MX2014005017A - Composiciones y metodos para completar pozos subterraneos. - Google Patents
Composiciones y metodos para completar pozos subterraneos.Info
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Abstract
Los fluidos de separación que son estables a temperaturas de hasta 260°C comprenden agua, sulfonato de poliestireno y una mezcla de materiales en partículas. Se pueden elegir los materiales en partículas de manera que la mezcla tenga por lo menos una distribución de tamaño de partícula trimodal. Los fluidos además pueden comprender arcillas inorgánicas, solventes mutuos y agentes tensioactivos.
Description
COMPOSICIONES Y METODOS PARA COMPLETAR POZOS SUBTERRÁNEOS
ANTECEDENTES
Las declaraciones en esta sección sólo proporcionan información básica relacionada con la presente declaración y no pueden constituir la técnica previa.
Esta descripción se refiere a composiciones y métodos para completar pozos subterráneos, en particular, composiciones de fluido y métodos para las operaciones de terminación durante el cual las composiciones de fluido se bombean a un pozo y hacen contacto con las formaciones de roca subterráneas.
En el transcurso de la modalidad de pozos de petróleo y gas y similares, los diferentes tipos de fluidos estén en circulación en el pozo. Estos fluidos incluyen, pero no se limitan a, fluidos de perforación, separadores de fluidos, lechadas de cemento y fluidos de empaque de grava. Además, estos líquidos contienen típicamente partículas sólidas.
Las lechadas de cemento son generalmente incompatibles con la mayoría de los fluidos de perforación. Si la pasta de cemento y fluido de perforación mezclan, se puede formar una masa altamente viscosa que puede causar varios problemas. La lechada de cemento se puede canalizar a través de la masa viscosa. Las presiones inaceptablemente altas de fricción se pueden desarrollar durante el trabajo de cementación. El enchufe de la corona circular puede provocar fallas en el trabajo. En todas estas situaciones, el aislamiento zonal puede verse comprometido, y la cementación correctiva cara puede ser requerida.
En consecuencia, los fluidos intermedios llamados predescargadores a menudo se bombean como amortiguadores para evitar el contacto entre las lechadas de
cemento y fluidos de perforación. Los predescargadores pueden ser lavados químicos que no contienen sólidos o separadores de fluidos que contienen sólidos y pueden ser mezclados en diferentes densidades.
Los lavados químicos son predescargadores con una densidad y una viscosidad muy cerca de la del agua o aceite. El lavado químico más simple es agua dulce; sin embargo, hace más eficiente el adelgazamiento del fluido de perforación y de la dispersión, los lavados químicos que contienen dispersantes y surfactantes son los más comúnmente utilizados.
Los separadores son predescargadores con densidades cuidadosamente diseñadas y propiedades reológicas. Los separadores son más complicados químicamente que los lavados. Los agentes de viscosidad son necesarios para suspender los sólidos y controlar las propiedades reológicas, y por lo general comprenden polímeros solubles en agua, arcillas o ambos. Otros componentes químicos incluyen dispersantes, agentes de control de pérdida de fluido, agentes de carga y agentes tensioactivos. Un debate a fondo acerca de los usos y composiciones de predescargadores se puede encontrar en la siguiente publicación. Daccord G, Guillot D y F Nilsson: "La eliminación de barro (Mud Removal)", en Nelson EB y Guillot D (eds.): Well Cementing segunda edición, Houston: Schlumberger (2006) 183-187.
Para un desplazamiento de fluido óptimo, la densidad de un separador de fluidos debe ser por lo general más alto que el del fluido de perforación y menor que la de la lechada de cemento. Además, la viscosidad del separador de fluidos está generalmente diseñada para ser más alta que el fluido de perforación y más baja que la lechada de cemento. El separador de fluidos debe permanecer estable durante todo el proceso de cementación (es decir, no hay desarrollo de libre de líquido y no hay sedimentación de
sólidos). Además, puede ser necesario para controlar la velocidad de pérdida de fluido.
De esta manera aumenta la profundidad, la temperatura de formación y la presión también aumenta. En consecuencia, para mantener el control y así prevenir la invasión de fluidos de la formación en el pozo, la presión hidrostática ejercida por el fluido de perforación, el separador de fluidos y lechada de cemento debe ser mayor que o igual a la presión de la formación. En pozos profundos, a menudo es necesario para preparar líquidos con densidades entre 2037 kg/m3 (17 Ibm/gal) y 2756 kg/m3 (23 Ibm/gal). Además, la temperatura de fondo de pozo puede exceder de 260°C (500°F).
Estas condiciones presentan retos para los que diseñan los separadores de fluidos con densidades óptimas, propiedades reológicas, la estabilidad y las tasas de pérdida de fluido. El logro de altas densidades de líquidos por lo general requiere la adición de partículas pesadas que comprenden barita, hematita, ilmenita y haussmanite. La fracción de volumen sólido necesaria para alcanzar altas densidades también es elevada. Sin embargo, mantener las partículas en suspensión es difícil a altas temperaturas, que posiblemente lleve la inestabilidad del separador. Sería por lo tanto deseable proporcionar medios por los que el control de separador de líquido de propiedades reológicas, de estabilidad y de pérdida de fluido se puede controlar mejor a temperaturas elevadas.
BREVE DESCRIPCIÓN
En un aspecto, las modalidades se refieren a métodos para la cementación de un pozo en un pozo subterráneo, el barreno de perforación llenado inicialmente de un fluido de perforación, que comprende: preparación de un separador de fluidos que
comprende agua, poliestireno sulfonato, y una mezcla de materiales de partículas, la materiales de partículas se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal; bombeo del separador de fluidos en el pozo de tal manera que desplaza el fluido de perforación; y el bombeo de una lechada de cemento en el pozo de tal manera que se desplaza el separador de fluidos.
En un aspecto adicional, las modalidades se refieren a métodos para desplazamiento de fluido en una corona circular, la corona circular se llena inicialmente con un primer fluido, que comprende: preparación de un segundo líquido que comprende agua, poliestireno sulfonato, y una mezcla de materiales de partículas, las partículas materiales que se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal; y el bombeo del segundo fluido en la corona circular de tal manera que desplaza el primer fluido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en donde los materiales de partículas compuestas de sílice cristalina, barita y bentonita.
La figura 2 muestra el comportamiento reológico del separador de fluidos de la figura 1 durante un período de calentamiento de 8 horas a 254°C y 69 MPa.
La figura 3 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en el que los materiales de partículas compuestas de sílice cristalina, barita y bentonita. El fluido comprende además un disolvente mutuo y un agente tensioactivo.
La figura 4 muestra la viscosidad plástica y el rendimiento de la tensión frente a la temperatura del separador de fluidos de la figura 3.
La figura 5 muestra el comportamiento reológico del separador de fluidos de la figura 3 durante un periodo de calentamiento de 8 horas a 254°C y 69 MPa.
La figura 6 muestra la viscosidad plástica y el rendimiento de la tensión frente a la temperatura para un lodo a base de aceite.
La figura 7 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en el que los materiales de partículas comprenden carbonato de calcio, sales de bario y bentonita. El fluido comprende además un disolvente mutuo y un agente tensioactivo.
La figura 8 muestra la viscosidad plástica y el rendimiento de la tensión frente a la temperatura del separador de fluidos de la figura 7.
La figura 9 muestra el comportamiento reológico del separador de fluidos de la figura 7 durante un período de calentamiento de 8 horas a 254°C y 69 MPa.
La figura 10 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en donde los materiales de partículas compuestos de sílice cristalina, barita y bentonita. El fluido comprende además un disolvente mutuo y un agente tensioactivo.
La figura 11 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en donde los materiales de partículas compuestos de sílice cristalina, barita y bentonita. El fluido comprende además un disolvente mutuo, un tensioactivo y polímero soluble en agua Versa TL-70™.
La figura 12 muestra la viscosidad en función del tiempo y la temperatura para un separador de fluidos en donde los materiales de partículas compuestos de sílice
cristalina, barita y bentonita. El fluido comprende además un disolvente mutuo, un tensioactivo y polímero soluble en agua Versa TL-502™.
La figura 13 muestra la viscosidad plástica y la tensión de fluencia frente a la temperatura de los separadores de fluidos de las figuras 11 y 12.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En primer lugar, hay que señalar que en el desarrollo de cualquier personificación real, se deben realizar numerosas decisiones específicas de la implementación para lograr los objetivos específicos de los desabolladores, tales como el cumplimiento de las limitaciones del sistema relacionados y negocios relacionados, que variarán de una implementación a otra. Por otra parte, se apreciará que tal esfuerzo de desarrollo podría ser complejo y consume mucho tiempo, pero no obstante, sería una tarea de rutina para los técnicos con experiencia ordinaria en la materia que tengan el beneficio de esta descripción. Además, la composición utilizada/descrita en el presente también puede comprender algunos de los componentes distintos de los citados. En el compendio y esta descripción detallada, cada valor numérico se debe leer una vez que se haya modificado por el término "aproximadamente" (a menos que ya sea así expresamente modificado), y luego volverse a leer como si no se hubiera modificado a menos que se indique de otra manera en el contexto. También, en el compendio y esta descripción detallada, se debe entender que un intervalo de concentración que figuran o se describe como de utilidad, adecuado, o similar, se pretende que todas y cada concentración dentro del intervalo, incluyendo los puntos finales, es ser considerada como si se hubiera indicado. Por ejemplo, "un intervalo de 1 a 10" es para ser leído como una
indicación de todos y cada número posible a lo largo del continuo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10. Por lo tanto, incluso si los puntos de datos específicos dentro del rango, o incluso no hay puntos de datos dentro del rango, se identifican de forma explícita o sólo a unos pocos se especifican, se debe entender que los inventores aprecian y entienden que cualquier y todos los puntos de datos dentro del rango se han de considerar que se han especificado, y que los inventores poseían conocimiento de todo el rango y todos los puntos dentro del rango.
Sin desear estar ligado por ninguna teoría, la pérdida de estabilidad pueden ser el resultado de la hidrólisis o la degradación térmica de los polímeros solubles en agua, una caída en la viscosidad del agua intersticial o combinaciones de los mismos. Estos problemas también pueden afectar a las propiedades reológicas del separador, afectando negativamente a su capacidad de fluido de desplazamiento.
Las propiedades reológicas controladas, la estabilidad y el control de pérdida de fluido son los parámetros de rendimiento importantes de separadores de fluidos. La aplicación actual describe composiciones y usos de separadores de fluidos cuyas propiedades son controlables y estables a temperaturas elevadas.
Los autores han determinado que los separadores de fluidos acuosos estables con propiedades reológicas controlables y el control de pérdida de fluido se pueden preparar mediante la adición de poliestireno sulfonato y mezclas de materiales de partículas que se pueden elegir de tal manera que la mezcla de sólido tiene al menos un trimodal de tamaño de partícula de distribución. Las propiedades separadoras son estables a lo largo de una amplia gama de temperatura, desde la temperatura ambiente (que se experimentó durante la preparación del separador de fluidos a la superficie) de fondo de pozo a temperaturas de al menos 260°C. Para las modalidades en la presente
descripción, la temperatura de fondo de pozo puede ser mayor que aproximadamente 150°C; las temperaturas de hasta 290°C pueden incluso preverse.
La concentración de poliestireno sulfonato en el separador de fluidos puede estar entre aproximadamente 0.6% y 5.0% en peso de agua, y puede ser de entre 1.5% y 4.0% en peso de agua. Sin desear estar ligado por ninguna teoría, el papel principal del poliestireno sulfonato es para dispersar las partículas sólidas y prevenir la gelificación del fluido (es decir, fuerte viscosificación). Además, el polímero puede mejorar la estabilidad separador de fluidos, aumentar la viscosidad del fluido y proporcionar un control de pérdida de fluido, aún sin desear estar ligado por ninguna teoría, los inventores creen que el peso molecular del poliestireno sulfonato puede tener un impacto en el control de pérdida de fluido, en consecuencia, cuando la pérdida de fluido es un problema, sería deseable usar poliestireno sulfonato que tiene un peso molecular de 75,000 Daltones a 6,000,000 Daltones, o entre 75,000 a 1 ,000,000 de Daltones.
La distribución granulométrica trimodal de los materiales de partículas permite que el separador de fluidos de tener una fracción de volumen sólida más alto, todavía conservan las propiedades Teológicas y estabilidad óptimas. La fracción de volumen sólido es la relación entre el volumen sólido en una suspensión y el volumen total de suspensión. La fracción de volumen sólido se puede maximizar mediante el uso de partículas gruesas, medias y finas en relaciones volumétricas específicas. Las partículas finas caben en los espacios vacíos entre las partículas de tamaño medio, y las partículas de tamaño medio caben en los espacios vacíos entre las partículas gruesas. Para dos clases granulométricas consecutivas, el orden de magnitud entre el diámetro medio de partícula (D50) de cada clase idealmente debe estar entre 7 y 10. Para los separadores de fluidos descritos, el tamaño medio de partícula del primer material puede ser de
aproximadamente 100 y 300 µ??, el segundo material puede ser de aproximadamente 10 y 30 µ??, y el tercer material puede ser de aproximadamente 1 y 3 µ??. Las fracciones de volumen de sólidos de los separadores de fluidos descritos pueden ser de aproximadamente 0.50 y 0.55, y puede ser entre 0.50 y 0.52. Las densidades de los separadores de fluidos descritos pueden ser de entre 1.97 kg/m3 y 2.40 kg/m3. Una presentación detallada relativa a las suspensiones de tamaño de partícula de ingeniería se puede encontrar en la siguiente publicación. Nelson EB, Drochon B, Michaux M y Griffin TJ: "Sistemas especiales de cemento (Special Cement Systems)", en Nelson EB y Guillot D (eds.): Well Cementing, segunda edición, Houston: Schlumberger (2006) 251-256.
Los materiales de partículas pueden ser mezclas que comprenden sílice y barita o carbonato de calcio y barita. Se prevé que los materiales de partículas adicionales también pueden ser incorporados, incluyendo hematita, ilmenita, rutilo, óxido de aluminio y hausmannita. Las combinaciones de carbonato de calcio (como partículas gruesas) y barita (como de mediano tamaño y las partículas finas); y combinaciones de sílice cristalina (como partículas gruesas) y barita (como partículas de tamaño medio y finos) se pueden utilizar.
El separador de fluidos puede comprender, además, un mineral de arcilla. De éstos, bentonita, atapulgita, laponita, o sepiolita, y mezclas de los mismos pueden ser utilizados. Sin desear estar ligado por ninguna teoría, las arcillas pueden aumentar la tensión de fluencia del separador de fluidos, mejorando así la estabilidad de fluido.
El separador de fluidos también puede comprender además un disolvente mutuo o uno o más tensioactivos, o combinaciones de los mismos. Sin desear estar ligado por ninguna teoría, tales materiales pueden mejorar la compatibilidad entre el separador
de fluidos y a base de aceite o fluidos de perforación de emulsión.
Los párrafos anteriores describen la naturaleza de los separadores de fluidos serán aplicables a los siguientes aspectos de la descripción.
En un aspecto, las modalidades se refieren a métodos para la cementación de un pozo en una formación subterránea, en donde el pozo se llena inicialmente con un fluido de perforación. Un separador de fluidos se prepara que comprende agua, poliestireno sulfonato, y una mezcla de materiales de partículas, caracterizado porque los materiales de partículas se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal. Los tres materiales de partículas no necesariamente tienen que ser diferentes químicamente. Podrían ser la misma sustancia, siempre en tres tamaños de partículas diferentes.
El separador de fluidos se bombea en el pozo de tal manera que desplaza el fluido de perforación. El desplazamiento puede ocurrir durante un trabajo de cementación primaria, donde el separador de fluidos empuja el fluido de perforación fuera de la carcasa interior, a través de la región anular entre la carcasa y la formación, o la caja y otra sarta de revestimiento, y luego fuera del pozo. En el caso de cementación inversa, el separador podría empujar fluido de perforación por la corona circular, a través de la carcasa interior, y fuera de la boca del pozo. El separador de fluidos también puede ser utilizado durante las operaciones de cementación correctiva, particularmente tapón de cemento. Al igual que la cementación primaria, puede ser necesario para prevenir la mezcla entre la pasta de cemento y el fluido de perforación.
La lechada de cemento puede comprender cemento Portland, cemento de aluminato de calcio, cenizas volantes, escoria de alto horno, polvo de horno de cemento, mezclas de cal/sílice, oxicloruro de magnesio, cerámica unidos químicamente fosfato,
zeolitas, o geopolímeros, o combinaciones de los mismos.
En un aspecto adicional, las modalidades se refieren a métodos para desplazamiento de fluido en una corona circular. La corona circular se llena inicialmente con un primer fluido. Un segundo fluido se prepara de manera que comprende agua, poliestireno sulfonato y una mezcla de materiales de partículas, en donde los materiales de partículas se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal. El segundo fluido es bombeado en la corona circular de tal manera que desplaza el primer fluido.
La ilustración adicional de la descripción se proporciona mediante los siguientes ejemplos.
EJEMPLOS
Todas las pruebas que se presentan en los siguientes ejemplos se realizaron de conformidad con las prácticas recomendadas establecidas por el Instituto Americano del Petróleo (API) y la Organización Internacional de Normalización (ISO). Los métodos se presentan en la siguiente publicación, Petróleo e Industrias de Gas Natural y Cementos y Materiales para la Cementación de Pozos-Parte 2: Ensayos de Cementos de Pozos, Organización Internacional de Publicación de Normas N° 10426-2.
Ejemplo 1
Una mezcla de partículas fue preparada la cual estaba compuesta de 50% en volumen de la mezcla sólida (BVOB) la sílice cristalina (tamaño medio de partícula de 154 mieras), el 30% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 17 mieras), y el 20% BVOB barita (tamaño medio de partículas de 1.5 mieras. La bentonita también se añadió a
esta mezcla a una concentración de 0.4% BWOB. Un fluido se preparó consiste en agua fresca, 1700 L/kilos de sólidos mezcla de agente antiespumante (polipropilenglicol), y 33400 L/kilos de sólidos mezcla de una solución acuosa que contiene 25% en peso de poliestireno sulfonato (Versa TL-501™ disponible de Akzo Nobel).
La mezcla de partículas se mezcla con el fluido a una fracción de volumen de sólidos (SVF) de 0.50 para preparar un separador de fluidos. El separador de fluidos se agitó durante 35 segundos a 12.000 RPM usando un mezclador Waring (de acuerdo con el procedimiento de la norma ISO/API para mezclar lechadas de cemento). La densidad del separador de fluidos era 2229 kg/m3 (18.6 Ibm/gal).
Las propiedades reológicas del separador se midieron inmediatamente después de la mezcla (a 25°C), y después de un período de acondicionamiento de 20 min a 85°C en un consistómetro atmosférica que gira a 150 RPM. Se utilizó un reómetro Chan 35™ (disponible en Ingeniería Chandler, Tulsa, OK, E.U.). La geometría del rotor/Bob R1B5 era necesaria debido a la presencia de partículas gruesas. Los resultados, presentados en la Tabla 1 , muestran que el separador se dispersa bien después de la mezcla y después del período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C. No asentamiento se observó en la parte inferior de la copa reómetro.
Tabla 1 : Datos reológicos después de la mezcla y después del período de acondicionamiento de 20 minutos
La cantidad de líquido libre y el gradiente de densidad (diferencia entre la densidad en la parte superior de la célula y la densidad en la parte inferior de la célula dividida por la densidad media) se midieron después de 2 horas a 85°C. Las mediciones de pérdida de fluido se realizaron a 204°C, 232°C, y 260°C, usando una célula de pérdida de fluido se agitó (90 min tiempo de calentamiento). La presión diferencial fue 6.9 MPa y el medio de filtración era una pantalla de 325 de malla. Los resultados se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2: Libre fluido y gradiente de densidad a 85°C y pérdida de fluido a 204°C, 232°C y 260°C.
Estos resultados muestran que el separador fue muy estable a 85°C. La pérdida de fluido aumenta con la temperatura, pero era, sin embargo, aceptable a temperaturas tan altas como 260°C.
El gradiente de densidad también se midió a 204°C y 260°C, después del acondicionamiento el separador en una célula de pérdida de fluido se agitó. El tiempo de calentamiento fue de 90 minutos, y el separador se mantuvo a la temperatura de ensayo durante 45 minutos (30 minutos bajo agitación a 150 RPM y luego 15 minutos bajo condición estática). El separador se dejó en condición estática durante el período de enfriamiento, y el gradiente de densidad se midió a temperatura ambiente. Los resultados,
mostrados en la Tabla 3, mostraron que el separador acondicionado a 204°C fue muy estable. El gradiente de densidad fue mayor a 260°C, pero era aceptable. En ambos casos, la cantidad de líquido libre en la parte superior de la columna del separador era insignificante.
Tabla 3: Gradiente de densidad a 204X y 260°C.
La viscosidad del separador de fluidos se midió a 254°C y 69 MPa (10,000 psi) utilizando un reómetro de Chandler 7600 (geometría R1B5). El tiempo de calentamiento fue de aproximadamente 4 horas, y el separador se mantuvo a esta temperatura durante 4 horas. La viscosidad se registró continuamente a 100 RPM, correspondiente a una velocidad de cizallamiento de 84 s~1. La curva de viscosidad se muestra en la figura 1. Las lecturas del reómetro, que se muestra en la figura 2, se registraron después de 4, 5, 6, 7, y 8 horas (correspondiente a las líneas verticales de la curva de viscosidad en la figura 1 ), variando la velocidad de rotación entre 3 y 300 RPM.
Estos datos muestran que la viscosidad del separador se disminuyó durante el período de calentamiento, pero no cambiaron significativamente con el tiempo cuando el separador se dejó a 254°C y (69 MPa) 10,000 psi. El separador no llegó a ser gelificado (como se evidencia por la tensión baja de rendimiento), ni sobredisipó el separador (la tensión de fluencia era por encima de cero).
Ejemplo 2
Una mezcla compuesta de 50% BVOB (en volumen de la mezcla) la sílice cristalina (tamaño medio de partícula de 154 mieras), el 30% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 17 mieras), y el 20% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 1 ,5 mieras) se preparó 0.4% BWOB (en peso de mezcla) de bentonita se añadió a esta mezcla.
Un fluido que contiene agua fresca, 1700 L/kilos de mezcla de agente antiespumante (polipropilenglicol), 33400 L/kilos de mezcla de una solución acuosa que contiene 25% en peso de poliestireno sulfonato (Versa TL-501™ disponible de Akzo Nobel), 25000 L/kilos de mezcla de disolvente mutuo (etilenglicol monobutil éter), y 25000 L/kilos de mezcla de tensioactivo (EZEFLO™ disponible de Schlumberger) se preparó.
La mezcla de sólido se mezcla con el fluido a una fracción de volumen sólido de 0.52. El separador se agitó durante 35 segundos a 12,000 RPM usando un mezclador Waring (procedimiento de la norma ISO/API para mezclar lechadas de cemento). La densidad del separador era 2271 kg/m3 (18.95 Ibm/gal). Las propiedades reológicas del separador se midieron después de la mezcla (a 25°C) y después de un período de acondicionamiento de 20 minutos a 85°C en un consistómetro atmosférica que gira a 150 RPM. Se utilizó un reómetro Chan 35™. La geometría del rotor/Bob R1 B5 era necesaria debido a la presencia de partículas gruesas. Los resultados se presentan en la Tabla 4.
Tabla 4: Datos reologicos después de la mezcla y después de un período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C.
Estos resultados muestran que el separador se dispersa bien después de la mezcla y después del período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C. No se observó asentamiento en la parte inferior de la copa reómetro. La cantidad de líquido libre y el gradiente de densidad (diferencia entre la densidad en la parte superior de la célula y la densidad en la parte inferior de la célula dividida por la densidad media) se midieron después de 2 horas a 85°C. La pérdida de fluido se midió a 260°C y 6.9 MPa utilizando una célula de pérdida de fluido agitado equipado con una pantalla de 325 de malla (90 min tiempo de calentamiento). Los resultados se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5: Libre de fluido y gradiente de densidad a 85°C y pérdida de líquido a 260°C.
Los resultados muestran que el separador fue muy estable a 85°C. La pérdida de fluido medido a 260°C fue baja, lo que demuestra que el poliestireno sulfonato sigue siendo efectivo a esta temperatura.
El gradiente de densidad también se midió a 260°C, después del acondicionamiento el separador en una célula de pérdida de fluido se agitó. El tiempo de calentamiento fue de 90 minutos, y el separador se mantuvo a la temperatura de ensayo
durante 45 minutos (30 minutos bajo agitación a 150 RPM y luego 15 minutos bajo condición estática). El separador se dejó en condición estática durante el período de enfriamiento, y el gradiente de densidad se midió a temperatura ambiente. El gradiente de densidad fue sólo 2.9%, mostrando que el separador acondicionado durante 45 minutos a 260°C se mantuvo estable.
Las propiedades Teológicas se midieron a 254°C y 69 MPa (10,000 psi) utilizando un reómetro de Chandler 7600 usando la geometría R1 B5. El tiempo hasta de calor fue de alrededor de 4 horas, y el separador se mantuvo a esta temperatura durante 4 horas. La viscosidad se registró continuamente a 100 RPM, correspondiente a una velocidad de cizallamiento de 84 s"1. La curva de viscosidad se muestra en la figura 3. Estos datos muestran que la viscosidad del separador disminuyó durante el período de calentamiento, y luego no cambiaron significativamente con el tiempo a 254°C y 69 MPa (10,000 psi).
Se midieron las propiedades Teológicas después de diferentes tiempos (correspondiente a las líneas verticales de la curva de viscosidad en la figura 3), y la viscosidad plástica y la tensión de fluencia se calcularon utilizando el modelo plástico de Bingham. La evolución de estos parámetros como una función de la temperatura se muestra en la figura 4. La viscosidad plástica disminuyó continuamente durante el período de calefacción. La tensión de fluencia varía de aproximadamente 9.12 Pa (19 lbf/1 OOpies2) a aproximadamente 17.8 Pa (37 lbf/1 OOpies2) dependiendo de la temperatura. A 254°C, la viscosidad plástica fue de aproximadamente 90 MPa-s (90 cP) y el límite de elasticidad iba 9.12 Pa (19 lbf/1 OOpies2). Las propiedades Teológicas no cambiaron significativamente cuando el separador se dejó durante 4 horas a 254°C y 69 MPa (10.000 psi) (Figura 5).
La evolución de la viscosidad plástica y la tensión de fluencia de un lodo a
base de aceite como una función de la temperatura se muestran en la figura 6. El lodo a base de aceite se obtiene a partir de MI SWACO, Houston, TX. La densidad del lodo era 2.271 kg/m3 (18.95 Ibm/gal). A 254°C, la viscosidad plástica era aproximadamente 20 cP y el esfuerzo de fluencia era aproximadamente 6.0 Pa (12.5 lbf/1 OOpies2). Las figuras 4 y 6 muestran que la viscosidad plástica y la tensión de fluencia del separador son más altas que el del lodo a base de aceite. Por lo tanto, las propiedades reológicas del separador son adecuados para desplazar este lodo.
Ejemplo 3
Una mezcla compuesta de 50% BVOB (en volumen de la mezcla) el carbonato de calcio (tamaño medio de partícula de 146 mieras), el 30% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 17 mieras), y el 20% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 1.5 mieras) se preparó. 0,4% BWOB (en peso de mezcla) de bentonita se añadió a esta mezcla.
Un fluido que contiene agua fresca, 1700 Ukilos de mezcla de agente antiespumante (polipropilenglicol), 33400 L/kilos de mezcla de una solución acuosa que contiene 25% en peso de poliestireno sulfonato (Versa TL-501™ disponible de Akzo Nobel), 25000 L/kilos de mezcla de disolvente mutuo (etilenglicol monobutil éter), y 25000 L/kilos de mezcla de tensioactivo (EZEFLO™ disponible de Schlumberger) se preparó.
La mezcla de sólido se mezcla con el fluido a una fracción de volumen sólido de 0.52. El separador se agitó durante 35 segundos a 12.000 RPM usando un mezclador Waring (procedimiento de la norma ISO/API para mezclar lechadas de cemento). La densidad del separador era 2.284 kg/m3 (19.06 Ibm/gal).
Las propiedades reológicas del separador se midieron después de la
mezcla (a 25°C) y después de un período de acondicionamiento de 20 minutos a 85°C en un consistómetro atmosférica que gira a 150 RPM. Se utilizó un reómetro Chan 35™. La geometría R1 B5 era necesaria debido a la presencia de partículas gruesas. Los resultados, mostrados en la Tabla 6, muestran que el separador se dispersa bien después de la mezcla y después del período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C. No se observó asentamiento en la parte inferior de la copa reómetro.
Tabla 6: Datos Teológicos después de la mezcla y después de un período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C.
La cantidad de líquido libre y el gradiente de densidad (diferencia entre la densidad en la parte superior de la célula y la densidad en la parte inferior de la célula dividida por la densidad media) se midieron después de 2 horas a 85°C. Los resultados se presentan en la Tabla 7. Estos resultados muestran que el separador era estable a 85°C.
Tabla 7: Libre de fluido y gradiente de densidad
Las propiedades Teológicas del separador se midieron a 254°C y 69 MPa
(10,000 psi) utilizando un reómetro de Chandier 7600 y la geometría R1 B5. El tiempo
hasta de calor fue de alrededor de 4 horas, y el separador se mantuvo a esta temperatura durante 45 minutos. La viscosidad se registró continuamente a 100 RPM, correspondiente a una velocidad de cizallamiento de 84 s~1. La curva de viscosidad se muestra en la figura 7. Estos datos muestran que la viscosidad del separador disminuyó durante el período de calentamiento, y luego no cambió significativamente con el tiempo cuando el separador se mantuvo en 254°C y 69 MPa (10,000 psi).
Se midieron las propiedades Teológicas después de diferentes tiempos (correspondiente a las líneas verticales de la curva de viscosidad en. Figura 7), y los parámetros Teológicos (es decir, la viscosidad plástica y la tensión de fluencia) se calcularon usando el modelo plástico de Bingham. La evolución de estos parámetros como una función de la témperatura se muestra en la figura 8. La viscosidad plástica disminuyó continuamente durante el período de calentamiento. La tensión de fluencia varía de aproximadamente 6.7 Pa (14 lbf/100pies2) a aproximadamente 13.4 Pa (28 lbf/100pies2), dependiendo de la temperatura. A 254°C la viscosidad plástica fue de aproximadamente 45 mPa-s (45 cP) y el límite de elasticidad iba 13.4 Pa (28 lbf/1 OOpies2). Las propiedades reológicas no cambiaron significativamente cuando el separador se mantuvo durante 4 horas a 254°C y 69 MPa (10,000 psi) (Figura 9).
Ejemplo 4
Una mezcla compuesta de 50% BVOB (en volumen de la mezcla) la sílice cristalina (tamaño medio de partícula de 154 mieras), el 30% de sílice cristalina BVOB (tamaño medio de partículas de 25 mieras), y el 20% de barita BVOB (tamaño medio de partícula de 1.5 mieras) se preparó. 0,4% BWOB (en peso de mezcla) de bentonita se añadió a esta mezcla.
Un fluido que contiene agua fresca, 1700 L/kilos de mezcla de agente antiespumante (polipropilenglicol), 33400 L/kilos de mezcla de una solución acuosa que contiene 25% en peso de poliestireno sulfonato (Versa TL-501™ disponible de Akzo Nobel), se preparó 25000 L/kilos de mezcla de disolvente mutuo (etilenglicol monobutil éter), y 25000 L/kilos de mezcla de tensioactivo (EZEFLO™ de Schlumberger).
La mezcla de sólido se mezcla con el fluido a una fracción de volumen sólido de 0.50. El separador se agitó durante 35 segundos a 12,000 RPM usando un mezclador Waring (procedimiento de la norma ISO/API para mezclar lechadas de cemento). La densidad del separador era 1.995 kg/m3 (16.65 Ibm/gal).
Las propiedades reológicas del separador se midieron después de la mezcla (a 25°C) y después de un período de acondicionamiento de 20 minutos a 85°C en un consistómetro atmosférico que gira a 150 RPM. Se utilizó un reómetro Chan 35™. La geometría R1 B5 era necesaria debido a la presencia de partículas gruesas. Los resultados, mostrados en la Tabla 8, muestran que el separador se dispersa bien después de la mezcla y después del período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C. No asentamiento se observó en la parte inferior de la copa reómetro.
Tabla 8: Datos Teológicos después de la mezcla y después de un período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C.
La cantidad de líquido libre y el gradiente de densidad (diferencia entre la densidad en la parte superior de la célula y la densidad en la parte inferior de la célula dividida por la densidad media) se midieron después de 2 horas a 85°C. Los resultados, presentados en la Tabla 9, indican que el separador era muy estable a 85°C.
Tabla 9: Libre de fluido y gradiente de densidad a 85°C.
El gradiente de densidad también se midió a 260°C, después del acondicionamiento el separador en una célula de pérdida de fluido se agitó. El tiempo de calentamiento fue de 90 minutos, y el separador se mantuvo a la temperatura de ensayo durante 45 minutos (30 minutos bajo agitación a 150 RPM y luego 15 minutos bajo condición estática). El separador se dejó en condición estática durante el período de enfriamiento, y se midió el gradiente de densidad. El gradiente de densidad fue de 4.1%, lo que demuestra que la estabilidad del separador acondicionado durante 45 minutos a 260°C era aceptable.
Las propiedades reológicas del separador se midieron a 254°C y 69 MPa (10.000 psi) utilizando un reómetro de Chandier 7600 y la geometría R1 B5. El tiempo de calentamiento fue de aproximadamente 4 horas, y el separador se dejó durante 4 horas a esta temperatura. La viscosidad se registró continuamente a 100 RPM, correspondiente a una velocidad de cizallamiento de 84 s" La curva de viscosidad se muestra en la figura 10. Estos datos muestran que la viscosidad del separador disminuyó durante el período de calentamiento, y luego no cambiaron significativamente con el tiempo cuando el
separador se dejó durante 4 horas a 254°C y 69 MPa (10.000 ps¡).
Ejemplo 5
Dos mezclas de partículas compuestas de 50% BVOB (en volumen de la mezcla) la sílice cristalina (tamaño medio de partícula de 154 mieras), el 30% de barita BVOB (tamaño medio de partículas de 17 mieras), y el 20% de barita BVOB (tamaño medio de partícula de 1 ,5 mieras) se prepararon. Dos separadores de fluidos se prepararon-que contienen cada uno un poliestireno sulfonato diferente (Versa TL-70™ o Versa TL-502™, ambos disponibles de Akzo Nobel). Los pesos moleculares medios de Versa TL-70™ y Versa TL-502™ son 75.000 y 1.000.000 Daltones, respectivamente. Los líquidos también contenían agua dulce, agente antiespumante (glicol polipropileno), bentonita, disolvente común (etilenglicol monobutil éter) y un tensioactivo (EZEFLO™ disponible de Schlumberger). Las proporciones de los ingredientes para preparar 1 m3 de separador de fluidos se muestran en la Tabla 10.
Tabla 10. Composiciones de separador de fluidos (para preparar 1 m3).
La mezcla de sólido se mezcla con el fluido a una fracción de volumen sólido de 0.52. La densidad del separador era 2.281 kg/m3 (19.04 Ibm/gal). Un mezclador Waring se usó para preparar los separadores. La bentonita se pre-hidratado durante 2 minutos a 4000 RPM en agua dulce que contiene el agente antiespumante. El polímero se añadió a la mezcla de fluido y pre-hidratado durante 2 minutos a 4000 RPM. El disolvente mutuo y el tensioactivo se añadieron a continuación, seguido por la mezcla de partículas. La mezcla de partículas se añadió en unos 30 segundos a 4000 RPM. A continuación, el separador de fluidos resultante se mezcló durante 35 segundos a 12,000 RPM.
Las propiedades reológicas del separador se midieron después de la mezcla (a 25°C) y después de un período de acondicionamiento de 20 minutos a 85°C en un consistómetro atmosférica que gira a 150 RPM. Se utilizó un reómetro Chan 35™. La geometría del rotor/Bob R1 B5 era necesaria debido a la presencia de partículas gruesas. Los resultados se presentan en la Tabla 11 para el separador de fluidos que contiene Versa TL-™ 70 y en la Tabla 12 para el separador de fluidos que contiene Versa TL-502™.
Tabla 11 : Datos reológicos para el separador de fluidos que contiene Versa TL-70™ después de la mezcla y después de un período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C.
Tabla 12: Datos Teológicos para el separador de fluidos que contiene Versa-TL™ 502 después de la mezcla y después de un período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C.
Estos resultados muestran que los separadores se dispersan bien después de la mezcla y después del período de 20 minutos de acondicionamiento a 85°C. No asentamiento se observó en la parte inferior de la copa reómetro.
La cantidad de líquido libre y el gradiente de densidad (diferencia entre la densidad en la parte superior de la célula y la densidad en la parte inferior de la célula dividida por la densidad media) se midieron después de 2 horas a 85°C. La pérdida de fluido se midió a 232°C y 6.9 MPa utilizando una célula de pérdida de fluido agitado equipado con una pantalla de 325 de malla (90 min tiempo de calentamiento). Los resultados se presentan en la Tabla 13.
Tabla 13: Libre de fluido y gradiente de densidad a 85°C, y pérdida de fluido a 232°C.
Los resultados muestran que el separador fue muy estable a 85°C. La pérdida de fluido era baja, lo que demuestra que los sulfonatos de poliestireno conservar su eficacia a esta temperatura.
Las propiedades reológicas de los separadores de fluidos se midieron a 296°C y 207 Pa (30.000 psi) utilizando un reómetro de Chandler 7600 usando la geometría R1B5. El tiempo hasta de calor fue de alrededor de 4 horas, y el separador se mantuvo a esta temperatura durante 4 horas. La viscosidad se registró continuamente a 100 RPM, correspondiente a una velocidad de cizallamiento de 84 s" 1. Las curvas de viscosidad se muestran en las Figuras 11 (Versa TL-70™) y 12 (Versa TL-502™). Estos datos muestran que la viscosidad del separador disminuyó durante el período de calentamiento, y luego no cambió significativamente con el tiempo.
Se midieron las propiedades reológicas después de diferentes tiempos, que corresponden a diferentes temperaturas. Estas mediciones corresponden a las líneas verticales en las curvas de viscosidad de las Figuras 11 y 12 La velocidad de rotación se varió: 300, 200, 100, 60, 30, 6 y 3 RPM, correspondientes a diferentes velocidades de cizallamiento. La lectura en cada velocidad de cizallamiento se registró. A partir de estas lecturas, el estrés viscosidad plástica y el rendimiento se calcularon utilizando el modelo plástico de Bingham. La evolución de estos parámetros como una función de la temperatura se muestra en la Figura 13.
La evolución de la tensión de la viscosidad plástica y el rendimiento fue comparable para los dos polímeros. La viscosidad plástica disminuye y la tensión de fluencia se incrementó como una función de la temperatura. Sin embargo, las propiedades reológicas fueron adecuadas en todo el rango de temperatura.
Aunque varias modalidades se han descrito con respecto a las
descripciones propicio, es de entenderse que este documento no se limita a las modalidades descritas. Las variaciones y modificaciones que le ocurrirían a un técnico en la materia tras la lectura de la descripción están también dentro del alcance de la descripción, que se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Un método para la cementación de un barreno de perforación en un pozo subterráneo, en donde el barreno de perforación se llena inicialmente con un fluido de perforación, que comprende: (i) preparar un separador de fluidos que comprende agua, poliestireno sulfonato y una mezcla de materiales en partículas, en donde los materiales en partículas se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal; (ii) bombear el separador de fluidos en el pozo de tal manera que desplaza el fluido de perforación; y (iii) bombear una lechada de cemento en el pozo de tal manera que se desplaza el separador de fluidos, en donde el separador de fluidos tiene una densidad entre 1995 kg/m3 y 2284 kg/m3 y el pozo tiene una temperatura del fondo del pozo entre 232°C y 290°C.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el peso molecular del poliestireno sulfonato es mayor a 800,000 Daltones y hasta 6,000,000 Daltones.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los materiales en partículas comprenden una combinación de sílice y barita, o una combinación de carbonato de calcio y barita.
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque un primer material en partículas tiene un tamaño medio de partícula entre aproximadamente 100 y 300 µ?t?, un segundo material en partículas tiene un tamaño medio de partícula entre aproximadamente 10 y 30 µ??, y un tercer material en partículas tiene un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1 y 3 µ??.
5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el separador de fluidos comprende, además, un mineral de arcilla.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la fracción de volumen sólido en el separador de fluidos está entre aproximadamente 0.50 y 0.55.
7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el separador de fluidos comprende un disolvente mutuo, uno o más tensioactivos, o una combinación de los mismos.
8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque la concentración de poliestireno sulfonato en el separador de fluidos es entre 0.6% y 5.0% en peso de agua.
9. Un método para el desplazamiento de fluido en una corona circular, en donde la corona circular se llena inicialmente con un primer fluido, que comprende: (i) preparar un segundo líquido que comprende agua, sulfonato de poliestireno, y una mezcla de materiales en partículas, en donde los materiales en partículas se eligen de manera que la mezcla tiene al menos una distribución de tamaño de partícula trimodal; y (ii) bombear el segundo fluido en la corona circular de tal manera que desplaza el primer fluido. en donde el separador de fluidos tiene una densidad entre 1995 kg/m3 y 2284 kg/m3 y el pozo tiene una temperatura del fondo del pozo entre 232°C y 290°C.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los materiales de partículas comprenden una combinación de sílice y barita, o una combinación de carbonato de calcio y barita.
11. El método de conformidad con la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque el peso molecular del poliestireno sulfonato es mayor a 800,000 Daltones y hasta 6,000,000 Daltones.
12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9-11 , un primer material en partículas tiene un tamaño medio de partícula entre aproximadamente 100 y 300 µ??, un segundo material en partículas tiene un tamaño medio de partícula entre aproximadamente 10 y 30 µ??, y un tercer material en partículas tiene un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1 y 3 µ??.
13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9-12, caracterizado porque la fracción del volumen sólido en el separador de fluidos es entre 0.50 y 0.55.
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