BR102019002052A2

BR102019002052A2 - Composição viscoelástica apropriada para uso como um agente de dispersão e processo

Info

Publication number: BR102019002052A2
Application number: BR102019002052-0A
Authority: BR
Inventors: Jaqueline Martins De Paulo; Rodrigo Balloni Rabelo; Marilia Aparecida De Andrade; Olivia Cueva Candido Poltronieri; Conrado Gerard Ewbank; Camila Oliveira Guimarães; Erica Regina Buratini; Hisham Nasr-El-Din; Ahmed Farid Ibrahim
Original assignee: Oxiteno S.A. Indústria E Comércio
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-11
Also published as: WO2020157537A1; AR116942A1; US20220064519A1

Abstract

são divulgadas composições viscoelásticas apropriadas para uso como agentes de dispersão em um processo para a acidificação de uma formação subterrânea de campo de óleo a base de carbonato. as composições compreendem água, uma betaína de amidoamina a base de ácido graxo de talóleo (tofa), um álcool c1-c4, e propilenoglicol. a invenção inclui um processo de acidificação que utiliza um ácido mineral e uma quantidade eficaz de uma composição viscoelástica. as composições viscoelásticas dissipam de forma eficaz o fluxo de ácido, otimizando assim a utilização do ácido e minimizando o ácido gasto. as composições desenvolvem completamente formações, estabilizam e/ou promovem a formação de micelas vermiformes, e mantêm uma viscosidade alta estável durante um processo de acidificação. surpreendentemente, as composições têm um bom desempenho em altas doses de surfactante, altas pressões, e temperaturas superiores a 350 °f. as composições podem tolerar níveis de inibidores de corrosão superiores às alternativas conhecidas e podem ser usadas em formações com teores de íon férrico superiores a 10.000 ppm.

Description

COMPOSIÇÃO VISCOELÁSTICA APROPRIADA PARA USO COMO UM AGENTE DE DISPERSÃO E PROCESSO

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção diz respeito a composições viscoelásticas úteis como agentes de dispersão para a acidificação de formações subterrâneas ricas em carbonato.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] A acidificação de matriz é um processo eficaz de estimulação de poços que reduz danos em formações subterrâneas ricas em carbonato. A mistura de acidificação é injetada a uma pressão abaixo da pressão de fraturamento para dissolver materiais que obstruem os poros no arenito ou para criar novos buracos de minhoca em formações de carbonatos. O ácido clorídrico (HCl) é comumente usado em razão de sua disponibilidade e baixo custo. Em formações heterogêneas, polímeros e/ou surfactantes são incluídos para dispersar o fluxo de ácido para maximizar os benefícios da acidificação.

[0003] Os surfactantes viscoelásticos são usados para acidificação de matriz, e eles são mais fáceis de limpar e misturar se comparados a sistemas de ácidos in-situ baseados em polímeros. Os surfactantes viscoelásticos formam géis em meios aquosos em baixas temperaturas, e as misturas retêm uma viscosidade e viscoelasticidade muito altas em temperaturas superiores a 80 °C.

[0004] Durante a acidificação dos carbonatos com surfactantes viscoelásticos, as concentrações de cloreto de cálcio e cloreto de magnésio aumentam. Isso promove a conversão de micelas esféricas em estruturas vermiformes que se emaranham para formar uma rede tridimensional (vide, por exemplo, T. McCoy et al., J. Colloid Interface Sci. 534 (2019) 518). Consequentemente, a viscosidade aparente da solução aumenta, o que é útil para desenvolver a formação.

[0005] Sistemas de surfactantes viscoelásticos geralmente apresentam desempenho reduzido quando são incluídos inibidores de corrosão. Geralmente, não mais do que aproximadamente 2% vol. de um inibidor de corrosão podem ser tolerados sem que a estabilidade de viscosidade seja sacrificada. Outros aditivos ou contaminantes comumente presentes em formações, por exemplo, íon férrico, também podem limitar o desempenho de sistemas de surfactantes viscoelásticos.

[0006] Diversas classes de surfactantes viscoelásticos são atualmente usadas como agentes dispersores de ácido: catiônicos, a base de óxido de amina, e a base de betaína ou sultaína (ou seja, sulfobetaína). As patentes dos EUA de números US 8.887.804; US 9.034.806; US 9.341.052; US 9.080.095; US 7.119.050; e US 7.341.980 são representativas. Os surfactantes a base de betaína são estáveis em salmouras e possuem uma carga positiva permanente independentemente do pH. As composições reportadas incluem betaínas de amidoamina de ácido oleico puro ou de ácidos graxos da soja. Esses surfactantes podem se degradar durante o uso em temperaturas superiores a 80 °C ou 100 °C em reservatórios de óleo salino, anulando assim qualquer vantagem de viscosificação do fluido motriz.

[0007] As betaínas de diversos ácidos graxos, incluindo ácidos graxos de talóleo (TOFA), são usadas para recuperação de óleo, especialmente recuperação aprimorada de óleo (vide, por exemplo, as patentes dos EUA de números US 7.373.977 e US 7,556,098), mas composições de betaína a base de TOFA aparentemente não foram sugeridas para uso em acidificação de matriz.

[0008] A indústria se beneficiaria de novas composições viscoelásticas apropriadas para o uso em acidificação de matriz. Composições preferenciais desviariam o fluxo de ácido para otimizar a utilização do ácido e o desenvolvimento da formação, estabilizar e/ou promover a formação de micelas vermiformes, e manter uma viscosidade alta estável durante um processo de acidificação. Idealmente, as composições poderiam ser usadas em condições de tensão de dosagem de surfactante tão baixas quanto 4% vol., pressões tão altas quanto 400 psi e temperaturas superiores a 350 °F. Composições que podem tolerar altos níveis de inibidores de corrosão e complicações específicas da formação, tal como alto teor de íons férricos, são necessárias.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0009] Em um aspecto, a invenção diz respeito a uma composição viscoelástica que é apropriada para uso como um agente de dispersão em um processo para a acidificação de uma formação de campo de óleo subterrânea a base de carbonato. A composição compreende: (a) de 20 a 35% em peso de uma betaína de amidoamina a base de ácido graxo de talóleo (TOFA); (b) de 5 a 10% em peso de um álcool C1-C4; (c) de 10 a 20% em peso de propilenoglicol; e (d) de 30 a 60% em peso de água. Esses valores de procentagem em peso se baseiam na quantidade da composição viscoelástica.

[0010] Em um aspecto particular, a betaína de amidoamina a base de TOFA possui a estrutura:

em que n possui um valor de 1 a 4, R é uma cadeia de ácidos graxos saturados ou insaturados do talóleo, R1 e R2 são independentemente metila ou etila, M é um cátion de metal alcalino ou cátion de amônio, e em que a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 5 a 10% em peso de ácido palmítico, de 35 a 55% em peso de ácido oleico, e de 30 a 45% em peso de ácido linoleico, com os referidos valores de % em peso baseados na quantidade de TOFA.

[0011] Em outros aspectos, a invenção diz respeito a um processo de acidificação. O processo compreende a acidificação de uma formação subterrânea de campo de óleo rica em carbonato com um meio de acidificação compreendendo um ácido mineral e uma quantidade eficaz das composições viscoelásticas descritas acima.

[0012] As composições viscoelásticas da invenção são valiosas para acidificação de matriz de formações subterrâneas ricas em carbonato. Nós constatamos que as composições dissipam de forma eficaz o fluxo de ácido, otimizando assim a utilização do ácido e minimizando o ácido gasto. As composições promovem a formação de canais vermiformes e mantêm uma viscosidade alta estável durante um processo de acidificação. Surpreendentemente, as composições têm um bom desempenho em condições de tensão de dosagem de surfactante tão baixas quanto 4% vol., pressões tão altas quanto 400 psi e temperaturas superiores a 350 °F. As composições podem tolerar níveis mais altos de inibidores de corrosão do que as alternativas conhecidas e podem ser usadas em formações com teores de íon férrico superiores a 10.000 ppm.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Fig. 1 mostra os resultados de um experimento individual usando um viscosímetro Graves HPHT M5600, em que a composição viscoelástica inclui uma betaína de amidoamina de TOFA e 6,0% vol. de uma composição viscoelástica são usados juntamente com 2,0% vol. do inibidor de corrosão e 20% em peso de CaCl2 a 400 psi e 250 °F a uma taxa de cisalhamento de 100 s-1. Vide o Exemplo 4.
A Fig. 2 é uma vista esquemática do dispositivo usado para experimentos de coreflood.
A Fig. 3 mostra os resultados da queda de pressão de um experimento de coreflood usando uma composição viscoelástica comercial a base de sultaína.
A Fig. 4 mostra os resultados da queda de pressão de um experimento de coreflood usando a composição viscoelástica de betaína de amidoamina de TOFA.
A Fig. 5A é uma varredura de tomografia computadorizada (TC) mostrando o caminho de dispersão do ácido usando uma composição viscoelástica comercial a base de sultaína.
A Fig. 5B é uma varredura de TC mostrando o caminho de dispersão do ácido usando a composição viscoelástica de betaína de amidoamina de TOFA.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0013] Em um aspecto, a invenção diz respeito a uma composição viscoelástica apropriadas para uso como um agente de dispersão em um processo para a acidificação de uma formação de campo de óleo subterrânea a base de carbonato. A composição compreende uma betaína de amidoamina a base de TOFA, um álcool C1-C4, propilenoglicol e água.

A. Composição viscoelástica 1. Betaína de amidoamina a base de TOFA

[0014] As composições viscoelásticas incluem de 20 a 35% em peso ou de 20 a 30% em peso (com base na quantidade da composição viscoelástica) de uma betaína de amidoamina a base de TOFA.

[0015] “TOFA” se refere ao ácido graxo de talóleo, um produto feito por destilação a vácuo de talóleo cru (CTO). A depender da fonte do CTO e dos meios e das condições de purificação, o produto TOFA conterá proporções variáveis de ácidos graxos (o componente principal), ácidos resínicos (principalmente ácido abiético e seus isômeros), álcoois graxos, esterois e outros componentes.

[0016] Os principais componentes de ácidos graxos de TOFA incluem ácido oleico (C18, monoinsaturado), ácido linoleico (C18, diinsaturado) e ácido palmítico (C16, saturado). Outros componentes de ácidos graxos, tais como ácidos saturados C16 ramificados e ácido esteárico (C18, saturado), estão geralmente presentes em menor proporção.

[0017] Em alguns aspectos, o TOFA usado para produzir a betaína de amidoamina a base de TOFA compreende de 5 a 10% em peso de ácido palmítico, de 40 a 55% em peso de ácido oleico e de 35 a 45% em peso de ácido linoleico, com os referidos valores de % em peso baseados na quantidade de TOFA.

[0018] Em comparação com o teor de ácidos graxos da maioria dos outros óleos naturais (por exemplo, óleo de soja, óleo de girassol, óleo de canola), e em razão de seu alto teor de ácido oleico e ácido linoleico, o TOFA possui um teor de instauração excepcionalmente alto. Tipicamente, de 90 a 98% em peso do TOFA é insaturado.

[0019] Procedimentos químicos conhecidos são usados para converter TOFA em uma amidoamina a base de TOFA (vide, por exemplo, as patentes dos EUA de números US 7.373.977 e US 7.556.098, cujos ensinamentos são incorporados aqui por referência). A reação do TOFA com uma amidoamina (tal como DMAPA (N,N-dimetil-3-aminopropilamina), N,N-dimetil-2-aminoetilamina, ou N,N-dimetil-4-aminobutil-amina) é realizada pelo aquecimento dos reagentes a uma temperatura elevada com remoção de água até que um número de acidez alvo seja atingido, seguida por dessorção a vácuo para remover DMAPA não reagido. A reação pode ser realizada na presença de ácido hipofosfórico para minimizar o desenvolvimento de cor.

[0020] A conversão da amidoamina a base de TOFA na betaína correspondente também é realizada usando procedimentos químicos conhecidos (vide, por exemplo, as patentes dos EUA de números US 7.373.977 e US 7.556.098, cujos ensinamentos são incorporados aqui por referência. A amidoamina a base de TOFA é combinada com água, propilenoglicol e monocloroacetato de sódio e aquecida na presença suficiente de um hidróxido de metal alcalino, preferencialmente hidróxido de sódio, para manter o pH > 9. O produto de betaína resultante pode ser usado sem purificação adicional para produzir uma composição viscoelástica inventiva.

[0021] Em alguns aspectos, a betaína de amidoamina a base de TOFA possui a estrutura:

em que n possui um valor de 1 a 4, R é uma cadeia de ácidos graxos saturados ou insaturados do talóleo, R1 e R2 são independentemente metila ou etila, M é um cátion de metal alcalino ou cátion de amônio. De forma consistente com a natureza do talóleo, R normalmente terá uma distribuição de cadeias de carbono saturadas e insaturadas de diversas extensões. A maioria das cadeias terá de 8 a 30 carbonos, ou de 12 a 24 carbonos, ou de 16 a 18 carbonos. Os resíduos de ácido presentes são decorrentes, em muitos aspectos, principalmente do ácido esteárico, ácido palmítico, ácido oleico, ácido linoleico, e ácido linoleico. Preferencialmente, a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 5 a 10% em peso de ácido palmítico, de 35 a 55% em peso de ácido oleico, e de 30 a 45% em peso de ácido linoleico, em que os referidos valores de porcentagem em peso se baseiam na quantidade de TOFA. Em alguns aspectos, o TOFA também compreende de 1 a 3% em peso de ácido esteárico. Em outros aspectos, a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 6 a 8% em peso de ácido palmítico, de 1,5 a 3% em peso de ácido esteárico, de 40 a 52% em peso de ácido oleico, e de 35 a 42% em peso de ácido linoleico.

2. Álcool C1-C4

[0022] As composições viscoelásticas incluem de 5 a 10% em peso ou de 6 a 9% em peso ou de 6,5 a 8.5% em peso (com base na quantidade da composição viscoelástica) de um álcool C1-C4. Álcoois apropriados C1-C4 incluem metanol, etanol, álcool n-propílico, álcool isopropílico, álcool n-butílico, álcool sec-butílico, e álcool tert-butílico. O etanol é preferido.

3. Propilenoglicol

[0023] As composições viscoelásticas incluem de 10 a 20% em peso ou de 12 a 18% em peso ou de 13 a 16% em peso (com base na quantidade da composição viscoelástica) de propilenoglicol.

[0024] A razão de peso de propilenoglicol para o álcool C1-C4, preferencialmente etanol, está dentro da faixa de 3,0:1 para 1.5:1, ou dentro da faixa de 2.5:1 para 1,8:1.

4. Água

[0025] As composições viscoelásticas incluem de 30 a 60% em peso ou de 35 a 55% em peso ou de 40 a 52% em peso (com base na quantidade da composição viscoelástica) de água.

B. Processo de acidificação

[0026] Em alguns aspectos, a invenção diz respeito a um processo de acidificação de matriz. O processo compreende a acidificação de uma formação subterrânea de campo de óleo rica em carbonato com um meio de acidificação compreendendo um ácido mineral e uma quantidade eficaz de uma composição viscoelástica inventiva conforme descrita acima.

[0027] A acidificação é um processo de estimulação de poços. A introdução do ácido desencadeia uma reação com rocha rica em carbonato para criar canais dentro dos poros da formação através dos quais óleo adicional pode passar e ser recuperado. Antes da recuperação de óleo, os canais são criados com ácido e a tortuosidade é aumentada com a ajuda da composição viscoelástica.

[0028] Ácidos minerais apropriados incluem o ácido clorídrico, o ácido sulfúrico, o ácido fosfórico, o ácido nítrico, e semelhantes. O ácido clorídrico é preferido. Tipicamente, o ácido será diluído de 1 a 20% em peso ou de 5 a 15% em peso antes do uso.

[0029] No processo de acidificação, a composição viscoelástica é dosada para uma formação em um nível desejado, tipicamente dentro da faixa de 4 a 10% vol., ou de 6 a 8% vol., com base nas quantidades combinadas do meio de acidificação e composição viscoelástica.

[0030] A acidificação é realizada em qualquer temperatura conveniente, tipicamente em uma temperatura dentro da faixa de 200 °F a 400 °F ou de 250 °F a 350 °F. A acidificação é realizada a qualquer pressão conveniente, tipicamente a uma pressão dentro da faixa de 200 psi a 500 psi, ou de 300 psi a 400 psi.

[0031] As composições viscoelásticas da invenção são apropriadas para o uso em formações caracterizadas por altos teores de ferro(III), teores relativamente baixos de 1.000 ppm a altos teores de 10.000 ppm ou mais de teor de ferro(III). As composições viscoelásticas atualmente disponíveis toleram apenas aproximadamente 3.000 ppm de teor de ferro(III).

[0032] Em alguns aspectos, o processo de acidificação é realizado na presença de um inibidor de corrosão. Inibidores de corrosão apropriados estão disponíveis comercialmente. Uma vez que os inibidores de corrosão comerciais estão disponíveis em muitas variedades e geralmente possuem múltiplos componentes ativos, pode ser necessário testar o inibidor de corrosão com a composição viscoelástica inventiva para confirmar sua adequabilidade para o uso sob as condições aplicáveis. Isso é deixado ao critério do versado na técnica.

[0033] Os exemplos a seguir ilustram a invenção. O versado na técnica reconhecerá imediatamente uma pluralidade de variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.

Análise do ácido graxo de talóleo (TOFA)

[0034] O TOFA usado para produzir as betaínas de amidopropilaminais é obtido comercialmente e usado como fornecido. A análise de uma amostra revela a seguinte proporção de ácidos graxos:
Ácido palmítico (C16, saturado): 7,9% em peso
Ácidos saturados C16, ramificados: 1,0% em peso
Ácido esteárico (C18, saturado): 2,1% em peso
Ácido oleico (C18, monoinsaturado): 50,2% em peso
Ácido linoleico (C18, diinsaturado): 38,8% em peso

Preparação de uma amidopropylamina a base de TOFA

[0035] O ácido graxo de talóleo (69,4 g, 0,235 mol), a N,N-dimetilaminopropilamina (“DMAPA,” 30,6 g, 0,300 mol), e o ácido hipofosfórico (aproximadamente 2 mg) são carregados em um frasco de fundo redondo equipado com manta de aquecimento, agitador mecânico, termômetro, cabeça de destilação e entrada de nitrogênio. A mistura é aquecida lentamente com agitação a 175 °C-185 °C com remoção da água até que o número de acidez seja inferior a 8 mg KOH/g. O DMAPA não reagido é, então, removido por aquecimento a 180 °C sob vácuo (< 100 mm Hg) por 6-10 h. O produto da amidoamina graxa contém aproximadamente 4% em peso de ácidos graxos livres de TOFA.

Preparação de uma betaína de amidoamina

[0036] Amidopropylamina a base de TOFA (23,0 g, 0,063 mol), água (45,0 g, 2,50 mol), propilenoglicol (14,0 g, 0,184 mol), etanol (9,00 g, 0,195 mol) e monocloroacetato de sódio (8,6 g, 0,074 mol) são carregados em um frasco de fundo redondo equipado com manta de aquecimento, agitador mecânico, termômetro, cabeça de destilação e entrada de nitrogênio. A mistura é aquecida a 90 °C - 95 °C por 5 h na presença suficiente de hidróxido de sódio para manter o pH > 9,0. O produto de betaína resultante é diluído com água e caracterizado. Betaínas: 20-25% em peso; cloreto de sódio: 4,5% em peso; água: 45-50% em peso.

Preparação de uma composição viscoelástica (“VES”)

[0037] Amostras de betaína de amidoamina de TOFA preparadas conforme descrito acima são geralmente usadas “tal como estão” para a composição viscoelástica. Em alguns aspectos, pode ser desejável ajustar a proporção de etanol, propilenoglicol, ou ambos para produzir uma mistura que contenha 40-50% em peso água e uma razão de peso de propilenoglicol para etanol dentro da faixa de 1,5:1 a 3,0:1, onde as quantidades se baseiam na quantidade total de composição viscoelástica.

Avaliação de composições viscoelásticas 1. Preparação do ácido gasto

[0038] A reação de ácido clorídrico com formações subterrâneas ricas em carbonato gera dióxido de carbono e cloreto de sódio. Na presença de um surfactante viscoelástico, as reações fazem com que micelas esféricas se desenvolvam em micelas vermiformes, as quais se emaranham para formar estruturas de rede tridimensional. Como resultado, a viscosidade aparente da solução aumenta. Para imitar este comportamento, as composições viscoelásticas são combinadas em níveis típicos de dosagem (por exemplo, de 4,0 a 6,0% vol. da composição viscoelástica) com cloreto de cálcio (20% em peso, equivalente a aproximadamente 15% em peso HCl), um inibidor de corrosão comercial (de 1,0 a 3,0% vol.) e água deionizada (q.s. para 100% vol.). O pH é ajustado com algumas gotas de HCl entre 4,0 e 5,0. As misturas são centrifugadas a 2500 rpm por 10 min. para remover o ar aprisionado antes dos ensaios.

2. Medições de viscosidade

[0039] Um reômetro de alta pressão, alta temperatura (Reômetro Grace M5600 HPHT) é usado para medir a viscosidade das misturas de ácido gasto em temperaturas que variam de 150 °F a 350 °F a 400 psi e a taxas de cisalhamento de 10 s-1 a 100 s-1. A cada 2 horas de ensaio, são usados aproximadamente 50 mL de amostra recentemente preparada. Em um ensaio bem-sucedido, a composição permanece viscoelástica durante o ensaio com uma viscosidade que é relativamente estável ou que aumenta com o tempo. Em maiores taxas de cisalhamento, as viscosidades são reduzidas, mas na taxa de cisalhamento de 100 s-1, uma viscosidade bem-sucedida de 2 h é de ao menos aproximadamente 100 cP. Resultados representativos aparecem na tabela 1. Ensaios adicionais realizados a 6,0% vol. de VES e 2,0% vol. de um inibidor de corrosão comercial a 250 °F e 100 s-1 fornecem viscosidades de 2 h dentro da faixa de 80 a 250 cP.

[0040] Para detalhes experimentais adicionais, vide A.F. Ibrahim et al., SPE-191606-MS, “Evaluation of New Viscoelastic Sistema de surfactantes in High-A temperatura Carbonates Acidizing”, apresentado na Conferência e Exposição Técnica Anual da SPE, de 24 a 26 de setembro de 2018, Dallas, TX.

[0041] Os exemplos 1 e 2 revelam compatibilidade excelente e um efeito sinergético entre a betaína de amidoamina de TOFA VES e o inibidor de corrosão comercial. Em cada taxa de cisalhamento testada (10 s-1 ou 100 s-1), o valor de viscosidade de duas horas aumenta significativamente com a presença de um inibidor de corrosão comercial. Geralmente, a adição de um inibidor de corrosão reduz a viscosidade sob condições de cisalhamento, mas aqui o oposto é verdadeiro.

[0042] O efeito sinergético também é evidente para uma comparação de experimentos realizada em temperaturas diferentes. Normalmente, é mais difícil manter uma viscosidade alta de duas horas conforme a temperatura é aumentada. O efeito do aumento da temperatura é aparente ao se comparar os exemplos 2 e 3 (viscosidade de 2 h diminui de 220 cP a 150 °F para 180 cP a 200 °F) ou os exemplos 6 e 7 (viscosidade de 2 h diminui de 300 cP a 300 °F para 240 cP a 350 °F). Aqui, embora haja uma diminuição da viscosidade com o aumento da temperatura, a viscosidade geral permanece desejavelmente alta.

[0043] Surpreendentemente, as viscosidades de 2 h geralmente aumentam com o aumento da temperatura e o aumento da concentração do inibidor de corrosão, com a viscosidade de 2 h mais alta de 300 cP ocorrendo a 300 °F e 3,0% vol. de inibidor de corrosão. Isso demonstra sinergia entre o inibidor de corrosão e o sistema de VES da betaína de amidoamina de TOFA.

[0044] O exemplo 4 é adicionalmente ilustrado pela Fig. 1. Para esse experimento, a composição viscoelástica inclui a betaína de amidoamina de TOFA e 6,0% vol. de VES é usado juntamente com 2% vol. do inibidor de corrosão e 20% em peso de CaCl2 a 400 psi. Conforme mostrado na Figura, a taxa de cisalhamento é mantida constante a 100 s-1. A temperatura é elevada rapidamente para 250 °F, onde ela permanece pelo restante do ensaio de 2 horas. A viscosidade permanece alta e relativamente constante a aproximadamente 200 cP. (As quedas bruscas aparentes, por exemplo, em 20 e 70 minutos, are artefatos que podem ser ignorados.)

[0045] O exemplo 5 mostra que o sistema de betaína de amidoamina de TOFA pode tolerar níveis de dosagem significativamente abaixo do valor usual de 6,0% vol. Em apenas 4,0% vol. de VES e 2,0% vol. de inibidor de corrosão a 250 °F (ou seja, condições de relativa tensão), a viscosidade de 2 h a 100 s-1 permanece alta a 250 cP, provendo assim uma oportunidade de economia de custos para o versado na técnica.

Tolerância ao ferro(III)

[0046] A presença de determinados íons em formações subterrâneas pode fazer com que separações de fase indesejáveis ocorram durante a acidificação de matriz. O teor de ferro(iii) pode, por exemplo, impactar adversamente o desempenho de sistemas de surfactantes viscoelásticos.

[0047] Em uma série de experimentos, o ácido clorídrico (15% em peso HCl aq.) é combinado com água, 6,0% vol. de VES a base de betaína de amidoamina de TOFA, e diversas concentrações de cloreto de ferro. Em concentrações de Fe(III) de 5.000 ppm e 10.000 ppm, nenhuma separação de fase é observada, enquanto que a separação de fase é aparente a 15.000 ppm.

[0048] A literatura para o produto ARMOVIS® EHS da AkzoNobel sugere que a separação de fase ocorre com a maioria dos sistemas viscoelásticos convencionais (dosados a 4% em peso de VES) a 3.000 ppm de Fe(III) ou menos, embora seu novo sistema possa aparentemente tolerar pelo menos 9.000 ppm de Fe(III).

Post-flush com solvente mútuo

[0049] Após concluído um processo de acidificação, é necessário decompor os géis para evitar danos à formação, gerar buracos de minhoca limpos, facilitar a recuperação de óleo, e promover a remoção do sistema de surfactante da formação subterrânea. Para isso, é adicionado um “solvente mútuo”.

[0050] A adição de 1,2-butilenoglicol (3,0% vol.) a um sistema de 6,0% vol. de VES nos experimentos acima reduz rapidamente a viscosidade para 0 cP sob condições de ensaio de 250 °F, 100 s-1, e até aproximadamente 20 cP à temperatura ambiente.

Efeito da taxa de propilenoglicol para etanol

[0051] Em outra série de experimentos, a taxa de propilenoglicol para etanol é variada. Para cada experimento, a VES a base de betaína de amidoamina de TOFA é usada a 6% vol. com propilenoglicol e etanol incluídos na proporção mostrada na tabela 2. A viscosidade é, então, avaliada a 400 psi, 200 °F, e a taxa de cisalhamento de 100 s-1. Conforme mostrado na tabela, a taxa de PG/EtOH pode impactar o sucesso ou o fracasso da formulação em alcançar uma viscosidade satisfatória e estável com a Betaína de amidoamina de TOFA.

Experimentos de coreflood

[0052] Para investigar a capacidade do sistema de VES de dispersar fluxo de ácido, são realizados experimentos de coreflood individuais e duplos usando testemunhos de alta e baixa permeabilidade de arenito Indiana. A Fig. 2 mostra um esquema da configuração de coreflood usada. Dois acumuladores de pistão com uma capacidade de 2 l são usados para armazenar o sistema de ácido vivo e água deionizada. A bomba de seringa é usada para injetar as soluções a partir dos acumuladores de pistão. O testemunho é inserido em um suporte de testemunho do tipo Hassler. O regulador de contrapressão é instalado na saída e é controlado usando-se nitrogênio. A contrapressão é ajustada em 1100 psi para garantir que os produtos da reação permaneçam solúveis no ácido gasto. A pressão litostática é ajustada em 1800 psi utilizando-se uma bomba manual. A queda de pressão ao longo do testemunho é monitorada usando-se um transdutor de pressão, o qual é conectado a um computador para registrar os dados por meio do software LabVIEWTM. Para os experimentos duplos de coreflood, a configuração é ajustada para possuir dois suportes de testemunho conectados em série a partir da entrada, dois reguladores de contrapressão, e dois transdutores de pressão.

Preparação do testemunho

[0053] São usados testemunhos de arenito Indiana com uma faixa de permeabilidade de 7 a 150 md. Os testemunhos são secados a 150 °F de um dia para o outro e o peso seco é medido. Os testemunhos são saturados com água deionizada sob vácuo por 4 h e são, então, mantidos submersos em água por 24 h. Os testemunhos são, então, inseridos no suporte de testemunho para medir a permeabilidade inicial à temperatura ambiente.

Preparação de ácido vivo

[0054] Ácido vivo é usado para os experimentos de coreflood. O inibidor de corrosão é adicionado com 1,0% vol. a 3,0% vol. a uma temperatura de 250 °F a 300 °F. A 250 °F, são usados 2,0% vol. do inibidor de corrosão com 3% vol. de ácido fórmico como um intensificador. Um agitador magnético é usado para misturar a solução por 5 min. O ácido clorídrico é, então, adicionado para alcançar 15% em peso de concentração de HCl. O sistema de ácido é misturado por 15 min., e então transferido para o acumulador de ácido. A mistura de ácido é preparada dentro de 0,5 h da sua injeção para minimizar a separação de fase do inibidor de corrosão.

Procedimento de coreflood

[0055] Para experimentos de testemunho único, é usado um testemunho com uma permeabilidade média de 7 md a 1 mL/min e temperaturas de 150 °F a 300 °F. O testemunho é inserido no suporte e o forno é aquecido à temperatura desejada. Água deionizada é injetada a 1 mL/min por 3 h para garantir um sistema estável. Depois disso, o ácido vivo é injetado e amostras de efluente são coletadas a um volume de poro de 0,33. A queda de pressão ao longo do testemunho é monitorada até que ocorra avanço, o que corresponde a uma queda abrupta de pressão ao longo do testemunho. O sistema é, então, lavado com água deionizada e desligado. Os testemunhos são escaneados por tomografia computadorizada (CT), e as amostras de efluente são analisadas usando plasma por acoplamento indutivo (ICP) para determinar as concentrações de Ca+2. Para experimentos de testemunho duplo, são usados testemunhos com um contraste de permeabilidade de 2 a 10.

Resultados dos experimentos de coreflood

[0056] O desempenho do sistema de betaína de amidoamina de TOFA da invenção é comparado ao de um surfactante viscoelástico comercial a base de sultaína.

1. Experimentos de testemunho único

[0057] Para o sistema a base de sultaína (vide Fig. 3), a queda de pressão se estabiliza a 17,5 psi durante a injeção de água deionizada. Quando o ácido alcança a entrada do testemunho, a queda de pressão ao longo do testemunho aumenta em razão da mudança de uma viscosidade da água deionizada para o ácide VES e a reação com a matriz do testemunho. Isso é seguido por três intervalos de aumento e redução da queda de pressão com uma magnitude de flutuação de 5 a 10 psi. Essa flutuação é uma resposta típica para ácidos gelificados in-situ e resulta da dissolução dos minerais de calcita, seguida pela formação de gel e dispersão do ácido. A queda de pressão para zero indica avanço. Volume de ácido injetado no avanço: 0,5 PV.

[0058] Para o sistema de TOFA a base de betaína de amidoamina (Fig. 4), a queda de pressão ao longo do testemunho se estabiliza a 16 psi durante a injeção de DI. Durante a injeção de ácido, são observadas flutuações sucessivas na queda de pressão de até 17 vezes, indicando mais formações de gel e dispersão bem-sucedida de ácido. Volume de ácido injetado no avanço: 0,6 PV.

[0059] As varreduras de TCs dos testemunhos mostram dispersão do buraco de minhoca em ambos os casos. A tortuosidade do buraco de minhoca (extensão do buraco de minhoca/extensão do testemunho) é de 1,8 para a VES a base de amidoamina de TOFA (Fig. 5B) e 1.4 para o sistema a base de sultaína (Fig. 5A). Isso indica maior capacidade de dispersar ácido no sistema de VES da invenção.

[0060] Experimentos adicionais de coreflood são conduzidos a 250 °F e 300 °F usando ácido vivo e o sistema de betaína de amidoamina de TOFA. A 250 °F, são usados 2,0% vol. do inibidor de corrosão e 3,0% vol. de ácido fórmico (intensificador). A pressão se estabiliza a 15,5 psi durante a injeção de água e, então, aumenta conforme o ácido alcança a entrada do testemunho. As flutuações na queda de pressão são observadas, indicando dispersão do ácido. O avanço ocorre após a injeção de 0,52 PV. Uma varredura de TC do testemunho após o tratamento do ácido mostra ramificação e um buraco de minhoca bem disperso.

[0061] Experimentos adicionais são realizados a 300 °F. A concentração de inibidor de corrosão é aumentada para 3,0% vol., e 3,0% vol. de ácido fórmico é incluído. A pressão se estabiliza a 15,9 psi durante a injeção de água, e então aumenta conforme o ácido alcança a entrada do testemunho. Flutuações na queda de pressão são observadas, indicando dispersão do ácido. O avanço ocorre após a injeção de 0,4 PV. Uma varredura de TC do testemunho confirma a capacidade de VES da invenção de gerar um bom buraco de minhoca ao longo do testemunho e dispersar o ácido em alta temperatura.

[0062] Os experimentos de coreflood individual revelam uma capacidade substancial de dispersão de ácido do sistema de VES da invenção, com uma extensão de buraco de minhoca que pode ser o dobro da extensão do testemunho.

2. Experimentos de testemunho duplo

[0063] Experimentos de coreflood duplo são conduzidos nos testemunhos de arenito Indiana a 250 °F e uma vazão de injeção de 3 mL/min. O sistema de ácido vivo consiste em 15% em peso de HCl, 6,0% vol. de VES a base de betaína de amidoamina de TOFA, 2,0% vol. de inibidor de corrosão, e 3,0% vol. de ácido fórmico. Dois experimentos são conduzidos para avaliar o efeito de contraste de permeabilidade na capacidade de VES da invenção de dispersar ácido.

[0064] Para um primeiro experimento, são usados testemunhos com permeabilidades de 80 e 14,8 md; o contraste de permeabilidade inicial correspondente é de 5,4. A queda de pressão se estabiliza a 8,5 psi durante a injeção de água, e então aumenta quando o ácido alcança a entrada do testemunho de alta permeabilidade. O avanço ocorre a 0,8 PV, o que é calculado com base no volume de poros para ambos os testemunhos.

[0065] A varredura de TC dos testemunhos após o tratamento do ácido mostra avanço limpo de ácido nas entradas e saídas de ambos os testemunhos. O testemunho de baixa permeabilidade mostra alguma ramificação a partir do buraco de minhoca principal, enquanto que o testemunho de alta permeabilidade mostra um único buraco de minhoca reto.

[0066] Em um segundo experimento, são usados testemunhos com permeabilidades de 224 e 9 md; o contraste de permeabilidade inicial correspondente é muito maior a 25. A queda de pressão se estabiliza a 6,4 psi durante a injeção de água e aumenta conforme o ácido reage com a rocha. O avanço ocorre a 0,71 PV. Uma varredura de TC dos testemunhos após o tratamento do ácido mostra que, embora tenha ocorrido avanço no testemunho de alta permeabilidade, o buraco de minhoca se propagou em aproximadamente 47% da extensão do testemunho de baixa permeabilidade. Os resultados demonstram uma capacidade substancial de dispersão do sistema de VES da invenção.

[0067] Experimentos duplos de coreflood destacam adicionalmente a alta capacidade de dispersão para o sistema de VES da betaína de amidoamina de TOFA da invenção, onde as percentagens de estimulação dos testemunhos de baixa permeabilidade são de 100% e 47% em contrastes de permeabilidade de 5,4 e 25, respectivamente.

[0068] Os exemplos anteriores são meramente ilustrativos; os versados na técnica reconhecerão variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.

Claims

Composição viscoelástica apropriada para uso como um agente de dispersão em um processo para acidificação de uma formação de campo de óleo subterrânea a base de carbonato, caracterizada pelo fato de que compreende:
- (a) de 20 a 35% em peso de uma betaína de amidoamina a base de ácido graxo de talóleo (TOFA);
- (b) de 5 a 10% em peso de um álcool C1-C4;
- (c) de 10 a 20% em peso de propilenoglicol; e
- (d) de 30 a 60% em peso de água;
em que os referidos valores de porcentagem em peso se baseiam na quantidade de composição viscoelástica.
Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 5 a 10% em peso de ácido palmítico, de 40 a 55% em peso de ácido oleico, e de 35 a 45% em peso de ácido linoleico, em que os referidos valores de porcentagem em peso se baseiam na quantidade de TOFA.
Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o álcool C1-C4 é etanol.
Composição, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a razão de peso de propilenoglicol para etanol está dentro da faixa de 3:1 a 1.5:1.
Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a betaína possui a estrutura:
em que n possui um valor de 1 a 4, R é uma cadeia de ácidos graxos saturados ou insaturados do talóleo, R1 e R2 são independentemente metila ou etila, M é um cátion de metal alcalino ou cátion de amônio, e
em que a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 5 a 10% em peso de ácido palmítico, de 35 a 55% em peso de ácido oleico, e de 30 a 45% em peso de ácido linoleico, em que os referidos valores de porcentagem em peso se baseiam na quantidade de TOFA.
Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 1 a 3% em peso de ácido esteárico.
Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a betaína se baseia em um TOFA compreendendo de 6 a 8% em peso de ácido palmítico, de 1,5 a 3% em peso de ácido esteárico, de 40 a 52% em peso de ácido oleico, e de 35 a 42% em peso de ácido linoleico.
Processo, caracterizado pelo fato de que compreende a acidificação de uma formação subterrânea de campo de óleo rica em carbonato com um meio de acidificação compreendendo um ácido mineral e uma quantidade eficaz de uma composição viscoelástica conforme a reivindicação 1.
Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ácido mineral é o ácido clorídrico.
Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a composição viscoelástica é dosada para uma formação a um nível dentro da faixa de 4 a 10% em vol. com base nas quantidades combinadas do meio de acidificação e da composição viscoelástica.
Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a acidificação é realizada a uma temperatura dentro da faixa de 200 °F a 400 °F e a uma pressão dentro da faixa de 200 psi a 500 psi.
Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a formação contém de 1.000 a 10.000 ppm de teor de ferro(III).
Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a acidificação é realizada na presença de um inibidor de corrosão.