjudicial entre el fluido de perforación y formaciones geológicas, y aditivos para mejorar la lubricidad del fluido de perforación. El agua para el fluido de perforación a base de agua puede ser agua dulce, agua salobre, salmuera, agua de mar u otros fluidos acuosos. Water-based drilling fluids normally include various additives such as dispersants, dissolved salts, densifiers, formation stabilizers to inhibit harmful interaction between drilling fluid and geological formations, and additives to improve the lubricity of drilling fluid. The water for the water-based drilling fluid may be fresh water, brackish water, brine, seawater or other aqueous fluids.
Muchos aditivos diferentes se han utilizado a fin de proporcionar las propiedades deseadas en cada caso a los fluidos de perforación base agua. Son ejemplos el sulfato de bario (barita), bentonita, óxido de hierro, carbonato de calcio, almidón, carboximetilcelulosa, acrilonitrilo, goma natural, lignosulfonato, mica, etc. La bentonita es un aditivo especialmente común que da el fluido de perforación una estructura tixotrópica o gel; lignito es también un aditivo común que se añade al fluido de perforación para controlar la pérdida de fluido; fosfato y aditivos de lignosulfonatos que defloculan sólidos coloidales son también comunes (Economides y otros, 1998). Many different additives have been used in order to provide the desired properties in each case to water-based drilling fluids. Examples are barium sulfate (barite), bentonite, iron oxide, calcium carbonate, starch, carboxymethylcellulose, acrylonitrile, natural rubber, lignosulfonate, mica, etc. Bentonite is an especially common additive that gives the drilling fluid a thixotropic structure or gel; Lignite is also a common additive that is added to the drilling fluid to control fluid loss; Phosphate and lignosulfonate additives that deflocculate colloidal solids are also common (Economides et al., 1998).
En otro aspecto de la presente invención, se reivindica el uso de un lodo cementante, conteniendo entre escoria de horno de arco eléctrico y fluido de perforación a base de agua, cuya resistencia compresiva al endurecer es baja en comparación con las resistencias obtenidas con el empleo de la escoria de alto horno. Mientras que con esta última se obtienen valores superiores a 1100 psi a las 24 horas a 333 K, con la escoria de horno de arco eléctrico no se llegó a 900 psi en iguales condiciones. Desde el punto de vista de construcción de pozos de petróleo y gas, se requieren al menos 500 psi de resistencia compresiva para realizar la prueba de integridad del pozo según la especificación ASTM C-989-99. In another aspect of the present invention, the use of a cementitious sludge is claimed, containing between electric arc furnace slag and water-based drilling fluid, whose compressive strength when hardening is low compared to the strengths obtained with the use of blast furnace slag. While with the latter values greater than 1100 psi are obtained at 24 hours at 333 K, with the electric arc furnace slag, 900 psi was not reached under the same conditions. From the point of view of oil and gas well construction, at least 500 psi of compressive strength is required to perform the well integrity test according to ASTM C-989-99.
Asimismo, el fluido libre es crítico para la migración de gas en pozos desviados, ya que pruebas experimentales han demostrado que el agua libre puede favorecer a crear canales por las que el gas pueda llegar hasta el tope del intervalo cementado por lo que se recomienda diseñar lechadas de cemento con un nivel de fluido libre prácticamente nulo (Nelson y Guillot, 1990). Para los lodos cementantes realizados con escoria amorfa de horno de arco eléctrico el fluido libre fue casi cero, por lo que representa una ventaja importante para un proceso de cementación de pozos de hidrocarburos. Likewise, the free fluid is critical for the migration of gas in diverted wells, since experimental tests have shown that free water can favor the creation of channels through which the gas can reach the top of the cemented interval, so it is recommended to design cement slurries with a practically zero free fluid level (Nelson and Guillot, 1990). For the cement sludge made with amorphous slag from an electric arc furnace, the free fluid was almost zero, so it represents an important advantage for a cementing process of hydrocarbon wells.
Otra de las principales metas que se busca durante el proceso de cementación de un pozo de hidrocarburos es el aislamiento zonal. Si se logra colocar un lodo cementante en la región anular capaz de soportar las presiones de las formaciones sin permitir el paso de fluido alguno, se tiene un sello apropiado. Esta migración de fluidos se puede dar a través de micro-fracturas, canales o a través de los poros comunicados del material que forman ese sello. La permeabilidad del lodo cementante para las escorias vítreas de alto horno y de horno de arco eléctrico es prácticamente nula, por lo que se asegura un excelente aislamiento zonal, mientras que el cemento puede presenta permeabilidad a través de su estructura interna. Another of the main goals that are sought during the cementing process of a hydrocarbon well is zonal isolation. If it is possible to place a cementitious sludge in the annular region capable of withstanding the pressures of the formations without allowing the passage of any fluid, there is an appropriate seal. This migration of fluids can occur through micro-fractures, channels or through the communicated pores of the material that form that seal. The permeability of the cementitious sludge for glass blast furnace and electric arc furnace slags is practically nil, thus ensuring excellent zonal insulation, while the cement can present permeability through its internal structure.
La caracterización de la reología de un lodo cementante con escoria de horno de arco eléctrico es importante para evaluar, por ejemplo, la bombeabilidad de dicho lodo en el pozo. De hecho, son notorios el valor promedio bajo de punto cedente The rheology characterization of a cementitious sludge with electric arc furnace slag is important for evaluating, for example, the pumpability of said mud in the well. In fact, the average low value of the transfer point is notorious.
(0.11 psi a 300 rpm) para el referido lodo cementante, por lo que se podría correr el riesgo de tener sedimentación de material cuando se detenga la circulación en el pozo. Sin embargo, este tipo de lodo presenta una buena estabilización, ya que la variación de densidades desde el tope hasta la base no excede en 0.01 g/mI. (0.11 psi at 300 rpm) for the referred cement sludge, so you could run the risk of sedimentation of material when the circulation in the well stops. However, this type of mud has a good stabilization, since the variation in densities from the top to the base does not exceed 0.01 g / ml.
Los valores de densidad obtenidos (1.3 g/mi) son bajos comparados con la lechada de cemento convencional (1.8 g/mi) por lo que sería ventajoso para cementar pozos con alto riesgo de fractura. Se observó además que un lodo cementante con escoria de horno de arco eléctrico no fraguó durante más de seis horas y media. Este tiempo largo era de esperarse debido a que se utilizó lignosulfonato en la composición del lodo, siendo aquel un aditivo que actúa como retardante durante el proceso de hidratación del cemento y de la escoria de horno de arco eléctrico. The density values obtained (1.3 g / mi) are low compared to conventional cement slurry (1.8 g / mi), so it would be advantageous to cement wells with a high risk of fracture. It was also observed that a cementitious sludge with electric arc furnace slag did not set for more than six and a half hours. This long time was to be expected because lignosulfonate was used in the mud composition, which is an additive that acts as a retarder during the hydration process of the cement and the electric arc furnace slag.
A modo de ejemplo de realización preferente del "Procedimiento para la solidificación de un fluido de perforación base agua en pozos de hidrocarburos" se hace uso de una escoria de horno de arco eléctrico en operaciones de cementación remedial en los pozos del campo petrolero Amana (Venezuela), siendo adicionada al lodo de perforación a base de agua salobre (13.5 % de sal) con lignosulfonato referido en la tabla que se muestra a continuación: As an example of a preferred embodiment of the "Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells" an electric arc furnace slag is used in remedial cementation operations in the wells of the Amana oil field (Venezuela ), being added to brackish water-based drilling mud (13.5% salt) with lignosulfonate referred to in the table shown below:
- Parámetro Parameter
- Valor Requerimiento Value Request
- Contenido en agua Contained in water
- 79 %(*) - 79% (*) -
- Porción de bentonita Serving of bentonite
- 3.95% - 3.95% -
- Parte de lignosulfonato Lignosulfonate part
- 0.83% - 0.83% -
- Proporción de lignito Lignite Proportion
- 0.27% - 0.27% -
- Proporción de PAC-Ul PAC-Ul ratio
- 0.54% - 0.54% -
- Porcentaje de barita Barite Percentage
- 14.1% - 14.1% -
- Porcentaje de arena Sand percentage
- 0.65% 0.65%
- Peso específico Specific weight
- 1.2g/ml 1.2-2.15 g/mi 1.2g / ml 1.2-2.15 g / mi
- pH pH
- 9.8 9.5-11.5 9.8 9.5-11.5
- Viscosidad plástica a 300 K 300K plastic viscosity
- 18cp 5-38 cp 18cp 5-38 cp
- Concentración de cloruros Chloride Concentration
- 13S00ppm 0-20000ppm 13S00ppm 0-20000ppm
- Concentración de calcio Calcium concentration
- 160ppm 40-240 ppm 160ppm 40-240 ppm
- Proporción de sólidos Proportion of solids
- 22% - 22% -
La escoria de horno de arco eléctrico cumplía con los requisitos de la especificación ASTM C-989-99, presentando unas propiedades muy similares a las mencionadas en el presente texto. La composición química de la misma, expresada en forma de óxidos de los principales elementos, fue la siguiente: 41.33 % de óxido de calcio, 22.99 % de sílice, 9.43 %, de óxido de aluminio, 3.20 % de óxido de magnesio, 1.56 % de óxido de azufre y 5.21 % de óxidos de hierro. The electric arc furnace slag complied with the requirements of the ASTM C-989-99 specification, presenting properties very similar to those mentioned in this text. Its chemical composition, expressed as oxides of the main elements, was as follows: 41.33% calcium oxide, 22.99% silica, 9.43%, aluminum oxide, 3.20% magnesium oxide, 1.56% of sulfur oxide and 5.21% iron oxides.
Fluido de perforación base agua con IIgnosulfonato Core drilling fluid water with IIgnosulfonate
Tratamiento con NaOH o KOH NaOH or KOH treatment
Adición de la escoria de horno de arco eléctrico requerida Adding the electric arc furnace slag required
1 Aporte de aditivos según cada caso 1 Additive contribution according to each case
ILodo cementante I 4-._______....1 Cementing I I 4 -._______.... 1
I Desplazamiento del lodo a la ubicación deseada I Sludge movement to desired location
Solidificación en el rango de 310-383 K Solidification in the 310-383K range
Tal y como se muestra en el diagrama anterior, en una primera etapa, el mencionado lodo de perforación se mezcla con 2 a 40 g de hidróxido de sodio o hidróxido de potasio por cada litro del referido fluido de perforación. Acto seguido, se realiza la adición de 300 a 900 g de escoria de horno de arco eléctrico por cada 5 litro del referido fluido de perforación conteniendo el correspondiente acelerador. Asimismo, después del tratamiento con la escoria de horno de arco eléctrico, se produce la adición conjunta de aditivos requeridos en cada caso particular. A posteriori, el propósito de la invención se consigue a través del desplazamiento del lodo cementante a una ubicación deseada mediante una serie de técnicas As shown in the previous diagram, in a first stage, said drilling mud is mixed with 2 to 40 g of sodium hydroxide or potassium hydroxide per liter of said drilling fluid. Then, the addition of 300 to 900 g of electric arc furnace slag is made for every 5 liters of said drilling fluid containing the corresponding accelerator. Also, after treatment with the electric arc furnace slag, the joint addition of additives required in each particular case occurs. Subsequently, the purpose of the invention is achieved by moving the cementitious sludge to a desired location by a series of techniques.
10 conocidas. Por último, se produce el fraguado y endurecimiento in-situ del lodo cementante, los tiempos de fraguado se pueden controlar desde entre aproximadamente seis hora hasta más de un día a una temperatura en el rango de 310 a 383 K. 10 known. Finally, in-situ setting and hardening of the cement sludge occurs, setting times can be controlled from about six hours to more than one day at a temperature in the range of 310 to 383 K.
15 No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán de lo aquí descrito siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. It is not considered necessary to make this description more extensive so that any person skilled in the art understands the scope of the invention and the advantages derived therefrom. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will be apparent from what is described herein as long as this does not imply an alteration in the essentiality of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201401016A ES2573879B2 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201401016A ES2573879B2 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2573879A1 true ES2573879A1 (en) | 2016-06-10 |
| ES2573879B2 ES2573879B2 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=56100056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201401016A Active ES2573879B2 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2573879B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5358944A (en) * | 1990-09-19 | 1994-10-25 | American Home Products Corporation | Rapamycin esters for treating transplantation rejection |
| US5358049A (en) * | 1992-10-22 | 1994-10-25 | Shell Oil Company | Conversion of emulsion mud to cement |
-
2014
- 2014-12-10 ES ES201401016A patent/ES2573879B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5358944A (en) * | 1990-09-19 | 1994-10-25 | American Home Products Corporation | Rapamycin esters for treating transplantation rejection |
| US5358049A (en) * | 1992-10-22 | 1994-10-25 | Shell Oil Company | Conversion of emulsion mud to cement |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| AMIN, M.S. et al. ¿Physico-chemical characteristics of blended cement pastes containing electric arc furnace slag with and without silica fume¿. HBRC Journal, 2014, [recuperado el 14/05/2015]. Recuperado de internethttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1687404814000583#. Ver Resumen. * |
| BERNARDO, G. et al.¿ The use of oil well-derived drilling waste and electric arc furnace slag as alternative raw materials in clinker production¿. Resources, Conservation and recycling, 2007, Vol. 52, páginas 95-102. Ver Resumen; Apartado 2. * |
| MUHMOOD, L. et al. ¿Cementitious and puzzolanic behavior of electric arc furnace steel slags¿. Cement and Concrete Research, 2009, Vol. 39, páginas 102-109. Ver Resumen; Apartado 4. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2573879B2 (en) | 2016-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7338923B2 (en) | Settable drilling fluids comprising cement kiln dust | |
| US7204310B1 (en) | Methods of use settable drilling fluids comprising cement kiln dust | |
| US9957434B2 (en) | Cementitious compositions comprising a non-aqueous fluid and an alkali-activated material | |
| US7341105B2 (en) | Cementitious compositions for oil well cementing applications | |
| EP0664848B1 (en) | Method for drilling and cementing a well | |
| US11242479B2 (en) | Geopolymer cement for use in subterranean operations | |
| RU2507379C2 (en) | Solidifying compositions containing natural puzzolana and method related therewith | |
| CA2930853C (en) | In situ refractory binder compositions | |
| AU2007228544B2 (en) | Low heat of hydration cement compostions and methods of using same | |
| US20070102157A1 (en) | Methods of using settable spotting compositions comprising cement kiln dust | |
| CA2934619C (en) | Magnesium metal ore waste in well cementing | |
| WO2009071962A2 (en) | Cementitious compositions for oilwell cementing applications | |
| ES2573879B2 (en) | Procedure for solidification of a water-based drilling fluid in hydrocarbon wells | |
| CA2648747C (en) | Settable drilling fluids comprising cement kiln dust and methods of using them | |
| US11680197B2 (en) | Pozzolanic by-product for slurry yield enhancement | |
| Bensted | Admixtures for oilwell cements | |
| CA2914252C (en) | Compositions comprising kiln dust and wollastonite and methods of use in subterranean formations | |
| US11447681B2 (en) | Aqueous silica dispersion | |
| EP1945733B1 (en) | Settable spotting compositions comprising cement kiln dust and methods of using them | |
| NZ616315B2 (en) | Use of methylhydroxyethyl cellulose as cement additive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2573879 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20160920 |