BR102018016377A2 - Fluido de perfuração microemulsionado (o/a) a base de água, óleo de pinho e polissorbato 80 - Google Patents

Abstract

fluido de perfuração microemulsionado (o/a) a base de água, óleo de pinho e polissorbato 80 a presente invenção refere-se à composição de um fluido de perfuração desenvolvido a partir de um sistema microemulsionado que compreende uma mistura formada por 3 constituintes: uma fase aquosa (água), uma fase oleosa (óleo vegetal) e um tensoativo não iônico. além disso, são adicionados aditivos para que o sistema microemulsionado tenha características físico-químicas e reológicas de um fluido de perfuração de poços. o fluido de perfuração à base da microemulsão da presente invenção possui menor custo que os fluidos drill-in, baixa toxicidade, alta lubricidade, baixa perda de filtrado e, além disso, apresentou estabilidade e alta viscosidade com uso de uma quantidade reduzida de viscosificante. a estabilidade agregada pela microemulsão e as propriedades obtidas o capacitam a ser utilizado como fluido para perfurar a formação produtora (drill-in), em substituição aos fluidos base água e base óleo.

Description

“FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80” [001] A presente invenção refere-se ao desenvolvimento de um fluido de perfuração à base de microemulsão O/A caracterizado como um fluido apropriado para ser usado na perfuração de poços da indústria de petróleo, especialmente para perfuração da formação produtora.

[002] A etapa de perfuração de um poço representa um dos maiores custos na indústria de petróleo. Na perfuração rotativa, as rochas são perfuradas pela ação da rotação e peso aplicado à broca, que se localiza no fim da coluna de perfuração. Os pedaços rochosos são removidos através da ação contínua de um fluido de perfuração.

[003] O American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo - API) considera fluido de perfuração qualquer fluido circulante capaz de tornar a operação de perfuração viável. Do ponto de vista químico, eles podem assumir aspectos de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo do estado físico dos componentes. Do ponto de vista físico, os fluidos de perfuração assumem comportamentos de fluidos não-newtonianos, ou seja, a relação entre a taxa de cisalhamento e a taxa de deformação não é constante.

[004] O início da preocupação com a escolha e formulação do fluido datam de 1901, anterior à própria indústria de petróleo. Atualmente, para quantificar o desempenho de um fluido é necessário a avaliação de todos os parâmetros chaves da perfuração e seus custos associados, bem como o impacto ambiental gerado. A minimização dos efeitos ambientais da perfuração afeta diretamente a escolha dos aditivos e do sistema do fluido de perfuração.

[005] Além disso, no Brasil os poços possuem geometria complexa, envolvendo trechos de alta inclinação e horizontais de grande afastamento, dificultando, assim, o uso de tecnologia estrangeira e aumentando a necessidade de desenvolvimento de tecnologia nacional específica para este tipo de poço e que atenda aos requisitos ambientais.

[006] Quando são necessários melhores resultados das propriedades de estabilidade térmica, lubricidade e estabilização das paredes do poço, os fluidos base óleo são os mais utilizados, porém estes apresentam desvantagens em relação aos custos elevados, necessidade de manejo especial e relativo às restrições ambientais. Em oposição, os fluidos a base de água são adequados segundo as restrições ambientais e a viabilidade econômica, no entanto, apresentam maior reatividade com folhelhos, podendo provocar danos à formação.

[007] Com isso, o desenvolvimento de novos fluidos de perfuração precisa abranger a características dos sistemas de fluidos de base aquosa em relação à baixa toxicidade, porém precisa apresentar características específicas de fluidos de base óleo, com o intuito de aperfeiçoar a perfuração. Nesse contexto, enquadram-se pesquisas envolvidas na formulação de fluidos específicos para perfurar a formação produtora (drill-in), que possuam as características de ambos os tipos de fluido e que possuam baixo custo.

[008] Os sistemas microemulsionados são bastante aplicados em diversas áreas das indústrias, por serem termodinamicamente estáveis, de fácil preparo, espontâneos, transparentes, de baixa viscosidade e por facilitarem a solubilização de diversos compostos.

[009] As microemulsões são definidas como sistemas de alta agregação, nas quais água e óleo são homogeneamente misturados devido à presença de substâncias anfifílicas chamadas de tensoativos.

[010] Os tensoativos ou surfactantes são substâncias anfifílicas naturais ou sintéticas, que possuem em sua estrutura uma parte hidrofóbica (cauda apolar) e uma parte hidrofílica (cabeça polar).

[011] Os tensoativos iônicos em meio aquoso dissociam-se, apresentando cargas elétricas na parte hidrofílica, formando íons carregados negativamente, chamados de tensoativos aniônicos, ou íons carregados positivamente, chamados tensoativos catiônicos. Os tensoativos não iônicos não apresentam íons em solução aquosa e sua solubilidade em água se deve à presença, em suas moléculas, de grupamentos funcionais que possuem forte afinidade pela água. Os tensoativos anfóteros dependem do pH do meio para serem aniônicos (pH entre 9 e 10) ou catiônicos (pH entre 4 e 9).

[012] A formação da microemulsão geralmente envolve a combinação de três a quatro componentes, tais como tensoativo, fase aquosa, fase oleosa e, quando necessário, o cotensoativo. A principal característica do sistema é formar espontaneamente a fase interna por homogeneização suave dos componentes da formulação. A maneira mais comum de representar as microemulsões é através de diagramas de fases ternários, quaternários ou pseudoternários.

[013] Com o intuito de substituir os fluidos a base de água e a base de óleo, desenvolveu-se a presente invenção, um fluido de perfuração constituído de óleo microemulsionado em água, com custos mais baixos, alta lubricidade, estabilidade, baixa toxicidade e baixo volume de filtrado.Os constituintes utilizados nos sistemas microemulsionados são biodegradáveis, provocando menores danos ao ambiente, e a água presente no fluido está presa dentro da estrutura microemulsionada, não permitindo sua interação com os folhelhos reativos.

[014] Além disso, a microemulsão agrega estabilidade ao fluido, com isso, durante as paradas de circulação, os fluidos mantêm os cascalhos em suspensão por mais tempo e, ao fazer uso de tensoativos, reduz-se a tensão superficial, provocando um menor torque e uma maior potência efetiva da broca.

[015] Hayes, et. al. (1977), em sua patente US Pat. 4012329, inventou um fluido de perfuração composto por uma microemulsão de óleo contendo sulfonato de sódio, água, hidrocarboneto, bentonita e, opcionalmente, co-surfactante. Os requerentes descobriram um fluido microemulsionado óleo-externo que conduz corrente elétrica, com adequada viscosidade, força gel, e baixa perda de filtrado característica. Além disso, é mais econômico que os fluidos convencionais de emulsão água em óleo, é estável em uma longa faixa de condições salinas, é resistente à corrosão, tem características de lubricidade desejáveis, uma concentração relativamente alta de água, que permite fluidos de perfuração mais econômicos, e que exibe características incomuns de ter propriedades reológicas mais favoráveis com o aumento da temperatura da microemulsão.

[016] Davies, et. al. (1997), em sua patente US Pat. 5652200, estudou a aplicação de uma emulsão fina, ou uma microemulsão, ou uma fase micelar como aditivos para uso em fluidos de perfuração base água, os quais mostraram reduzir a probabilidade da prisão diferencial do tubo de perfuração, ferramentas de exploração ou tubos em espiral ao perfurar poços de petróleo ou de gás ou similares. A microemulsão atua na diminuição das partículas do reboco, bloqueando os poros e diminuindo a perda de filtrado; e o tensoativo adsorve sobre as superfícies de argilas e minerais, permitindo um empacotamento mais eficiente, com rebocos menos permeáveis, inibindo a perda de fluido e o crescimento do reboco.

[017] Curbelo, et al. (2009), em sua patente PI 0908661-7 desenvolveu um fluido de perfuração para poços petrolíferos a base de glicerina, com um sistema microemulsionado composto de glicerina como fase aquosa, óleo de coco como fase oleosa e um tensoativo aniônico.

[018] Quintero, et al. (2015), em sua patente US Pat. 0031588 A1, formulou um fluido espaçador utilizado para remover ou limpar fluidos de perfuração baseados em óleo (OBM) ou fluidos de base sintética (SBM) de um poço depois da perfuração. O sistema de limpeza se baseia em nanoemulsões, miniemulsões, microemulsões em equilíbrio com o óleo ou água em excesso, ou ambos (Winsor III), ou microemulsões de uma fase (Winsor IV) formadas in situ em fluidos comprimidos. O fluido espaçador é composto de, pelo menos, um surfactante, opcionalmente um viscosificante, e água ou salmoura. Uma vez que a amostra é bombeada para o fundo do poço e entra em contato com o OBM, o óleo e os componentes oleosos do OBM se emulsionam no espaçador, formando uma emulsão in situ no poço. As partículas, e outros restos, também se removem por meio deste método. Percebeu-se que a eficiência de limpeza alcançada era superior às obtidas pelos métodos anteriores.

[019] Curbelo, et al. (2016), em sua patente BR 1020160190487, desenvolveram fluidos de perfuração microemulsionados, composto por água e glicerina, como fase aquosa, óleo vegetal, como fase oleosa e tensoativo iônico e não iônico. Para aditivar o fluido, foram utilizados goma xantana, NaCl, HP-amido, triazina, baritina, NaOH, água e antiespumante. Os fluidos obtidos apresentaram grande tolerância à contaminação por sal, alta viscosidade, baixa perda de filtrado, desempenho satisfatório em temperaturas elevadas, grande estabilidade e baixa toxicidade ao meio ambiente.

[020] Portanto, o fluido objeto desta patente, pode ser considerado como uma extensão do fluido desenvolvido por Curbelo, et al. (2016), em sua patente BR 1020160190487. No entanto, o fluido em estudo apresenta menor custo na composição, por utilizar apenas água como fase aquosa e baixos custos na fabricação, por possuir menor tempo de preparo. Além disso, não utiliza a goma xantana e possui melhores resultados de filtrado API, maior viscosidade, e mesma toxicidade e estabilidade.

[021] Destaca-se que a faixa de aplicação da presente invenção é tão ampla quanto possível, mas, em particular, é aplicável para perfuração de poços onshore, offshore e em poços de águas profundas.

[022] O fluido de perfuração microemulsionado da presente invenção contém a microemulsão O/A como base do fluido, composta por água, óleo vegetal e tensoativo não iônico; e os seguintes aditivos: bentonita, NaCl, HP-amido, Baritina e água.

[023] Foram efetuadas as medidas de viscosidade no viscosímetro Fann 35 A, utilizado para medir a viscosidade aparente (VA) e plástica (VP), o limite de escoamento (LE), medidas de gel inicial (G0) e gel final (Gf) dos fluidos de perfuração.

[024] O ensaio de perda de fluido foi realizado através de filtração estática em células de filtração API (American Petroleum Institute).

[025] A mero título de exemplo, para uma melhor compreensão da presente invenção, são apresentadas as características do fluido de perfuração à base de microemulsão óleo em água, objeto da presente invenção, não devendo, contudo, serem utilizados com o intuito de limitar os objetos descritos. Desta forma, não podem de forma alguma serem consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.

[026] A Figura 1 mostra o diagrama ternário para a água, óleo de pinho e Tween 80. A nomenclatura WIV representa a região de microemulsão. Enquanto que a Figura 2 apresente a viscosidade aparente versus a taxa de deformação.

[027] Para este fluido, a massa específica foi de 1,065 g/cm3. A VA foi de 143,83 cP, a VP foi de 101,17 cP, o LE de 85,3 lbf/100 ft2, G0 de 5,17 lbf/100 ft2 e Gf de 9 lbf/100 ft2. A alta viscosidade dos fluidos O/A (óleo microemulsionado em água) tem uma utilidade particular em reservatórios à altas temperaturas, isto é, temperaturas superiores a 200°F, em que a microemulsão continua estável, mas a viscosidade é substancialmente reduzida e a força gel melhorada.

[028] O volume de filtrado obtido, após um período de filtração de 30 minutos e pressão de 100 psi, foi de apenas 0,5 mL. Este baixo volume de filtrado pode ser explicado pela estrutura da microemulsão ser formada por componentes de menor escala que os controladores de filtrado poliméricos utilizados, de forma que ela bloqueia os poros no reboco do fluido de perfuração, diminuindo a perda de filtrado e o crescimento do reboco. Além disso, o tensoativo adsorve preferencialmente sobre as superfícies de argilas e minerais, logo, ele permite o empacotamento mais eficiente e, assim, reboco menos permeável, o que inibe a perda de fluido e o crescimento do reboco.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80” caracterizado por um fluido de perfuração à base de microemulsão de óleo em água para poços petrolíferos composto por uma fase aquosa (fase polar), uma fase oleosa (fase apolar), tensoativo não iônico e aditivos.

2. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fase aquosa compreender água dura ou água destilada com teor de 0,0% a 60,0% em peso.

3. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo óleo vegetal ser biodegradável e compreender a fase oleosa e tendo o seu teor, nesta fase, compreendendo entre 0,0% e 70,0% em peso.

4. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pela fase oleosa adotar óleo de origem vegetal, preferivelmente o óleo de pinho.

5. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tensoativo ser não iônico e biodegradável.

6. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelos tensoativos não iônicos poderem ser monolaurato de sorbitan etoxilado ou monooleato de sorbitan etoxilado, denominados comumente como Tween 20 e Tween 80, respectivamente.

7. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com as reivindicações 1, 5 e 6, caracterizado pelo teor de tensoativo compreender entre 40,0% e 100,0% em peso da microemulsão.

8. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado pelo fluido de perfuração possuir um coeficiente de lubricidade inferior aos dos fluidos de base óleo.

9. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado pelo fluido de perfuração possuir um volume de filtrado inferior a 2,0 mL.

10. “FLUIDO DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADO (O/A) A BASE DE ÁGUA, ÓLEO DE PINHO E POLISSORBATO 80”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado pelo fluido de perfuração ser capaz de suspender os cascalhos durante as paradas de circulação e remover os cascalhos de maneira contínua durante a perfuração.