BRPI0710532A2 - géis aquosos para reforço de furo de poço - Google Patents
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Abstract
<B>GéIS AQUOSOS PARA REFORçO DE FURO DE POçO.<D> Um processo para tratar uma formação de terra é revelado, o processo inclui: injetar um agente gelificante em uma formação de terra; injetar um agente de reticulação em uma formação de terra e reagir o agente gelificante e o agente de reticulação para formar um gel. O agente gelificante pode incluir pelo menos um de lignina, um lignosulfonato, um tanino, um ácido tânico, uma lignina modificada, um lignosulfonato modificado, um tanino modificado, um ácido tânico modificado, biopolímeros, amidos, carboxi metil celulose, poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas, poliéter aminas, polivinil aminas, polietileno iminas, e suas combinações. O agente de reticulação pode incluir pelo menos um de etileno glicól diglicidil éter, propileno glicól diglicidil éter, butileno glicól diglicidil éter, trimetilolpropano triglicidil éter, sorbitol poliglicidil éter, diglicidil éter de neopentil glicól, 1,6-hexanodiol epoxidado, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado com polialquileno glicóis, um amido oxidado, também conhecido como dialdeido polimérico, um aduto de aldeido, um tetra metoxi propano, um acetal hidrolizado, e suas combinações.
Description
GÉIS AQUOSOS PARA REFORÇO DE Fl
FUNDAMENTO DA INVENÇÃ-
Campo da invenção
Modalidades reveladas aqui se referem geralmente àlignina, lignosulfato, tanino, e géis de ácido tânico. Emalgumas modalidades, os géis são formados reagindo umagente de reticulação de baixa toxicidade ou não tóxico comlignina, lignosulfonato, ou outros agentes de gelificação.Fundamento
Perda de circulação é um problema recorrente naperfuração, caracterizado pela perda da lama de perfuraçãonas formações no fundo do poço que são fraturadas,altamente permeáveis, porosas, cavernosas, ou vugulares.Essas formações da terra podem incluir xisto, areia,cascalho, banco de conchas, depósitos recifal, calcário,dolomita, e giz, entre outros. Outros problemas encontradosdurante a perfuração e produção de óleo e gás incluementupimento do tubo, colapso do buraco, perda de controledo poço, e perda de ou produção diminuída. Na tentativa decurar esses e outros problemas, polímeros absorventes oureticuláveis, pílulas de material de controle de perda(LCM), e compressores de cimento têm sido empregados, cadados quais pode incluir materiais tais como ligninas elignosulfonatos, assim como géis de lignina elignosulfonato.
Lignina é um subproduto do processo sulfítico deproduzir papel, e quando combinada com dicromato de sódio,forma um gel insolúvel após um curto tempo. Géis ouagarmassas baseaos em lignina podem ser usados em formaçõesde terra porosas para diminuir o fluxo de água através daformação, ou para aumentar a capacidade de carga daformação. Argamassas de lignina têm também sido usadaseficazmente em selar fissuras finas em rocha fraturada ouconcreto.Em adição ao bicromato de sódio, outros agentes dereticulação usados na formação de géis baseados em ligninaincluem bicormato de potássio, cloreto férrico, ácidosulfúrico, sulfato de alumínio (alumo), cloreto dealumínio, persulfato de amônio, e sulfato de cobre. Osbicromatos têm sido o mais amplamente usado e são os maissatisfatórios, já que eles devolvem um gel tendo umaresistência desejada.
Géis de lignosulfonato têm sido usados em tratamentoscom gel, tal como para reduzir canalização de solvente eágua através das formações da perfuração. Em particular,géis com tempo ajustado de cromo-lignosulfonato têm sidorevelados ser bem sucedidos em formar um gel de tempoajustado in situ. Por exemplo, ver Wagner et al. , "Fieldapplication of lignosulfonate gels to reduce channeling,South Swan Hills Miscible Unit, Alberta, Canadá", SPE15547, 1986.
Patentes U.S n°s 3.672.817 e 4.001.205 revelamprocessos para produzir um dispersante reagindo uma ligninasulfonada solúvel em água e epiclorohidrina. Patente U.S n°4.168.371 revela um processo para produzir géis baseados emlignina reagindo uma lignina insolúvel em água epiclorohidrina, onde a reação é catalisada por um hidróxidode metal alcalino. Patente U.S n° 4.224.728 revela umprocesso para produzir um gel de lignina reticulada a qualé o produto da reação de uma solução aquosa de ligninaalcalina com um agente de reticulação tais comoformaldeído, glioxal, ou dialdeído glutárico.
Géis de lignina e lignosulfonato formados combicromatos, epiclorohidrinas e aldeídos, entretanto, nãosão mais ambientalmente aceitáveis devido à toxicidade docromo, aldeído e agentes de reticulação de epiclorhidrina.Infelizmente, outros reagentes podem não resultar em um gelde resistência equivalente tal quando esses agentes dereticulação são usados. Por exemplo, géis de ligninaformados de persulfato de amônio geralmente têm umaresistência aproximdamente de 4 0% daquela mistura deargamassa similar em que bicromato é usado como umreagente.
Conseqüentemente, existe uma necessidade de géisbaseados em lignina e baseados em lignosulfonato formadosde agentes de reticulação não tóxicos ou menos tóxicos, ede géis que tenham resistência equivalente ou maior do queaqueles formados de epiclorohidrinas, bicromatos ou outroscatalisadores de cromo, e outros agentes de reticulaçãotóxicos.
Sumário da invenção
Em um aspecto, modalidades reveladas aqui se referem aum processo para reforçar um buraco do poço. O processopode incluir: injetar um agente gelificante na formação deterra; injetar um agente de reticulação na formação deterra; e reagir o agente gelificante e o agente dereticulação para formar um gel. 0 agente gelificante podeincluir pelo menos um de uma lignina, um lignosulfonato, umtanino, um ácido tânico, uma lignina modificada, umlignosulfonato modificado, um tanino modificado, um ácidotânico modificado, biopolímeros, amidos, carboxi metilcelulose, poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas,poliéter aminas, polivinil aminas, polietileno iminas, esuas combinações. 0 agente de reticulação pode incluir pelomenos um de etileno glicól diglicidil éter, propilenoglicól diglicidil éter, butileno glicól diglicidil éter,trimetilolpropano triglicidil éter, sorbitol poliglicidiléter, diglicidil éter de neopentil glicól, 1,6-hexanodiolepoxidado, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado compolialquileno glicóis, um amido oxidado, também conhecidocomo dialdeido polimérico, um aduto de aldeído, um tetrametoxi propano, um acetal hidrolizado, e suas combinações.Em outro aspecto, modalidades reveladas aqui sereferem a um gel formado de um agente de reticulação e umagente gelificante. 0 agente gelificante pode incluir pelomenos um de uma lignina, um lignosulfonato, um tanino, umácido tânico, uma lignina modificada, um lignosulfonatomodificado, um tanino modificado, um ácido tânicomodificado, biopolímeros, amidos, carboxi metil celulose,poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas, poliéteraminas, polivinil aminas, polietileno iminas, e suascombinações. 0 agente gelificante pode incluir pelo menosum de etileno glicól diglicidil éter, propileno glicóldiglicidil éter, butileno glicól diglicidil éter,trimetilolpropano triglicidil éter, sorbitol poliglicidiléter, diglicidil éter de neopentil glicól, 1,6-hexanodiolepoxidado, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado compolialquileno glicóis, um amido oxidado, também conhecidocomo dialdeldo polimérico, um aduto de aldeído, um tetrametoxi propano, um acetal hidrolizado, e suas combinações.
Em outro aspecto, modalidades reveladas aqui sereferem a um método de tratar uma formação de terra. 0método pode incluir injetar um gel aquoso em uma formaçãode terra, o gel aquoso compreendendo pelo menos um agentegelificante e pelo menos um agente de reticulaçãodissolvido em uma solução aquosa e tendo uma viscosidadeinicial na faixa de aproximadamente 0,5 N. s/m2 (Newton-segundo/metro2) a 100 N.s/m2 medido a 20°C usando um fusoRV2 em baixas velocidades rotacionais (12 rpm ou menos), edeixando o gel aquoso reagir na formação de terra.
Outros aspectos e vantagens da invenção serãoaparentes da descrição a seguir e as reivindicações anexas.
Descrição detalhada
Em um aspecto, modalidades reveladas aqui se referem agéis formados de ligninas, lignosulfonatos, taninos, ácidotânico, e outros agentes gelificantes. Em outros aspectos,modalidades reveladas aqui se referem a processos paraproduzir géis, e aplicações em que os géis revelados aquipodem ser úteis.
Um agente de reticulação e um agente gelificante (omaterial a ser reticulado) podem ser reagidos para formarum gel. Em algumas modalidades, o agente gelificante podeser dissolvido em água para formar uma solução, e um agentede reticulação pode ser adicionado à solução, reagindo como agente gelificante para formar um gel. Em outrasmodalidades, o pH da solução pode ser ajustado para efetuarou melhorar a formação do gel.
Agentes gelificantes/Materiais a serem reticulados
Em algumas modalidades, agentes gelificantes, ou osmateriais a serem reticulados, podem incluir ligninas,lignosulfonatos, taninos, ácidos tânicos, e suascombinações. Em outras modalidades, materiais a seremreticulados podem incluir ligninas modificadas,lignosulfonatos modificados, taninos modificados, ácidostânicos modificados, e suas combinações. Em certasmodalidades, taninos podem ser modificados para ter um teormais alto de fenol. Em certas outras modalidades, taninospodem ser tratados com aminas.
Em outras modalidades, agentes gelificantes podemincluir biopolímeros, amidos, carboximetilcelulose,poliacrilatos, poliacrilamidas, e suas combinações. Emoutras modalidades, agentes gelificantes podem incluirpoliamidas tais como dietileno triamina e trietilenotetramina, e o semelhante. Já em outras modalidades,agentes gelificantes podem incluir poliéter aminas,polivinil aminas e polietileno iminas.
Em algumas modalidades, amidos podem incluir amidosnaturais, amidos quimicamente modificados, e misturas de umou mais amidos naturais e/ou quimicamente modificados.Amidos naturais podem incluir aqueles de batata, trigo,tapioca, arroz, milho, e raízes tendo um alto teor deamido, entre outros. Amidos quimicamente modificados podemincluir carboximetil amido, hidroxietil amido,hidroxipropil amido, acetato de amido, sulfamato de amido,fosfato de amido, e amido modificado com nitrogênio, entreoutros.
Já em outras modalidades, combinações de qualquer dosmateriais acima listados a serem reticulados podem serusadas.
Agentes de reticulação
O gel desejado pode ser obtido reagindo os agentesgelificantes acima e um agente de reticulação. Em algumasmodalidades, o agente de reticulação pode incluir etilenoglicól diglicidil éter, propileno glicól diglicidil éter,butileno glicól diglicidil éter, sorbitol poliglicidiléter, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado compolialquileno glicóis, um amido oxidado (dialdeídopolimérico), e suas combinações.
Em outras modalidades, o agente de reticulação podeincluir um acetal que pode ser hidrolizado para produzir umaldeído in situ. Por exemplo, o agente de reticulação podeincluir um aduto de aldeído, um tetra metoxi propano, oucompostos da adição de bisulfito dos aldeídos. Por exemplo,um aduto de formaldeído pode ser formado reagindoformaldeído e um composto selecionado de ácido sulfuroso eseus sais solúveis em água, tais como os sais de metalalcalino (por exemplo, sais de potássio e sódio) . Em umamodalidade, o sal usado pode ser bissulfito de sódio. Emadição a usar os sais de metal alcalino, sais de aminaterciária e amônio de ácido sulfuroso tais como bissulfitode amônio ou sulfito de trimetilamina podem ser usados paraformar um aduto.
Em outras modalidades, o agente de reticulação podeser um diepóxido ou um triepóxido. Já em outrasmodalidades, o agente de reticulação pode incluirtrimetilpropano triglicidil éter, diglicidil éter deneopentil glicól, 1,6-hexanodiol epoxidado, 1,4-butanodioldiglicidil éter (BDDGE), 1,2,7,8-diepoxioctano, 3-(bis(glicdoximetil)-metoxi)-1,2-propanodiol, 1,4-ciclohexanodimetanol diglicidil éter, 4-vinil-l-ciclohexenodiepóxido, 1,2,5,6-diepóxiciclooctano, e bisfenol Adiglicidil éter, ou suas combinações.
Preparação do gel
Em uma modalidade, o gel é formado combinando umagente gelificante e um agente de reticulação em umasolução aquosa. Soluções aquosas que podem ser apropriadasincluem lamas baseadas em água para uso em aplicações nofundo do poço e podem incluem água fresca, água salgada,salmoura, mistura de água e compostos orgânicos solúveis emágua, e suas misturas.
O agente de reticulação pode estar presente em umaquantidade eficaz para reticular o agente gelificante. Emalgumas modalidades, o agente de reticulação pode ser usadoem uma quantidade variando de cerca de 0,05% a 50% em pesobaseado no peso total do(s) agente(s) de gelificação. Emoutras modalidades, o agente de reticulação pode ser usadoem uma quantidade variando de cerca de 5 a cerca de 4 0% empeso baseado no peso total do(s) agente(s) de gelificação;de cerca de 10 a cerca de 35% em peso já em outrasmodalidades. Em outras modalidades> uma relação em peso doagente de reticulação para o agente gelificante pode ser de1:2000 a 1:1; de 1:20 a 1:2 em outras modalidades, e de1:10 a cerca de 1:3 já em outras modalidades.
A quantidade de agente de reticulação pode afetar adureza do gel resultante. Por exemplo, em algumasmodalidades, para um peso constante de um agentegelificante, aumentando a quantidade de agente dereticulação pode resultar em uma densidade maior dereticulação, e, portanto, um gel mais duro. Usando asorientações fornecidas aqui, aqueles versados na técnicairão ser capazes de determinar uma quantidade adequada deagente de reticulação para empregar para obter um gel de dureza desejada.
Temperatura de envelhecimento
Em algumas modalidades, o agente gelificante e oagente de reticulação podem ser reagidos em uma temperaturade -50 a 300°C. Em outras modalidades, o agente gelificante
e o agente de reticulação podem ser reagidos em umatemperatura de 25 a 250°C; de 50 a 150°C em outrasmodalidades; e de 60 a 100°C já em outras modalidades. Emcertas modalidades, a temperatura da reação determina aquantidade de tempo requerida para formação do gel.
Tempo requerido para formação do gel
Modalidades dos géis revelados aqui podem serpreparadas combinando um agente gelificante e um agente dereticulação em uma solução aquosa. Em algumas modalidades,um gel pode formar imediatamente sob mistura do agentegelificante e o agente de reticulação. Em outrasmodalidades, um gel pode se formar dentro de 1 minuto demistura; dentro de 5 minutos de mistura em outrasmodalidades; dentro de 30 minutos de mistura em outrasmodalidades. Em algumas modalidades, um gel pode se formar
dentro de 1 hora de mistura; dentro de 8 horas em outrasmodalidades; dentro de 16 horas em outras modalidades;dentro de 80 horas em outras modalidades; dentro de 120horas já em outras modalidades.pH
Em algumas modalidades, o agente gelificante o agentede reticulação podem ser reagidos em um meio tendo um pHmaior que 4. Em outras modalidades, o agente gelificante eo agente de reticulação podem ser reagidos em um meio tendoum pH maior que 6; um pH maior que 7 em outras modalidades;um pH maior que 8 em outras modalidades; um pH maior que 9já em outras modalidades.
Reagentes os quais podem ser usados para ajustar o pHpodem incluir hidróxidos de metal alcalino, tais comohidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido decálcio, e hidróxido de rubídio, hidróxidos de lítio,hidróxidos de benziltrimetilamônio, e os sais parcialmenteneutralizados de ácidos orgânicos, tais como ácidoetilenodiaminatetraacético trisódico. Em algumasmodalidades, o hidróxido de metal alcalino, agente deajuste de pH, ou tampão, podem agir como um catalisador,efetuando ou aumentando a reação de reticulação entre oagente gelificante e o agente de reticulação.Concentração de água
Em algumas modalidades, uma solução de(s) agente(s)gelificante e agente(s) de reticulação em água podeinicialmente ter uma viscosidade variada para se obter umgrau desejado de fluxo suficiente para diminuir o fluxo deágua através ou aumentar a capacidade de carga de umaformação. A viscosidade da solução pode ser variadaaumentando ou diminuindo a quantidade de água com relaçãoaos agentes de reticulação e gelificantes, empregandoagentes viscosificantes, ou por outras técnicas comuns natécnica.
Em algumas modalidades, a quantidade combinada deagentes gelificantes e agentes de reticulação pode variarde 0,5 a 100% em peso, baseado no peso total de água nasolução. Em outras modalidades, a quantidade combinada deagentes gelificantes e agentes de reticulação pode variarde 5 a 100%, baseado no peso total de água na solução; de20 a 70% em peso em outras modalidades; de 25 a 65% em pesojá em outras modalidades; Como usado aqui, peso total deágua é exclusiva de qualquer água adicional adicionada comreagentes de ajuste de pH.O agente gelificante e o agente de reticulação podemreagir para formar gotas de gel. Por exemplo, em algumasmodalidades, formação de gota pode ser efetuada pelaagitação da solução. Em outras modalidades, formação degota pode ser efetuada formando uma emulsão ou suspensãodos reagentes em água. Em certas modalidades, uma emulsãoou suspensão pode ser formada usando um solvente orgânico,agentes emulsificantes, ou suas combinações.Dureza
A reação do agente gelificante e o agente dereticulação pode produzir géis tendo uma consistênciavariando de uma lama viscosa a um gel duro. Em algumasmodalidades, a reação do agente gelificante e o agente dereticulação pode resultar em um gel elástico macio. Emoutras modalidades, a reação pode resultar em um gel firme;em um gel duro em outras modalidades. A dureza do gel é aforça necessária para quebrar a estrutura do gel, a qualpode ser quantificada medindo a força requerida para umaagulha penetrar na estrutura reticulada. Dureza é umamedida da capacidade do gel de resistir a um grauestabelecido na penetração de uma agulha de teste conduzidana amostra em uma velocidade constante.
Dureza pode ser medida usando um instrumento deanálise de textura Brookfield ATS-25. Esse instrumentoconsiste de uma sonda de modelo variável que é conectada auma célula de carga. A sonda pode ser conduzida em umaamostra de teste em velocidades ou cargas específicas paramedir os parâmetros ou propriedades a seguir de umaamostra: flexibilidade, adesividade, cura, resistência sobtensão, capacidade de fraturar, resistência aodescamamento, dureza, coesividade, relaxamento,
recuperação, ponto de rompimento sob resistência sobtensão, e capacidade de espalhamento. A dureza pode sermedida conduzindo uma sonda de face plana, cilíndrica de2,5 mm de diâmetro em uma amostra de gel em uma velocidadeconstante de 30 mm por minuto. Quando a sonda está emcontato com o gel, uma força é aplicada à sonda devido àresistência da estrutura do gel até ela falhar, o que éregistrado via a célula de carga e programa de computador.
Como a sonda se movimenta através da amostra, a força sob asonda e a profundidade de penetração são medidas. A forçasob a sonda pode ser registrada em várias profundidades depenetração, tais como 20, 25 e 3 0 mm, fornecendo umaindicação de dureza total do gel. Por exemplo, a força nopico inicial pode ser registrada no ponto em que o gelprimeiro falha, próximo do ponto de contato, seguido peloregistro de valores mais altos e mais baixos medidos apósesse ponto onde a sonda está se movimentando através dovolume do gel.
Em algumas modalidades, o gel resultante pode ter umvalor de dureza de 0,0196 a 196,133 Newton. Em outrasmodalidades, o gel resultante pode ser um gel elásticomacio tendo um valor de dureza na faixa de 0,0196 a 0,1961Newton. Em outras modalidades, o gel resultante pode ser umgel firme tendo um valor de dureza de 0,1961 a 0,98 06Newton. Em outras modalidades, o gel resultante pode variarde duro a rígido, tendo um valor de dureza de 0,9806 a196,133 Newton; de 2941,995 a 147,099 Newton em outrasmodalidades; de 4,903 a 98,066 Newton já em outrasmodalidades; de 9,806 a 58,839 Newton já em outrasmodalidades.
Em outras modalidades, a dureza do gel pode variar coma profundidade da penetração. Por exemplo, o gel pode teruma dureza de 2,941 Newton ou mais em uma profundidade depenetração de 20 mm em algumas modalidades. Em outrasmodalidades, o gel pode ter uma dureza de 9,806 Newton oumais em uma profundidade de penetração de 20 mm; 29,419Newton ou mais em uma profundidade de penetração de 20 mmem outras modalidades; e 49,033 Newton ou mais em umaprofundidade de penetração de 25 mm já em outrasmodalidades.
Com relação às variáveis listadas acima (isto é,temperatura, tempo, etc), aqueles tendo especialidade comumem virtude da revelação irão observar que, usando apresente revelação como um guia, propriedades podem serajustadas conforme desejado.
Viscosidade
A viscosidade da composição de gel pode ser afetadapelas concentrações de um ou mais do agente gelificante,viscosificante, e sólidos presentes na composição. Como asconcentrações do agente gelificante, viscosificante, ousólidos aumentam, a viscosidade da composição de gel iráaumentar. Em algumas modalidades, a concentração do agentegelificante pode variar de 8 a 25% em peso. Em outrasmodalidades, a concentração do agente gelificante podevariar de 10 a 20% em peso. Já em outras modalidades, aconcentração do agente gelificante pode variar de 11 a 17%.
Viscosidade pode ser medida usando um viscosímetroBrookfield DV-II+. Uma pessoa versada na técnica iráobservar que as medições da viscosidade irão depender datemperatura da composição do gel, o tipo de fuso, e onúmero de revoluções por minuto. As faixas de viscosidadereveladas aqui foram medidas a 20°C usando um viscosímetroBrookfield DV-II+ com um fuso LV2. A viscosidade pode sermedida diminuindo o viscosímetro no centro da amostra até ofuso estar imerso no meio da marca de imersão. Cuidado deveser tomado para não arrastar ar sob o fuso. 0 viscosímetropode ser iniciado após ajustar o viscosímetro para o RPMdesejado. Se mais que um RPM é para ser usado, oviscosímetro deve ser iniciado no RPM mais baixo desejado.
Isso reduz a quantidade de cisalhamento introduzido naamostra, resultando em leituras mais precisas em RPMs maisbaixos.
Em algumas modalidades, a mistura do agentegelificante e o agente de reticulação pode produzircomposições de gel tendo uma viscosidade inicial variandode aproximadamente 0,5 N.s/m2 a 20 N.s/m2 medido a 200Cusando um fuso LV2 em baixas velocidade rotacionais (12 rpmou menos). Em outras modalidades, a mistura do agentegelificante e o agente de reticulação pode produzircomposições de gel tendo uma viscosidade inicial variandode aproximadamente 0,1 N.s/m2 a 5 N.s/m2 medido a 20 cCusando um fuso LV2 em baixas velocidades rotacionais (12rpm ou menos). Como usado aqui, viscosidade inicial serefere a viscosidade da composição antes da reaçãosubstancial do agente gelificante e o agente dereticulação.Aplicações
Algumas modalidades dos géis revelados aqui podem serformadas em um sistema de um componente em uma solução,onde o(s) agente(s) de reticulação é pré-misturado com umasolução do agente gelificante (material a ser reticulado)imediatamente antes da colocação ou injeção, desse modo,maximizando a quantidade de tempo que a composiçãopermanece líquida antes da formação do gel. Os tempos dogel podem ser ajustados mudando a quantidade de água nasolução. Uma pessoa versada na técnica irá observar que ostempos do gel podem também ser ajustados por outrasvariáveis da formulação tal como pH. Outras modalidades dosgéis revelados aqui podem também ser formadas em um sistemade dois componentes, onde um reagente, o agente dereticulação ou gelificante, podem ser colocados em buracodo poço ou na região próxima ao buraco do poço onde elepode então ser contactado por outro reagente, ou o agentede reticulação ou gelificante como requerido.Modalidades dos géis revelados aqui podem ser usadasem aplicações incluindo: como um aditivo em lamas paraperfuração; como um aditivo para melhorar a recuperação doóleo (EOR) ; como um aditivo para pílulas de material decirculação na perda (LCM); tratamentos de reforço do buracodo poço (WB); estabilização da sujeira; como um supressorde pó; como um agente de retenção de água ou como umcondicionador de sujeira; como aditivos para perda defluido de hidrotratamento (HT), e outros.
Uso em lamas de perfuração
Fluidos ou lamas de perfuração tipicamente incluem umfluido base (por exemplo, água, diesel ou óleo mineral, ouum composto sintético), agentes de carga (por exemplo,sulfato de bário ou barita pode ser usado), argilabentonita, e vários aditivos que servem para funçõesespecíficas, tais como polímeros, inibidores de corrosão,emulsificantes, e lubrificantes. Aqueles sendo versados natécnica irão observar que existe um número de diferenteslamas, e limitação na presente invenção não sãointencionadas em referência a tipos particulares. Duranteperfuração, a lama é injetada através do centro da colunade perfuração para a broca de perfuração e existe o anelentre a coluna de perfuração e o buraco do poço, efetuando,nessa maneira, o resfriamento e lubrificação da broca,revestimento do poço, e transporte das aparas da perfuraçãopara a superfície.
Os géis revelados aqui podem ser usados como aditivosna lama de perfuração. Em algumas modalidades, os géispodem formar um reboco ou um componente de um reboco que seforma ao longo do buraco do poço conforme a perfuraçãoprogride. Os géis contidos no fluido de perfuração podemser depositados ao longo do buraco do poço através doprocesso de perfuração, potencialmente reforçando o buracodo poço estabilizando formações de xisto e outras seçõesencontradas enquanto perfura. Estabilidade melhorada doburaco do poço pode reduzir a ocorrência de entupimento dopoço, colapso do buraco, alargamento do buraco, circulaçãoperdida, e pode melhorar controle do poço.
Estabilidade do buraco do poço pode também sermelhorada pela injeção de uma mistura de viscosidademelhorada de um agente gelificante e um agente dereticulação em formações ao longo do buraco do poço. Amistura pode então continuar a reagir, reforçar a formaçãoao longo do buraco do poço sob gelificação da mistura.
Em outras modalidades, os géis revelados aqui podemauxiliar na suspensão de fragmentos sólidos das paredes datubulação e através do anel da tubulação. Géis duroscirculantes através do tubo de perfuração duranteperfuração podem raspar e limpar o tubo de perfuração,removendo qualquer crosta, lama, argila da tubulação, ououtras aglomerações que podem ter aderido no tubo deperfuração ou tubulação de perfuração. Nessa maneira, otubo de perfuração pode ser mantido livre de obstruções quepoderiam de outra forma esconder a remoção de sólidosperfurados do tubo de perfuração durante a perfuração.Recuperação melhorada do óleo
Modalidades dos géis revelados aqui podem ser usadaspara melhorar esforços de recuperação do óleo secundário.Na recuperação do óleo secundário, é comum usar um poço deinjeção para injetar um fluido de tratamento, tal como águaou salmoura, no fundo do poço em uma formação que produzóleo para forçar o óleo ir em direção a um poço deprodução. Zonas de fuga e outras camadas permeáveis podemdeixar uma alta porcentagem do fluido injetado passaratravés somente de uma pequena percentagem do volume doreservatório, por exemplo, e podem, desse modo, requereruma quantidade excessiva de fluido de tratamento paradeslocar uma alta percentagem de óleo bruto de umreservatório.
Para combater as zonas de fuga ou zonas de altapermeabilidade de uma formação, modalidades dos géisrevelados aqui podem ser injetados na formação. Géisinjetados na formação podem parcialmente ou completamenterestringir o fluxo através das zonas altamente condutivas.Nessa maneira, os géis podem eficazmente reduzir rotas decanalização através da formação, forçando o fluido detratamento através de zonas menos porosas, e potencialmentediminuindo a quantidade de fluido de tratamento requerido eaumentando a recuperação do óleo do reservatório.
Em outras modalidades, géis podem também ser formadosin situ dentro da formação para combater as zonas de fuga.Agentes gelificantes podem ser injetados na formação,deixando os agentes gelificantes penetrarem maisprofundamente na formação do que se um gel fosse injetado.Os agentes de reticulação podem então ser injetados,provocando a reticulação dos agentes gelificantespreviamente injetados dentro da formação. Formando os géisin situ na formação, pode ser possível evitar a canalizaçãoque poderia ter de outra forma ocorrido ainda maisprofundamente na formação, tal como onde o fluido detratamento atravessa de volta para a zona de fuga logo apóspassar por um atalho os géis injetados conforme descritoacima.
Pílulas LCM
Como mencionado acima, géis revelados aqui podem serusados como um componente em um fluido de perfuração. Osgéis podem formar parte de um reboco, minimizando vazamentodos fluidos de perfuração para formações subterrâneas erevestir o buraco do poço. Como outro exemplo, modalidadesdos géis revelados aqui podem ser usados como um componenteem pílulas de material de circulação na perda (LCM) que sãousadas quando vazamento excessivo ou problemas na perda decirculação são encontrados, requerendo uma maiorconcentração de aditivos de circulação na perda. PílulasLCM são usadas para evitar ou diminuir perda de fluidos deperfuração para formações subterrâneas porosas encontradasdurante a perfuração.
Em algumas modalidades, o agente de reticulação eagente/material gelificante podem ser misturas antes dainjeção da pílula na formação perfurada. A mistura pode serinjetada enquanto mantém uma baixa viscosidade, antes daformação do gel, tal que o gel pode ser formado no fundo doburaco. Em outras modalidades, o material gelificante eagente de reticulação podem ser injetados na formação emdescargas separadas, misturando e reagindo para formar umgel in situ (na formação seguindo injeção de descargas depílula LCM). Nessa maneira, formação permatura do gel podeser evitada.
Por exemplo, uma primeira mistura contendo um agentegelificante pode ser injetada no buraco do poço e na zonade circulação de perda. Uma segunda mistura contendo umagente de reticulação e/ou modificador de pH pode serinjteada, fazendo com o agente gelificante reticule in situpara o ponto que o gel se expande em tamanho. 0 gelexpandido e endurecido pode tampar fissuras e zonas defuga, fechando a zona de circulação de perda.Estabilização da sujeira
Géis descritos aqui podem ser usados como umcomponente de um estabilizador de sujeira. Por exemplo,lignosulfonatos podem ser usados para estabilizar cursos debase do caminho e semelhantes. Sujeira pulverizada pode sermisturada e trabalhada com a composição estabilizante emuma ou múltiplas camadas, compactando cada camada conformeela é colocada. A compactação pode ser por qualquer métodoadequado tal como rolos de borracha ou rolos compactadores"pé de carneiro". A quantidade de composição estabilizanteusada depende do tipo de sujeira, teor de umidade e outrosfatores. A quantidade exata de composição estabilizante e aquantidade de diluição de água variam com tipo de sujeira,teor de umidade e outros fatores.
Supressor de pó
Géis revelados aqui podem também ser utilizados paracontrole do pó, supressão do pó, tratamento paliativo dopó, estabilização do caminho e muitas outras aplicações de
aglutinação de pó. A molécula de lignina funcionaadsorvendo sobre o substrato e o efeito aglutinante resultadas forças intermoleculares entre a molécula de lignina e osubstrato. A molécula de lignina é única já que ele temvários grupos polares diferentes e sistemas aromáticos.
Isso aumenta a afinidade da molécula a qual resulta naadesão melhorada, e a torna adequada para uma ampla faixade substratos.
A propriedade aglutinante dos produtos baseados emlignina pode ser utilizada em muitos tipos de controle depó e prevenção de pó, tais como supressão de pó emestradas, estacionamentos, pistas de corrida, pedreiras,padoques, e sítios de construção, tratamento de prevençãode pó ou paleativo de pó de estradas públicas e privadas,estabilização de sujeira e estrada de estradas e áreassecundárias, duna de areia e estabilização de terra emáreas a serem mantidas livre de pó e erosão do vento, eoutros.
Por exemplo, para evitar a perda de finos desuperfície de estrada e prolongar a vida útil de estradasnão pavimentadas, medições de controle do pó são usualmenteempregadas antes que a manutenção seja requerida. Ossupressores de pó primários em uso são: água (fresca esalina), compostos de cloreto, derivados de lignina, eadesivos resinosos. Quando usados como supressor de pó, ospolímeros de lignina agem como cola aglutinando aspartículas de sujeira juntas.
Géis revelados aqui podem ser usados em outrosprocessos, incluindo as aplicações acima mencionadas tais como agentes de retenção de água, condicionadores desujeira, e aditivos de perda de fluido de hidrotratamento(HT). É ainda contemplado que géis descritos aqui podem serúteis em outros processos e aplicações conhecidas poraqueles versados na técnica.
EXEMPLOSExemplo 1
Amostras 1-4 foram preparadas de um extrato de pó depolifenol natural derivado de quebracho (Colatan GTH,disponível de Unitan). Amostras 5 e 6 foram preparadas de um liginosulfonato (Spersene CF, disponível de MI SWACO®).Esses agentes gelificantes foram reticulados usando ouetileno glicól diglicidil éter (EGDGE) (disponível de SigmaAldrich) ou uma aziridina trifuncional (trimetilolpropanotris(beta-etileniminopropionato) (TMPTEP), disponível de BASF) como o agente de reticulação, como detalhado natabela 1. Amostras 1 e 2 comparativas (CSl e CS2) forampreparadas de lignosulfonato e extrato de quebrachoreticulado com dicromato de sódio. A quantidade de extratode pó de polifenol natural ou lignosulfonato fornecidos na tabela 1 para cada amostra respectiva foi misturado com 10ml de água e o agente de reticulação respectivo. O pH damistura foi ajustado para o nível desejado usando hidróxidode sódio (disponível de Sigma Aldrich). As misturas foramentão colocadas em 25 ml de recipientes de vidro de tampa em rosca e envelhecidas sob condições estáticas a 70°Cdurante o processo de envelhecimento, com as observaçõesconforme observadas na tabela 1.
A resistência e qualidade dos géis resultantes forammedidas seguindo o processo de envelhecimento. Dureza é umamedição da capacidade do gel de resistir a um grauestabelecido de penetração da sonda de teste conectada auma célula de carga impulsionada em uma velocidadeconstante na amostrada. Dureza foi medida conduzindo umasonda com agulha de 2,5 mm de diâmetro na amostra de gel emuma velocidade de 300 mm por minuto, conforme acima comreferência ao instrumento de análise de textura BrookfieldQTS-25. A sonda foi ajustada em uma posição de partidapadrão para a amostra do teste acima no recipiente devidro. O teste foi iniciado e a sonda foi deixada semovimentar 4 0 mm, penetrando quase na profundidade total daamostra no recipiente de vidro. A força sobre a sonda e aprofundidade de penetração foram registradas via programade computador de registro do computador. Os resultados nastabelas 1 e 2 apresentam os resultados experimentais para aforça sobre a sonda que foi registrada a 20, 25 e 30 mm deprofundidade de penetração da posição de partida inicial da sonda.
Tabela 1
<table>table see original document page 21</column></row><table><table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table>
Amostras 1-4, produzidas com extrato de quebracho,
resultou em um bom gel ou em um gel duro após o processo deenvelhecimento. Comparando a Amostra 1 com a Amostra 2, foiformado um gel mais duro quando a quantidade de agente dereticulção foi duplicada; uma conclusão semelhante pode serestabelecida através da comparação da Amostra 3 com aAmostra 4. Comparando as Amostras 1 com a Amostra 2, e aAmostra 2 com a Amostra 4, aumentando a quantidade deagente gelificante em relação à quantidade de água(constante em 10 mL), foi formado um gel mais duro usandomenos água em relação ao agente gelificante. Além disso,nas Amostras 1-6, os géis produzidos a partir delignosulfonato e extrato de quebracho, são comparáveis oumais duros que os géis produzidos usando um agentereticulante dicromato
As amostras 7-9 foram preparadas do amido daperfuração. A amostra 10 foi preparada de uma aminabifuncional (JEFFAMINE® D230, de um polioxialquilenaminadisponível por Huntsman). Estes agentes gelificantes foramligados com EGDGE, envelhecidos, e analisados em umamaneira similar àquela descrita acima para as amostras 1-6.<table>table see original document page 24</column></row><table>Amostras 7-10 demonstram que amido pré-gelatinizado, emateriais baseados em amina bi- e tri-funcionais podemtambém ser reticulados com EGDE. Ainda, amostras 7-9ilustram o uso de um tampão de pH eficaz, já que a amostrasem o tampão de EDTA trissódico não gelificou.
Exemplo 2
Tabela 3 detalha um gel aquoso formulado para ilustraro efeito de aumento na concentração do agente gelificante.Essas amostras foram preparadas de um agente gelificante delignosulfonato (Lignotech D1834) reticulado usando EGDGE,como detalhado na tabela 3. A quantidade de lignosulfonatoformacido na tabela 3 para cada amostra respectiva foimisturada com 50 ml de água e o EGDE. O pH da mistura foiajustado para o nível desejado usando hidróxido de sódio.Os componentes, a parte do STARCARB, foram misturado em ummisturador com pá em baixo cisalhamento até estarhomogêneos por aproximadamente 15 a 30 minutos. Asviscosidades foram então medidas em um viscosímetro após umperíodo de sessenta segundos de modo a tornar as mediçõesmais consistentes dando tempo do fuso de liberar as bolhasar capturadas que podem causar interferência.
Tabela 3
<table>table see original document page 25</column></row><table><table>table see original document page 26</column></row><table>
A viscosidade foi medida usando um viscosímetroBrookfield DV-II+ usando um fuso LV2 a 60 rpm a 20°C.Tabela 4 detalhe a viscosidade resultante para as amostrasde agente gelificante a 6,2, 11,7, e 16,6% em peso/peso.
Tabela 4
<table>table see original document page 27</column></row><table>
Os resultados na tabela 4 ilustram que a viscosidadedo gel aquoso aumenta quanto mais agente gelificante éadicionado à mistura.
Tabela 5 detalha os resultados da viscosidade quandoSTARCARB é adicionado às formulações da tabela 3.
<table>table see original document page 27</column></row><table>* As viscosidades foram muito baixas para precisamentemedir em baixas velocidades, uma conseqüência da baixaviscosidade foi o assentamento dos sólidos aglutinantes damistura.
Os resultados na tabela 5 ilustram a importância deter viscosidade suficiente para suspender quaisquer sólidospresentes na composição. Em viscosidades mais baixas queaproximadamente 0,5 N.s/m2 medida a 20°C em baixasvelocidades rotacionais, os sólidos assentam fora dacomposição. Ainda, aumentando a quantidade de agentegelificante, o qual aumenta a viscosidade da composição,contribui para fortalecer géis. Desse modo, é desejáveladicionar agentes gelificantes suficientes para produziruma composição de gel com uma viscosidade inicial de pelomenos 0,5 N.s/m2 medido a 20cC usando um fuso LV2 em baixasvelocidades rotacionais (12 rpm ou menos).
Vantajosamente, modalidades reveladas aqui fornecem aformação de um gel baseado em lignina, lignosulfonato,tanino ou ácido tânico formado usando agentes de baixareticulação ou não tóxicos. Esses géis têm o beneficio deser formados de materiais que fornecem um melhor perfilambiental, de segurança e de saúde quando comparados adicromatos, aldeldos e epiclorohidrinas. Os agentes dereticulação revelados aqui podem também fornecer umaalternativa de baixo custo para a formação de géisdesejados.
Modalidades dos géis revelados aqui podem formar umgel elástico macio. Outras modalidades dos géis reveladosaqui podem formar um gel duro. Em modalidades particulares,os géis revelados aqui podem ser de dureza equivalente oumaior que os géis de lignina ou lignosulfonatos formados dedicromatos.
Enquanto a invenção tem sido descrita com relação a umnúmero limitado de modalidades, aqueles versados natécnica, tendo benefício dessa revelação, irão observar queoutras modalidades podem ser desenvolvidas as quais não seafastam do escopo da invenção conforme revelado aqui.Conseqüentemente, o escopo da invenção deveria ser limitadosomente pelas reivindicações anexas.
Todos os documentos anteriores são aqui completamenteincorporados por todas as jurisdições em que talincorporação é permitida. Ainda, todos os documentoscitados aqui, incluindo procedimentos de teste, são aquicompletamente incorporados por referência em todas asjurisdições em que tal incorporação é permitida para aextensão que tal revelação é consistente com a descrição dapresente invenção.
Claims (25)
1.Processo para reforçar um buraco de poço,caracterizado pelo fato de que compreende:injetar um agente gelificante em uma formação deterra;injetar um agente de reticulação em uma formação deterra;reagir o agente gelificante e o agente de reticulaçãopara formar um gel;segundo o qual o agente gelificante compreende pelo menosum de lignina, um lignosulf onato, um tanino, um ácidotânico, uma lignina modificada, um lignosulfonatomodificado, um tanino modificado, um ácido tânicomodificado, biopolimeros, amidos, carboxi metil celulose,poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas, poliéteraminas, polivinil aminas, polietileno iminas, e suascombinações; esegundo o qual o agente de reticulação compreende pelomenos um de etileno glicól diglicidil éter, propilenoglicól diglicidil éter, butileno glicól diglicidil éter,trimetilolpropano triglicidil éter, sorbitol poliglicidiléter, diglicidil éter de neopentil glicól, 1,6-hexanodiolepoxidado, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado compolialquileno glicóis, um amido oxidado, também conhecidocomo dialdeído polimérico, um aduto de aldeído, um tetrametoxi propano, um acetal hidrolizado, e suas combinações.
2.Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o agente gelificante e oagente de reticulação são injetados simultaneamente.
3.Processo, de acordo cora a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o agente gelificante e oagente de reticulação são injetados seqüencialmente.
4.Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os amidos compreendem pelomenos um de amidos naturais, amidos quimicamentemodificados, e suas misturas.
5.Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que ainda compreende injetar umhidróxido de metal alcalino na formação de terra.
6.Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma relação em peso doagente de reticulação para o agente gelificiante varia decerca de 1:20 a cerca de 1:2.
7. Gel, caracterizado pelo fato de que compreende:o produto da reação de um agente gelificante e umagente de reticulação;segundo o qual o agente gelificante compreende pelo menosum de lignina, um lignosulfonato, um tanino, um ácidotânico, uma lignina modificada, um lignosulfonatomodificado, um tanino modificado, um ácido tânicomodificado, biopolímeros, amidos, carboxi metil celulose,poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas, poliéteraminas, polivinil aminas, polietileno iminas, e suascombinações; esegundo o qual o agente de reticulação compreende pelomenos um de etileno glicól diglicidil éter, propilenoglicól diglicidil éter, butileno glicól diglicidil éter,trimetilolpropano triglicidil éter, sorbitol poliglicidiléter, diglicidil éter de neopentil glicól, 1,6-hexanodiolepoxidado, derivados de aziridina, epóxi funcionalizado compolialquileno glicóis, um amido oxidado, também conhecidocomo dialdeido polimérico, um aduto de aldeído, um tetrametoxi propano, um acetal hidrolizado, e suas combinações.
8. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o produto da reação é formado em umatemperatura entre 25 0C e 350°C.
9. Gel,de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma dureza de 2,941 Newton ou mais emuma profundidade de penetração de 20 mm.
10. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma dureza de 9,806 Newton ou mais emuma profundidade de penetração de 20 mm.
11. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma dureza de 29,419 Newton ou mais emuma profundidade de penetração de 20 mm.
12. Gel,de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma dureza de 49,033 Newton ou mais emuma profundidade de penetração de 25 mm.
13. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma viscosidade inicial na faixa deaproximadamente 0,5 N.s/m2 a 20 N.s/m2 medida a 200C usandoum fuso LV2 em baixas velocidades rotacionais.
14. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que tem uma viscosidade inicial na faixa deaproximadamente 1 N.s/m2 a 5 N.s/m2 medida a 20°C usando umfuso LV2 em baixas velocidades rotacionais.
15. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a percentagem em peso do agentegelificante com relação ao peso total do gel pode variar de-8 a 25%.
16. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a percentagem em peso do agentegelificante com relação ao peso total do gel pode variar de-10 a 20%.
17. Gel, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que a percentagem em peso do agentegelificante com relação ao peso total do gel pode variar de-11 a 17%.
18. Uso do gel de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que é para um fluido deperfuração, uma pílula de material de circulação de perda,um agente estabilizante de sujeira, um supressor de pó, ouum aditivo para perda de fluido de transferência térmica.
19. Método, de tratar uma formação de terra,caracterizado pelo fato de que compreende:injetar um gel aquoso compreendendo pelo menos umagente gelificante e pelo menos um agente de reticulação emuma solução aquosa e tendo uma viscosidade inicial na faixade aproximadamente 0,5 N.s/m2 a 100 N.s/m2 medida a 200Cusando um fuso LV2 em baixas velocidades rotacionais; epermitir o gel aquoso reagir na formação de terra.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que ainda compreende preparar umgel aquoso.
21. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o percentual em pesocombinado dos agentes gelificantes e agentes de reticulaçãocom relação ao peso total de água na solução pode variar de 5 a 100%.
22. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o percentual em pesocombinado dos agentes gelificantes e agentes de reticulaçãocom relação ao peso total de água na solução pode variar de 20 a 70%.
23. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o percentual em pesocombinado dos agentes gelificantes e agentes de reticulaçãocom relação ao peso total de água na solução pode variar de 25 a 65%.
24. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o agente gelificantecompreende pelo menos um de lignina, um lignosulfonato, umtanino, um ácido tânico, uma lignina modificada, umlignosulfonato modificado, um tanino modificado, um ácidotânico modificado, biopolímeros, amidos, carboxi metilcelulose, poliacrilatos, poliacrilamidas, poliaminas,poliéter aminas, polivinil aminas, polietileno iminas, esuas combinações.
25. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o agente de reticulaçãocompreende pelo menos um de etileno glicól diglicidil éter,propileno glicól diglicidil éter, butileno glicóldiglicidil éter, trimetilolpropano triglicidil éter,sorbitol poliglicidil éter, diglicidil éter de neopentilglicól, 1,6-hexanodiol epoxidado, derivados de aziridina,epóxi funcionalizado com polialquileno glicóis, um amidooxidado, também conhécido como dialdeído polimérico, umaduto de aldeido, um tetra metoxi propano, um acetalhidrolizado, e suas combinações.
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