BR112016027737B1 - Método e sistema para misturar um fluido - Google Patents
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Abstract
métodos para misturar e para analisar um fluido, e, sistema métodos para misturar fluidos, especialmente fluidos de furo de poço, sem causar desgaste no vaso contendo o fluido, são revelados usando fase aquosa de aumento de peso para misturar. também são divulgados métodos para misturar e analisar fluidos utilizando fases de aumento de peso incluindo sequestradores.
Description
[001] A presente divulgação se refere genericamente à amostragem de depósitos subterrâneos e, mais particularmente, a métodos e sistemas para preservação e análise de fluido de um furo de poço para determinar a concentração de certas espécies cuja presença pode impactar significativamente considerações operacionais, ambientais, de segurança e/ou de saúde.
[002] Poços são perfurados a várias profundidades para acessar e produzir petróleo, gás, minerais e outros depósitos ocorrendo naturalmente de formações geológicas subterrâneas. Quando os poços são estabelecidos é muitas vezes útil obter informações sobre o poço, as formações geológicas através das quais o poço passa e o fluido no furo de poço, incluindo o fluido a ser extraído das formações. A coleta de informações é tipicamente realizada utilizando ferramentas que são distribuídas furo abaixo por cabo de aço, muitas vezes denominadas como testes de formação de cabo de aço ("WFT"), ou alternativamente, por ferramentas que são acopladas a ou integradas na coluna de perfuração, ou medição durante a perfuração ("MWD") ou perfilagem durante a perfuração ("LWD"). As ferramentas também podem ser enviadas furo abaixo em tubo ou tubulação durante operações de Teste de Haste de Broca ("DST"). Muitas vezes é desejado recolher uma amostra representativa de fluidos da formação ou do reservatório (tipicamente hidrocarbonetos) para avaliar adicionalmente as operações de perfuração e o potencial de produção, ou para detectar a presença de determinados gases ou outros materiais na formação que podem afetar o desempenho do poço.
[003] A preservação de amostras é um aspecto importante de perfuração de poços. As amostras podem ser coletadas na superfície ou em qualquer ponto no fundo de poço. Esforços são feitos para coletar uma amostra representativa e para manter a amostra em um estado representativo em toda a recuperação, transferência, armazenamento e eventual análise. A manutenção do estado representativo é particularmente significativa quando a amostra contém quantidades de traços de espécies cuja exata determinação pode impactar significativamente condições operacionais, ambientais, de segurança e/ou de saúde. Exemplos típicos, não limitativos de tais espécies incluem sulfeto de hidrogênio e mercúrio. Sulfeto de hidrogênio (“H2S”) é um gás venenoso, corrosivo e inflamável que pode ocorrer em fluidos de formação e sua presença no furo de poço em concentrações significativas pode resultar em danos aos componentes do furo de poço ou condições perigosas para os operadores de poço na superfície. Assim, considerações operacionais são grandemente impactadas pela localização e concentração do H2S na corrente de reservatório produzida. Procedimentos e equipamentos muito diferentes são necessários, dependendo se a concentração é de 2 ppm, 20 ppm ou 200 ppm e mais alta.
[004] Vasos de amostra e vasos de armazenamento de longo prazo tipicamente são construídos usando aço inoxidável ou superligas à base de níquel-cromo austeníticas (tal como as vendidas sob o nome Inconel™) por causa da sua disponibilidade e dos custos de matérias-primas, mas podem ser constituídos de materiais mais exóticos e dispendiosos, tal como cobalto ou titânio. A maioria das metalurgias comuns adsorvem certas quantidades de componentes de traços. Por exemplo, no tempo de cerca de uma semana, e geralmente menos, uma amostra tomada de uma corrente de fluido contendo 15 ppm de H2S pode mostrar nenhum H2S, quando analisada. No entanto, quando colocado em serviço, este campo enviará 15 ppm de H2S. Operacionalmente, a instalação não será bem adaptada para lidar com o nível real porque nada foi detectado na amostra analisada. Esta deficiência pode ter implicações significativas em segurança, saúde, ambientais, operacionais e de custo.
[005] Os vasos podem ser revestidos para minimizar ou eliminar a adsorção e as complicações que acompanham. Exemplos de tais revestimentos incluem tratamentos Sulfinert™ baseados em silício e tratamentos Tech-12™ baseados em cerâmica. Os revestimentos são geralmente disparados em cerca de 800°F e deixam para trás uma camada de um mícron que preenche os espaços de poros disponíveis para adsorção de H2S para minimizar ou eliminar o problema. Devido à sua natureza muito fina, estes revestimentos são suscetíveis a erosão, especialmente durante quaisquer etapas de mistura necessárias para transferência ou análise de uma amostra representativa.
[006] Convencionalmente, a mistura é realizada com esferas de mistura ou anéis de mistura colocados dentro da amostra ou do vaso de armazenamento, de modo que quando o recipiente é agitado, o movimento lateral resultante das esferas ou dos anéis resulta na mistura do conteúdo. Para ser eficaz, especialmente no contexto de óleos viscosos ou óleos pesados de baixo valor API, o mecanismo de mistura precisa ser bastante pesado para a transição do espaço de amostra durante a ação de oscilação. Uma consequência direta do elemento sólido pesado mover vigorosamente através da face interna de um vaso revestido é erosão indesejável de qualquer revestimento protetor aplicado, cuja perda resulta na adsorção de certas espécies e a análise subsequente de uma amostra não representativa.
[007] Existe uma necessidade contínua de um meio alternativo de mistura que não seja destrutivo para o revestimento aplicado e que permita análise de amostras representativas. Os métodos e sistemas aqui descritos são dirigidos a estas, bem como outras, finalidades importantes.
[008] A FIG. 1A ilustra uma vista esquemática de um poço no qual um sistema de amostragem de fluido é implantado num conjunto LWD;
[009] A FIG. 1B ilustra uma vista esquemática de um poço no qual o sistema de amostragem de fluido da FIG. 1A é implantado em cabo de aço como parte de um conjunto WFT;
[0010] A FIG. 1C ilustra uma vista esquemática de um poço submarino no qual o sistema de amostragem de fluido da FIG. 1A é implantado;
[0011] Como empregado acima e em toda a divulgação, os seguintes termos, salvo indicação em contrário, serão entendidos como tendo os seguintes significados.
[0012] Como usadas aqui, as formas singulares “um”, “uma” e "o/a" incluem a referência plural, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira.
[0013] O uso de valores numéricos nos vários valores quantitativos especificados neste pedido, a menos que expressamente indicado em contrário, é declarado como aproximações como se os valores mínimos e máximos dentro das faixas declaradas fossem ambos precedidos pelas palavras "cerca de". Desta forma, ligeiras variações de um valor declarado podem ser utilizadas para conseguir substancialmente os mesmos resultados que o valor declarado. Além disso, a divulgação de faixas se destina a ser uma faixa contínua incluindo todo valor entre os valores mínimo e máximo recitados, bem como quaisquer faixas que possam ser formadas por tais valores. Também são aqui divulgadas todas e quaisquer razões (e faixas de quaisquer tais razões) que podem ser formadas dividindo um valor numérico recitado em qualquer outro valor numérico recitado. Consequentemente, o perito na arte apreciará que muitas dessas razões, faixas e faixas de razões podem ser claramente derivadas dos valores numéricos apresentados neste documento e em todos os casos tais razões, faixas e faixas de razões representam vários aspectos.
[0014] Como aqui utilizado, "inerte" se refere a um material que tem pouca ou nenhuma capacidade para reagir com os outros componentes numa mistura à qual ele é adicionado, especialmente no intervalo de tempo e sob as condições de pressão e temperatura sob as quais eles são misturados.
[0015] Como aqui utilizado, o termo "solução"se refere a uma mistura homogênea de dois ou mais materiais em que o material é composto de apenas uma fase e em que um soluto é o material dissolvido em outro material (o solvente).
[0016] Como aqui utilizado, o termo "coloide" se refere a uma mistura de dois ou mais materiais em que um material é microscopicamente disperso por todo o outro material. Ao contrário de uma solução, há mais de uma fase, mesmo se as diferentes fases não forem discerníveis a olho nu.
[0017] Com referência a uma solução, o termo "saturado" se refere a um ponto de uma concentração máxima na qual não mais soluto pode ser dissolvido num solvente. Com referência a uma solução, o termo "supersaturado" se refere ao estado de uma solução que contém mais da substância dissolvida (soluto) que poderia ser dissolvido pelo solvente em circunstâncias normais como, por exemplo, numa solução saturada. As soluções supersaturadas são preparadas ou resultam quando alguma condição de uma solução saturada é mudada, por exemplo, temperatura crescente (ou, raramente, decrescente), volume decrescente do solvente saturado (como por evaporação de líquido) ou pressão crescente. Quando o termo "saturado"é aqui usado com referência a um fluido compreendendo uma fase aquosa de peso aumentado, ele se destina a incluir "supersaturado", a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[0018] Como aqui utilizado, "densidade API"se refere à gravidade do American Petroleum Institute, a qual é uma medição de densidade relativa que reflete o quão leve ou pesado o fluido é (tipicamente um óleo cru ou líquido de hidrocarboneto) em comparação com água. É relatada em graus (°) e na maioria dos óleos cai dentro da faixa de cerca de 10° a 70° API. Se a densidade API de um óleo for maior que 10°, ele é mais leve que a água e flutuará nela. Se a densidade API de um óleo for menor que 10°, ele é mais pesado que a água e afundará. A fórmula para calcular a densidade API é: {(141,5 ^ densidade relativa do fluido de teste (a 15,5°C ou 60°F)} - 131,5
[0019] Como aqui utilizado, "desemulsificante" se refere a intermediários químicos ativos que, quando formulados em misturas e aplicados no campo, reduzem a tensão interfacial entre hidrocarboneto e água, permitindo rápida coalescência, desidratação e separação das fases líquidas, o que leva a uma qualidade melhorada do hidrocarboneto separado.
[0020] Como aqui utilizado, o termo "de peso aumentado" se refere a um material, de preferência uma solução, que inclui dois ou mais componentes, em que o material de peso aumentado tem uma densidade mais alta que a densidade de pelo menos um de seus componentes constituintes ou em relação à densidade de outro material com o qual será combinado. No caso de uma solução, a solução é de peso aumentado se ela tiver uma densidade mais alta que aquela de seu solvente. Nesse caso, o soluto pode ser denominado como o "agente de aumento de peso". Por exemplo, uma solução aquosa de cloreto de sódio tem uma densidade mais alta que a água pura. Assim, a solução aquosa de cloreto de sódio é de peso aumentado em relação a água e o cloreto de sódio é o "agente de aumento de peso". Além disso, uma solução de cloreto de sódio aquosa saturada e uma solução de cloreto de sódio aquosa supersaturada são ainda de peso aumentado em relação à água da qual elas são feitas e são de peso aumentado em relação a uma solução de cloreto de sódio aquosa diluída. Embora o cloreto de sódio seja usado como o único agente de aumento de peso nestes exemplos, um fluido pode incluir mais de um agente de aumento de peso.
[0021] Como aqui usado, um "sequestrador" é geralmente entendido ser uma substância química adicionada a uma mistura para remover ou desativar impurezas ou produtos de reação indesejáveis na mistura e um "volume de sequestrador"é uma massa ou volume de um material sequestrador.
[0022] Na seguinte descrição, é feita referência a aspectos ilustrativos e desenhos anexos que formam uma parte da divulgação. Embora a divulgação seja capaz de ser configurada de várias formas, a descrição abaixo de várias composições, métodos e sistemas é feita com o entendimento de que qualquer aspecto divulgado será considerado como uma exemplificação e não se destina a limitar a divulgação aos aspectos ilustrados.
[0023] Os sistemas e métodos aqui descritos proporcionam a preservação e a análise de fluidos de formação extraídos de poços ou durante ou após operações de perfuração. Métodos são descritos nos quais fluidos de formação são coletados para análise e combinados com fluidos de peso aumentado mais densos num vaso e os fluidos de peso aumentado são utilizados para misturar os fluidos de formação sem danificar a superfície do vaso e sem danificar qualquer revestimento nessa superfície. Os métodos aqui descritos podem ser utilizados, por exemplo, para misturar amostras coletadas de um furo de poço antes do teste. A amostra pode ser coletada em qualquer ponto no fundo de poço ou na superfície. Os métodos permitem a manutenção da amostra no seu estado representativo e resultará em menos desgaste no vaso retendo a amostra em comparação com os métodos anteriores de mistura que usam ferramentas de mistura sólidas, tal como esferas ou anéis de mistura. Em alguns casos, o desgaste do vaso pode ser eliminado completamente.
[0024] Embora o fluido aquoso de peso aumentado possa ser inerte, também são aqui descritos sistemas e métodos que permitem a análise quantitativa de pelo menos um componente de um fluido de formação usando um aditivo ou sequestrador. O sequestrador auxilia na manutenção de uma amostra no seu estado representativo aprisionando, adsorvendo e/ou reagindo com impurezas de uma maneira que permita análise posterior quantitativa da concentração da impureza no momento que a amostra foi coletada.
[0025] Os métodos aqui descritos, assim, em geral, envolvem o uso de um primeiro fluido de peso aumentado como um meio de mistura, por vezes aqui denominado como um "fluido de mistura", para misturar eficientemente um segundo fluido (por exemplo, uma amostra de fluido), que inclui dois ou mais componentes ou materiais. O primeiro fluido é de peso aumentado, de modo que sua densidade seja mais alta que a densidade do segundo fluido. Em aspectos o fluido de peso aumentado tem uma densidade API menor do que a densidade API do fluido que ele está misturando. Em aspectos o fluido de peso aumentado tem uma densidade API menor que cerca de 10°, de preferência menor que cerca de 9,0°, mais preferivelmente menor que cerca de 8,0°, ainda mais preferencialmente menor que cerca de 7,0° e mais preferivelmente menor que cerca de 5,0°. O fluido de peso aumentado pode ser, por exemplo, uma solução salina aquosa ou de outra fase aquosa de peso aumentado. Quando o fluido de mistura de peso aumentado e o fluido de amostra são combinados num vaso, a densidade mais alta do fluido de peso aumentado permite ao fluido de peso aumentado a transição através do vaso quando o vaso é agitado e, desse modo, misturar o fluido de amostra. A densidade relativa mais alta do fluido de peso aumentado permite mistura eficiente de quaisquer materiais no fluido de amostra.
[0026] Em aspectos, o fluido de peso aumentado está presente a um nível de cerca de 1% em volume até cerca de 25% em volume, mas pode estar presente em níveis muito mais altos, até cerca de 50% em volume, 60% em volume, 70% por cento em volume, 80% em volume, 90% em volume e ainda mais, com base no volume total da mistura de fluidos.
[0027] Em alguns aspectos dos métodos aqui descritos, o fluido de mistura de peso aumentado é à base de água e é uma solução saturada ou supersaturada ou coloide. A fase aquosa de peso aumentado pode incluir como um agente de aumento de peso um sal, açúcar, ureia, glicerol, metilsulfonilmetano ou combinações dos mesmos. Alternativamente ou adicionalmente, o agente de aumento de peso pode incluir um sequestrador como discutido em detalhes abaixo. Quando o agente de aumento de peso é um sal, o sal pode ser qualquer combinação de cátion e ânion que é solúvel em água. Por exemplo, em alguns aspectos, o sal pode ser formado de um cátion selecionado de Na+1, K+1, Ca+2, Zn+2, Cs+2; e Ba+2 e um ânion selecionado de SO4-2, Cl-1, Br-1, F-1, I-1 e formato. Num aspecto, o sal pode ser, ou pode incluir, brometo de potássio. Quando o agente de aumento de peso for um açúcar, o açúcar pode incluir um sacarídeo C5, sacarídeo C6 combinação dos mesmos. Um perito na arte pode prontamente calcular o ponto de saturação para qualquer solução dada.
[0028] O fluido que é misturado pelo fluido de aumento de peso pode ser qualquer fluido em necessidade de mistura, mas em alguns aspectos é um fluido de formação extraído de um furo de poço. O fluido de formação pode incluir pelo menos um óleo ou gás de hidrocarboneto e, em certos aspectos, o fluido de formação inclui óleo cru. O fluido de formação pode incluir ainda quaisquer outros materiais que ocorrem naturalmente em tal fluido, incluindo impurezas em quantidades de traços. Por exemplo, alguns fluidos de formação incluem sufactantes naturais. Sulfeto de hidrogênio e mercúrio são materiais adicionais que podem ser encontrados em fluidos de formação. Surfactantes naturais, H2S, e mercúrio são apenas exemplos de materiais que podem estar presentes em um fluido de formação e a divulgação não é limitada a quaisquer materiais particulares.
[0029] Em alguns aspectos, o fluido de aumento de peso inclui um desemulsificante. Como um exemplo, emulsões pode se formar em sistemas óleo-água. A adição do desemulsificante minimiza o risco de a fase aquosa formar uma emulsão num fluido compreendendo um óleo ou gás devido à ação de mistura, especialmente em casos em que os óleos têm surfactantes naturais presentes nos mesmos. Desemulsificantes são tipicamente resinas de fenol-formaldeído catalisadas por ácido, resinas de fenol-formaldeído catalisadas por base, resinas de epóxi, polietilenoiminas, poliaminas, di- epóxidose polióis, que podem ser etoxilados (e/ou propoxilados) para proporcionar o grau desejado de solubilidade água/óleo. A adição de óxido de etileno aumenta a solubilidade em água e a adição de óxido de propileno a diminui. Formulações desemulsificantes comercialmente disponíveis são tipicamente uma mistura de dois a quatro químicas diferentes em solvente(s) transportador(es), tal como xileno, nafta aromática pesada (HAN), isopropanol, metanol, 2-etilhexanol ou diesel.
[0030] Em alguns aspectos, o fluido de aumento de peso inclui um desespumante. Como um exemplo, as espumas podem se formar quando os métodos aqui descritos são utilizados para misturar fases de gás. A adição de um desespumante minimiza o risco de a fase aquosa formar uma espuma quando ela é usada para misturar um fluido compreendendo uma fase gasosa. Um desespumante pode ser à base de óleo ou água, é insolúvel no meio de espumação e tem propriedades ativas de superfície. Uma combinação de baixa viscosidade e uma capacidade de espalhar em interfaces gás-líquido provoca uma desestabilização de lamelas de espuma, o que resulta na ruptura e colapso da estrutura de espuma. Desespumantes à base de silicone são uma classe significativa em si mesmos e são compostos principalmente de polidimetilsiloxanos e outros silicones. Uma certa classe de desespumantes é à base de óleo com o óleo de base representado por óleo mineral, óleo vegetal, ou óleo branco, ocasionalmente incluindo aditivos como cera ou sílica hidrofóbica para reforçar seu desempenho. Desespumantes à base de água exploram diferentes tipos de óleos e ceras dispersos na fase de água. Diferentes aplicações necessitarão de diferentes tipos de desespumantes, com a intenção de desestabilizar a lamela múltipla que compreende uma espuma, permitindo uma interface líquido-gás mais limpa e mais controlável.
[0031] Em alguns aspectos, depois de um fluido de aumento de peso efetuar a mistura de um fluido de amostra, os fluidos de aumento de peso e de amostras são separados. Após a separação, pode ser possível utilizar o fluido de aumento de peso para misturar outro fluido de amostra. A separação dos fluidos pode ser realizada por quaisquer meios conhecidos na arte para separar fluidos. Por exemplo, os fluidos podem ser separados por técnicas de separação com base em gravidade, técnicas de separação baseadas em afinidade química, ou suas combinações. Como um exemplo, num aspecto do método, líquidos podem ser separados por decantação permitindo que a mistura de fluidos sedimente e separe por gravidade e, então, decantando o líquido mais leve, isto é, menos denso, deixando líquido e quaisquer sólidos mais pesados, isto é, mais densos para trás. Tal separação pode ser auxiliada pela utilização de uma centrífuga. Como outro exemplo, num aspecto do método, os fluidos podem ser separados por filtração, incluindo filtração através de membranas hidrofóbicas, ou por passagem através de misturas de zeólito. Outros métodos de separação incluem destilação, cromatografia, adsorção, extração, separação, separação óleo-água utilizando um separador óleo-água API e qualquer outra técnica de separação conhecida de um perito na arte.
[0032] Em alguns aspectos, o fluido de amostra é hidrofóbico e o fluido de mistura é aquoso, desse modo tornando possível separar o fluido de amostra e o fluido de mistura após a amostra ser coletada, transportada, armazenada e preparada para teste. Em alguns aspectos, soluções de sal saturadas podem ser empregadas no fluido de mistura de aumento de peso para minimizar ou eliminar qualquer solubilidade do fluido de amostra hidrofóbico no fluido de mistura porque o fluido de mistura de base aquosa tem um efeito de retirada de sal forte para uma concentração alta de sal.
[0033] Os métodos aqui descritos são úteis na indústria de campos de petróleo, como aqui descrito, mas não estão limitados a essa utilização. Por conveniência no presente documento, as fases aquosas de aumento de peso são descritas como exemplos dos fluidos de aumento de peso de mistura e os fluidos de formação são descritos como exemplos do fluido sendo misturado; no entanto, os métodos aqui descritos podem ser realizados com outros fluidos e em outras indústrias.
[0034] Num aspecto, um fluido de formação de um furo de poço é combinado com uma fase aquosa de aumento de peso e a fase aquosa de aumento de peso é utilizada para misturar os componentes do fluido de formação. O fluido de aumento de peso substitui ferramentas de mistura sólidas, tal como esferas ou anéis de mistura, que são conhecidas por danificar o revestimento de superfície de vasos de amostragem ou armazenamento. Como o uso de fluidos de aumento de peso para misturar a amostra elimina a necessidade de ferramentas de mistura sólidas, danos na superfície do vaso de amostragem ou armazenamento, como resultado de uma ferramenta de mistura deslizando através do vaso, são reduzidos ou eliminados e a vida útil do vaso é aumentada. Mais ainda, uma fase líquida tem maior mobilidade do que um dispositivo sólido e, portanto, pode proporcionar mistura melhorada sobre dispositivos sólidos.
[0035] As composições, métodos e sistemas aqui descritos podem ser utilizados com qualquer uma das várias técnicas empregadas para avaliar um poço incluindo, sem limitação, teste de formação de cabo de aço (WFT), medição durante a perfuração (MWD), perfilagem durante a perfuração (LWD) e teste de haste de broca (DST). O fluido de formação pode ser coletado no fundo de poço durante a perfuração ou após um poço ser completado. Com referência agora às FIGS. 1A-1C, um sistema de amostragem e análise de fluido 100 é utilizado em um poço 102 tendo um furo de poço 104 que se estende de uma superfície 108 do poço para ou através de uma formação geológica subterrânea 112. O poço 102 é ilustrado em terra na FIG. 1A com o sistema de amostragem e análise de fluido 100 sendo implantado em um conjunto LWD 114. Em alternativa, o sistema de amostragem e análise de fluido 100 pode, em vez disso, ser implantado como parte de um conjunto de cabo de aço 115 (ver FIG. 1B), seja em terra ou offshore. O conjunto de cabo de aço 115 inclui um guincho 117 para elevar e abaixar uma porção de fundo de poço do conjunto de cabo de aço 115 para o poço. Em ainda outro aspecto, o sistema de amostragem e análise de fluido 100 pode ser implantado em um poço submarino 119 acessado por uma plataforma fixa ou flutuante 121. As FIGS. 1A-1C ilustram cada qual estas utilizações possíveis do sistema de amostragem e análise de fluido 100 e embora a seguinte descrição do sistema de amostragem e análise de fluido 100 se concentre principalmente na utilização do sistema de amostragem e análise do fluido 100 com o conjunto LWD 114 da FIG . 1A, o sistema de amostragem análise de fluido 100 pode ser usado em vez disso nas configurações de poço ilustradas nas FIGS. 1B e 1C, bem como em outras configurações de poço onde seja desejável amostrar um fluido. Componentes similares nas FIGS. 1A-1C são identificados com numerais de referência semelhantes.
[0036] No aspecto ilustrado na FIG. 1A, o poço 102 é formado por um processo de perfuração no qual uma broca de perfuração 116 é girada por uma coluna de perfuração 120 que se estende da broca de perfuração 116 para a superfície 108 do poço 102. A coluna de perfuração 120 pode ser composta por um ou mais tubos ou canos conectados de seção transversal variável ou similar. A coluna de perfuração pode se referir à coleção de canos ou tubos como um único componente ou, em alternativa, aos tubos ou canos individuais que compreendem a coluna. O termo coluna de perfuração não se destina a ser limitante na natureza e pode se referir a qualquer componente ou quaisquer componentes que sejam capazes de transferir energia de rotação da superfície do poço para a broca de perfuração. A coluna de perfuração 120 pode incluir uma passagem central disposta longitudinalmente na coluna de perfuração e capaz de permitir comunicação de fluido entre a superfície do poço e locais no fundo do poço.
[0037] Uma ferramenta de amostragem de fluido 170 pode ser posicionada no fundo de poço para obter amostras de fluido da formação para análise e para medir, processar e comunicar dados sobre a formação, fluido da formação ou outras operações que ocorrem no fundo de poço. Estas informações, incluindo informações obtidas de análise da amostra de fluido, permitem que os operadores de poço determinem, dentre outras coisas, a concentração de H2S dentro do fluido sendo extraído da formação 112 para tomar decisões inteligentes sobre a operação em curso do poço. Embora a ferramenta de amostragem de fluido 170 seja ilustrada como uma parte da coluna de perfuração 120 na FIG. 1A, em outros aspectos, a ferramenta de amostragem de fluido 170 pode ser abaixada no poço por cabo de aço (ver FIG. 1B) ou através da passagem central da coluna de perfuração 120, ou se a coluna de perfuração 120 não estiver presente, diretamente através do furo de poço 104.
[0038] Um perito na arte poderia adaptar a divulgação aqui para uso com várias ferramentas de amostragem. Como um exemplo, em um método, uma câmara de amostra é preparada para implantação num poço inserindo um fluido de aumento de peso no vaso de amostra o qual, por sua vez, é abaixado para a posição no furo de poço, como mostrado nas FIGS. 1A-1C. Após tirar uma amostra do fluido, o dispositivo de amostragem de fluido pode ser retornado à superfície. Numa operação de cabo de aço ou cabo liso, isto pode ser feito imediatamente ou quase imediatamente após a amostra ser tirada. Em uma operação MWD, LWD ou DST, o retorno à superfície pode não acontecer até algum motivo ocorrer para retirar toda a coluna de perfuração do poço.
[0039] O fluido de mistura de aumento de peso pode ser inserido numa câmara de amostragem de um dispositivo de coleta de amostra antes da implantação no furo de poço, ou pode ser combinado com uma amostra de fluido de formação após a amostra ser coletada. Da mesma forma, o fluido de mistura de aumento de peso pode ser inserido num vaso de armazenamento antes, ou após, uma amostra de um fluido de formação ter sido transferida de uma ferramenta de coleta de amostra para o vaso de armazenamento. Se o vaso de coleta ou armazenamento for revestido para prevenir a reação entre qualquer material no fluido de amostra e qualquer parte do vaso, o vaso pode ser armazenado e/ou transportado para fora do local antes da introdução do fluido de mistura.
[0040] O fluido de amostra pode ser misturado agitando ou de outro modo movendo o vaso contendo o fluido de mistura de aumento de peso e o fluido de amostra, de modo a fazer com que o fluido de mistura de aumento de peso faça a transição do espaço de amostra e misture os componentes do fluido de amostra. "Agitação" inclui mover o vaso para frente e para trás, de lado a lado e/ou em um movimento de gangorra. A agitação pode ser conseguida por movimento manual do vaso, ou alternativamente, por um dispositivo de agitação mecânico, qualquer número do qual está disponível e é bem conhecido de um perito na arte. Dependendo das circunstâncias, a ação de agitação pode ser implementada em qualquer lugar a partir de duas horas a uma semana. Alternativamente, a
[0041] Após mistura e separação, o fluido de amostra pode ser analisado por uma série de meios em qualquer local conveniente. De longe, a análise mais comum à qual uma amostra pode ser sujeita é uma análise de pressão-volume-temperatura detalhada ("PVT") realizada em uma instalação baseada em terra fixa equipada para realizar esse estudo. Como ambas as instalações e seu respectivo equipamento são bem conhecidos daqueles familiarizados com a arte, elas não serão elaboradas aqui. Alternativamente, a análise no local pode também ser realizada após as amostras terem sido coletadas e devolvidas para a superfície, ou durante a transferência na superfície; no entanto, restrições de espaço e tempo severas existem em qualquer análise no local e estas tendem a ser limitadas em suas ofertas. Um exemplo de tal análise no local seria a análise semidetalhada, quantitativa e discreta proporcionada por, por exemplo, o sistema de Elemento Computacional Integrado ("ICE") da Halliburton.
[0042] Sistemas e métodos aqui descritos podem também permitir a análise quantitativa de um ou mais componentes de um fluido de formação fornecendo de um fluido de mistura de aumento de peso para misturar de um fluido de formação onde o fluido de mistura de aumento de peso inclui um sequestrador que reage com um ou mais componentes do fluido de formação. O sequestrador pode ser utilizado para determinar a quantidade de uma impureza no fluido de formação. O sequestrador pode ser dissolvido ou disperso no fluido de mistura de aumento de peso e, em alguns aspectos, pode funcionar como um agente de aumento de peso para o fluido de peso aumentado.
[0043] O sequestrador pode ser formado de uma variedade de materiais e pode ser qualquer material que reage com uma impureza na amostra de fluido para reduzir ou eliminar a presença da impureza livre ou absorver seletivamente a impureza. Fluidos de formação muitas vezes incluem impurezas tais como H2S e mercúrio, assim na indústria de campo petrolífero um sequestrador pode ser qualquer material que reagiria com uma dessas impurezas ou qualquer outra impureza conhecida. Por exemplo, se a impureza for H2S, o sequestrador pode ser composto por hidróxidos alcalinos, tal como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio; metais, tal como ferro, zinco, cobre ou prata; sais metálicos, tal como gluconato ferroso, sais de zinco ou sais de prata; sequestradores orgânicos, tal como aldeídos reativos (incluindo formaldeído, acroleína e glioxal); e aminas, incluindo alcanolaminas, tal como etanolamina e dietanolamina.
[0044] Quando o fluido de mistura de aumento de peso e o fluido de formação são combinados, o sequestrador é livre para interagir com o fluido de formação. Em alguns métodos, o volume do fluido de aumento de peso é selecionado para fornecer material sequestrador suficiente para reagir com uma quantidade estimada máxima de uma impureza alvo, tal como H2S, de modo que o sequestrador reagirá com toda a quantidade da impureza alvo na amostra de fluido de formação. A câmara de amostra pode ser agitada para mover o fluido de aumento de peso incluindo o sequestrador dentro do compartimento de amostra, fazendo fluidos misturarem e fazendo o sequestrador entrar em contato com os fluidos de formação e qualquer impureza não reagida no mesmo, promovendo qualquer reação entre o sequestrador e a impureza. Após um tempo suficiente, quando a reação estiver completa, usualmente dentro de quatro horas e quase sempre dentro de vinte e quatro horas, a amostra de fluido pode ser analisada para determinar a concentração de impurezas dentro do fluido de poço.
[0045] Após a mistura ser conseguida, um ou ambos do fluido de mistura de aumento de peso e do fluido de formação podem ser analisados para determinar a concentração da impureza dentro do fluido de formação. Métodos ilustrativos do uso de um sequestrador para determinar a concentração de uma impureza incluem medir a concentração de um subproduto criado quando o sequestrador reage com a impureza; medir a concentração de qualquer sequestrador deixado para trás que não reagiu com a impureza; e causar uma reação adicional dentro da amostra de fluido para extrair a impureza do subproduto seguida por medição direta da concentração da impureza. Estes métodos são descritos em mais detalhes abaixo.
[0046] O processo para analisar uma amostra pode variar significativamente, dependendo do tipo de sequestrador utilizado e se a reação entre o sequestrador e a impureza é uma reação regenerativa ou não regenerativa. Como aqui referenciado, uma reação regenerativa é uma reação com um contaminante que pode ser desfeita em um ambiente de laboratório para determinar a concentração do contaminante medindo-o diretamente. Por exemplo, no caso de H2S, sequestradores regenerativos podem incluir hidróxido de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH) e alcanolaminas, tal como etanolamina e dietanolamina. Tais sequestradores reagem com H2S para formar ligações de compostos que podem ser deslocadas, por exemplo, por aquecimento ou separação de gás. Mediante deslocamento das ligações, a concentração do H2S pode ser medida com precisão utilizando qualquer método adequado, tal como cromatografia gasosa ou espectroscopia de emissão atômica de plasma acoplada por plasma (ICP-AES).
[0047] Sequestradores de metais, tais como ferro, zinco, cobre e prata que reagem com H2S para produzir sulfetos insolúveis são também exemplos de sequestradores regenerativos. Usando tais sequestradores, o sólido pode ser recuperado por filtração e medido por qualquer número de técnicas, incluindo tratamento para solubilizar o metal, cuja concentração pode ser determinada utilizando ICP, utilizando métodos colorimétricos, ou eletroquimicamente. Da mesma forma, ácido forte pode ser utilizado para regenerar o H2S que é medido usando uma técnica apropriada. Sequestradores orgânicos também podem ser usados e a concentração de qualquer reagente ou subproduto da reação entre o reagente e o H2S pode ser medida para determinar a concentração de H2S na amostra de fluido.
[0048] Ao utilizar um sequestrador regenerativo para reagir o H2S com o sequestrador durante amostragem e regeneração do H2S com uma reação secundária antes da análise, concentrações de H2S podem ser diretamente medidas em um ambiente de laboratório embora assegurando que o gás H2S volátil não é reagido durante o transporte do local de amostra. Isto pode ser especialmente útil nos casos em que apenas uma pequena quantidade de H2S está presente, por exemplo, menos do que 20 ppm ou entre 20 e 50 ppm e o H2S pode não ser de outro modo detectável.
[0049] Em aspectos, um sequestrador não regenerativo pode ser aplicado como um material de armadilha ou conversor antes da análise da amostra de fluido. Exemplos de sequestradores não regenerativos incluem certas implementações de sequestradores de metais, tal como prata e outros oxidantes. Tais outros oxidantes podem incluir permanganato de potássio (KMnO4) e dicromato de potássio (K2G2O7). Estes tipos de reagentes oxidam sulfeto para sulfato, um subproduto que pode ser subsequentemente analisado para determinar a concentração de H2S na amostra de fluido quando ela foi tirada da formação. Outros oxidantes, tais como água oxigenada, o persulfato, percarbonato, sais de cério, chorate, ou bromato podem ser utilizados como sequestradores de uma maneira similar.
[0050] Em aspectos, íons férricos (Fe+3) podem ser usados como sequestradores que reagem com o H2S para formar íon ferroso (Fe+2), sulfeto elementar e gás hidrogênio. A amostra de fluido pode ser ensaiada para determinar a concentração de íon ferroso que, por sua vez, indicaria a concentração inicial de H2S.
[0051] Aplicando métodos semelhantes, triazinas podem ser reagidas com o H2S para formar ditiano e tritiano e poliaminas podem ser catalisadas por sais quat. Outros materiais de sequestrador podem incluir aldeídos reativos tais como acroleína, gluteraldeído e gliceraldeído, prata ou resinas de troca iônica carregadas de metal ferroso, resinas de troca iônica de forma de amina ou sódio e outros adsorventes sólidos tais como resinas macrorreticuladas proprietárias, incluindo Amberlite XAD-2, Carbotrap , Carbopak ou Carbosieve disponíveis de Sigma Aldrich. Embora H2S seja usado para exemplificar estes métodos, um perito na arte poderia adaptar os sequestradores e as técnicas analíticas para outras impurezas.
[0052] Em aspectos, o fluido d aumento de peso inclui uma quantidade suficiente de sequestrador para reagir com uma quantidade máxima estimada de H2S que pode ser incluída dentro do fluido de amostra. Por exemplo, o sequestrador pode ser NaOH que tem um peso molar de 40 g/mol. H2S tem um peso molar de 34,08 g/mol e, neste exemplo, o NaOH e H2S são reagidos para formar Na2S e H2O. Segue-se que pelo menos aproximadamente 2,34 (ou 2(40/34,08)) gramas de NaOH por grama de H2S são necessários para reagir com o H2S. Assim, se for estimado que um compartimento de amostra pode conter, no máximo, 1,0 grama de H2S, um operador pode selecionar um volume de fluido suficiente para conter sequestrador de pelo menos 2,34 gramas de sequestrador para assegurar que todo o H2S no compartimento de amostra seja reagido.
[0053] Em aspectos, a divulgação é dirigida a métodos para misturar fluidos. Idealmente, os métodos reduzem o desgaste de uma parede num vaso em comparação com o uso de ferramentas de mistura sólidas. Os métodos incluem as etapas de contatar num recipiente um primeiro fluido compreendendo uma fase de aumento de peso e um segundo fluido compreendendo uma mistura de dois ou mais materiais e mover o vaso para fazer com que o primeiro fluido misture com o segundo fluido. O vaso pode ser movido por agitação ou por qualquer outro método que faça com que o primeiro fluido misture com o segundo fluido. O primeiro fluido tem uma densidade API menor do que a densidade API do segundo fluido. Em aspectos o primeiro fluido tem uma densidade API menor que cerca de 10°, de preferência menor que cerca de 9,0°, mais preferivelmente menor que cerca de 8,0°, ainda mais preferencialmente menor que cerca de 7,0° e mais preferivelmente menor que cerca de 5,0°.
[0054] Em aspectos a fase de peso aumentado compreende uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide. Em aspectos a solução aquosa saturada ou supersaturada é selecionada do grupo que consiste em uma solução de sal, uma solução de açúcar, uma solução de ureia, uma solução de glicerol, uma solução de metilsulfonilmetano e suas combinações.
[0055] Em aspectos, a fase aquosa de aumento de peso inclui um sal que é qualquer combinação de cátion e ânion que é solúvel em água. Em aspectos, o sal é formado de um cátion selecionado do grupo consistindo em: Na+1, K+1, Ca+2, Zn+2, Cs+2; e Ba+2 e um ânion selecionado do grupo consistindo em SO4-2, Cl-1, Br-1, F-1, I-1 e formato. Em aspectos é o sal brometo de potássio.
[0056] Em aspectos, a fase aquosa de aumento de peso inclui um açúcar que é selecionado do grupo que consiste em sacarídeos C5, sacarídeos C6 e suas combinações.
[0057] Em aspectos, a fase aquosa de aumento de peso compreende ainda pelo menos um desemulsificante.
[0058] Em aspectos o segundo fluido é uma amostra de um furo de poço incluindo pelo menos um óleo ou gás e a fase aquosa de aumento de peso é uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide. Num aspecto, o segundo fluido inclui óleo cru.
[0059] Em aspectos, o segundo fluido compreende impurezas. Quando o segundo fluido é um fluido de formação extraído de um furo de poço, essas impurezas podem incluir, mas não estão limitadas a H2S e/ou mercúrio. As impurezas podem estar presentes em quantidades de traços.
[0060] Em alguns aspectos, a fase aquosa de aumento de peso é inerte e o método não altera a concentração de materiais no segundo fluido.
[0061] Em alguns aspectos, o segundo fluido compreende impurezas e a fase aquosa de aumento de peso inclui um sequestrador que reage com essas impurezas. Em aspectos o segundo fluido é um fluido de formação extraído de um furo de poço, as impurezas incluem H2S e/ou mercúrio e o sequestrador inclui um material que reage com essas impurezas. Em aspectos, o sequestrador inclui um hidróxido alcalino, tal como hidróxido de sódio e hidróxido de potássio; um metal, tal como ferro, zinco, cobre ou prata; um sal de metal, tal como gluconato ferroso, sais de zinco ou sais de prata; um sequestrador orgânico, tal como aldeídos reativos (incluindo formaldeído, acroleína e glioxal); ou uma amina incluindo alcanolaminas, tal como etanolamina e dietanolamina.
[0062] Em aspectos, a fase aquosa de aumento de peso está presente a um nível de cerca de 1% em volume a cerca de 25% em volume, mas pode estar presente em níveis muito mais altos até cerca de 50% em volume, 60% em volume, 70% em volume, 80% em volume, 90% em volume com base no volume total da mistura de fluidos.
[0063] Em aspectos o vaso inclui uma parede feita de pelo menos um material selecionado de aço inoxidável, de superliga à base de níquel-cromo austenítica, cobalto, titânio e suas combinações.
[0064] Em aspectos a parede do vaso é porosa e é opcionalmente revestida. Em aspectos a parede é revestida e o referido revestimento compreende pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em um revestimento à base de silício (tal como, por exemplo, tratamentos Sulfinert™), um revestimento à base de cerâmica (tal como, por exemplo, tratamentos Tech-12™) e suas combinações.
[0065] Em aspectos o vaso é um recipiente de amostra, tal como um recipiente de amostragem utilizado no fundo de poço ou na superfície para coletar amostras de hidrocarbonetos. Em aspectos o recipiente de amostra é um recipiente de armazenamento em longo prazo.
[0066] Em aspectos os métodos ainda incluem separar o referido primeiro fluido do referido segundo fluido e, opcionalmente, reutilizar o primeiro fluido num processo semelhante. Em aspectos a separação pode ser conseguida por quaisquer meios adequados, por exemplo, técnica de separação baseada em gravidade, uma técnica de separação à base de afinidade química ou uma combinação dos mesmos.
[0067] A presente divulgação também abrange métodos para analisar uma amostra de fluido, onde os métodos incluem contatar num vaso de um primeiro fluido compreendendo uma fase aquosa de aumento de peso e um segundo fluido compreendendo uma mistura de pelo menos um fluido e pelo menos uma impureza. A fase aquosa de aumento de peso é uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide e inclui um sequestrador que pode reagir com a pelo menos uma impureza. A fase aquosa de aumento de peso tem uma densidade API menor do que a densidade API do segundo fluido. O método inclui mover o vaso para fazer com que o primeiro fluido misture o segundo fluido, pelo que o sequestrador pode reagir com a pelo menos uma impureza, e determinar a concentração da pelo menos uma impureza.
[0068] Em aspectos, a determinação da concentração da pelo menos uma impureza compreende medir a concentração de um subproduto criado quando o sequestrador reage com a impureza.
[0069] Em aspectos, a determinação da concentração da pelo menos uma impureza compreende regenerar a impureza e medir a quantidade de impureza.
[0070] A presente divulgação também abrange sistemas para misturar amostras de fluidos. Em aspectos um sistema compreende um vaso, um primeiro fluido incluindo uma fase aquosa de aumento de peso e um segundo fluido incluindo um fluido de hidrocarboneto extraído de um furo de poço. A fase aquosa de peso aumentado é uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide. A fase aquosa de aumento de peso tem uma densidade API menor do que a densidade API do referido segundo fluido.
[0071] Em aspectos um sistema para misturar amostras de fluido inclui um primeiro fluido incluindo uma fase aquosa de aumento de peso que é uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide e que inclui um sequestrador e um segundo fluido incluindo um fluido de hidrocarboneto extraído de um furo de poço que inclui uma impureza que pode reagir com o sequestrador.
[0072] Quando faixas são usadas neste documento para propriedades físicas, tal como peso molecular, ou propriedades químicas, tal como fórmulas químicas, todas as combinações e subcombinações de faixas de aspectos específicos nas mesmas se destinam a ser incluídas.
[0073] As composições, métodos e sistemas descritos neste documento são descritos em detalhes suficientes para permitir aos especialistas na técnica praticar a invenção e entende-se que outras composições, métodos e sistemas podem ser utilizados e que mudanças de estruturais lógicas, mecânicas, elétricas e químicas podem ser feitas sem afastamento do espírito ou escopo da invenção. Para evitar detalhes não necessários para permitir aos especialistas na técnica praticarem os métodos aqui descritos, a descrição pode omitir certas informações conhecidas dos especialistas na técnica. A presente divulgação, portanto, não é para ser tomada num sentido limitativo e o escopo da invenção é definido apenas pelas reivindicações anexas, as quais devem ser interpretadas para abranger todos esses equivalentes e variações que caiam dentro do verdadeiro espírito e escopo da divulgação.
Claims (14)
1. Método para misturar um fluido, compreendendo as etapas de: contatar num vaso: um primeiro fluido, e um segundo fluido compreendendo uma mistura de dois ou mais materiais; e, mover o vaso para fazer o primeiro fluido misturar o segundo fluido, caracterizadopelo fato de que o primeiro fluido tem uma densidade API (“American Petroleum Institute”) menor que a densidade API do segundo fluido, em que o primeiro fluido compreende uma fase aquosa de aumento de peso compreendendo uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o primeiro fluido tem uma densidade API menor que 10°.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a solução aquosa saturada ou supersaturada é selecionada do grupo que consiste em uma solução de sal, uma solução de açúcar, uma solução de ureia, uma solução de glicerol, uma solução de metilsulfonilmetano, uma solução de formato de césio e suas combinações.
4. Método de acordo com reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o sal compreende: um cátion selecionado do grupo consistindo +1 +1 +2 +2 +2 +2 em: Na , K , Ca , Zn , Cs ; e Ba ; e, um ânion selecionado do grupo consistindo em SO4-2, Cl-1, Br-1, F-1, I-1e formato, e opcionalmente o sal compreende brometo de potássio.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o primeiro fluido compreende ainda pelo menos um desemulsificante.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o segundo fluido compreende óleo bruto ou um fluido extraído de um furo de poço durante uma operação de teste de formação de cabo de aço, medição durante a perfuração, perfilagem durante a perfuração, ou teste de haste de perfuração.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o segundo fluido está presente a um nível na faixa de 1% em volume até 25% em volume com base no volume total da mistura.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a fase aquosa de aumento de peso é inerte ou inclui um sequestrador.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o movimento compreende agitação.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda separar o primeiro fluido do segundo fluido, onde opcionalmente a separação compreende uma técnica de separação baseada em gravidade, uma técnica de separação baseada em afinidade química ou uma combinação das mesmas.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que; a mistura de dois ou mais materiais compreende uma mistura de pelo menos um fluido e pelo menos uma impureza; o primeiro fluido compreende um sequestrador que pode reagir com a pelo menos uma impureza, a etapa de mover o vaso faz com que o sequestrador reaja com a pelo menos uma impureza; e compreende ainda a etapa de determinar a concentração da pelo menos uma impureza no segundo fluido.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a determinação da concentração da pelo menos uma impureza compreende medir a concentração de um subproduto criado quando o sequestrador reage com a impureza.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a determinação da concentração da pelo menos uma impureza compreende regenerar a impureza e medir a quantidade de impureza.
14. Sistema para misturar um fluido, compreendendo: um vaso; um primeiro fluido compreendendo uma fase aquosa de aumento de peso; e, um segundo fluido compreendendo um fluido de hidrocarboneto extraído de um furo de poço e, opcionalmente, uma impureza, caracterizado pelo fato de que: a fase aquosa de peso aumentado é uma solução aquosa saturada ou supersaturada ou coloide; a fase aquosa de aumento de peso tem uma densidade API menor do que uma densidade API do fluido de hidrocarboneto, sendo que opcionalmente a fase aquosa de aumento de peso tem uma densidade API menor do que 10°; e, a fase aquosa de aumento de peso compreende um sequestrador capaz de reagir com a impureza.
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