BR0017398B1 - método para influenciar a reologia de um fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço, e, fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço. - Google Patents

método para influenciar a reologia de um fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço, e, fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço. Download PDF

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Description

"MÉTODO PARA INFLUENCIAR A REOLOGIA DE UM FLUIDO DEPERFURAÇÃO OU FLUIDO DE MANUTENÇÃO DE POÇO, E, FLUIDODE PERFURAÇÃO OU FLUIDO DE MANUTENÇÃO DE POÇO"
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
1. Campo da Invenção
Esta invenção está no geral relacionada aos métodos ecomposições para perfuração e manutenção de poços em formaçõessubterrâneas que carregam hidrocarboneto. Particularmente, esta invençãoestá relacionada aos sistemas de fluido de perfuração com base em óleo quecompreendem emulsões invertidas de água em óleo e aos diluentes querealçam ou possibilitam o uso de tais fluidos em uma ampla faixa detemperatura.
2. Descrição da Técnica Relevante
Um fluido de perfuração ou "lama" de que um fluido deperfuração é também freqüentemente chamado é um fluido especialmenteplanejado que é circulado em um poço na medida em que o poço está sendofurado para facilitar a operação de perfuração. As várias funções de um fluidode perfuração incluem remover os refugos de perfuração do poço,resfriamento e lubrifícação da broca de perfuração, auxiliar na sustentação dotubo de perfuração e da broca de perfuração e fornecer uma altura de elevaçãohidrostática para manter a integridade das paredes do poço e impedir rupturasdo poço por pressão. Sistemas de fluido de perfuração específicos sãoselecionados para otimizar uma operação de perfuração de acordo com ascaracterísticas de uma formação geológica particular.
Um fluido de perfuração tipicamente compreende água e/ouóleo ou óleo sintético ou outro material sintético ou fluido sintético("sintético") como um fluido base, com sólidos em suspensão. Um fluido deperfuração com base não aquosa tipicamente contém óleo ou sintético comouma fase contínua e também pode conter água dispersa na fase contínua pelaemulsificação de modo que não exista nenhuma camada distinta de água nofluido. Tal água dispersa em óleo é no geral aludida como uma emulsãoinvertida ou emulsão de água em óleo.
Vários aditivos podem ser incluídos em tais fluidos deperfuração e emulsões invertidas com base em óleo para realçar certaspropriedades do fluido. Tais aditivos podem incluir, por exemplo,emulsificadores, agentes de ponderação, aditivos de perda de fluido ouagentes de controle de perda de fluido, agentes de viscosidade ou agentes decontrole de viscosidade e álcali. Debate e descrição gerais adicionais defluidos de perfuração com base em óleo são fornecidos em P. A. Boid, et ai,New Base Oil Used In Low Toxiciti Oil Muds, Journal of PetroleumTechnology, páginas 137 a 142 (1985), que é aqui incorporada por referência.
Um critério essencial para estimar a utilidade de um fluidocomo um fluido de perfuração ou como um fluido de manutenção de poço sãoos parâmetros reológicos do fluido, particularmente sob as condições deperfuração de poço. Para o uso como um fluido de perfuração ou como umfluido para a manutenção de um poço, o fluido deve ser capaz de mantercertas viscosidades adequadas para a perfuração e circulação no poço.
Preferivelmente, um fluido de perfuração será suficientemente viscoso paraser capaz de sustentar e transportar para a superfície do poço refugos deperfuração sem que seja tão viscoso de modo a interferir com a operação deperfuração. Além disso, um fluido de perfuração deve ser suficientementeviscoso para ser capaz de suspender a barita e outros agentes de ponderação.Entretanto, a viscosidade aumentada pode resultar em pegajosidadeproblemática do cabo do tubo e as pressões de circulação aumentadas podemcontribuir para problemas de circulação perdida.
Os diluentes podem ser adicionados aos sistemas de fluido deperfuração ou lama de perfuração antes e no decorrer da perfuração. Ostensoativos aniônicos particularmente do grupo dos sulfatos de álcool graxo,dos sul fatos de éter álcool graxo e dos alquilbenzenossulfonatos são exemplosde tais diluentes conhecidos na técnica anterior. Embora tais compostostenham mostrado causar a diluição dos fluidos de perfuração, a sua eficáciacomo diluentes não é sempre uniforme na faixa inteira de temperaturas(tipicamente tão baixa quanto cerca de 40°F (4,4°C) (ou mais baixa) até tãoalta quanto cerca de 250° F (1210C) (ou mais alta)) na qual os fluidos deperfuração são usados.
Os diluentes e outro aditivos para fluidos de perfuração, assimcomo fluidos de perfuração utilizados em poços terrestres e a pouca distânciada praia, devem comumente atingir regulamentos ambientais rigorososrelacionados à biodegradabilidade e toxicidade. Além disso, os fluidos deperfuração e os aditivos para fluidos de perfuração devem ser capazes desuportar as condições subterrâneas que os fluidos tipicamente encontrarão emum poço, tais como altas temperaturas, altas pressões e mudanças de pH.
Uma necessidade existe para aditivos que modifiquem areologia ou que reduzam a viscosidade melhorados para fluidos de perfuraçãocom base em óleo e particularmente para fluidos de perfuração quecompreendam emulsões invertidas (água em óleo), que sejam capazes deserem usados em uma ampla faixa de temperaturas. Como aqui usado, amenos que de outro modo indicado, uma "faixa de temperatura ampla" deveser entendido significar no geral temperaturas que variam de cerca de 14° F(-10°C) a cerca de 350° F (176,6°C) e preferivelmente que variam de cerca de40° F (4,4°C) a cerca de 250° F (121°C).
Sumário da invenção
De acordo com o método da presente invenção, pelo menosum composto ou composição é adicionado a uma emulsão água em óleo ouinvertida ou a um fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço quecompreendam tal emulsão, que reduz a viscosidade da emulsão em umaampla faixa de temperatura ou que possibilita ou realça a capacidade daemulsão para manter a sua viscosidade em uma ampla faixa de temperatura. Ocomposto ou composição, que podem ser no geral chamados um "diluente,"continuam a ter este efeito em um fluido de perfuração ou fluido demanutenção de poço que compreendam a emulsão para o uso na perfuraçãoou manutenção de poços em formações subterrâneas, particularmenteformações subterrâneas que carregam hidrocarboneto, em uma ampla faixa detemperatura.
O primeiro de tal composto diluente da presente invenção éum tensoativo não iônico que é um produto da reação e óxido de etileno,óxido de propileno e/ou óxido de butileno com ácidos carboxílicos C10-22 ouderivados de ácido carboxílico C10-22 que contenham pelo menos uma ligaçãodupla nas posições 9/10 e/ou 13/14 tendo unidades da fórmula geral:
<formula>formula see original document page 5</formula>
onde R1 é um átomo de hidrogênio ou um grupo OH ou umgrupo OR2, onde R2 é um grupo alquila de cerca de 1 a cerca de 18 átomos decarbono ou um grupo alquenila de cerca de 2 a cerca de 18 átomos de carbonoou um grupo da fórmula:
<formula>formula see original document page 5</formula>
onde R3 é um átomo de hidrogênio ou um grupo alquila decerca de 1 a cerca de 21 átomos de carbono ou um grupo alquileno de cercade 2 a cerca de 21 átomos de carbono.
Este primeiro composto diluente pode ser usado sozinho oupode ser usado em combinação com um segundo ou outro diluente oucomposto "co-diluente" tendo a seguinte fórmula:
R-(C2H4O)n(C3H6O)m(C4H8O)k-H
onde R é um radical alquila, saturado ou não saturado, linearou ramificado tendo de cerca de 8 a cerca de 24 átomos de carbono, η é umnúmero que varia de cerca de 1 a cerca de 10, m é um número que varia decerca de 0 a cerca de 10 e k é um número que varia de cerca de 0 acerca de 10.
A invenção também compreende um fluido de perfuração oufluido de manutenção de poço de emulsão invertida que contenham esteprimeiro composto diluente ou que contenham o dito primeiro compostodiluente em combinação com o dito segundo composto diluente.
Descrição Resumida dos Desenhos
A Figura 1 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 2.
A Figura 2 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 3.
A Figura 3 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 4.
A Figura 4 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 5.
A Figura 5 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 6.
A Figura 6 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 7.
A Figura 7 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 8.
A Figura 8 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 9.
A Figura 9 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 10.
A Figura 10 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 11.
A Figura 11 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 12.
A Figura 12 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 13.
A Figura 13 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 14.
A Figura 14 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 15.
A Figura 15 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 16.
A Figura 16 é um gráfico que compara o ponto de escoamentode sistemas de lama com e sem os diluentes da invenção testados comoreportado na Tabela 17.
Descrição Detalhada das Formas de Realização PreferidasA presente invenção fornece um método de influenciar areologia e particularmente reduzir a viscosidade de emulsões invertidas (águaem óleo) e fluidos de perfuração ou fluidos de manutenção de poço quecompreendem tais emulsões invertidas (água em óleo). O método éparticularmente aplicável aos fluidos para o uso em poços que penetram asformações subterrâneas que carregam hidrocarboneto. Tais fluidos deperfuração e fluidos de manutenção de poço tipicamente compreendem umfase oleosa contínua, água dispersa na fase oleosa, sólidos insolúveis nofluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço em suspensão no fluidoe vários aditivos. Como o termo é aqui usado, uma "emulsão invertida" ouuma "emulsão de óleo em água" é entendido significar a porção líquida de umfluido de perfuração que compreende uma emulsão (excluindo quaisquersólidos). O termo "fluido de perfuração de emulsão invertida" significa asoma total do que é circulado como um fluido de perfuração.
No método desta invenção, certos tensoativos não iônicos sãoadicionados ao fluido de perfuração de emulsão invertida ou com base emóleo (ou fluido de manutenção de poço) para "diluir" ou reduzir a viscosidadedo fluido ou para realçar a capacidade do fluido para manter a sua viscosidadeou para resistir o aumento da viscosidade em uma ampla faixa detemperaturas. Os tensoativos não iônicos particulares são produtos da reaçãode óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno com ácidoscarboxílicos C10-22 ou derivados de ácido carboxílico C 10.22 que contenhampelo menos uma ligação dupla nas posições 9, 10, 13 ou 14 (e preferivelmenteuma ou duas ligações duplas na posição 9/10 e/ou 13/14) tendo unidadesestruturais da fórmula geral(I)
<formula>formula see original document page 8</formula>
onde Ri é um átomo de hidrogênio ou um grupo OH ou umgrupo OR2. R2 é um grupo alquila de cerca de 1 a cerca de 18 átomos decarbono ou um grupo alquenila de cerca de 2 a cerca de 18 átomos de carbonoou um grupo da fórmula (II)
<formula>formula see original document page 9</formula>
R3 é um átomo de hidrogênio ou um grupo alquila de cerca de1 a cerca de 21 átomos de carbono ou um grupo alquileno de cerca de 2 acerca de 21 átomos de carbono.
Os produtos de alcoxilação podem ser preparados de acordocom a divulgação da DE 39 23 394, que é aqui incorporada por referência,pela reação dos derivados de ácido carboxílico contendo OH, por exemplo,com óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno na presençade um catalisador apropriado nas temperaturas entre cerca de IlOe cerca de200°C e pressões entre cerca de IO5 Pa e cerca de 2 χ IO6 Pa.
Os materiais de partida adequados para os ácidos carboxílicosC10-22 ou derivados de ácido carboxílico C10-22 contendo OH são os ácidoscarboxílicos C10-22 insaturados, que ocorrem naturalmente e/ou sintetizáveisou derivados destes que contenham radicais de ácido carboxílico tendo pelomenos uma ou duas ligações duplas nas posições 9, 10, 13 e/ou 14. Osexemplos de tais derivados de ácido carboxílico insaturados são o ácido 9-dodecenóico, ácido 9-tetradecenóico, ácido 9-hexadecenóico, ácido 9-octadecenóico, ácido 9-octadecenóico, ácido 9,12-octadecadienóico, ácido9,12,15-octadecatrienóico, ácido 9-icosenóico, ácido 13-docosenóico emisturas contendo uma quantidade grande (isto é, preferivelmente pelo menoscerca de 60 %) de tais ácidos carboxílicos insaturados. Como materiais departida é preferível usar ácidos carboxílicos tendo de cerca de 16 a cerca de22 átomos de carbono e pelo menos uma ou duas ligações duplas nas posições9 e/ou 13 ou misturas de ácido carboxílico que contenham pelo menos umaquantidade grande (isto é, preferivelmente pelo menos cerca de 80 %) deácidos carboxílicos tendo de cerca de 16 a cerca de 22 átomos de carbono epelo menos uma ou duas ligações duplas nas posições 9 e/ou 13.
Outros exemplos de derivados de ácido carboxílico insaturadosadequados para o uso na preparação de compostos diluentes para o uso nainvenção são os ésteres carboxílicos C10-22 insaturados, tais como porexemplo, os ésteres alquílicos do ácido carboxílico C10-22 insaturados comálcoois monoídricos tendo de cerca de 1 a cerca de 18 átomos de carbono.Particularmente apropriados são os mono, di e/ou triglicerídeos carboxílicosC10-22 contendo radicais de ácido carboxílico C10-22 insaturados tendo pelomenos uma ou duas ligações duplas na posição 9 e/ou 13. Também adequadossão os ésteres de ácidos carboxílicos C10-22 com outros polióis, tais como porexemplo etileno glicol ou trimetilolpropano.
Os ésteres alquílicos Cm8 do ácido carboxílico C10-22insaturados são obteníveis pela ésterificação do ácidos carboxílico insaturadocorrespondente ou pela transésterificação dos mono, di e/ou triglicerídeoscorrespondentes com álcoois alquílicos Cmj, tais como, por exemplo,metanol, etanol, propanol, butanol, isobutanol, 2-etilexanol, decanol e/ouálcool estearílico. Os exemplos de tais ésteres alquílicos Cm8 do ácidocarboxílico C10-22 insaturados são palmitato de metila, oleato de metila, oleatode etila, oleato de isobutila, oleato de 2-etilexila e/ou oleato de dodecila e/oumisturas de éster alquílico Cm8 do ácido carboxílico C10-22 contendo pelomenos uma fração grande (isto é, pelo menos cerca de 60 %) daqueles ésteresalquílicos Cm8 do ácido carboxílico C10-22 cujos radicais de ácido carboxílicotêm pelo menos uma ou duas ligações duplas nas posições 9 e/ou 13, taiscomo, por exemplo, éster metílico de óleo de palmeira, éster metílico de óleode soja, éster metílico de óleo de colza e/ou éster etílico de ácido graxo desebo. Outros materiais de partida adequados para preparar os produtos dealcoxilação para o uso na invenção são gorduras e óleos de origem naturalcujo teor de ácido carboxílico é compreendido predominantemente de ácidoscarboxílicos C10-22 insaturados tendo pelo menos uma ou duas ligações duplasnas posições 9 e/ou 13, tais como, por exemplo, óleo de oliva, óleo de linhaça,óleo de girassol, óleo de soja, óleo de amendoim, óleo de semente de algodão,óleo de colza, óleo de palmeira, banha de porco e sebo.
Os ácidos carboxílicos C10-22 e/ou os derivados de ácidocarboxílico C 10.22 podem ser epoxidizados aos compostos contendo OH, porexemplo, pela reação com ácido peracético na presença de catalisadoresácidos ou com ácido perfórmico formado in situ a partir de ácido fórmico eperóxido de hidrogênio. Os anéis de oxirano dos ácidos carboxílicos e/ouderivados de ácido carboxílico epoxidizados são subseqüentemente clivadosaberto para formar grupos hidroxila pela reação com hidrogênio ou compostospróticos, tais como água, álcoois alquílicos e/ou alquenílicos de cadeia retae/ou de cadeia ramificada tendo de cerca de 1 a cerca de 18 átomos decarbono ou ácidos carboxílicos Cm8 saturados e/ou insaturados de cadeia retae/ou de cadeia ramificada. Outros compostos naturais ou sintéticos quecompreendem os ácidos carboxílicos ou derivados de ácido carboxílicocontendo epóxido, tais como óleo de mamona ou óleo de mamonahidrogenado, também podem ser usados. As condições de clivagem sãoescolhidas tal que os grupos derivados de ácido e os grupos ácidos presentespermaneçam intactas.
A reação de derivados de ácido carboxílico epoxidizados e/ouácidos carboxílicos epoxidizados com compostos próticos pode ser realizada,por exemplo, de acordo com os processos descritos na DE 39 23 394.
Os ácidos carboxílicos e/ou derivados de ácido carboxílicoobtidos pela clivagem dos anéis de oxirano, contendo radicais de ácidocarboxílico tendo pelo menos um grupo OH nas posições 9, 10, 13 e/ou 14,são subseqüentemente reagidos pelos processos industriais conhecidos comóxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno (preferivelmentecom óxido de etileno e/ou óxido de propileno).Os produtos de alcoxilação obtidos pela alcoxilação doscompostos da fórmula (I) em que Ri é um grupo OR2 e R2 é um radical dafórmula (II) são preferidos. Os compostos onde o radical R3 é um grupoalquila de cerca de 8 a cerca de 16 átomos de carbono, mais preferivelmentede cerca de 8 a cerca de 10 átomos de carbono, também são preferidos.
Alguns compostos tensoativos não iônicos que podem serpossivelmente usados como diluentes de acordo com a presente invençãotambém estão descritos na W098119043 da Henkel Kommandiegesellschaftauf Aktien. Este pedido internacional divulga o uso dos compostos naindustria de óleo e gás como agentes limpadores, em contraste ao uso dapresente invenção.
Usados como diluentes de acordo o método da invenção, ostensoativos não iônicos da presente invenção reduzem a viscosidade ouabaixam o ponto de escoamento do fluido de perfuração ao qual eles sãoadicionados em uma ampla faixa de temperaturas.
Os exemplos de fluidos de perfuração que compreendememulsões invertidas (água em óleo) de uso particular no método da invençãono geral têm uma fase oleosa que compreende óleo diesel, óleo de parafinae/ou óleo mineral ou um óleo sintético. Alternativamente, outros fluidostransportadores podem ser usados tais como ésteres carboxílicos, álcoois,éteres, olefinas internas, alfaolefinas (IO e/ou AO), e polialfaolefinas (PAO),que podem ser ramificadas ou não ramificadas mas são preferivelmentelineares e preferivelmente ecologicamente aceitáveis (óleos não poluentes).
Preferivelmente, os óleos ou fluidos transportadores usados para a fase oleosado fluido de perfuração será compreendida dos compostos que são fluíveis ebombeáveis nas temperaturas acima de cerca de 32° F (cerca de 0°C) ou tãobaixa quanto cerca de 40° F (cerca de 5 °C) assim como nas temperaturas maisaltas. Por exemplo, acredita-se que os compostos selecionados de um ou maisdos seguinte grupos ou classes abaixo sejam particularmente adequados paracompreenderem a fase oleosa de fluidos de perfuração usados na presenteinvenção:
(a) mais preferivelmente, ésteres carboxílicos da fórmula:
<formula>formula see original document page 13</formula>
onde R' é um radical alquila, saturado ou não saturado, linearou ramificado tendo de cerca de 7 a cerca de 23 átomos de carbono e R" é umradical alquila, ramificado ou não ramificado, saturado ou insaturado, tendode cerca de 1 a cerca de 23 átomos de carbono;
(b) também preferivelmente, olefinas lineares ou ramificadastendo de cerca de 8 a cerca de 30 átomos de carbono;
(c) éteres simétricos ou assimétricos insolúveis em água deálcoois monoídricos de origem natural ou sintética, os ditos álcoois contendode cerca de 1 a cerca de 24 átomos de carbono;
(d) álcoois insolúveis em água da fórmula:
<formula>formula see original document page 13</formula>
onde R'" é um radical alquila saturado, insaturado, linear ouramificado, tendo de cerca de 8 a cerca de 24 átomos de carbono; e
(e) diésteres carbônicos.
Tais óleos adequados são ainda divulgados, por exemplo, nosPedidos de Patente Europeus 0 374 671, 0 374,672, 0 382 070 e 0 386 638 daCognis; Relatório Descritivo Aberto ao Público Europeu 0 765 368 da Cognis(olefinas lineares); pedido Europeu 0 472 557 (éteres insolúveis em água,simétricos ou assimétricos de álcoois monoídricos de origem natural ousintética contendo de cerca de 1 a cerca de 24 átomos de carbono); PedidoEuropeu 0 532 570 (éteres carbônicos). Os ésteres carboxílicos da fórmula(III) acima são preferidos para a fase oleosa dos fluidos de perfuração usadosnesta invenção e particularmente preferidos são os éteres descritos noRelatório Descritivo Aberto ao Público Europeu EP 0 374 672 eEP 0 386 636.Em uma forma de realização preferida desta invenção, ostensoativos não iônicos da invenção são adicionados aos fluidos de perfuraçãoque compreendem emulsões invertidas tendo uma fase oleosa quecompreende os ésteres da fórmula (III) onde o radical R' na fórmula (III) éum radical alquila tendo de cerca de 5 a cerca de 21 átomos de carbono (oumais preferivelmente de cerca de 5 a cerca de 17 átomos de carbono ou maispreferivelmente de cerca de 11 a cerca de 17 átomos de carbono). Os álcooisparticularmente adequados para fabricar tais ésteres são álcoois ramificadosou não ramificados com cerca de 1 a cerca de 8 átomos de carbono, porexemplo, metanol, isopropanol, isobutanol e 2-etilexanol. Os álcoois tendo decerca de 12 a cerca de 18 átomos de carbono podem ser alternativamentepreferidos para fabricar outros ésteres adequados para a invenção.
Por exemplo, os ésteres preferidos adicionais para a faseoleosa de fluidos de perfuração usados na invenção incluem, sem limitação:ésteres de ácido graxo Ci2-Cj4 saturado e ácidos graxos Cie-Cis insaturados(com isopropil, isobutil ou 2-etilexanol como o componente de álcool);octanoato de 2-etilexila; ésteres do ácido acético, especialmente acetatos deálcoois graxos C8-Ci8; ésteres carboxílico ramificados divulgados na WO99133932 da Chevron ou na EP O 642 561 da Exxon; misturas de alfa olefinasdivulgadas na EP O 765 368 Al da Cognis e Halfburton; e combinaçõesdestes vários ésteres.
A fase oleosa das emulsões dos fluidos de perfuração usada nainvenção é preferivelmente compreendida de pelo menos cerca de 50 % emvolume de um ou mais compostos preferidos (a) a (e) acima. Maispreferivelmente, tais compostos preferidos compreendem de cerca de 60 % acerca de 80 % em volume da dita fase oleosa e mais preferivelmente, taiscompostos preferidos compreendem cerca de 100 % da fase oleosa.
A água está preferivelmente presente na fase líquida dasemulsões dos fluidos de perfuração usados na invenção nas quantidadespreferivelmente não menores do que cerca de 0,5 % em volume (excluindo ossólidos na fase líquida). Em forma de realização preferida desta invenção, osdiluentes tensoativos não iônicos da presente invenção são adicionados aosfluidos de perfuração (preferivelmente compreendendo emulsões invertidas)que contenham cerca de 15 % a cerca de 35 % em volume de água e maispreferivelmente cerca de 20 % em volume de água e cerca de 80 % emvolume de fase oleosa.
Para compensar quanto ao gradiente osmótico entre a lama deperfuração e a água de formação ou conata, a água nos fluidos de perfuraçãousados na presente invenção tipicamente inclui frações de eletrólitos, taiscomo sais de cálcio e/ou sais de sódio. CaCl2 em particular é freqüentementeusado, embora outros sais do grupo dos metais alcalinos e/ou metais alcalinoterrosos também são adequados, com os acetatos e formiatos de potássiosendo exemplos comuns.
Os fluidos de perfuração preferidos usados nesta invenção têma seguinte reologia: viscosidade plástica (PV) preferivelmente na faixa decerca de 10 a cerca de 60 cP e mais preferivelmente na faixa de cerca de 15 acerca de 40 cP e ponto de escoamento (YP) preferivelmente na faixa de cercade 5 (0,024 g/cm2) a cerca de 40 Ib/100 ft2 (0,20 g/cm2) e maispreferivelmente na faixa de cerca de 10 (0,048 g/cm ) a cerca de 25 lb/100 ft(0,122 g/cm2), quando medido a cerca de 122° F (cerca de 50°C). Nastemperaturas mais baixas, isto é, a cerca de 40° F (cerca de 4°C) ou abaixo, oYP não deve exceder cerca de 75 lbs/100 ft2 (0,366 g/cm2) e deve estarpreferivelmente na faixa de cerca de 10 (0,048 g/cm2) a cerca de 65 lb/100 ft(0,317 g/cm2), mais preferivelmente de cerca de 15 (0,073 g/cm2) a cerca de45 lb/100 ft2 (0,220 g/cm2) e o mais preferivelmente menor do que cerca de35 lb/100 ft2 (0,171 g/cm2). Um limite inferior praticável preferido para o YPpara os fluidos de perfuração usados nesta invenção é cerca de 5 lb/100 ft(0,024 g/cm2).Os métodos para determinar estes parâmetros de PV e YP sãobem conhecidos por aqueles habilitados na técnica. Uma referência deexemplo é o "Manual of Drilling Fluids Technology", particularmente ocapítulo no Mud Testing, disponível da Baroid Drilling Fluids, Inc., emHouston, Texas (USA) e Aberdeen, Scotland, aqui incorporado porreferência.
O teor de sólidos (não incluindo sólidos de baixa gravidade)ou quantidade de agentes de ponderação, em fluidos de perfuração usadosnesta invenção é preferivelmente de cerca de O a cerca de 500 lb/bbl (1426,4g/litro) e o mais preferivelmente de cerca de 150 a cerca de 350 lb/bbl (427,9a 998,5 g/litro). O peso da lama, isto é, a densidade dos fluidos de perfuração,está preferivelmente na faixa de cerca de 8 a cerca de 18 lb/gal. (958,72 acerca de 2157,12 g/litro) e mais preferivelmente cerca de 9 a cerca de 15lb/gal (1078,56 a cerca de 1797,60 g/litro). Tais sólidos ou agentes deponderação, que servem para aumentar a densidade dos fluidos de perfuração,podem ser quaisquer sólidos conhecidos por aqueles habilitados na técnicacomo úteis para tais propósitos, mas preferivelmente será inerte ouambientalmente favorável. Barita e sulfato de bário são exemplos de agentesde ponderação habitualmente usados.
Os fluidos de perfuração usados nesta invenção tambémpodem opcionalmente conter outros aditivos conhecidos por aqueleshabilitados na técnica, tais como aditivos de controle de perda de fluido eemulsificadores. Alcali também pode ser usado, preferivelmente cal(hidróxido de cálcio ou óxido de cálcio), para ligar ou reagir com os gasesácidos (tais como CO2 e H2S) encontrados durante a perfuração na formação.
Tal álcali ou uma reserva alcalina são conhecidos por impedir a hidrólisepelos gases ácidos no geral de ésteres instáveis em ácido do fluido deperfuração. As quantidades preferidas de cal livre nos fluidos de perfuraçãopodem variar de cerca de 1 a cerca de 10 lbs/bbl (2,85 a 28,5 g/litro) e maispreferivelmente de cerca de 1 a cerca de 4 lbs/bbl (2,85 a 11,4 g/litro), emborafaixas mais baixas tais como menos do que cerca de 2 lbs/bbl (5,70 g/litro)são preferidas para certos ésteres que tendem a hidrolisar na presença decompostos alcalinos como será conhecido por aqueles habilitados na técnica.Outros agentes adequados como uma alternativa para a cal também podem serusados para ajustar e/ou estabilizar as emulsões invertidas dos fluidos deperfuração com respeito aos ácidos. Um exemplo de tais agentes alternativosé uma amina protonada; como descrito na Patente US 5.977.031.
Outros aditivos opcionais que podem estar presentes nosfluidos de perfuração usados nesta invenção incluem eletrólitos, tais comocloreto de cálcio, bentonita organofílica e lignito organofílico. Os glicóis e/ouglicerois também podem ser adicionados. Além disso, auxiliares de dispersão,inibidores corrosão e/ou desespumantes podem ser usados. Estes e outrosauxiliares e aditivos adequados são usados em quantidades conhecidas poraqueles habilitados na técnica dependendo das condições do poço e formaçãosubterrânea particulares.
Em uma forma de realização alternativa da presente invenção,além dos diluentes de tensoativo não iônico da presente invenção descritosacima, diluentes adicionais podem ser vantajosamente adicionados emcombinação com os ditos diluentes tensoativos não iônicos. Tais co-diluentesparticularmente vantajosos são compostos alcoxilados da fórmula geral (V)
R--(C2H4O)n(C3H6O)m(C4H8O)k-H (V)
onde R"" é um radical alquila, saturado ou não saturado, linearou ramificado tendo de cerca de 8 a cerca de 24 átomos de carbono, η é umnúmero que varia de cerca de 1 a cerca de 10, m é um número que varia decerca de O a cerca de 10 e k é um número que varia de cerca de 0 a cerca de10. Preferivelmente, R"" tem cerca de 8 a cerca de 18 átomos de carbono;mais preferivelmente, R"" tem cerca de 12 a cerca de 18 átomos de carbono; eo mais preferivelmente, R"" tem cerca de 12 a cerca de 14 átomos de carbono.Também, o mais preferivelmente, R"" é saturado e linear.
As composições ou compostos da fórmula (V) podem serpreparados pelas técnicas habituais de alcoxilação, tais como alcoxilando osálcoois graxos correspondentes com óxido de etileno e/ou óxido de propilenoou óxido de butileno sob pressão e na presença de catalisadores ácidos oualcalinos como é conhecido na técnica. Tal alcoxilação pode ocorrer pelomodo de bloco, isto é, o álcool graxo pode ser reagido primeiro com óxido deetileno, óxido de propileno ou óxido de butileno e subseqüentemente, sedesejado, com um ou mais dos outros óxidos de alquileno. Alternativamente,tal alcoxilação pode ser conduzida aleatoriamente, em que qualquer misturadesejada de óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno éreagida com o álcool graxo.
Na fórmula (V), os subscritos nem respectivamenterepresentam o número de moléculas de óxido de etileno (EO) e óxido depropileno (PO) ou grupos em uma molécula do álcool graxo alcoxilado. Osubscrito k indica o número de moléculas ou grupos de óxido de butileno(BO). Os subscritos n, m e k não precisam ser números inteiros, visto que elesindicam em cada caso médias estatísticas da alcoxilação. Incluídos semlimitação são aqueles compostos da fórmula (V) cuja distribuição dos gruposetóxi, propóxi, e/ou butóxi é muito reduzida, tal como por exemplo,"etoxilados de faixa reduzida" também chamados "NREs" por aqueleshabilitados na técnica.
Para realizar os propósitos desta invenção, o composto dafórmula (V) deve conter pelo menos um grupo etóxi e pode ter até ou cerca de10 grupos etóxi. Preferivelmente, o composto da fórmula (V) também conterápelo menos um grupo propóxi (C3H6O-) ou grupo butóxi (C4H8O-). Osalcóxidos mistos que contenham todos os três grupos de alcóxido - óxido deetileno, óxido de propileno e óxido de butileno - são possíveis para a invençãomas não são preferidos.Preferivelmente, para o uso de acordo com esta invenção, ocomposto da fórmula (V) terá um valor para m que varia de cerca de 1 a cercade 10 com k zero ou um valor para k que varie de cerca de 1 a cerca de 10com m zero. Mais preferivelmente, m será de cerca de 1 a cerca de IOek serázero.
Outros compostos preferidos para o uso na invenção tendo afórmula (V) acima terá η variando de cerca de 1 a cerca de 6, m variando decerca de 1 a cerca de 6 e k zero. Ainda outros compostos preferidos para o usona invenção tendo a fórmula (V) acima terá η variando de cerca de 2 a cercade 5 e m sendo de cerca de 3 ou cerca de 4 com k zero. É particularmentevantajoso estabelecer a distribuição dos grupos de óxido de etileno e óxido depropileno nos compostos da fórmula (V) em uma relação de óxido de etilenopara óxido de propileno de cerca de 1:1 a cerca de 2:1 ou ainda maispreferivelmente de cerca de 2:1,5.
Os compostos adicionais preferidos para o uso na invençãotendo a fórmula (V) acima terão radicais alquílicos contendo de cerca de 12 acerca de 18 átomos de carbono ou mais preferivelmente de cerca de 12 a cercade 14 átomos de carbono, com os subscritos nem cada um tendo valores decerca de 4 ou cerca de 5.
Tanto os diluentes de tensoativo não iônico da presenteinvenção quanto os diluentes da fórmula (V) podem ser adicionados ao fluidode perfuração (ou fluido de manutenção de poço) durante a preparação inicialdo fluido ou mais tarde conforme o fluido está sendo usado para os propósitosde perfuração ou manutenção de poço na formação. Alternativamente, osdiluentes de tensoativo não iônico podem ser adicionados primeiro em cadaum destes tempos e os diluentes da fórmula (V) podem ser adicionados maistarde. Ainda em outra forma de realização, os diluentes da fórmula (V) podemser adicionados primeiro durante cada um destes tempos e os diluentes detensoativo não iônico da invenção podem ser adicionados mais tarde.A quantidade de diluentes adicionados é uma quantidadeeficaz para manter ou efetuar a viscosidade desejada do fluido de perfuração,preferível ou particularmente em uma ampla faixa de temperatura. Para ospropósitos desta invenção, uma "quantidade eficaz" de diluente de tensoativonão iônico é preferivelmente de cerca de 0,23 a cerca de 6,81 kg por 159 1 defluido ou lama de perfuração. Uma quantidade mais preferida de diluente detensoativo varia de cerca de 0,45 a cerca de 2,27 kg por 159 1 de fluido deperfuração e uma quantidade mais preferida é de cerca de 0,68 a cerca de 1,36kg de diluente por 159 1 de fluido de perfuração. Quando os diluentes detensoativo não iônico são usados com os diluentes da fórmula (V), é preferidousar os diluentes de tensoativo não iônico da presente invenção e os diluentesda fórmula (V) em proporções de cerca de 1:1 a cerca de 10:1.
Os diluentes da presente invenção são biodegradáveis e são depouca ou nenhuma toxicidade. Espera-se que eles sejam capazes de atingir osregulamentos ambientais crescentemente rigorosos que afetam a indústria deóleo e gás mundiais.
Embora a invenção tenha sido primariamente descrita nocontexto de um método de usar os tensoativos não iônicos sozinhos e emcombinação com os compostos da fórmula (V) como diluentes para os fluidosde perfuração em uma ampla faixa de temperatura, estes tensoativos nãoiônicos sozinhos e em combinação com os compostos da fórmula (V) tambémpodem ser eficazes como diluentes para fluidos de manutenção de poço taiscomo fluidos de marcação ou fluidos de recondicionamento em uma amplafaixa de temperatura.
Além disso a descrição e o uso da invenção são apresentadospelos seguintes exemplos:
Exemplos
Para mostrar o efeito da invenção, os seguintes experimentosforam conduzidos. Em cada caso um sistema de lama de perfuração deemulsão invertida da seguinte composição geral foi preparado:
<table>table see original document page 21</column></row><table>
A fase oleosa (A) usada foi um octanoato de 2-etilexila comodivulgado na EP 0 386 636. O emulsificador usado foi o produto EZ MULNTE (Baroid Drilling Fluids Inc., Houston, Texas). A relação de óleo/água foi70/30 em cada caso. As medições foram realizadas em um sistema semdiluente (Cl) e com quatro diluentes de tensoativo não iônico El a E4 dainvenção.
El RSl 100®, da Cognis; Alemanha, ver abaixo
E2 como El, mas reagido com 39 partes de óxido de etileno
E3 como El, mas não reagido com nenhuma parte de óxido de etileno
E4 como E3, mas reagido com 25 partes de óxido de etileno
E5 como El, mas reagido com 50 partes de óxido de etileno
El foi preparado de acordo o procedimento descrito na PatenteU. S. N2 5.237.080 a Dante et al., concedida à HenkelKommandiengesellschaft auf Akfen, pela reação de ácidos graxos (60 % Cg,35 % Cio, AN = 361,9) com epóxido de óleo de soja e destilando o produtopara se obter um poliol amarelo claro (viscosidade = 5550 mPas; 20°C; OHN= 105, SN = 236, AN = 3,1). Este produto de reação foi depois misturado comhidróxido de potássio em metanol e aquecido, depois do que todos os traçosde metanol foram removidos. O produto foi depois reagido com 61 partes deóxido de etileno a uma pressão que não excede 5 bar para produzir, depois daneutralização, um líquido amarelo claro (OHN = 54,7). Este produto pode serobtido da Cognis, Alemanha, sob o nome comercial RS 1100.
Os fluidos ou lamas de perfuração invertidos foram preparadosde uma maneira convencional e subseqüentemente, a 40° F (4,4°C) e 120° F(48,9°C), as características reológicas da viscosidade plástica (PV) e do pontode escoamento (YP) e a força gelatinosa depois de 10 segundos e 10 minutosusando um reômetro Fann SRI 2 (da Fann) foram determinadas.
Os resultados das medições são dados na Tabela 1:<table>table see original document page 23</column></row><table>Os dados, especialmente para o ponto de escoamento (YP),claramente indicam o efeito de diluição vantajoso dos diluentes de tensoativonão iônico usados de acordo a invenção.
Outros experimentos podem ser observados nas Tabelas de 2 a17. Nestes casos, o ponto de escoamento (YP) dos sistemas testados foiinvestigado em temperaturas diferentes e representados como um gráfico. Asmedições foram realizadas usando um viscosímetro Fann 35 (da Fann). Astabelas também indicam as leituras medidas em velocidades diferentes derotação por minuto (rpm).
Nas Tabelas de 2 a 17:
PETROFREE LV® é o octanoato de 2-etilexila (Cognis, Alemanha)
PETROFREE é o éster 2-etilexílico do ácido graxo Cg.η (Cognis)
GELTONE II® é bentonita organofílica (Baroid, Houston, Texas)
Diluente El é o RS 1100® (Cognis)
El, E2, E3, E4 e E5 são os mesmos como indicados acima e comona Tabela 1.
TABELA 2
<table>table see original document page 24</column></row><table>TABELA 3
<table>table see original document page 25</column></row><table>
TABELA 4
<table>table see original document page 25</column></row><table>TABELA 5
<table>table see original document page 26</column></row><table>
TABELA 6
<table>table see original document page 26</column></row><table>
TABELA 7
Sistema de lama
PETROFREE LV<table>table see original document page 27</column></row><table>
TABELA 8
<table>table see original document page 27</column></row><table>TABELA 9
<table>table see original document page 28</column></row><table>
TABELA 10
<table>table see original document page 28</column></row><table>TABELA 11
<table>table see original document page 29</column></row><table>
TABELA 12
<table>table see original document page 29</column></row><table>TABELA 13
<table>table see original document page 30</column></row><table>
TABELA 14
<table>table see original document page 30</column></row><table>TABELA 15
<table>table see original document page 31</column></row><table>
TABELA 16
<table>table see original document page 31</column></row><table>TABELA 17
<table>table see original document page 32</column></row><table>
A descrição precedente da invenção é intencionada a ser umadescrição das formas de realização preferidas. Várias mudanças nos detalhesdas composições e método descritos podem ser feitas sem divergir do escopopretendido desta invenção como definido pelas reivindicações anexas.

Claims (21)

1. Método para influenciar a reologia de um fluido deperfuração ou fluido de manutenção de poço que compreende uma emulsãoinvertida, caracterizado pelo fato de que compreende adicionar ao fluido pelomenos um tensoativo não iônico, sendo o tensoativo o produto de reação depelo menos um óxido, selecionado do grupo que compreende óxido deetileno, óxido de propileno e óxido de butileno, com ácidos carboxílicos C10-22ou derivados de ácido carboxílico C10-22 que contenham pelo menos umaligação dupla nas posições 9, 10, 13 ou 14 tendo unidades estruturais dafórmula geral (I)<formula>formula see original document page 33</formula>onde R1 é um átomo de hidrogênio, ou um grupo OH ou umgrupo OR2 e onde R2 é um grupo alquila de 1 a 18 átomos de carbono ou umgrupo alquenila de 2 a 18 átomos de carbono ou um grupo da fórmula (II)<formula>formula see original document page 33</formula>e onde R3 é um átomo de hidrogênio ou um grupo alquila de 1a 21 átomos de carbono ou um grupo alquileno de 2 a 21 átomos de carbono.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tensoativo não iônico compreende produtos de alquilaçãoobtidos pela reação de mono, di ou triglicerídeos carboxílicos C12-22 contendounidades estruturais da fórmula (I) em pelo menos uma posição 9, 10, 13 ou 14 com pelo menos um óxido do grupo que compreende óxido de etileno,óxido de propileno e óxido de butileno.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poçocompreende uma fase oleosa contínua que é fluível e bombeável nastemperaturas na faixa de 4,4°C a 121°C.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poçocompreende uma fase oleosa contínua que é fluível e bombeável nastemperaturas na faixa de 0°C a 176,6°C.
5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a fase oleosa compreende compostos ou composiçõesselecionados do grupo que compreende:(a) ésteres carboxílicos da fórmula:R'-COO-R"onde R' é um radical alquila, saturado ou não saturado, linearou ramificado tendo de 1 a 23 átomos de carbono e R" é um radical alquila,ramificado ou não ramificado, saturado ou insaturado, tendo de 1 a 23 átomosde carbono;(b) olefinas lineares ou ramificadas tendo de 8 a 30 átomos decarbono;(c) éteres simétricos ou assimétricos insolúveis em água deálcoois monoídricos de origem natural ou sintética, os ditos álcoois contendode 1 a 24 átomos de carbono;(d) álcoois insolúveis em água da fórmula:R'"-OHonde R'" é um radical alquila saturado, insaturado, linear ouramificado tendo de 8 a 24 átomos de carbono; e(e) diésteres carbônicos.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a fase oleosa compreende ésteres, em que o radical R' é umradical alquila tendo de 5 a 21 átomos de carbono.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tensoativo é adicionado ao fluido de perfuração ou fluido demanutenção de poço em uma quantidade na faixa de 0,23 a 6,81 kg por 159litros para efetuar uma redução na viscosidade da emulsão.
8.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tensoativo é adicionado ao fluido de perfuração ou fluido demanutenção de poço em uma quantidade na faixa de 0,23 a 6,81 kg por 159litros para manter a fluidez e a bombeabilidade da emulsão.
9.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o tensoativo é adicionado ao fluido de perfuração ou fluido demanutenção de poço em quantidades que variam de 0,23 kg a 6,81 kg docomposto por 159 litros da emulsão.
10.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que ainda compreende adicionar ao fluido de perfuração ou fluidode manutenção de poço um composto co-diluente tendo a fórmula:<formula>formula see original document page 35</formula>onde R é um radical alquila saturado ou insaturado, linear ouramificado tendo de 8 a 24 átomos de carbono, η é um número que varia de 1 a 10,m é um número que varia de 0 a 10, e k é um número que varia de 0 a 10.
11.Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que, na fórmula para o composto co-diluente, k é zero e m é umnúmero que varia de 1 a 10, ou m é zero e k é um número que varia de 1 a 10.
12.Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que na fórmula para o composto co-diluente, η é um número quevaria de 1 a 6, m é um número que varia de 1 a 6 e k é zero.
13.Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o tensoativo e o composto co-diluente são adicionados emproporções que variam de 1:1 a 10:1.
14.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o tensoativo é adicionado ao fluido de perfuração ou fluidode manutenção de poço durante a preparação do fluido ou depois que talfluido iniciou a manutenção no furo de poço.
15. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o composto co-diluente é adicionado ao fluido durante apreparação do fluido ou depois que o fluido iniciou a manutenção no furo depoço.
16. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço,caracterizado pelo fato de que compreende uma fase oleosa contínua, águadispersa na fase oleosa, sólidos insolúveis na fase oleosa, e pelo menos umtensoativo não iônico, o tensoativo sendo o produto de reação de óxido deetileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno com ácidos carboxílicosC10-22 ou derivados de ácido carboxílico C10-22 contendo pelo menos umaligação dupla na posição 9, 10, 13 ou 14 tendo unidades estruturais dafórmula geral (I) <formula>formula see original document page 36</formula> onde R1 é um átomo de hidrogênio, ou um grupo OH, ou umgrupo OR2, e onde R2 é um grupo alquila de 1 a 18 átomos de carbono, ou umgrupo alquenila de 2 a 18 átomos de carbono, ou um grupo da fórmula (II) <formula>formula see original document page 36</formula> e onde R3 é um átomo de hidrogênio ou um grupo alquila de 1a 21 átomos de carbono ou um grupo alquileno de 2 a 21 átomos de carbono.
17. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço deacordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o tensoativo éadicionado em quantidades na faixa de 0,23 a 6,81 kg por 159 litros parareduzir a viscosidade do fluido.
18. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço deacordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o tensoativo éadicionado ao fluido em quantidades que variam de 0,23 a 6,81 kg dotensoativo por 159 litros do fluido.
19. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço deacordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que tem um pontode escoamento na faixa de 0,024 g/cm a 0,366 g/cm a 4,4°C.
20. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço deacordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que aindacompreende um composto tendo a fórmula:R'"-(C2H4O)n(C3H6O)m(C4H8O)k-Honde R"" é um radical alquila saturado ou insaturado, linear ouramificado tendo de 8 a 24 átomos de carbono, η é um número que varia de 1 a 10,m é um número que varia de 0 a 10, e k é um número que varia de 0 a 10.
21. Fluido de perfuração ou fluido de manutenção de poço deacordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o tensoativo e ocomposto estão em proporções que variam de 1:1 a 10:1.
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