BRPI0711894A2 - fluido energizado para gerar resìduo de filtro autolimpante - Google Patents
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Abstract
FLUIDO ENERGIZADO PARA GERAR RESIDUO DE FILTRO AUTOLIMPANTE é revelado um processo para gerar e subseqúentemente fraturar um resíduo de filtro, incluindo dissolver um gás não-reativo em um fluido de poço para formar um fluido energizado; bombear o fluido energizado para dentro de uma formação em uma pressão de fundo de poço, em que o bombeamento ocorre em condições excessivamente equilibradas; produzindo um resíduo de filtro; e diminuindo a pressão do fundo do poço até abaixo de um ponto de corte do gás dissolvido no fluido energizado para formar uma fase de vapor, em que a fase de vapor compromete a integridade do resíduo de filtro.
Description
FLUIDO ENERGIZADO PARA GERAR RESÍDUO DE FILTRO AUTOLIMPANTE
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da invenção
Modalidades reveladas aqui genericamente se referem a composições e métodos para remover um resíduo de filtro a partir de um furo de poço. Mais especificamente, modalidades reveladas aqui se referem ao uso de um fluido energizado que rompe um resíduo de filtro ou para gerar um resíduo de filtro autolimpante.
Antecedentes
Ao perfurar ou completar poços em formações de terra, vários fluidos são tipicamente utilizados no poço por uma variedade de motivos. Os usos comuns para fluidos de poço incluem: lubrificação e resfriamento de superfícies de corte de broca de perfuração enquanto perfura genericamente ou perfura para dentro (isto é, perfura em uma formação petrolífera alvo), transporte de "cascalhos" (pedaços de formação desalojados pela ação de corte dos dentes em uma broca de perfuração) para a superfície, controle de formação de pressão de fluido para evitar erupções, manutenção de estabilidade de furo de poço, suspensão de sólidos no poço, minimização de perda de fluido para dentro e estabilização da formação através da qual o poço está sendo perfurado; fratura da formação nas proximidades do poço, deslocamento do fluido dentro do poço com outro fluido; limpeza do poço, teste do poço, transmissão de potência hidráulica para a broca de perfuração, fluido utilizado para colocar um vedador, abandono do poço ou preparo do poço para abandono, e de outro modo tratar o poço ou a formação. Durante perfuração, o equilíbrio de pressão entre os fluidos de perfuração em circulação e aquele da formação sendo perfurada pode ser mantido em um modo subequilibrado ou superequi librado. A perfuração subequi librada é um método de perfurar uma formação subterrânea desejada onde a pressão hidrostática exercida por uma coluna de fluido de perfuração na coluna de perfuração é menor do que a pressão natural (pressão de poro) inerente na formação subterrânea sendo perfurada. A perfuração subequilibrada pode evitar dano à formação subterrânea desejada e em particular formações de baixa pressão. Tipicamente, o diferencial de pressão é ajustado para fornecer uma margem acima da pressão na qual o colapso de furo de poço poderia ocorrer. A introdução de ar suficiente, nitrogênio ou outros gases nos fluidos de perfuração pode reduzir a densidade dos fluidos misturados e efetivamente diminuir a pressão hidrostática. Outros fluidos de baixa densidade como emulsões, espumas e mistas podem ser utilizados como fluido de perfuração para obter uma condição subequilibrada.
Em perfuração superequilibrada, fluido em um espaço anular de um poço é utilizado para exercer uma pressão que é maior do que a pressão de formação. 0 peso da lama, ou densidade, pode ser calculado para fornecer o gradiente de pressão apropriado através da formação exposta para fornecer a taxa de migração de fluido ótima para o horizonte menos estável da formação exposta. Desse modo, a pressão que é exercida pelo fluido anular impede que os fluidos de formação saiam do poço e pode fornecer suporte para o furo de poço. Uma desvantagem dessa técnica é que materiais em partículas adicionados para aumentar o peso do fluido (e desse modo, aumentar sua pressão furo abaixo), bem como outros materiais em partículas; fluidos emulsifiçados e tensoativos podem ser empurrados para dentro e danificam a formação. 0 poço pode necessitar também de ser testado após perfuração superequilibrada para verificar dano à formação.
Além do uso apropriado de perfuração subequilibrada ou superequilibrada, outro modo para proteger a formação é pela formação de um resíduo de filtro na superfície do furo de poço. Um resíduo de filtro é um resíduo resistente, denso, praticamente insolúvel que reduz a permeabilidade da formação e que é formada quando partículas ou fluidos emulsifiçados suspensos em um fluido de perfuração revestem ou obstruem os poros na formação subterrânea enquanto a perfuração é superequilibrada. Resíduos de filtro podem ser formados de diversas maneiras conhecidas na técnica, incluindo o uso de fluidos de perfuração à base tanto de argila como de não argila.
A vedação de formações de produção utilizando um resíduo de filtro também pode ser desejada para evitar perda de fluido e possível dano à formação. Resíduos de filtro podem evitar perda de fluidos de perfuração para a formação substancialmente evitando que fluidos passem entre o furo de poço e a formação. A formação de um resíduo de filtro pode ser também desejada antes da completação ou recuperação de um poço.
É freqüentemente desejável ou necessário remover o resíduo de filtro antes de cimentação ou colocação de um poço em produção. A presença do resíduo de filtro pode impedir a passagem de fluido a partir da formação para o furo de poço e desse modo retardar as taxas de produção. Onde um fluido ou gás está sendo bombeado para dentro da formação para aumentar a recuperação de óleo, um resíduo de filtro pode impedir a passagem de fluido a partir do furo de poço para a formação, desse modo impedindo esforços de recuperação. Portanto, a remoção de resíduo de filtro é necessária para aumentar o fluxo de fluidos a partir de ou para a formação, como necessário. Uma vez que o resíduo de filtro é denso e praticamente insolúvel em fluidos aquosos, e genericamente adere fortemente à formação, não pode ser simplesmente retirada por jato da formação. A remoção do resíduo de filtro requer algum tratamento adicional.
Vários métodos foram utilizados para limpar resíduos de filtro, incluindo técnicas invocadas durante refluxo de fluidos de produção. Por exemplo, vide Zain, Z. e outros, SPE Drilling & Competion, dezembro de 2001, e materiais especiais em pílulas de perda de fluido, por exemplo, SEAL-N-PEEL®.
Um método para romper ou limpar o resíduo de filtro envolve localizar um agente oxidante ou enzima para destruir constituintes orgânicos no resíduo de filtro e um ácido para reagir com agente de ligação de carbonato (Luyster, M.R., SPE 58749). A patente dos Estados Unidos número 6.861.394 revela um fluido de furo de poço incluindo um polímero degradável em peróxido e uma fonte de peróxido encapsulada. A liberação de peróxido a partir da fonte de peróxido é controlada por intermédio de pH de tal modo que a fonte de peróxido possa ser ativada, e peróxido liberado, por uma alteração em pH. Em um furo de poço, essa alteração de pH pode ser efetuada utilizando fluidos produzidos para diminuir o pH de um fluido de furo de poço mais alcalino. O peróxido, quando liberado, degrada o polímero e diminui a integridade do resíduo de filtro.
A patente dos Estados Unidos número 5.251.697 revela a adição de carbonato de cálcio à água sendo injetada em um poço. As partículas de carbonato de cálcio obstruem os poros nas formações rochosas subterrâneas ou se coletam e formam um resíduo de filtro. Quando o resíduo de filtro deve ser removido, a patente x697 orienta o operador a circular uma lavagem de ácido, preferivelmente ácido clorídrico, para dentro do poço. A lavagem de ácido dissolverá o carbonato de cálcio e desse modo destruirá o resíduo de filtro. Nesse ponto o poço pode ser colocado em produção ou trabalho adicional pode ser executado no poço.
A patente dos Estados Unidos no. 5.23 8.065 revela o uso de um polímero degradável em peróxido e uma fonte de peróxido encapsulada no fluido de perfuração, que forma um resíduo de filtro contendo esses dois elementos. O polímero degradável em peróxido pode ser um polissacarídeo, e a fonte de peróxido pode ser um peróxido inorgânico, incluindo peróxidos de metal alcalino terroso e zinco, como peróxido de magnésio. 0 material de encapsular para o peróxido pode ser um polímero, incluindo polímeros entéricos. A liberação de peróxido, a partir de fontes de peróxido genericamente, pode ser controlada pela redução de pH. Nesse caso, quando é a hora de remover o resíduo de filtro, o pH do fluido simplesmente necessita ser reduzido ou o fluido de formação de pH baixo necessita ser colocado em contato com o resíduo de filtro para ativar o peróxido.
O último degrada o polímero degradável em peróxido e faz com que o resíduo de filtro perca sua integridade e se separe. 0 peróxido encapsulado é um membro da classe de materiais genericamente mencionados como meios de decomposição internos. O uso de um breaker interno é benéfico porque requer menos peróxido, menos perda de fluido de lavagem para a formação, e fornece remoção mais completa do resíduo de filtro.
A patente dos Estados Unidos número 6.886.635 revela uma composição para um fluido de remoção de resíduo de filtro tendo um sal de persulfato. 0 sal de persulfato divide o resíduo de filtro em um modo controlado em temperaturas fura abaixo que variam de aproximadamente 18,3°C a aproximadamente 73,9°C sem a adição de ativadores.
Aditivos de lama que geram ácido no local após serem expostos a um evento de desencadear, como uma temperatura crítica ou concentração de sal, podem ser também utilizados (Nars-el-din, H.R. e outros, SPE 96965) .
Agentes quelantes não corrosivos, como aqueles empregados no processo de MUDSOLV® Schlumberger, podem ser ainda mais eficazes do que a remoção por ácido do agente de ligação. Alguns dos agentes quelantes também podem ser encapsulados e adicionados à lama de modo que se tornam incorporados no resíduo de filtro. Antes de o poço entrar em produção, os reagentes são liberados por introdução de um agente de desencadear na superfície do resíduo de filtro, como uma alteração em pH. Outros sistemas tratam um resíduo de filtro contendo partículas de carbono com glicol, como no sistema SEAL-N-PEEL® disponível a partir de MI-SWACO®, onde o glicol reduz as forças adesivas do carbonato, permitindo ruptura do resíduo de filtro. Sistemas de enzima são conhecidos por degradarem os tipos de polissacarídeos utilizados em géis de bloqueio, fratura, e outras aplicações na indústria de petróleo. Sistemas breaker de enzima foram projetados para decompor fluidos de bloqueio e fratura gelificados utilizados na indústria. Vide, por exemplo, as patentes dos Estados Unidos números 5.201.370 e 5.224.544. Enzimas, por exemplo, as celulases, hemi-celulases, amilases, pectinases, e suas misturas, são familiares para aqueles na indústria de serviço de poço quando utilizadas na decomposição de sistemas de decomposição de gel. Algumas dessas enzimas decompõem as ligações que conectam os monossacarídeos em uma estrutura de polissacarídeo, por exemplo, as ligações de (1,4)-α-D-galactosidurônico em pectina. Essas enzimas convencionais são misturas não específicas que causam rupturas aleatórias. Portanto, o uso dessas enzimas convencionais para decompor fluidos de fratura gelificados resulta somente em uma degradação parcial do polímero de polissacarídeo. Em vez de fragmentar quase totalmente em fragmentos muito menores, essas enzimas decompõem a estrutura de polissacarídeo em uma mistura de fragmentos que consistem em monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Fragmentos reticulados maiores como dissacarídeos e polissacarídeos podem permanecer atrás e danificar a zona de produção. Uma vez que as decomposições são não específicas, enzimas convencionais também podem degradar outros componentes utilizados no sistema.
A patente dos Estados Unidos número 5.247.995 revela um método de degradar material danificador em uma formação subterrânea de um furo de poço utilizando um tratamento de enzimas. Resíduos de filtro e fluidos muito viscosos são tais materiais danificadores. 0 tratamento de enzima degrada resíduos de filtro que contêm polissacarídeos e fluidos danificadores, desse modo reduzindo sua viscosidade. 0 resíduo de filtro degradado e fluido danificador podem ser então removidos a partir da formação de volta para a superfície do poço com menos contrapressão. As enzimas específicas utilizadas são específicas a um tipo particular de polissacarídeo e são ativas em temperaturas baixa à moderada. As enzimas atacam somente ligações específicas em resíduos de filtro e fluidos danificadores e são ativas na faixa de pH de aproximadamente 2,0 a 10,0.
Fluidos de perfuração também podem empregar tensoativos à base de óleo ou materiais insolúveis hidrofóbicos na lama que se tornam incorporados no resíduo de filtro, como o fluido de perfuração FLOTHRUtm disponível a partir de MI-SWACO®. Durante produção, hidrocarbonetos interagem com os tensoativos ou componentes de resíduo de filtro hidrofóbico para criar canais minúsculos através do resíduo de filtro. Emulsões de inversão, que podem auxiliar na remoção de resíduo de filtro, são também descritas nas patentes dos Estados Unidos números 6.828.279, 6.822.039, e 6.806.233, por exemplo.
Os sistemas descritos acima têm desvantagens, incluindo ativação prematura do mecanismo de degradação. A ativação prematura pode resultar em enfraquecimento prematuro do resíduo de filtro, bem como redução na capacidade do resíduo de filtro controlar perda de fluido.
Adicionalmente, o ácido ou outras soluções utilizadas para dissolver resíduos de filtro podem ter um efeito prejudicial sobre a formação, se não forem impedidos de invadir a mesma.
Como outra desvantagem, oxidantes comuns, por exemplo, persulfato, são freqüentemente ineficazes em baixas temperaturas que variam de temperatura ambiente até 54,4°C. Nessa faixa de temperatura, os oxidantes são tipicamente estáveis e não são submetidos facilmente à clivagem homolítica para iniciar a degradação do resíduo de filtro. A clivagem é tipicamente obtida em temperaturas mais baixas somente pelo uso de concentrações elevadas de oxidantes. Entretanto, oxidantes têm freqüentemente solubilidade muito limitada, e normalmente não é possível manter concentrações elevadas de oxidantes em solução.
Reações com oxidantes comuns são também difíceis de controlar. Oxidantes comuns decompõem polissacarídeos em unidades não específicas criando um resíduo de filtro que consiste em uma mistura de fragmentos de monossacarídeo, dissacarídeo, e polissacarídeos bem como outros diversos fragmentos. Oxidantes também podem reagir com ferro encontrado na formação, produzindo óxidos de ferro que se precipitam e danificam a formação, desse modo diminuindo a permeabilidade. Oxidantes também podem reagir não especificamente com outros materiais utilizados na indústria de óleo, por exemplo, tubulação, revestimentos, e propantes revestidos por resina.
Além disso, oxidantes podem decompor quaisquer géis subseqüentes utilizados na formação. Se os oxidantes não forem totalmente removidos ou inativados, podem decompor prematuramente o gel novo. Portanto, oxidantes devem ser totalmente removidos ou inativados antes da introdução subseqüente de outro gel na formação subterrânea.
Por conseguinte, existe necessidade de processos aperfeiçoados para remover um resíduo de filtro a partir de um furo de poço.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, modalidades reveladas se referem a um processo para formar e subseqüentemente decompor um resíduo de filtro, compreendendo: dissolver um gás não reativo em um fluido de furo de poço para formar um fluido energizado; bombear o fluido energizado para dentro de uma formação em uma pressão furo abaixo, onde o bombeamento está em condições superequilibradas, produzindo um resíduo de filtro; e diminuir a pressão furo abaixo para abaixo de um ponto de corte do gás dissolvido no fluido energizado para formar uma fase de vapor, onde a fase de vapor compromete a integridade do resíduo de filtro.
Outros aspectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição e das reivindicações apensas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Em um aspecto, modalidades reveladas referem-se a um processo para formar furos ou canais em um resíduo de filtro utilizando a efervescência de um gás dissolvido, dissolvido no resíduo de filtro e formações furo abaixo. Os furos ou canais criados podem permitir um percurso através do qual o fluido na formação pode migrar quando produzido. Em outras modalidades, a efervescência de um gás dissolvido pode comprometer a integridade do resíduo de filtro, facilitando a ruptura do fluido produzido.
Um gás não reativo pode ser dissolvido em um fluido de perfuração até o limite de solubilidade para o gás no líquido. Em algumas modalidades, o gás não reativo pode saturar o fluido de perfuração na pressão de poro da zona permeável de interesse (isto é, a zona a ser produzida). Desse modo, nenhuma parte do gás está presente como uma fase separada e não reduz a densidade de fluido. Durante perfuração em uma condição superequilibrada típica, os sólidos no fluido de perfuração circulado podem formar um resíduo de filtro no furo de poço. Gases dissolvidos no fluido de perfuração podem penetrar nos poros na formação durante formação do resíduo de filtro, e gás dissolvido pode permanecer também em qualquer líquido residual dentro do resíduo de filtro.
Quando a zona deve ser cimentada ou colocada em produção, a solubilidade do gás no fluido de perfuração pode ser abaixada abaixo do ponto de corte do gás (limite de solubilidade), acionando o gás para sair de solução, formando bolhas de gás ou bolsas de gás dentro da formação. Bolhas de gás podem ser geradas também em qualquer resíduo de filtro de gás depositado no furo de poço durante a operação de perfuração. A formação de bolhas de gás pode comprometer a integridade do resíduo de filtro, facilitando a ruptura do fluido produzido. A solubilidade do gás no fluido de perfuração pode ser reduzida por diminuir a densidade do fluido de perfuração que circula através da coluna de perfuração, por exemplo.
Fluidos de perfuração
Fluidos de perfuração ou lamas incluem, tipicamente, um fluido de base (água, diesel, óleo mineral, ou um composto sintético, por exemplo), agentes de peso (por exemplo, sulfato de bário ou barita pode ser utilizado), argila bentonita, e vários aditivos que servem funções específicas, como polímeros, inibidores de corrosão, emulsificantes, lubrificantes, géis ou agentes de gelificação, e vários outros componentes. Aqueles com conhecimentos comuns na técnica reconhecerão que diversas lamas de perfuração diferentes existem e que não se pretende limitação da presente invenção por referência a tipos específicos de fluidos.
Gás não reativo Um gás não reativo pode ser dissolvido em um fluido de perfuração, como aqueles descritos acima, para formar um fluido energizado. Gases não reativos que podem ser empregados em modalidades reveladas aqui incluem nitrogênio, dióxido de carbono, hexafluoreto de enxofre, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio e radônio. Outros gases que podem ser empregados em modalidades reveladas aqui incluem amônia, monóxido de carbono, ar, oxigênio, hidrocarbonetos halogenados, hidrogênio, hidrocarbonetos C1 a C6, como metano, etano, propanos, butanos, pentanos e hexanos, e óxidos de nitrogênio, como NO ou NO2. Em outras modalidades, combinações de dois ou mais dos gases acima podem ser utilizadas.
Modalidades reveladas aqui podem ser aplicadas com qualquer tipo de fluido que seja quimicamente compatível com um gás não-reativo ou uma mistura de gases não-reativos. Por exemplo, nitrogênio pode ser utilizado com qualquer tipo de fluido de perfuração, incluindo à base de água ou à base de óleo, pesado ou não pesado, e pode ser utilizado em qualquer temperatura ou pressão.
A viabilidade de um gás empregado pode depender do fluido de perfuração, ambiente de perfuração e outros fatores. Por exemplo, para fluidos de perfuração que incluem um depurador de oxigênio, ar pode ser utilizado sem receio de efeitos corrosivos ou reativos. Como outro exemplo, dióxido de carbono pode formar espécie acídica em água, e se utilizado com um fluido de perfuração à base de água sob certas condições, pode resultar em efeitos reativos ou corrosivos indesejáveis.
A viabilidade para um gás empregado em ambientes revelados aqui também depende da proximidade das condições furo abaixo até o ponto de ebulição ou a temperatura crítica e/ou pressão crítica do gás. A tabela 1 apresenta a temperatura crítica e pressão crítica para alguns dos compostos que podem ser úteis em modalidades para os fluidos energizados revelados aqui. Gases que podem apresentar comportamento semelhante a líquido em condições furo abaixo podem não ter desempenho tão bom quanto os gases que são removidos de sua temperatura e/ou pressão crítica.
Tabela 1
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Por exemplo, em 25°C e 20 MPa, dióxido de carbono é um líquido. Após diminuir a pressão furo abaixo para 15 MPa, dióxido de carbono permanece líquido. Desse modo, dióxido de carbono pode não ser apropriado para uso como um material energizante sob essas condições. Ao contrário, nitrogênio em 25°C está bem acima de sua temperatura crítica e é um gás em 20 MPa. Realmente, não pode ser liqüefeito nessa temperatura independente de quão alta a pressão poderia ser elevada. Desse modo, sob essas condições, nitrogênio que não é dissolvido no meio circundante deve existir como gás. Após reduzir a pressão circundante abaixo do nível de saturação, nitrogênio sairá da solução na forma de um gás. Portanto, nitrogênio é um material energizante apropriado. Similarmente, dióxido de carbono pode ser útil em formações tendo uma temperatura furo abaixo mais elevada, isto é, em uma temperatura acima do ponto de ebulição para dióxido de carbono em uma dada pressão, ou em uma temperatura bem abaixo da temperatura crítica para dióxido de carbono para pressões furo abaixo que excedem a pressão crítica de dióxido de carbono.
Em algumas modalidades, um gás não-reativo pode ser dissolvido em um fluido de perfuração. Em outras modalidades, um gás não-reativo pode ser dissolvido até o limite de saturação do gás no fluido de perfuração. Por exemplo, a mistura de fluido de perfuração pode ser um líquido ou uma suspensão sólido-líquido, sem uma fase de vapor presente. Em outras modalidades, o gás pode ser dissolvido para obter saturação ou quase saturação na pressão furo abaixo de interesse, que pode depender da profundidade da formação e densidade ou peso do fluido de perfuração empregado. Em outras modalidades, o fluido de furo de poço de ser substancialmente saturado com um gás dissolvido; como utilizado aqui, substancialmente saturado significa que o gás é dissolvido à pelo menos 75 por cento de saturação na temperatura e pressão do fluido de poro na formação de interesse.
Em algumas modalidades, o fluido de perfuração pode não conter gás não dissolvido na pressão furo abaixo, onde o fluido de perfuração pode se comportar como um fluido isento de gás na pressão furo abaixo. Em outras modalidades, o fluido de perfuração pode conter um pouco de gás não dissolvido.
Em algumas modalidades, o gás pode ser introduzido ou dissolvido em uma concentração desejada através de injeção na cabeça de poço utilizando uma bomba de baixa pressão. Em outras modalidades, gás pode ser. injetado no fluido de perfuração próximo à broca ou perto da formação de interesse através de um conduto que se estende através da coluna de perfuração.
Em outras modalidades, o gás pode ser gerado no local em ou perto da zona de interesse. Por exemplo, gás pode ser gerado por geração de nitrogênio no local. Vide Antheunis, D. e outros SPE 9653. Reagentes que formam nitrogênio outros gases como produtos de reação podem ser injetados no poço juntamente com o fluido de furo de poço. Os gases gerados podem dissolver então no fluido para formar um fluido energizado.
Fratura do resíduo de filtro Após formação de um resíduo de filtro com um fluido energizado como descrito acima, pode ser possível decompor o resíduo de filtro sem tratamento químico ou aditivo. A formação de furos, canais ou de outro modo que comprometem a integridade do resíduo de filtro pode, em algumas modalidades, ser facilitada pela formação de uma fase de vapor dentro, atrás, ou em torno do resíduo de filtro a partir do gás dissolvido. A formação da fase de vapor desejada pode ser obtida por diminuição da solubilidade do gás dissolvido no fluido de perfuração até abaixo do ponto de corte do gás (abaixo do limite de solubilidade).
Em algumas modalidades, a solubilidade de um gás no fluido de perfuração pode ser diminuída abaixo do ponto de corte (limite de solubilidade) do gás pela redução da densidade (peso) do fluido de perfuração. Em outras modalidades, a solubilidade de um gás no fluido de perfuração pode ser diminuída abaixo do ponto de corte do gás por redução da pressão de bomba em circulação de fluido de perfuração.
Em algumas modalidades, a solubilidade de um gás no fluido de perfuração pode ser diminuída rapidamente abaixo do ponto de corte do gás. Em outras modalidades, a solubilidade de um gás no fluido de perfuração pode ser diminuída gradualmente abaixo do ponto de corte do gás, por exemplo, de modo a minimizar choque hidráulico do furo de poço.
Em algumas modalidades, a fase de vapor resultante formada pode variar de 0,0001 a 10 litros de vapor por litro de fluido de perfuração em condições furo abaixo. Em outras modalidades, a fase de vapor resultante pode variar de 0,001 a 1 litro de vapor por litro de fluido de perfuração; a partir de 0,002 a 0,5 litro de vapor por litro de fluido de perfuração em outras modalidades; e 0,005 litro de vapor por litro de fluido de perfuração ou maior ainda em outras modalidades.
A solubilidade de um gás em um líquido pode ser estimada utilizando Lei de Henry, por exemplo. A Lei de Henry afirma que a solubilidade de um gás em um líquido é proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido de acordo com a relação P = Hv * M, onde P é a pressão parcial do gás, Hv é uma constante de proporcionalidade específica ao gás e líquido, e M é a concentração do gás na fase líquida. Desse modo, à medida que a pressão é aumentada, a solubilidade aumenta proporcionalmente. As constantes de Lei de Henry para alguns exemplos de gases em água a 250C são apresentadas na Tabela 2, onde P é expresso em unidades de bar ou atm e M é expresso como mol/L.
Tabela 2
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Como exemplo de diminuição da solubilidade de um gás para comprometer a integridade de um resíduo de filtro, um fluido de perfuração baseado em água tendo uma densidade de 1200 kg/m3 sendo circulado através de um furo de poço em uma profundidade de 1000 metros, uma temperatura de 250C (298 K) e uma pressão furo abaixo de 11,9 MPa (117 atm) , terá uma solubil idade de nitrogênio de aproximadamente 0,073 mol/L. O uso de um fluido de perfuração saturado com nitrogênio a 25°C e uma pressão furo abaixo de 11,9 MPa gerará um resíduo de filtro saturado com nitrogênio, e tanto o fluido de furo de poço como filtrado atrás do resíduo de filtro será saturado com nitrogênio. A solubilidade de nitrogênio e em torno do resíduo de filtro pode ser então diminuída de modo a formar uma fase de vapor no líquido residual.
Como exemplo de diminuição da solubilidade de nitrogênio, a densidade do fluido de perfuração circulando através do furo de poço pode ser diminuída para 850 kg/m3, resultando em uma diminuição em pressão furo abaixo para aproximadamente 8,4 MPa (83 atm), com base na alteração em peso do fluido na coluna de perfuração. Essa diminuição em pressão na zona de interesse pode diminuir a solubilidade. de nitrogênio no fluido residual para aproximadamente 0,052 mol/L. A diminuição resultante em solubilidade liberará o nitrogênio em excesso (aproximadamente 0,02 mol/L), formando bolhas na formação e dentro do resíduo de filtro, desse modo comprometendo a integridade do resíduo de filtro. O nitrogênio insolúvel (0,02 mol/L) pode resultar na formação de aproximadamente 6 mL de bolhas por litro de fluido de perfuração, utilizando a Lei de Gás Ideal, PV = nRT, em uma temperatura de 298 K.
A Lei de Henry, como utilizada no exemplo acima, apresenta uma estimativa de solubilidade de gás. Aqueles versados na técnica reconhecerão que o uso da Lei de Henry aproxima a solubilidade de gases em temperaturas e pressões elevadas; similarmente, a Lei de Gás Ideal aproxima o volume de gás em temperaturas e pressões elevadas. A solubilidade de um gás em um líquido, e o volume de um gás, dependerão de vários fatores além de temperatura e pressão, como o fluido de base empregado, e o tipo e concentração de outros componentes no fluido de perfuração. Por exemplo, um fluido de perfuração baseado em solução salina pode ter uma solubilidade de nitrogênio mais baixa do que um fluido de perfuração baseado em água. Um diesel, óleo ou outro fluido de perfuração não aquoso também pode ter solubilidade de nitrogênio diferente. Outros componentes no fluido de perfuração, como barita, bentonita, e grafite, também podem afetar a solubilidade de nitrogênio no fluido de perfuração no exemplo acima. Adicionalmente, é sabido que a solubilidade é uma função de temperatura (Hv = f(T), por exemplo) e que os resultados acima podem variar dependendo da temperatura do fluido de perfuração no furo de poço.
Como outro exemplo, a perfuração está sendo executada em uma profundidade de 2700 metros e uma temperatura furo abaixo de 250C utilizando um fluido de perfuração à base de água. Nitrogênio é bombeado para dentro de um poço através de tubagem anular, onde mistura e dissolve no fluido de perfuração antes de contatar a formação. O fluido de perfuração está correndo superequilibrado, com uma densidade de fluido de perfuração de aproximadamente 1300 kg/m3, e a pressão na broca é aproximadamente 34,5 MPa (341 atm, ou 5010 psia) . A solubilidade de nitrogênio nessas condições, novamente utilizando a Lei de Henry, é aproximadamente 0,213 mol/L de fluido de perfuração. A pressão na broca pode ser diminuída para aproximadamente 31,89 MPa (4625 psia), resultando em uma diminuição em solubilidade de nitrogênio para aproximadamente 0,197 mol/L de fluido de perfuração. Com base na diferença em solubilidade de nitrogênio nas condições acima, aproximadamente 1,2 mL de gás nitrogênio será liberado por litro de fluido de perfuração energizado. Os vapores liberados podem formar furos, fissuras ou de outro modo comprometer a integridade do resíduo de filtro.
Como outro exemplo, a perfuração está sendo executada novamente em uma profundidade de 2700 metros e uma temperatura furo abaixo de 25cC utilizando um fluido de perfuração baseado em água. Nitrogênio é bombeado para dentro através de tubagem anular, onde se mistura e dissolve no fluido de perfuração antes de contatar a formação. O fluido de perfuração está correndo superequilibrado, com uma densidade de fluido de perfuração de aproximadamente 1300 kg/m3, e a pressão na broca é, aproximadamente 34,5 MPa (5010 psia). A solubilidade de nitrogênio nessas condições, novamente aproximada à lei de Henry, é 0,213 mol/L de fluido de perfuração. A taxa de nitrogênio pode ser regulada de tal modo que o fluido de perfuração seja 90 por cento saturado com nitrogênio (-0,917 mol/L de flúido de perfuração). Para esse caso, a diminuição da pressão na broca pela diminuição da pressão de circulação ou densidade do fluido de perfuração até um ponto tal que a pressão na broca seja aproximadamente 30,68 MPa (4450 psia) resultaria no aumento do nitrogênio até o ponto de saturação no fluido. A diminuição adicional da pressão na broca resultaria em supersaturação, e uma fase de vapor se formaria. Por exemplo, a diminuição do peso da lama de perfuração para 1000 kg/m3 resultaria em uma saturação de nitrogênio de 0,164 mol/L de fluido de perfuração, e geração de aproximadamente 2,6 mL de gás por litro de fluido de perfuração em, atrás e em torno do resíduo de filtro. A diminuição da densidade de fluido para 1100 kg/m3 resultaria em aproximadamente 0,74 mL de vapor de nitrogênio por litro de fluido de perfuração em, atrás e em torno do resíduo de filtro.
Durante toda a alteração em pressão furo abaixo, não importa como isso é efetuado, nitrogênio pode ser dissolvido no fluido de perfuração em circulação a um ponto de saturação ou supersaturação. Desse modo, nitrogênio que pode ser liberado a partir do fluido energizado em, atrás e genericamente em torno do resíduo de filtro empurrará para fora do resíduo de filtro, desse modo alterando sua estrutura e efetivamente destruindo sua integridade.
Adicionalmente, bolhas de nitrogênio formadas atrás do resíduo de filtro podem aumentar a decomposição do resíduo de filtro, e bolhas de nitrogênio formadas no fluido em circulação pode atuar como uma gente de esfregar, auxiliando a decompor o resíduo de filtro a partir da parede da formação.
O uso de nitrogênio e fluidos de perfuração à base de água no acima é para fins ilustrativos somente, e não pretende limitar o escopo da invenção. Outros gases e fluidos de perfuração podem ser utilizados, como detalhado acima.
Similarmente, um gás não-reativo pode ser dissolvido em um fluido de recuperação ou em um fluido de acabamento. Por exemplo, antes de recuperação de um poço, pode ser necessário vedar temporariamente a formação com um resíduo de filtro. 0 resíduo de filtro formado durante recuperação ou acabamento pode ser formado com um fluido energizado, similar ao fluido de perfuração energizado como descrito acima. Após completação de recuperação, por exemplo, o resíduo de filtro pode ser decomposto por alterar a solubilidade do gás como descrito acima.
Combinação com práticas de fratura atuais
A técnica de fratura de furo de poço revelada aqui pode ser utilizada para aumentar as técnicas de fratura de filtro, convencionais. Em algumas modalidades, o uso de um fluido energizado pode ser combinado com tratamento de ácido de um resíduo de filtro. Em outras modalidades, o uso de um fluido energizado pode ser combinado com tratamento de enzima. Ainda em outras modalidades, o uso de um fluido energizado pode ser combinado com uso de agentes quelantes para decompor um resíduo de filtro. Ainda em outras modalidades, fluidos energizados podem ser combinados com tratamento de glicol de um resíduo de filtro contendo carbonatos. Ainda em outras modalidades, fluidos energizados podem ser combinados com emulsões de inversão.
Por exemplo, um fluido energizado pode ser utilizado para comprometer a integridade de um resíduo de filtro como descrito acima, formando furos e outros canais de fluxo em e através do resíduo de filtro. Subseqüentemente, um tratamento de ácido do resíduo de filtro pode tirar proveito dos canais de fluido, permitindo que o tratamento de ácido ataque não somente a superfície do resíduo de filtro, como também as porções interiores do resíduo de filtro. Desse modo, o tratamento de ácido do resíduo de filtro pode ser aumentado, exigindo potencialmente menos tempo e menos ácido para decompor o resíduo de filtro.
Outro exemplo é aquele de um fluido de perfuração que é na realidade energizado em pressão e temperatura furo abaixo, isto é, nem todo o gás é dissolvido. Se o gás for disperso uniformemente, isto é, na forma de minúsculas bolhas, essas bolhas serão incorporadas no resíduo de filtro (as bolhas atuarão como materiais em partículas). Quando a pressão ou peso de lama é reduzido, não somente gás sairá da solução, como também as bolhas existentes expandirão conforme a Lei de Gás Ideal e decomporão o resíduo de filtro.
Vantajosamente, as modalidades reveladas aqui fornecem um processo para injetar um fluido de perfuração saturado com gás não-reativo em um poço. Em algumas modalidades, uma quantidade suficiente de um gás não reativo pode ser injetada em um fluido de perfuração de tal modo que sature o fluido de base, isto é, esteja no limite de solubilidade para o gás no líquido, na pressão e temperatura do furo de poço na zona permeável de interesse. Desse modo, durante perfuração em uma condição superequilibrada típica, um resíduo de filtro pode ser formado, onde o fluido atrás e dentro do resíduo de filtro pode conter gás dissolvido. Quando a zona deve ser cimentada ou colocada em produção, a solubilidade do gás no fluido pode ser diminuída abaixo do ponto de corte do gás, e começa a sair da solução. No processo de fazer isso, bolhas de gás são formadas em qualquer resíduo de filtro depositado no furo de poço durante a operação de perfuração, desse modo comprometendo a integridade do resíduo de filtro e facilitando a ruptura do fluido produzido.
Essa técnica pode ser aplicada com qualquer tipo de gás que seja quimicamente compatível com o fluido de perfuração. Desse modo, qualquer tipo de fluido de perfuração pode ser utilizado, incluindo fluidos de perfuração à base de água, à base de óleo, pesado, e não pesado, e a técnica pode ser utilizada em qualquer temperatura ou pressão. As modalidades reveladas aqui não requerem aditivos ou tratamentos químicos especiais, como exigido por muitas das técnicas comuns utilizadas para decompor resíduos de filtro. Os métodos revelados aqui podem fornecer benefícios econômicos, para a saúde, segurança e ambiental em comparação com métodos de limpeza de resíduo de filtro existentes.
Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo benefício dessa revelação, reconhecerão que outras modalidades podem ser idealizadas que não se afastam do escopo da invenção como revelado aqui. Por conseguinte, o escopo da invenção deve ser limitado somente pelas reivindicações em anexo.
Todos os documentos de prioridade são aqui totalmente incorporados a título de referência para toda jurisdição na qual essa incorporação seja permitida. Além disso, todos os documentos citados aqui, incluindo procedimentos de teste, são totalmente incorporados a título de referência para todas as jurisdições nas quais tal incorporação seja permitida até o ponto em que essa revelação seja compatível com a descrição da presente invenção.
Claims (22)
1. Processo para formar e subseqüentemente fraturar um resíduo de filtro, caracterizado por compreender: dissolver um gás não-reativo em um fluido de poço para formar um fluido energizado; bombear o fluido energizado para dentro de uma formação em uma pressão de fundo de poço, em que o bombeamento ocorre em condições superequilibradas, produzindo um resíduo de filtro; e diminuir a pressão do fundo do poço até abaixo de um ponto de corte do gás dissolvido no fluido energizado para formar uma fase de vapor, em que a fase de vapor compromete a integridade do resíduo de filtro.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender formar o gás não-reativo no local no poço.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido energizado é saturado com o gás não-reativo em uma pressão e temperatura de fundo do poço.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido é substancialmente saturado com o gás não-reativo em uma pressão e temperatura de fundo do poço.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender cimentar o poço; e colocar o poço em produção.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás não-reativo é selecionado do grupo consistindo em nitrogênio, dióxido de carbono, hexafluoreto de enxofre, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio, radônio, monóxido de carbono, ar, oxigênio, hidrocarbonetos halogenados, hidrogênio, hidrocarbonetos C1 a C6, óxidos de nitrogênio, e combinações dos mesmos.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dissolver o gás não-reativo no fluido de poço compreende contatar o gás não-reativo e o fluido de poço no fundo do poço.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás não-reativo é dissolvido ou parcialmente dissolvido antes de bombeamento do fluido de poço no fundo do poço.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de poço é substancialmente livre de gás não-dissolvido quando na pressão do fundo de poço e em uma temperatura do fundo de poço.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase de vapor formada compreende de 0,001 a 1,0 litro de vapor por litro de fluido de poço quando na pressão de fundo de poço e uma temperatura de fundo de poço.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase de vapor formada compreende de 0,005 litro de vapor por litro de fluido de poço ou superior quando na pressão de fundo do poço e em uma temperatura de fundo do poço.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que diminuir a pressão do poço compreende diminuir uma densidade do fluido de poço em ao menos uma porção do poço.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que diminuir a pressão do poço compreende diminuir uma pressão da bomba de circulação do poço.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de poço é selecionado do grupo consistindo em fluidos de perfuração, fluidos de recuperação, fluidos de acabamento, e combinações dos mesmos.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender tratar o resíduo de filtro com ácido, enzimas, agentes de quelação, glicóis, ou suas combinações.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o resíduo de filtro compreende partículas de carbonato, enzimas, ácidos encapsulados, emulsões invertíveis, ou suas combinações.
17. Método de perfurar um poço, caracterizado por compreender: circular um fluido de poço através do poço, em que a circulação compreende: introduzir o fluido de poço no poço e em contato com uma formação em condições excessivamente equilibradas, produzir um resíduo de filtro; e remover ao menos uma parte do fluido de poço a partir do poço; dissolver o gás não-reativo no fluido de poço para formar um fluido energizado mediante contato do gás não-reativo e o fluido do poço, no fundo do poço, em uma pressão e temperatura do fundo do poço; em que um fluido residual é contido dentro do resíduo de filtro, dentro da formação próxima ao resíduo de filtro, ou combinações dos mesmos; e em que o fluido residual compreende ao menos uma porção do fluido energizado; diminuir a pressão do fundo do poço até abaixo de um ponto e corte do gás dissolvido no fluido residual para formar uma fase de vapor; em que a diminuição da pressão do fundo do poço compreende diminuir uma densidade do fluido de poço em ao menos uma porção do poço; e em que a fase de vapor compromete a integridade do resíduo de filtro.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o gás não-reativo é selecionado do grupo consistindo em nitrogênio, dióxido de carbono, hexafluoreto de enxofre, hélio, argônio, hidrocarbonetos halogenados, criptônio, xenônio, radônio, monóxido de carbono, ar, oxigênio, fréon, hidrogênio, hidrocarbonetos C1 a C6, óxidos de nitrogênio, e combinações dos mesmos.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a fase de vapor formada compreende de 0,001 a 1,0 litro de vapor por litro de fluido residual quando na pressão do fundo do poço e em uma temperatura do fundo de poço.
20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a fase de vapor formada compreende 0,005 litro de vapor por litro de fluido residual ou superior quando na pressão do fundo do poço e em uma temperatura do fundo do poço.
21. Método de manutenção de um poço, caracterizado por compreender: circular um fluido de poço através do poço, em que a circulação compreende: introduzir o fluido de poço no poço e em contato com uma formação em condições excessivamente equilibradas, produzindo um resíduo de filtro; e remover ao menos uma parte do fluido de poço a partir do poço; dissolver um gás não-reativo no fluido de poço para formar um fluido energizado mediante contato do gás não-reativo e o fluido do poço no fundo do poço em uma pressão e temperatura do fundo do poço; em que um fluido residual é contido dentro do resíduo de filtro, dentro da formação próxima ao resíduo de filtro, ou combinações dos mesmos; e em que o fluido residual compreende ao menos uma porção do fluido energizado; fazer a manutenção do poço; e diminuir a pressão do fundo do poço até abaixo de um ponto de corte do gás dissolvido no fluido residual para formar uma fase de vapor; em que a diminuição da pressão do fundo do poço compreende diminuir uma densidade do fluido de poço em ao menos uma porção do poço; e em que a fase de vapor compromete a integridade do resíduo de filtro.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o gás não-reativo é selecionado do grupo consistindo em nitrogênio, dióxido de carbono, hexafluoreto de enxofre, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio, radônio, monóxido de carbono, ar, oxigênio, hidrocarbonetos halogenados, hidrogênio, hidrocarbonetos C1 a C6, óxidos de nitrogênio, e combinações dos mesmos.
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