BRPI0709784A2 - composiÇÕes de isolamento tÉrmico contendo solvente orgÂnico e agente de gelificaÇço e mÉtodos de utilizar os mesmos - Google Patents
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Abstract
<B>COMPOSIÇÕES DE ISOLAMENTO TÉRMICO CONTENDO SOLVENTE ORGÂNICO E AGENTE DE GELIFICAÇçO E MÉTODOS DE UTILIZAR OS MESMOS<D>Um fluido de empacotador isolante térmico contém um solvente orgânico de baixa condutividade térmica e um agente de gelificação que sãohidratáveis no solvente. A composição é capaz de inibir a perda de calor não desejada do tubo de produção ou transferência de calor descontrolada para a coroa anular externa . A viscosidade da composição é suficiente para re- duzir a velocidade do fluido de transmissão dentro da coroa anular.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção Para "COMPOSI-ÇÕES DE ISOLAMENTO TÉRMICO CONTENDO SOLVENTE ORGÂNICOE AGENTE DE GELIFICAÇÃO E MÉTODOS DE UTILIZAR OS MESMOS".
ESPECIFICAÇÃO
Campo da Invenção
Esta invenção refere-se ao realce do isolamento térmico da tu-bulação de produção ou um tubo de transferência por uso de uma novacomposição de isolamento térmica que controla a transferência de calor apartir da tubulação ou tubo a uma ou mais coroas anulares e o ambiente. Aviscosidade do fluido da composição é capaz de reduzir a velocidade de flu-xo de transmissão dentro da coroa anular circundantes do poço ou tubo detransferência a ser tratada.
Antecedente da Invenção
Uma perda de calor indesejada da tubulação de produção, bemcomo transferência de calor descontrolada para coroa anular externa podeser prejudicial à integridade mecânica da coroa anular externa, porque asperdas de produtividade do poço devido à deposição de materiais de asfal-teno e parafina, aceleram a formação de hidratos de gás, e desestabilizam acamada de terra congelada em regiões de tipo árticas. O uso bem-sucedidode fluidos de isolamento de perfuração de poço nos vários anos passadotem demonstrado que tais fluidos, adicionados na coroa anular ou transmis-sor de corrente, podem eficazmente reduzir perda de calor indesejada.
Por exemplo, Patente U.S. Nfi 6.489.270 descreve fluidos isolan-tes não-reticulados que são fáceis de misturar e bombear na coroa anular.Tais fluidos, quando adicionados em uma coroa anular ou transmissor decorrente, reduzem eficazmente a perda de calor indesejada da tubulação deprodução ou transferência de calor para as coroas anulares externas.
Polímeros superabsorventes de água são descritos para uso emfluidos gelificados como fluidos isolantes térmicos na Publicação de PatenteU.S. N- 20040059054. Tais fluidos gelificados exibiram uma condutividadetérmica inerentemente baixa e a viscosidade requerida. A viscosidade defluido foi gerada misturando-se a quantidade requerida, tipicamente entre apartir de 0,1 a 10 por cento em peso, de polissacarídeo em um sistema desalmoura que pode opcionalmente conter um glicol, tal como propileno glicole um polímero de viscosificação, tal como carboximetil hidroxipropil guar. Ofluido resultante que é fácil de misturar e bombear no local do aparelho re-duz a perda de calor a partir de uma coroa anular quente para uma coroaanular fria reduzindo-se a transmissão térmica de fluido causada pela tempe-ratura diferencial entre o ambiente de temperatura alta da coroa anular inter-no e ambiente de baixa temperatura da coroa anular externa. Transmissãotérmica de fluido, que é responsável pela porção maior da transferência decalor, é dependente da mobilidade e viscosidade do fluido do solvente, talcomo uma mistura de água-poliol.
Materiais alternativos que são mais eficazes na retenção de ca-lor foram procurados. Tais materiais são necessários a fim de melhorar acontutividade térmica intrínseca do sistema de solvente dos fluidos de isolamento.
Sumário da Invenção
A invenção se refere a uma composição capaz de controlar atransferência de calor a partir de uma tubulação de produção ou tubo detransferência a uma ou mais coroas anulares circundantes e o ambiente. Acomposição, que exibe controle térmico aumentado e que é particularmenteeficaz para transmissores de corrente de águas profundas, contém um sol-vente orgânico de baixa condutividade térmica e um de agente de gelificaçãohidratável no solvente. A composição é tipicamente tamponada em um pHacima de 10. A viscosidade do fluido da composição é capaz de reduzir avelocidade de fluxo de transmissão dentro da coroa anular circundante dopoço ou um tubo de transferência.
O solvente orgânico é preferivelmente isopropanol ou um poliolselecionado a partir de etileno glicol, propileno glicol, glicerol, butileno glicol,dietileno glicol e trimetileno glicol, polietileno glicol, poli(1,3-propanodiol), po-li(1,2-propanodiol), poli(1,2-butanodiol), poli(1,3-butanodiol), poli(1,4-butano-diol), poli(2,3-butanodiol), álcool polivinílico, copolímeros e polímeros porbloco dos mesmos. Em uma modalidade preferida, o solvente orgânico éetileno glicol, propileno glicol, glicerol ou dietileno glicol.
O agente de gelificação é preferivelmente um polímero sintético[tal como poliacrilamida (como copõlímeros de acrilamida ou (met)acrilamidae N-vinilformamida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactama, N-vinilimidazol, N-vinilpiridina, fosfonato de vinila, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico,N-vinilpirrolidona e/ou cloreto de acrilamidopropiltrimônio] ou um derivadodestes ou uma guar hidroxialquilada (tal como hidroxipropil guar ou hidroxi-propil guar modificado) ou um ácido poliacrílico, sal ou copolímero destes [talcomo um polímero que contém ácido acrílico, acrilato de metila, acrilato deetila, acrilato de propila, acrilato de butila, acrilato de octila, acrilato de dodecila,ácido (met)acrílico, (met)acrilato de metila, (met)acrilato de etila, (met)acrilatode propila, (met)acrilato de isopropila e (met)acrilato de butila ou um copolí-mero de acrilato/ ácido poliacrílico hidrofobicamente modificado.
Em uma modalidade preferida, o agente de gelificação é ou umterpolímero de N-vinilformamida, ácido 2-acrilamido-2-metipropanossulfônico eacrilamida ou um copolímero de ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfônico eacrilamida e, opcionalmente, N-vinilpirrolidona ou um terpolímero de cloreto deacrilamidopropil trimônio, acrilamida e um monômero heterocíclico de nitrogê-nio tal como N-vinilformamida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactam, N-vinili-midazol, N-vinilpiridina ou N-vinilpirrolidona ou um ácido poliacrílico hidrofo-bicamente modificado ou copolímero de ácido acrílico/acrilato .
As composições da invenção fornecem alta viscosidade na bai-xa faixa de taxa de cisalhamento para reduzir a velocidade de fluxo de trans-missão dentro da coroa anular. Além disso, as composições da invençãofornecem viscosidade mais baixa na faixa da taxa de alto cisalhamento parafacilitar a colocação do fluido.
Breve Descrição dos Desenhos
Para entender mais completamente os desenhos referidos nadescrição detalhada da presente invenção, uma descrição breve de cadadesenho é apresentada em que:
figura 1 ilustra as dimensões do tubo concêntrico para um apa-relho de transferência de calor para determinar a eficácia de isolamento tér-mico de fluidos exemplificados.
Figura 2 ilustra a capacidade de retenção de calor exibida pelofluido isolante térmico da invenção (Fluido II) versus um fluido isolante datécnica anterior (Fluido I), como discutido abaixo no Exemplo 5.
Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas
A composição da invenção é capaz de reduzir a transferência decalor a partir da tubulação de produção ou de um tubo de transferência emuma perfuração de poço ao ambiente ou coroas anulares circundantes. Acomposição contém um solvente da condutividade térmica baixa e um polí- mero de viscosificação ou agente de gelificação hidratável no solvente.
O solvente transmite baixa condutividade térmica à composiçãoe desse modo fornece isolamento térmico altamente desejável. Tipicamente,a condutividade térmica intrínseca do solvente está abaixo de 0,66 W/m.k(0,38 BTU/(hr-ft-°C)).
Solventes preferidos incluem isopropanol, glicóis tais como eti-leno glicol, propileno glicol, glicerol, butileno glicol, dietileno glicol e trimetile-no glicol e tais poliglicóis como polietileno glicol, poli(1,3-propanodiol), poli(1,2-propanodiol), poli(1,2-butanodiol), poli(1,3-butanodiol), poli(1,4-butanodi-ol), poli(2,3-butanodiol), copolímeros, polímeros por bloco e misturas dosmesmos polímeros. Os poliglicóis têm um peso molecular tipicamente entrea partir de cerca de 4.000 a cerca de 6.000. Em uma modalidade preferida, osolvente orgânico é etileno glicol, propilene glicol, glicerol e dietileno glicol.
Qualquer agente de gelificação capaz de ser hidratado no sol-vente de baixa condutividade térmico é aceitável. O agente de gelificação écapaz de tornar uma viscosidade de cerca de 100 a cerca de 2000 cps @100 sec"1 à composição.
Em uma modalidade preferida, o agente de gelificação é umapoliacrilamida ou derivado desta, preferivelmente um copolímero de acrila-mida ou (met)acrilamida ou um copolímero de ácido poliacrílico/acrilato hi-drofobicamente modificado. Comonômeros adequados incluem N-vinilforma-mida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactama, N-vinilimidazol, N-vinilpiridina,ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico, N-vinilpirrolidona e cloreto deacrilamidopropiltrimônio. Tipicamente, os copolímeros são compreendidosde dois monômeros distintos em uma relação percentual em peso de 10:90 a90:10 de acrilamida a outro comonômero.
Da mesma forma preferidos são ácidos poliacrílico, sais e copo-límeros dos mesmos. Tais polímeros podem ser produzidos a partir de pelomenos um monômero selecionado a partir do grupo que consiste em ácidoacrílico, ácido (met)acrílico, acrilato de alquila e (met)acrilato de alquila talcomo acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de propila, acrilato de butila,acrilato de octila, acrilato de dodecila, ácido (met)acrílico, (met)acrilato demetila, (met)acrilato de etila, (met)acrilato de propila, (met)acrilato de isopro-pila, (met)acrilato de butila e similares. Por exemplo, os polímeros podem sercopolímeros de acrilato de CrC26-alquil (met)acrilato e ácido (met) acrílicobem como ácido (met)acrílico e pelo menos dois monômeros de C1-C26 alquil(met)acrilato diferentes. Além disso, os polímeros podem ser copolímeros deacrilato que contêm acrilamida ou acrilonitrila. Uma dispersão de copolímerode acrilato particularmente adequada é obtenível comercialmente sob a de-signação Viscalex EM 15 (Ciba Specialty Chemicals).
Também preferidos são copolímeros de acrilato/acrílicos e poli-acrílicos hidrofobicamente modificados. Tais polímeros incluem Aculyn® 28,uma emulsão solúvel de álcali hidrofobicamente modificado (HASE), comer-cialmente disponível de Rohm e Haas Company. Tais produtos de HASEsão descritos na Patente U.S. N2 6.063.857, aqui incorporados por referência.
Tais polímeros podem ser ligeiramente reticulados com um a-gente de reticulação, preferivelmente aqueles que contêm dois ou mais gru-pos etilênicos polimerizáveis por molécula. Exemplos de tais agentes de reti-culação são Ν,Ν'-metileno-bis-acrilamida, N,N'-metileno-bis-(met)acrilamida,dialil amina, dialil acrilamida, dialil (met)acrilamida, dialil éter, dialil metil éter,divinil benzeno, divinil éter de dietileno glicol, diacrilato de etileno glicol,di(met)acrilato de etileno glicol, diacrilato de propileno glicol, di(met)acrilatode propileno glicol, diacrilato de dietileno glicol, di(met)acrilato de dietilenoglicol, diacrilato de tetraetileno glicol, di(met)acrilato de tetraetileno glicol,acrilato de alila, (met)acrilato de alila, dialil éter de trimetilolpropano, dialiléter de polietileno glicol, triacrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato detrimetilolpropano, diacrilato de 1,6 hexanodiol, triacrilato de pentaeritritol, tria-crilato de glicerila/propóxi e similares. Agentes de reticulação preferidos sãoΝ,Ν'-metileno-bis-acrilamida, trimetilolpropandialiléter e dialiléter de polietile-noglicol. A quantidade de agente de reticulação pode ser variada para adaptarexigências específicas; a quantidade de agente de reticulação que varia tipi-camente de cerca de 0,03 a 5,0% (em peso com base no monômero). Aquantidade do agente de reticulação tipicamente utilizada está entre cercade 0,05 a 2,0% em peso do agente de gelificação.
Copolímeros preferidos são terpolímeros de (i.) N-vinilformami-da, (ii.) ácido 2-acrilamido-2-metipropanossulfônico e (iii.) acrilamida, opcio-nalmente reticulados, bem como copolímeros de ácido 2-acrilamido-2-metil-propano sulfônico e acrilamida, e opcionalmente, N-vinilpirrolidona e terpolí-meros de cloreto de acrilamidopropil trimônio, acrilamida e um monômeroheterocíclico de nitrogênio selecionado a partir do grupo que consiste em N-vinil-formamida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactam, N-vinilimidazol, N-vinilpiri-dina e N-vinilpirrolidona. Tipicamente, cada um dos monômeros nos terpolí-meros está presente em uma quantidade de cerca de 5 a cerca de 90 porcento em peso.
Em uma modalidade mais preferida, o copolímero contém 30 porcento em peso de ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico, 15 por centoem peso de N-vinilformamida e 54,5 por cento em peso de de acrilamida efoi reticulado com cerca de 0,5 por cento em peso do agente de reticulaçãode dialiléter de trimetilolpropano ou dialiléter de polietilenoglicol.
Também preferidos são derivados de guar, tais como guars hi-doxialquilados como hidroxipropil guar, hidroxietil guar e hidroxibutil guar eguars hidroxialquilados modificados como carboximetilidroxipropil guar, pre-ferivelmente aqueles tendo um peso molecular de cerca de 1,0 a cerca de 3milhões e em que a substituição molar (definida como o número de moles degrupos hidroxialquila por mol de anidroglicose) está entre cerca de 0,80 acerca de 1,20.A composição é preferivelmente tamponada, para melhorar es-tabilidade térmica e prevenir a degradação de polímero, em um pH acima de10. Agentes de tamponamento adequados conhecidos na técnica, tais comocompostos de carbonato de potássio, bicarbonato de potássio e compostosde amina primária são aceitáveis. Tipicamente, a quantidade tampão utiliza-da na composição é menor que cerca de 0,02 por cento em peso.
A composição da invenção pode também conter um biocida e/ouinibidor de corrosão. Além disso, a composição pode conter agente de reti-culação e materiais de argila e tipo argila para conceder viscosidade realça-da à composição. Materiais adequados para uso na invenção são aquelesconhecidos na técnica e são empregados em quantidades reconhecidas natécnica.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, o fluidoisolante térmico é substancialmente livre de água. Como tal, o fluido isolanteda invenção exibe propriedades de isolamento superiores e pode ser formu-lado utilizando-se entre cerca de 0,05 a cerca de 20%, preferivelmente cercade 1%, em peso do copolímero com base em 100% em volume de solvente.Uma formulação preferida para uso na invenção contém perto de 100 porcento em volume de propileno glicol como solvente e 1,81 kg/baril (4 Ii-bras/barril) de agente de gelificação.
Enquanto água não é preferivelmente utilizada junto com o sol-vente, água (incluindo salmoura saturada ou insaturada) pode ser utilizadaem quantidades pequenas na composição, tal como uma porção de um sis-tema de reticulação e/ou tampão. A quantidade de água (salmoura) na com-25 posição isolante térmica da invenção é tipicamente não maior que cerca depor cento em volume. Por salmoura saturada, entende-se que a salmouraé saturada com pelo menos um sal, tal como brometo de sódio.
As composições isolantes térmicas da invenção podem tambémconter um agente de liberação de metal de reticulação. Quando aqui utiliza-do, o termo "agente de liberação de metal de reticulação" é adotado paradesignar aqueles materiais de metal ou contendo metal que fornece umaespécie contendo metal ou íon de metal na solução capaz de reticular o po-límero emulsificante ("viscosifyng").
O agente de reticulação compreende preferivelmente um com-de liberação de íon de borato, um íon de metal complexado orgânicoou organometálico compreendendo pelo menos um íon de metal alcalino-terroso ou metal de transição bem como misturas destes, tal como Zr (IV) eTi (IV). Tipicamente, o agente de reticulação é empregado na composiçãoem uma concentração de cerca de 0,001 por cento a cerca de 2 por cento,preferivelmente de cerca de 0,005 por cento a cerca de 1,5 por cento, e, pre-ferivelmente, de cerca de cerca de 0,01 por cento a cerca de 1,0 por cento.
Compostos de liberação de íon de borato que podem ser em-pregados incluem, por exemplo, qualquer composto de boro que forneceráíons de borato na composição, por exemplo, ácido bórico, boratos de metalde álcali tal como diborato de sódio, tetraborato de potássio, tetraborato desódio (bórax), pentaboratos e similares e boratos de metal de zinco e alcali-nos. Tais compostos de liberação de íon de borato são descritos na PatenteU.S. 3.058.909 e Patente U.S. N- 3.974.077 aqui incorporadas por referên-cia. Além disso, tais compostos de liberação de íon de borato incluem óxidobórico (tal como selecionado de H3BO3 e B2O3) e compostos de borato poli-méricos. Um exemplo de um composto de borato polimérico adequado é umcomposto polimérico de ácido bórico e um borato de álcali que é comercial-mente disponível sob a marca registrada POLYBOR® de U.S. Borax de Va-lencia, Calif.. Misturas de qualquer dentre os compostos de liberação de íonde borato referenciados podem também ser empregados. Tais Iiberadoresde borato tipicamente requerem um pH básico (por exemplo, 7,0 a 12) paraa reticulação ocorrer.
Outros agentes de reticulação preferidos são reagentes, taiscomo compostos de metal complexados orgânicos e organometálicos, quepodem fornecer íons de zircônio IV, por exemplo, Iactato de zircônio, trieta-nolamina de Iactato de zircônio, carbonato de zircônio, acetiIacetonato dezircônio e Iactato de diisopropilamina de zircônio; bem como compostos quepodem fornecer íons de titânio IV, por exemplo, Iactato de amônio de titânio,trietanolamina de titânio, e acetilacetonato de titânio. Zr (IV) e Ti (IV) podemser adicionados diretamente como íons ou íons de óxi na composição.
Tais agentes de reticulação de metal complexado orgânicos eorganometálicos contendo titânio ou zircônio em um estado de valência +4incluem aqueles descritos na Patente Britânica N2 2.108.122, aqui incorpora-da por referência, que são preparados reagindo-se tetraalcóxidos de zircôniocom alcanolaminas sob condições essencialmente anidrosas. Outros agentesde reticulação de titânio e zircônio são descritos, por exemplo, na Patente U.S.N2 3.888.312; Patente U.S. N2 3.301.723; Patente U.S. N2 4.460.751; PatenteU.S. N2 4.477.360; Pat. da Europa N2 92.755; e Patente U.S. N2 4.780.223,todas das quais estão aqui incorporadas por referência. Tais agentes de reti-culação de metal complexado orgânicos e organometálicos contendo titânioou zircônio em um estado de valência +4 podem conter um ou mais Iigantesde alcanolamina tais como Iigantes de etanolamina (mono, di ou trietanola-mina), tal como bis(trietanolamina)bis(isopropol)-titânio (IV). Além disso, oscompostos podem ser fornecidos como óxidos inorgânicos, tal como dióxido detitânio ou zircônio. Tais agentes de reticulação são tipicamente utilizados emum pH da mesma forma na faixa de cerca de 6 a cerca de 13.
Qualquer íon de metal de reticulação adequado, espécies con-tendo metal ou mistura de tais íons e espécies podem da mesma forma serempregados. Em uma modalidade preferida, o agente de reticulação parauso na composição isolante térmica da invenção é os reagentes capazes defornecer Zn (II), cálcio, magnésio, alumínio, Fe (II), e Fe (III) à composição.Estes podem ser aplicados diretamente à composição como íons ou comocompostos metálicos polivalentes tais como hidróxidos e cloreto a partir dosquais os íons podem ser liberados.
As espécies ou íons de reticulação podem ser fornecidos, comoindicado, dissolvendo-se nos compostos de solução contendo os metais a-propriados ou o íon de metal de per si. A concentração de agente de reticu-lação é dependente de fatores tal como a temperatura nas coroas anulares eregularmente variará a partir de cerca de 5 ppm a cerca de 2000 ppm, prefe-rivelmente a partir de cerca de 100 ppm a cerca de 900 ppm. Quando dese-jado, a reticulação Tipicamente ocorre depois que a composição isolantetérmica está dentro da coroa anular.
Reticuladores de zircônio, tais como aqueles descritos na Paten-te Britânica N- 2.108.122, são uma classe de reticuladores para uso aqui.Tais reticuladores são preferidos por causa de sua reatividade de reticulação"atrasada" ou "retardada". Esta atividade atrasada é útil porque deixa o ope-rador formular e bombear a composição não reticulada enquanto tiver umaviscosídade relativamente mais baixa que significa o bombeamento maisfácil. Os sistemas atrasados são usualmente designados para reticular, en-quanto o fluido está sendo bombeado através da tubulação em poços perfu-ração e/ou quando o fluido entra nas coroas anulares.
A composição isolante térmica da invenção é preparada na su-perfície e, em seguida, bombeada através da tubulação em poços de perfu-ração ou na coroa anular. Em uma modalidade preferida, o fluido é um fluidode transmissor de corrente ou empacotador e o fluido do empacotador é in-troduzido acima do empacotador em uma coroa anular e o fluido do trans-missor de corrente é introduzido em uma coroa anular do transmissor decorrente.
Enquanto a viscosidade alta, fluido espesso é altamente desejá-vel depois que o fluido é posicionado na coroa anular, quantidades grandesde energia são exigidas para bombear tais fluidos através dos espaços anu-lares e da tubulação. A reticulação, quando desejada, pode ser demorada,desse modo reduzindo a quantidade de energia exigida para bombear flui-dos viscosos através da tubulação permitindo-se o bombeamento de umfluido relativamente menos viscoso que tem pressões de fricção relativamen-te baixas dentro da tubulação do poço. A reticulação é tipicamente afetada,quando o fluido é colocado na coroa anular depois que as propriedades van-tajosas do fluido reticulado espesso são em seguida disponíveis para isola-mento térmico.
A composição, quando bombeada em uma coroa anular quecerca a tubulação de produção ou encanamento de transferência, realça aqualidade isolante térmica ao redor da tubulação ou encanamento, dessemodo reduzindo a perda de calor a partir disto. A composição também forne-ce alta viscosidade em baixa taxa de cisalhamento para reduzir a taxa detransmissão de fluido para próximo de zero. Considerando que a transmis-são é o movimento de fluido causado pela variação de densidade de fluidocom temperatura, a viscosidade de fluido crescente diminui o movimento defluido, e correspondentemente, diminui a transmissão anular livre. Dessemodo, o perfil reológico desejado para o fluido isolante da invenção incluiviscosidade alta em taxa de baixo cisalhamento para reduzir a transmissãode fluido livre causada por temperatura diferencial. Adicionalmente, uma bai-xa viscosidade na taxa de alto cisalhamento é desejada para facilitar a colo-cação do fluido isolante na localização desejada.
A composição isolante térmica da invenção pode ser produzidaem instalações com base em suporte, transportada, e bombeada a partir debotes de manutenção de poço marítimos nas coroas anulares do transmissorde corrente. Isto fornece um meio conveniente para misturar, temporaria-mente armazenar, e em seguida bombear quantidades grandes de fluido nascoroas anulares do transmissor de corrente e perfuração de poço, sem utili-zar tanques do aparelho.
A composição isolante térmica da invenção também oferece be-nefícios ambientais visto que nenhum brilho de óleo será produzido se acomposição for derramada desde que a composição seja livre de óleo. Alémdisso, enquanto as composições de fluido variarem de acordo com condi-ções bem específicas, os componentes da composição são ambientalmentebenéficos desde que a composição seja livre de sólidos.
A composição da invenção pode servir de um propósito dual.Primeiro, ela serve para prevenir a formação/transferência de calor nas co-roas anulares externas. Segundo, ela serve para reter o calor dentro doshidrocarbonetos produzidos. As composições também fornecem viscosidademais baixa na taxa de alto cisalhamento para facilitar a colocação de fluido.
Os exemplos seguintes ilustrarão a prática da presente invençãoem uma modalidade preferida. Outras modalidades dentro do escopo dasreivindicações aqui ficarão evidentes por alguém versado na técnica a partirda consideração da especificação e prática da invenção como descrito aqui.Pretende-se que a especificação, junto com o exemplo, seja consideradaapenas exemplar, com o escopo e espírito da invenção sendo indicados pe-las reivindicações que seguem.
EXEMPLOS
A menos que declarado ao contrário, todas as porcentagensexpressas aqui, referem-se à porcentagem em peso.
As seguintes abreviações são também utilizadas:CMHPG refere-se a carboximetil hidroxipropil guar;
HE-100 refere-se a um copolímero de ácido 2-acrilmida-2-metil-propanossulfônico e acrilamida, um produto de Drilling Speciality Company;
HE-300 refere-se a um terpolímero de ácido 2-acrilamido-2-metil-propano sulfônico, acrilamida e N-vinilpirrolidona, comercialmente disponí-veis de Drilling Speciality Company;
GM-60 refere-se a um hidroxipropil guar modificado, um produtode BJ Services Company;
Fluido isolante não reticulado ou ATIF, descrito no Pedido dePatente U.S. N2 20040059054, consiste em 1,81 kg/barril (4 libras por barril)(ppb) de CMHPG, e 2 ppb de polímero superabsorvente G-504 (um produtode Water Lock de Grain Processing Corp., Muscatine, lowa) respectivamen-te, para 9,0 ppg de salmoura, a salmoura consistindo em água, propilenoglicol (25 % em volume), e sal de brometo de sódio.
Exemplo 1. Exemplo 1 examina a reologia de fluidos isolantes da invenção.
4 g de HE-100 foram adicionados a 350 mis de propileno glicolenquanto agitando. Depois de hidratar a mistura por agitação mecânica du-rante 30 minutos e ajustando-se o pH acima de 10,0 com K2CO3, uma amostrade 50 ml do fluido hidratado foi colocada em um copo de viscômetro a 50° CFann. O copo foi, em seguida, colocado em um viscômetro a 50°C Fann epressionado em cerca de 2,07 Mpa (300 psi) com nitrogênio. A amostra foi,em seguida, cortada em 100 seg"1 durante 28 minutos a 48,89°C (120°F),seguido por uma varredura de taxa utilizando 100, 75, 50, e 25 seg"1 durantecerca de 2 minutos. A temperatura do banho de óleo foi pré-fixada a 49°C eo banho foi elevado para submergir o copo de amostra. A varredura de taxafoi repetida a cada 28 minutos, e a taxa interina entre as varreduras foi de100 seg"1. As tensões associadas a cada taxa utilizada na varredura juntocom as taxas foram utilizadas para calcular os índices da lei de força η e K;em que η se refere ao índice de comportamento de fluxo e K refere-se aoíndice de consistência mencionado no American Petroleum lnstitute's Bulle-tin RP-39. A viscosídade de fluido foi, em seguida, calculado utilizando-se osvalores de η e K, como mencionado na Tabela I:
Tabela I
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Tabela I -continuação-
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O ciclo foi, em seguida, repetido exceto que 8 g de HE-300 fo-ram utilizados no Iugarde 4 g de HE-100 utilizados no Exemplo 1. O HE-100foi, em seguida, adicionado em 350 mililitros de propileno glicol. O perfil reo-lógico é mencionado na Tabela II:Tabela II
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Tabela II -continuacao-
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Tabelas I e II ilustram fluidos isolantes térmicos de alta viscosi-dade para uso como fluidos isolantes térmicos e, como refletido pelo valorpara n. Tabelas I e Il mostram que os fluidos isolantes da invenção exibemum perfil de viscosidade aceitável enquanto utilizando o solvente orgânicopuro para hidratar o polímero.
As propriedades reológicas dos fluidos isolantes podem ser a -justadas alterando-se a concentração de polímero para fornecer um meioconveniente para misturar, temporariamente armazenar, e em seguida bom-bear grandes quantidades de fluido em poços de perfuração e coroa anulardo transmissor de corrente, sem utilizar tanques de aparelho.
Exemplo 2. Exemplo 2 examina a eficácia do isolamento térmico de certosfluidos que utilizando um aparelho de transferência de calor feito de escalalaboratorial.
Dois fluidos foram preparados de acordo com o procedimento doExemplo 1 porém utilizando 1,81 kg/barril (4 Ibs/barril) de GM-60 e 1,81kg/barril (4 Ibs/barril) de HE-100. As propriedades isolantes térmicas de flui-dos isolantes térmicos foram avaliadas em um aparelho de transferência decalor feito de escala laboratorial para determinar a eficácia térmica dos flui-dos. Estes fluidos foram contrastados com solvente puro e ABIF. O aparelhode transferência de calor consistiu em três tubos de alumínio concêntricosconectados e marcados por dois flanges. As dimensões físicas são mostra-das na figura 1. Fluido quente em temperatura constante foi circulado no tu-bo interno, enquanto o fluido frio em temperatura constante foi circulado nacoroa anular externa. O fluido isolante de teste estava contido na coroa anu-lar entre os fluidos de referência quentes e frios. O topo e a base do apare-lho foram isolados para garantir que o fluxo de calor estava na direção radial.
Cerca de 7000 ml do fluido foram colocados na coroa anular deum aparelho de transferência de calor feito de escala laboratorial para o tes-te em cada fluido. Fluido quente foi permitido entrar no tubo interno na basee deixar o tubo no topo em cerca de 22,73-75,77 cm3/s (0,3-1 galão/minuto)e, desse modo, forneceu uma superfície quente na parede de coroa anularinterna. A água fria foi alimentada ao tubo externo do aparelho de transfe-rência de calor com uma taxa de fluxo de 227,30 cm3/s (3 galões/minuto)para fornecer uma coroa anular de parede fria adjacente à coroa anular doempacotador. O fluido isolante de teste permaneceu estático na coroa anulardo empacotador. Termoelementos foram posicionados na parede interna(superfície quente) e a parede externa (superfície fria) da coroa anular, e nosorifícios de entrada e saída para a água de fluxo quente e frio.
Durante o teste, temperaturas de água fria e água quente foramfixadas a 82,22°C e 10°C, respectivamente. Depois que o equilíbrio térmicofoi alcançado (2 a 3 horas) para um determinado teste, dados foram coleta-dos para calcular o coeficiente de transferência de calor e a condutividadetérmica evidente"ê fésumidos na Tabela III:TABELA Ill
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Tabela Ill ilustra que os sistemas de fluido inventivo exibem me-lhores propriedades isolantes térmicas do que os fluidos da técnica anterior.Exemplo 3: Exemplo 3 ilustra o efeito de concentrações de propileno glicolno comportamento isolante dos fluidos isolantes.
91,4 g de uma hidroxipropil guar especializada, comercialmentedisponível como GM-60 de BJ Services Company, foram adicionados a8.000 mis. de uma mistura de propileno glicol e salmoura de brometo de so-dio (densidade de 1,5g/ml) em relações diferentes sob rápida agitação.
Depois de hidratar a mistura utilizando um agitador mecânicodurante 30 minutos e ajustando o pH em mais que 10,0 com K2CO3, os flui-dos isolantes térmicos preparados foram transferidos em um aparelho detransferência de calor feito de escala laboratorial como descrito no Exemplo2 para determinar a eficácia isolante térmica dos fluidos.
Durante o teste, água quente e temperaturas de água fria foramfixadas a 82,22°C e 10°C, respectivamente. Depois que o equilíbrio térmicofoi alcançado (2 a 3 horas) para um determinado teste, dados foram coleta-dos para calcular o coeficiente de transferência de calor e a condutividadetérmica evidente e resumidos na Tabela IV:
Tabela IV
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Exemplo 4: Exemplo 4 examina a estabilidade térmica a longo prazo dosfluidos isolantes
4 g de um GM-60 foram adicionados a 350 mis. de propilenoglicol enquanto agitando. Depois de hidratar a mistura utilizando um agitadormecânico durante 30 minutos e ajustando o pH a ser de mais que 10,0 comK2CO3, o fluido hidratado foi colocado em um copo de viscômetro Fann 35.O copo foi, em seguida, colocado em um viscômetro Fann 35. A amostra foicortada por uma varredura de taxa utilizando 3, 6, 100, 200, 300, 600 RPM.A viscosidade de fluido foi, em seguida, calculada pelas leituras no viscôme-tro Fann 35. Depois de empregar a viscosidade inicial, esta amostra foi colo-cada em um jarro de vidro e em um forno estático a 82,22°C para um testede estabilidade térmica a longo prazo. A amostra foi retirada do forno paraconferir a reologia nos intervalos de 3 mês e 6 meses. As propriedades reo-lógicas são listadas na Tabela V.Tabela V
Viscosidade (cp) do Fluido Isolante Inventado
Taxa de Cisalhamento (RPM)
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Exemplo 5: Exemplo 5 examina a capacidade de retenção de calor do flui-do isolante desta invenção versus um fluido isolante da técnica anterior pe-las curvas de arrefescimento para imitar as condições de fixação de um poçode produção.
O teste foi realizado em um aparelho de transferência de calorfeito de escala laboratorial para determinar a eficácia térmica dos fluidos. Oaparelho de transferência de calor consistiu em três tubos de alumínio con-cêntricos conectados e marcados por duas flanges. As dimensões físicassão mostradas na figura 1. Fluido quente em temperatura constante foi circu-lado no tubo interno, enquanto o fluido frio em temperatura constante foi cir-culado na coroa anular externa. O fluido isolante teste estava contido na co-roa anular entre os fluidos de referência quentes e frios. O topo e a base fo-ram separados do aparelho para garantir que o fluxo de calor esteja na dire-ção radial. Água quente foi permitida entrar no tubo interno na base e deixaro tubo no topo em cerca de 75,77 cm3/s (1 galão/minuto) para fornecer umasuperfície quente na parede da coroa anular interna. A água fria foi alimen-tada ao tubo externo do aparelho de transferência de calor com uma taxa defluxo de 227,30 cm3/s (3 galões/minuto) para fornecer uma coroa anular daparede fria adjacente à coroa anular do empacotador. O fluido de isolamentoteste permaneceu estático na coroa anular do empacotador. Os termo ele-mentos foram posicionados na parede interna (superfície quente) e a paredeexterna (superfície fria) da coroa anular, e nos orifícios internos e externospara a água de fluxo frio e quente.
Durante o teste, temperaturas de água fria e água quente foramfixadas a 82,22°C e 10°C, respectivamente. Depois que equilíbrio térmico foialcançado (2 a 3 horas) para um determinado teste, o fluxo de água quentefoi interrompido e todas as válvulas de água quente foram fechadas. Dadosde arrefescimento foram coletados até que a temperatura da água quentecaísse para abaixo de -9-C. figura 2 ilustra os resultados de arrefescimentopara isolar fluidos comparados com salmoura (solvente) e ar. Levando o ar-refescimento a 26,67°C, levou 15 minutos para cair a 26,66 °C quando o ma-terial isolante foi salmoura (solvente), 45 minutos para ar, 52 minutos para osfluidos da técnica anterior (Fluido I), e 60 minutos para o fluido de invençãoatual (Fluido II). figura 2, portanto, demonstra que em situações de fixaçãoque utilizam os sistemas de fluido inventivos retiveram calor melhor do queos sistemas de fluido inventivos da técnica anterior.
A partir do antecedente, será observado que numerosas varia-ções e modificações podem ser realizadas sem afastar-se do verdadeiro es-pírito e escopo dos novos conceitos da invenção.
Claims (27)
1. Composição isolante térmica útil para controlar transferênciade calor a partir de uma tubulação de produção ou tubo de transferência empoço de perfuração em uma ou mais coras anulares circundantes e/ou oambiente, a composição compreendendo um solvente orgânico de conduti-vidade térmica baixa e um agente de gelificação hidratável no solvente, emque a viscosidade do fluido da composição é capaz de reduzir a velocidadede fluxo, de transmissão dentro da coroa anular circundante do poço ou dotubo de produção e/ou tubo de transferência.
2. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-1, em que o solvente orgânico é isopropanol ou um poliol.
3. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-2, em que o solvente orgânico é selecionado a partir do grupo que consisteem etileno glicol, propileno glicol, glicerol, butileno glicol, dietileno glicol etrimetileno glicol, polietileno glicol, poli(1,3-propanodiol), poli(1,2-propano-diol), poli(1,2-butanodiol), poli(1,3-butanodiol), poli(1,4-butanodiol), poli(2,3-butanodiol), álcool polivinílico, copolímeros, polímeros de bloco e misturasdos mesmos.
4. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-3, em que o solvente orgânico é selecionado a partir do grupo que consisteem etileno glicol, propileno glicol, glicerol e dietileno glicol.
5. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-1, em que o agente de gelificação é capaz de tornar uma viscosidade a partirde cerca de 100 a cerca de 2000 cps @ 100 sec"1 a 25°C à composição.
6. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-1, em que o agente de gelificação é selecionado a partir do grupo que con-siste em:(A) poliacrilamidas ou um derivado das mesmas;(B) um derivado de guar;(C) ácidos poliacrílicos, sais e copolímeros dos mesmos; e(D) um copolímero de ácido poliacrílico/acrilato hidrofobicamenteodificado.
7. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 6, em que o agente de gelificação é um copolímero de acrilamida ou(met)acrilamida e pelo menos um comonômero selecionado a partir do grupoque consiste em N-vinilformamida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactam, N-vinilimidazol, N-vinilpiridina, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico, N-vinilpirrolidona e cloreto de acrilamidopropiltriamônio.
8. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 6, em que o derivado de guar é uma guar hidroxialquilada ou guar hidroxial-quilada modificada.
9. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 8, em que o agente de gelificação é uma poliacrilamida ou um derivado damesma ou um ácido poliacrílico, sal ou copolímero destes ou um ácido poli-acrílico hidrofobicamente modificado ou copolímero de ácido acrílico/acrilato.
10. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 9, em que o agente de gelificação é reticulado com um agente de reticulaçãoque tem pelo menos dois grupos etilênicos polimerizáveis terminais.
11. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 6, compreendendo um agente de liberação de metal de reticulação.
12. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 11, em que o agente de liberação de metal de reticulação é selecionado apartir do grupo que consiste em compostos de liberação de íon de borato,agentes de reticulação contendo titânio organometálico e agentes de reticu-lação de zircônio organometálico.
13. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação 10, em que o agente de reticulação é selecionado a partir do grupo que con-siste em Ν,Ν'-metileno-bis-acrilamida, N,N'-metileno-bis-(met)acrilamida, dia-lilamina, dialil acrilamida, dialil (met)acrilamida, dialil éter, dialil metil éter,divinil benzeno, divinil éter de dietileno glicol, diacrilato de etileno glicol,di(met)acrilato de etileno glicol, diacrilato de propileno glicol, di(met)acrilatode propileno glicol, diacrilato de dietileno glicol, di(met)acrilato de dietilenoglicol, diacrilato de tetraetileno glicol, di(met)acrilato de tetraetileno glicol, alilacrilato, alil (met)acrilato, dialil éter de trimetilolpropano, dialil éter de polieti-leno glicol, triacrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato de trimetilolpropa-no, diacrilato de 1,6 hexanodiol, triacrilato de pentaeritritol e triacrilato de gli-cerila/propóxi.
14. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-13, em que o agente de reticulação é selecionado a partir do grupo que con-siste em trimetilolpropandialiléter e dialiléter de polietilenoglicol.
15. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-6, em que o agente de gelificação é selecionado a partir do grupo que con-siste em (i.) terpolímeros de N-vinilformamida, ácido 2-acrilamido-2-metipro-panossulfônico e acrilamida; (ii.) copolímeros de ácido 2-acrilamido-2-metil-propano sulfônico e acrilamida e, opcionalmente, N-vinilpirrolidona; e (iii.) ter-polímeros de cloreto de acrilamidopropil trimônio, acrilamida e um monôme-ro heterocíclico de nitrogênio selecionado a partir do grupo consistindo emN-vinilformamida, N-vinilacetamida, N-vinilcaprolactama, N-vinilimidazol, N-vinil-piridina e N-vinilpirrolidona.
16. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-1, em que a quantidade de agente de gelificação presente na composiçãoestá entre a partir de cerca de 0,05 a cerca de 20 por cento em peso combase em 100 por cento em volume de solvente orgânico.
17. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-8, em que o agente de gelificação é uma hidroxipropil guar.
18. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-8, em que o derivado de guar tem um peso molecular dentre a partir de cer-ca de 1,0 a cerca de 3 milhões e em que a substituição molar está entre cer-ca de 0,80 a cerca de 1,20.
19. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-6, em que o agente de gelificação é um polímero derivado a partir de pelomenos um monômero selecionado a partir do grupo que consiste em ácidoacrílico, (ácido de metacrílico, um acrilato de alquila e um (met)acrilato dealquila.
20. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-19, em que o agente de gelificação é um polímero derivado a partir de pelomenos um monômero selecionado a partir do grupo que consiste em ácidoacrílico, acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de propila, acrilato de bu-tila, acrilato de octila, acrilato de dodecila, ácido metacrílico, (met)acrilato demetila, (met)acrilato de etila, (met)acrilato de propila, (met)acrilato de isopro-pila e (met)acrilato de butila.
21. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-20, em que o agente de gelificação é um copolímero de acrilato de C1-C26-alquil (met)acrilato e ácido (met)acrílico e pelo menos dois monômeros deC1-C26 -alquil (met)acrilato diferentes.
22. Composição isolante térmica, de acordo com a reivindicação-1, em que a composição é tamponada em um pH acima de 10.
23. Método para realçar o isolamento térmico de uma tubulaçãode produção ou tubo de transferência circundado por pelo menos uma coroaanular, compreendendo:adicionar a composição de fluido como definida na reivindicação-1 a pelo menos uma coroa anular; emanter o fluido em contato com a pelo menos uma coroa anularpara pelo menos parcialmente imobilizar a composição de fluido.
24. Método para reduzir a velocidade de fluxo de transmissãoem pelo menos uma coroa anular que cerca uma tubulação de produção outubo de transferência, compreendendo:introduzir na pelo menos uma coroa anular no empacotador iso-lante ou fluido do transmissor de corrente que compreende a composição defluido de acordo com a reivindicação 1; emanter o fluido na pelo menos uma coroa anular até que a velo-cidade de fluxo de transmissão seja reduzida.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, em que a com-posição de fluido é um fluido do transmissor de corrente ou empacotador etambém em que o fluido de empacotador é introduzido sobre o empacotadorem uma coroa anular e o fluido do transmissor de corrente é introduzido emuma coroa anular do transmissor de corrente.
26. Composição que compreende um solvente orgânico de bai-xa condutividade térmica e um agente de gelificação hidratável no solvente,em que a viscosidade da composição está entre a partir de cerca de 100 acerca de 2000 cps @ 100 seg"1 às 25°C.
27. Composição termicamente isolante, de acordo com a reivin-dicação 1, em que a composição está substancialmente livre de água.
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