BR0213837B1 - Fluido de perfuração, e, método para a perfuração de um poço em uma formação subterrânea - Google Patents

Fluido de perfuração, e, método para a perfuração de um poço em uma formação subterrânea Download PDF

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Description

1. Campo da invenção A presente invenção refere-se aos métodos para a perfuração de poços em formações subterrâneas, particularmente formações possuindo hidrocarboneto. e aos fluidos de perfuração para uso em tais operações de perfuração. Mais particularmenle, a presente invenção refere-se aos fluidos de perfuração à base de sintético ou óleo, aos fluidos compreendendo emulsões inversas, e mais particularmenle aos aditivos de fluido de perfuração que facilitam ou melhoram as propriedades dc emulsificação. de estabilidade elctrica ou de filtração do fluido dc perfuração. 2. Descrição da Técnica Relevante Uma lama ou um fluido de perfuração é um fluido planejado especiaimente que é circulado através de um furo de poço à medida que o furo de poço estiver sendo perfurado para facilitar a operação de perfuração. As várias funções de um fluido de perfuração incluem a remoção de cascalhos de perfuração do furo de poço, o resfriamento e também a lubrificação da broca de perfuração, auxílio no suporte tanto do tubo de perfuração quanto da broca de perfuração e provisão de uma cabeça hidrostálica para manter a integridade das paredes do furo de poço e prevenir a erupção do poço. Sistemas de fluidos de perfuração específicos são selecionados para otimização de uma operação de perfuração de acordo com as características de uma formação geológica específica.
Emulsões inversas, ou lamas baseadas em sintético ou óleo. são normalmente usadas para a perfuração de xistos inchávcis ou instáveis, gesso, anidrila ou outras formações de evaporita, formações comendo suifeto de hidrogênio, e furos quentes (acima de cerca de 149°C), mas podem ser utilizadas em outros furos peneirando também uma formação subterrânea.
Estes fluidos de perfuração não aquosos tipicamente contêm óleo ou um óleo sintético ou outro material sintético ou fluido sintético ("sintético") como a fase contínua e também podem conter água que é dispersa na fase contínua por eimilsificução de modo que não haja nina cantada distinta de água no fluido. A expressão "lama de óleo" ou "lama baseada cm sintético ou óleo” significa tipicamente uma emulsão de lama de óleo inversa ou uma emulsão inversa. Uma lama lotalmente de óleo compreende 1001¾ em volume de óleo como a fase líquida; isto é, não há nenhuma fase aquosa interna. Um fluido de perfuração de emulsão inversa pode comumente compreender entre cerca de 50:50 e 95:5 em volume de fase oleosa para fase aquosa.
Mais comumente, as emulsões inversas usadas em perfuração tipicamente compreendem: um fluido sintético ou óleo base para a fase externa; uma solução salina, aquosa para a fase interna (tipicamente uma solução compreendendo cerca de 30% de cloreto de cálcio): e outros agentes ou aditivos para suspensão, perda de fluido, densidade, umeclação de óleo, emulsificação, filtração. e controle de teologia. Com o espaço limitado em alguns sítios de poço. tais como aquelas plataformas marítimas, e com custos crescentes de transporte de materiais para um sítio de poço, há um crescente interesse industrial por, c uma necessidade contínua de, aditivos de fluido de perfuração mais concentrados e eficientes e fluidos de perfuração que possam ser formulados e mantidos com mínimos ou menos aditivos do que os fluidos de perfuração da técnica anterior.
SUMÁRIO DA INVENçãO São descritos um método assim corno um produto ou material melhorados e mais eficientes para a provisão de estabilidade de emulsão e de controle de filtro às emulsões inversas e aos outros fluidos de perfuração à base de sintético ou de óleo para uso em perfuração de poços em formações subterrâneas, particularmente formações possuindo hidrocarboneto. O produto da invenção tem a vantagem de um ponto de fluide/ em temperaturas tão baixas quanto de cerca de -6,7°C com solvente mínimo.
Assim, o produto da presente invenção pode ser transportado em um estado elevadamente ativo (cerca de 90% a cerca de 100%), que reduz a necessidade de produtos de inventário contendo solventes diferentes para compatibilidade com o fluido de perfuração. Esta vantagem elimina ainda a necessidade de transporte de grandes quantidades de material inerte. Em adição, o produto da presente invenção possui a vantagem adicional de provisão de altos níveis de controle de filtração para um fluido de perfuração feito com emulsificantes convencionais, especialmente em temperaturas de até cerca de 121°C. Ainda mais, o produto desta invenção, quando adicionado em fluidos de perfuração, reduz ou elimina a necessidade de aditivos de perda de fluido convencionais. O produto da presente invenção compreende duas partes ou componentes primários. Uma parte é uma poliamida terminada com ácido carboxüico e a outra parte é em si mesma uma mistura produzida pela reação de Diels-Alder de dienófilos, preferivelmente ácidos carboxüicos, ácidos policarboxílicos, anidridos de ácido, ou combinações ou misturas dos mesmos, com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos. Estes dois componentes ou partes são misturados ou mesclados e adicionalmente reagidos com cátions para formarem sabões. Esta reação de saponificação pode ser realizada no processo de fabricação ou pode ser efetuada "in situ" pela presença de ou pela adição de cátions no fluido de perfuração. Como aqui usado, o termo “m situ” deve ser entendido para significar no fluido de perfuração. Tipicamente, tal reação de saponificação ocorrerá no fluido de perfuração quando o fluido de perfuração estiver sendo preparado para utilização como um fluido de perfuração ou quando o fluido de perfuração estiver em uso como um fluido de perfuração na perfuração de um poço em uma formação subterrânea. Fluidos de perfuração comumente compreendem cátions. Fontes de tais cátions incluem, sem limitação, cal, cal viva, e cloreto de cálcio, dentre outros. Em adição, fluidos de perfuração podem incorporar cálions contactados em ou disponíveis da própria formação subterrânea. O método da invenção emprega o produto da invenção cm fluidos dc perfuração melhorados c em perfuração melhorada de poços em formações subterrâneas.
BREVE DESCRIçãO DOS DESENHOS A Figura 1 é um gráfico comparando a estabilidade elétrica dc um fluido de perfuração baseado em sintético contendo o produto da presente invenção com o mesmo fluido de perfuração baseado em sintético comenda emulsificantes convencionais no lugar do produto da presente invenção, com o uso dos dados das Tabelas I c. 2. A Figura 2 é um gráfico comparando a filtração HTHP de um fluido de perfuração baseado em sintético contendo o produto da presente invenção com o mesmo fluido dc perfuração baseado cm sintético contendo emulsificantes convencionais no lugar do produto da presente invenção, com o uso dos dados das Tabelas 3 e 4.
DESCRIçãO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS O produto da invenção compreende uma mescla, uma mistura, ou uma combinação (daqui por diante ''mescla") de uma poliamida terminada com ácido carboxílico ("Componente A”) e uma mistura ("Componente B”) produzida pela reação dc Dicls-Alder dc dienófilos, preferivelmente ácidos carboxfiicos, ácidos policarboxílicos. e anidridos, ou combinações ou misturas dos mesmos, com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos. O Componente B possui uma razão de ácidos graxos para ácidos resinosos preléreneialmenie variando de cerca de 4:1 a cerca de 1:1 e uma razão mais preferida de cerca de 2:1 e é. de preferência, compreendido de ácidos graxos e ácidos resinosos derivados da destilação de breu líquido bruto. O Componente A é preferivelmente concentrado (isto é, cerca de 90% de ativos) e é tipicamente preparado pela reação de condensação entre ácidos graxos e poliaminas. Os ácidos graxos c as poliaminas são reagidos em tal proporção de modo a formar um produto intermediário de "amida parcial" possuindo uma razão molar de sítios ácidos reativos para sítios de amina de cerca de 0,5:1 a cerca de 0,75:1 e mais preferivelmente de cerca de 0,6:1. Este produto intermediário de amida parcial é diluído com uma quantidade mínima de solvente, conforme o necessário para processamento posterior, e os sítios de amina restantes são adicionalmente reagidos com um anidrido de ácido ou ácido policarboxílico para prover poliamida terminada com ácido carboxílico.
Uma poliamida terminada com ácido carboxílico mais preferencial para uso na presente invenção é EZ-MUL®NT CONCENTRATE, o constituinte ativo de EZ-MUL®NT disponível em Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas, embora, como se acredita, outras poliamidas terminadas com ácido carboxílico sejam instáveis.
Na composição do produto da invenção, a razão preferida de Componente A para Componente B é de cerca de 1:5 a cerca de 1:1. Razões de Componente A para Componente B de cerca de 1:2 a cerca de 1:3 são mais preferidas ainda. A razão exata destes dois componentes ou partes pode variar sobremaneira dependendo das características desejadas exatas do produto. De preferência, contudo, a quantidade de Componente B excederá a quantidade de Componente A. A mescla compreendendo o produto da presente invenção é de preferência preparada pela mesclagem, misturação, ou combinação conjunta destes dois componentes - a poliamida e a mistura de ácido resinoso/ácido graxo modificado. Após a mesclagem, os componentes de poliamida e ácido graxo/ácido resinoso são reagidos com cátions para a formação de sabões. Tal reação ou saponificação pode ser realizada tal como uma parte do processo de fabricação do produto da presente invenção ou então pode ser efetuada in situ o fluido de perfuração pela presença ou pela adição de cátions para o fluido de perfuração. Cátions de cálcio são preferidos e podem ser obtidos, por exemplo, mediante a reação dos componentes de poliamida e ácido graxo/ácido resinoso modificado com cal, cal viva, ou cloreto de cálcio. O breu líquido é um produto comumente conhecido feito de tratamento ácido de licores alcalinos obtidos da fabricação de polpa de papel, e breu líquido e seus derivados têm sido anteriormente empregados em lamas de perfuração de poço de óleo. Contudo, o componente de ácido graxo/ácido resinoso modificado da mescla de produto da invenção sozinho não é efetivo para obter as vantagens da invenção. É sabido que EZ-MUL® tem utilidade como um emulsificante para fluidos de perfuração à base de óleo. Contudo, as poliamidas terminadas com ácido carboxílico sozinhas não podem alcançar as vantagens da invenção. Na combinação descrita, no entanto, a mescla (ou a mistura) compreendendo o produto da presente invenção propicia um avanço notável na técnica. O produto da invenção é um aditivo fortemente efetivo para fluidos de perfuração à base de sintético ou óleo, conferindo ou efetuando emulsificação melhorada, e estabilidade elétrica e controle de perda de fluido melhorados, com volume de aditivo menos significativo do que os aditivos de fluido de perfuração previamente conhecidos ou ainda disponíveis da técnica anterior. O produto efetua ou ajuda a facilitar a emulsificação tipicamente em quantidades de cerca de um terço da quantidade comumente necessária para a emulsificação de fluido à base de sintético ou óleo em relação a emulsificantes da técnica anterior. Isto é, quantidades de cerca de 1,4 quilogramas a cerca de 2,3 quilogramas de produto da invenção por barril de fluido de perfuração podem ser efetivas para a emulsificação. Quantidades ainda menores podem melhorar a estabilidade elétrica e ainda o controle de filtração de fluidos de perfuração, até mesmo se já emulsificados com outros emulsificantes.
O produto da presente invenção não se baseia num veículo. O material compreendendo o produto é elevadamente ativo e, como se acredita, é útil com todos ou substancialmente todos os sistemas à base de sintético e óleo conhecidos por serem efetivos em fluidos de perfuração. O produto da presente invenção também pode adicionar viscosidade ao fluido de perfuração, e, portanto, é de preferência adicionado ao fluido de perfuração base antes da adição de quaisquer agentes elevadores de peso tal como, por exemplo, barita. O produto da presente invenção é estável até mesmo quando em temperaturas de até (e incluindo) cerca de 121°C sem aditivos de filtração e de até cerca de 149°C a cerca de 177°C com aditivos de filtração. A adição de agentes umectantes juntamente com o produto da invenção em um pacote emulsificante pode melhorar a natureza umectante de óleo do dito fluido de perfuração em alguns óleos base, mas não será necessária em outros. Agentes umectantes também podem melhorar a estabilidade reológica em temperaturas de até cerca de 149°C. Adição de agentes umectantes em fluido de perfuração compreendendo o produto da invenção também pode melhorar ainda mais o desempenho de alguns sistemas de fluido. O produto da invenção possui um índice de acidez elevado.
Conseqüentemente, resultados melhorados podem ser vistos quando um agente neutralizante ou neutralizador é adicionado no fluido de perfuração.
Por exemplo, um mínimo de cerca de 3,6 quilogramas de cal (ou agente de saponificação semelhante) pode ser favoravelmente adicionado por barril de fluido de perfuração quando cerca de 1,4 quilogramas por barril de produto da invenção são usados no fluido de perfuração. Cal adicional (ou um agente de saponificação semelhante) pode ser útil ou ainda necessário com quantidades maiores de produto da invenção para resultados ótimos, embora resultados satisfatórios também possam ser obtidos com menos. É recomendado cuidado quando se usa o produto da presente invenção para evitar o super-tratamento. Excesso de emulsificantes (isto é, mais do que o necessário para a efetuação da emulsificação) nos fluidos de perfuração pode contribuir para o aumento crescente de viscosidade de fluido em temperaturas frias (isto é, temperaturas menores do que cerca de 7,2°C).
Para operações em água profunda (isto é, a utilização de fluidos de perfuração em profundidades de água maiores do que cerca de 152 metros e temperaturas maiores do que cerca de 7,2°C), agentes umectantes podem ser de preferência adicionados para ajudarem a manter viscosidades baixas em tubo ascendente, à medida que sólidos de perfuração são incorporados no ou são transportados pelo fluido de perfuração. Método da presente invenção compreende a adição do produto da invenção em um fluido de perfuração à base de sintético ou óleo ou o uso de um fluido de perfuração compreendendo o produto da presente invenção na perfuração de um poço numa formação subterrânea. Em outra modalidade, 0 método da invenção compreende a adição do produto da invenção em um fluido de perfuração à base de sintético ou óleo para facilitar a emulsificação do fluido de perfuração ou a formação de emulsões inversas.
Foram conduzidos experimentos que demonstram ou, ainda, exemplificam a invenção. Várias formulações de fluidos de perfuração à base de óleo ou sintético foram preparadas, tipicamente aquelas usadas no campo, e todas delas compreenderam emulsões inversas. Especificamente, amostras de fluidos de perfuração foram preparadas compreendendo uma base de óleo diesel ou sintético, na qual aditivos foram adicionados, incluindo o produto da invenção ou um emulsificante conhecido para a comparação, como indicado nas Tabelas 1-12 abaixo. Amostras diferentes foram submetidas a condições distintas, como temperaturas altas ou laminação a quente, ou outros aditivos ou contaminantes, como, por exemplo, água salgada ou sólidos de perfuração simulados, para a comparação de desempenho e propriedades. Os resultados dos testes tabulados nas Tabelas 1-4 são apresentados em gráfico nas Figuras 1 e2.
Como usados nas tabelas, os seguintes compostos ou produtos possuem os significados indicados abaixo: SF BASE™ é uma base de óleo sintético para fluidos de perfuração usada tipicamente em sistemas de lama de perfuração, tal como PETROFREE®SF, disponível ma Halliburton Energy Services, Inc. em Houston, Texas; LE BASE™ é uma base de óleo sintético para fluidos de perfuração usada tipicamente em sistemas de lama de perfuração tal como PETROFREE® LE; GELTONE® II é uma argila tipo orgânica para melhorar as características de viscosidade; SUSPENTONE® é uma argila orgânica para melhorar a capacidade de um fluido de perfuração para suspender cascalhos de perfuração; INVERMUL® é um emulsificante; EZ MUL® é um emulsificante; LE SUPERMUL® é um emulsificante; LE MUL® é um emulsificante; DRILTREAT™ é um agente umectante; DEEP-TREAT™ é um agente umectante; BAROID® é barita, um agente elevador de peso; DURATONE® HT é um agente de controle de filtração; e BDF-258™ é o produto da invenção.
Todas as marcas comerciais são de propriedade da Halliburton Energy Services, Inc. e todos os produtos estão disponíveis na Halliburton Energy Services, Inc. em Houston, Texas.
Estes resultados experimentais mostram que o produto dessa invenção possui capacidades de formação de emulsão comparáveis com ou melhores do que as dos emulsificantes da técnica anterior em apenas cerca de um terço da concentração e que o produto da invenção melhora a estabilidade elétrica do fluido de perfuração até mesmo após uma fadiga térmica. Estes resultados também mostram que o produto da invenção confere propriedades de filtração muito lenta aos fluidos de perfuração. Em adição, o produto da invenção proporciona controle de filtração significativamente melhor do que os emulsificantes convencionais, especialmente quando usado com um agente umectante, até mesmo após a contaminação com sólidos e salmoura. Ainda mais, os testes mostraram que nenhum aditivo de controle de perda de fluido foi necessário para as mesmas propriedades de filtração que os emulsificantes da técnica anterior quando o produto da invenção era utilizado. Os ditos testes também indicaram que o produto da invenção desempenha bem com outros produtos emulsificantes, o que deve permitir tratamentos de manutenção mais simples em fluidos à base de sintético ou óleo quando se emprega o produto da invenção.
No método da invenção, o produto da invenção é adicionado a um fluido de perfuração à base de sintético ou óleo ou fluido de perfuração compreendendo uma emulsão inversa para melhorar ou facilitar emulsificação do fluido de base de sintético ou óleo. A descrição da invenção acima é destinada a ser uma descrição das modalidades preferidas. Várias mudanças nos detalhes do produto e do método descritos podem ser realizadas sem se afastar do escopo pretendido da presente invenção como definido pelas reivindicações anexas.

Claims (33)

1. Fluido dc perfuração, caracterizado por compreender uma base de sintético ou óleo e compreender adicionalmente uma mescla de uma poliainida terminada com ácido carboxílico e uma mistura produ/idu pela reação de Diels-Alder de dienófilos com uma mistura de ácidos graxos e de ácidos resinosos.
2. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo falo de que os dienófilos são selecionados a partir do grupo consistindo dc ácidos earboxílicos, ácidos policarboxílicos, anidridos dc ácido e misturas dos mesmos.
3. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dc que a mistura dc ácidos graxos e ácidos resinosos é derivada da destilação de breu líquido.
4. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que os dienófilos são anidridos rnaleicos.
5. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação I. £ãfíí£tÊÕS8ílS pelo fato de que a mistura possui uma razão de ácidos graxos para ácidos resinosos variando de 4:1 a 1:1.
6. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação I. earaçtenzado pelo falo de que a mistura possui uma razão de ácidos graxos para ácidos resinosos de 2:1.
7. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação I. caracterizado pelo fato de que a razão de poliamida para a referida mistura é de 1:5 a 1:1.
8. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação I. caracterizado pelo fato dc que a razão dc poliamida para a referida mistura c de 1:2 a 1:3.
9. Fluido de perfuração, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que a mescla c sapnnifícada.
10. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que saponificação é efetuada com cloreto de cálcio, cal, cal viva ou outras fontes de cátions de cálcio.
11. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a saponificação ocorre in situ.
12. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a saponificação ocorre antes da referida mescla ser adicionada no fluido de perfuração.
13. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente cal, cloretos de cálcio, cal viva ou outros agentes de saponificação.
14. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente agentes umectantes.
15. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mescla proporciona controle de filtração.
16. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mescla proporciona emulsificação.
17. Ruído de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mescla proporciona estabilidade elétrica.
18. Método para a perfuração de um poço em uma formação subterrânea, método este caracterizado por compreender empregar um fluido de perfuração à base de sintético ou óleo compreendendo uma emulsão inversa e um aditivo compreendendo uma mescla de uma poliamida terminada com ácido carboxüico e uma mistura produzida através da reação de Diels-Alder de compostos ou reagentes com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos, em que ditos compostos ou reagentes são selecionados do grupo que consiste em ácidos carboxüicos, ácidos policarboxílicos, e anidridos de ácido, e suas combinações ou misturas.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a mistura de ácidos é compreendida de ácidos graxos e ácidos resinosos derivados da destilação de breu líquido.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a dita mistura possui uma razão de ácidos graxos para ácidos resinosos variando de 4:1 a 1:1.
21. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a dita mistura possui uma razão de ácidos graxos para ácidos resinosos de 2:1.
22. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a razão de poliamida para a referida mistura é de 1:5 a 1:1.
23. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a razão de poliamida para a referida mistura é de 1:2 a 1:3.
24. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a mescla é saponificada.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a mescla é saponificada com cloreto de cálcio, cal, cal viva, ou outras fontes de cátions de cálcio.
26. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a saponificação ocorre in situ.
27. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a saponificação ocorre antes daquela mescla ser adicionada no fluido de perfuração.
28. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a mescla de uma poliamida terminada com ácido carboxüico e uma mistura produzida pela reação de Diels-Alder de dienófilos com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos melhora ou facilita a emulsificação do fluido de perfuração.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que os dienófilos são selecionados a partir do grupo que consiste em ácidos carboxüicos, ácidos policarboxüicos, anidridos de ácido, e suas combinações ou misturas.
30. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a mescla de uma poliamida terminada com ácido carboxüico e uma mistura produzida pela reação de Diels-Alder de dienófilos com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos melhora as propriedades de filtração do fluido de perfuração.
31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que os dienófilos são selecionados a partir do grupo que consiste em ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, anidridos de ácido, e suas combinações ou misturas.
32. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a mescla de uma poliamida terminada com ácido carboxüico e uma mistura produzida pela reação de Diels-Alder de dienófilos com uma mistura de ácidos graxos e ácidos resinosos melhora a estabilidade elétrica do fluido de perfuração.
33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que os dienófilos são selecionados a partir do grupo que consiste em ácidos carboxüicos, ácidos policarboxüicos, anidridos de ácido, e suas combinações ou misturas.
BRPI0213837-9A 2001-10-31 2002-10-29 Fluido de perfuração, e, método para a perfuração de um poço em uma formação subterrânea BR0213837B1 (pt)

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