BRPI0901485B1 - Composiqao liquida estavel a base de silicatos para reduzir a produqao de agua em poqos de petroleo e metodo - Google Patents
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Abstract
composição liquida estável à base de silicatos para reduzir a produção de água em poços de petroleo e método são descritas composições líquidas estáveis para reduzir a produção de água em poços de petróleo. tais composições compreendem uma mistura reagente de um silicato de alquila e um composto orgânico, ou misturas de compostos orgânicos, de caráter hidrofílico, contendo pelo menos um grupo oh diretamente ligado a um átomo de carbono, um ácido forte, para catalisar a reação do silicato de alquila e do composto orgânico, e uma amina, que proporciona a alcalinidade adequada para promover a reação desta composição com a água, formando um sólido, capaz de tamponar seletivamente os poros e canais de reservatórios de petróleo onde há fluxo de água, impedindo a migração de água para o poço produtor, e mantendo a produção de hidrocarbonetos em maior proporção em relação à de água.
Description
A presente invenção diz respeito a composições e métodos para reduzir a produção de água em poços de petróleo. Mais especificamente, a composições líquidas estáveis à base de silicatos capazes de tamponar os poros e canais de reservatórios de petróleo onde há fluxo de água, de modo a impedir a migração de água para o poço produtor, mantendo a produção de hidrocarbonetos em maior proporção em relação à de água.
A produção de hidrocarbonetos de petróleo, óleo e gás, é frequentemente acompanhada de significativa produção de água. Como normalmente a água tem maior mobilidade que o óleo nos reservatórios, é muito comum que esta, geralmente associada ao primeiro, acabe encontrando um caminho preferencial.
Assim, quando o poço fica maduro, passa a produzir certa quantidade de água juntamente com os hidrocarbonetos, quantidade esta que tende a aumentar com o passar dos anos devido a alterações nas condições do reservatório. Em alguns casos, a produção de água pode chegar a níveis alarmantes, podendo inclusive levar a inviabilidade econômica de exploração de determinado campo. Quando isso ocorre, são feitas intervenções para reduzir a quantidade de água associada produzida ou, na impossibilidade de se fazer isso de forma econômica, o poço é abandonado.
A água produzida é considerada o rejeito de maior volume em todo o processo de exploração e produção do petróleo. Ela consiste basicamente de água de formação, naturalmente presente no reservatório, ou de águas injetadas no reservatório para a recuperação suplementar de petróleo, e/ou, no caso de produção de gás, água de condensação.
Geralmente, a água produzida possui alta salinidade, partículas de óleo em suspensão, produtos químicos adicionados nas diversas etapas da produção de óleo e gás, metais pesados e por vezes alguma radioatividade, o que a torna altamente corrosiva, além de extremamente nociva ao meio ambiente.
Face ao acima exposto, a indústria do petróleo desenvolveu diversas tecnologias para intervir em poços que produzem elevada quantidade de água associada ao óleo / gás com o intuito de eliminar ou, ao menos, reduzir a produção de água.
Uma série de técnicas foram propostas para solucionar este problema. Dentre estas, destacam-se os métodos envolvendo a utilização de polímeros formadores de gel, tais como o ácido poli-acrílico, capazes de tamponar os poros ou canais de reservatórios de petróleo. Tais métodos, porém, têm o inconveniente de não serem seletivos aos poros e canais produtores de água, podendo também tamponar os poros e canais produtores de hidrocarbonetos.
Para a utilização destes métodos, portanto, é necessário um prévio mapeamento e isolamento do poço produtor a fim de identificar a zona produtora de água daquela produtora de hidrocarbonetos, de tal forma que somente a primeira seja afetada pelo tamponamento. Além do mapeamento, é necessário também o isolamento prévio da zona a ser tamponada, de modo a garantir que somente esta seja afetada.
Métodos mais recentes têm envolvido a injeção de polímeros hidrofílicos, tais como a poliacrilamida, com o objetivo de atingir tal seletividade.
Um exemplo é o pedido de patente US 2004/0177957, que emprega uma composição compreendendo compostos organosiliconados e uma macromolécula modificadora de permeabilidade relativa (MPR) para reduzir a produção de água de poços de petróleo. Tais macromoléculas incluem, preferencialmente, homopolímeros, copolímeros e terpolímeros baseados na acrilamida. Embora tal composição apresente maior seletividade que os polímeros anteriormente empregados para este uso, esta ainda tem como inconveniente a necessidade de reaplicação da composição em um curto período de tempo, além de provocar danos ao meio-ambiente já que os produtos de decomposição da poliacrilamida são nocivos.
O pedido de patente US2007/0254814 trata da aplicação de organossilanos em poços de óleo e gás, para reduzir a produção de água. Neste caso, os organossilanos sofrem hidrólise e os compostos resultantes desta reagem entre si, formando uma rede polimérica que acaba por dificultar o fluxo de água, devido à redução da permeabilidade relativa à água no reservatório. Porém, a permeabilidade relativa aos hidrocarbonetos também é reduzida, mesmo que em menor proporção, em torno de 50% a 70% menor do que a redução observada na permeabilidade relativa à água.
Portanto, embora inúmeros estudos tenham sido efetuados, não existe, até o momento, nenhuma técnica que permita tratar poços de petróleo, com vistas à redução da quantidade de água, produzida juntamente com os hidrocarbonetos, que seja seletivo aos poros e canais de reservatórios onde há o deslocamento de água, não necessitando, porém, das etapas de mapeamento e isolamento das zonas produtoras de água, além de não utilizar compostos nocivos ao meio-ambiente. É esta a lacuna que a presente técnica objetiva preencher.
A presente invenção provê composições para reduzir a produção indesejada de água em poços de petróleo. Tais composições têm a característica de reagir preferencial mente com a água formando um sólido, tamponando seletivamente canais e poros por onde a água se desloca no reservatório, sem que os poros e canais por onde fluem os hidrocarbonetos sejam afetados.
As composições compreendem: i- uma mistura reagente de um silicato de alquila e um composto orgânico, ou misturas de compostos orgânicos, de caráter hidrofílico, contendo pelo menos um grupo OH diretamente ligado a um átomo de carbono, na proporção molar de 1:4 (silicato :composto orgânico); ii- um ácido forte, para catalisar a reação do silicato de alquila e do composto orgânico da mistura do item i, em concentrações na faixa de 0,01 a 2 mol por litro de mistura reagente; iii- uma amina, em concentrações de até 0,5 mol/L de mistura reagente.
Portanto, a invenção trata do tamponamento seletivo da zona produtora de água de reservatórios de petróleo, pela a aplicação de composições líquidas estáveis à base de silicatos, que empregam produtos químicos não danosos ao meio-ambiente, de modo a proporcionar a redução da água produzida associada ao petróleo.
De um modo amplo, a invenção trata de uma composição líquida estável à base de silicatos aplicável ao controle da água produzida em poços produtores de petróleo.
Esta composição tem a propriedade de reagir com a água, formando um sólido capaz de tamponar seletivamente os poros e canais de reservatórios de petróleo contendo água, reduzindo desta forma a quantidade de água que é produzida associada ao petróleo.
A composição útil para o método compreende: i- uma mistura reagente de um silicato de alquila e um composto orgânico, ou misturas de compostos orgânicos, de caráter hidrofílico, contendo pelo menos um grupo OH diretamente ligado a um átomo de carbono, na proporção molar de 1:4 (silicato :composto orgânico); ii- um ácido forte, para catalisar a reação do silicato de alquila e do composto orgânico da mistura do item i, em concentrações na faixa de 0,01 a 2 mol por litro de mistura reagente; iii- uma amina, em concentrações de até 0,5 mol/L de mistura reagente.
Os silicatos de alquila úteis para a composição da presente invenção são o silicato de etila e o silicato de metila, em especial o silicato de etila, por ser de fácil manipulação e pouco tóxico.
Tais silicatos, porém, são pouco reativos, demandando longos períodos de tempo para reagirem com a água, e formar um produto sólido.
Silicatos de alquila, especialmente os de etila e metila, parcialmente hidrolisados, e seus derivados, reagem em maior velocidade com a água, já que a velocidade de reação aumenta proporcionalmente com o grau de hidrólise.
O grau de hidrólise, porém, deve ser cuidadosamente controlado, pois em valores muito altos, a composição líquida gerada torna-se instável.
Dentre os silicatos de etila úteis para tal composição podemos citar: silicato de etila em sua forma monomérica, com teor de sílica (SÍO2) de 28% em massa, e preferencialmente, o silicato de etila parcialmente hidrolisado, com teor de sílica (SiO2) de até 50% em massa, que é pouco tóxico e de fácil manipulação, tendo o único inconveniente de ser inflamável.
O silicato de metila pode ser empregado, apesar de seu grau de toxidez elevado, tanto na sua forma monomérica, com teor de sílica (SiO2) de 41 % em massa, como na forma parcialmente hidrolisada, com teor de sílica (SiO2) de até 79% em massa.
Os silicatos de alquila, porém, ainda possuem o inconveniente de serem imiscíveis em água, e deste modo, a reação ocorre apenas na interface silicatos/água, havendo a formação de pequenos cristais e não de um sólido inteiriço.
Para aumentar a miscibilidade dos silicatos de alquila, facilitando assim sua reação com a água e conseqüentemente a formação de um sólido inteiriço, reage-se o silicato de alquila com um composto orgânico, puro ou em mistura com outros compostos orgânicos, de caráter hidrofílico, contendo um grupo - OH ligado diretamente a um átomo de carbono.
Tais compostos orgânicos possuem fórmula R-OH onde R pode ser selecionado dentre, um radical -CH2CH2OH, um radical -[CH2CH2O]nH, um radical -CH2CH2(OH)CH2OH, um radical -[CH2CH2O]3CH2CH3, ou um radical (COOH)CH2C(COOH)CH2(COOH).
Os compostos orgânicos utilizados são, preferencialmente, compostos orgânicos líquidos a temperatura ambiente, já que a utilização de compostos sólidos nestas condições leva a um maior tempo de reação.
Dentre os compostos orgânicos, líquidos a temperatura ambiente, pode-se mencionar: etilenoglicol, polietilenoglicol de baixa densidade (massa molecular <1000 g/mol), glicerina, éster metílico do etilenoglicol, éster etílico do etilenoglicol, polietilenoglicol metil éter (MPEG), polietilenoglicol etil éter, ácido lático, ácido hidroxiacético, gliceraldeído, ou misturas destes.
Os compostos orgânicos úteis para esta composição, sólidos a temperatura ambiente, podem ser escolhidos dentre: ácido cítrico, tartárico e açúcares de baixa massa molecular.
Para promover a reação de tais compostos orgânicos com os silicatos de alquila, utiliza-se a catálise ácida, empregando um ácido forte, tal como os ácidos: iodídrico, sulfônico, bromídrico, nítrico, clórico, perclórico, e preferencialmente, o ácido clorídrico e sulfúrico.
Os ácidos, sulfúrico, nítrico, clórico e perclórico, são fortemente oxidantes e devem ser evitados, quando o composto orgânico (ROH) empregado for sensível à oxidação.
Especial atenção deve ser dada a utilização do ácido sulfúrico quando a reação ocorre a temperaturas elevadas, já que pode levar a oxidação parcial dos compostos orgânicos (ROH) na mistura reagente.
O ácido sulfúrico utilizado é, preferencialmente, o ácido sulfúrico concentrado, anidro ou em solução, com menos de 50% em massa de água.
Já o ácido clorídrico, por não ser líquido à temperatura ambiente, exige que se adicione água ao sistema, se for usado. Porém como não possui caráter oxidante, deve ser preferido quando o composto orgânico usado (ROH) for muito sensível à oxidação.
O ácido clorídrico utilizado na reação de modificação do silicato de alquila é, preferencialmente, o ácido clorídrico em solução aquosa, em concentração de 37% em massa.
Para neutralizar o ácido que catalisa a reação, e a acidez proporcionada pelo composto orgânico (ROH), se for o caso, impedindo deste modo o prosseguimento da reação, e proporcionando uma alcalinidade residual adequada para promover a reação da composição desta invenção com a água, utiliza-se uma amina primária, secundária ou terciária, preferencialmente, a etanolamina, a di e a trietanolamina por serem líquidas em condição ambiente, de fácil solubilização em qualquer proporção e pouco tóxicas.
A quantidade de amina empregada nas composições da presente invenção deve ser controlada, pois estas em concentrações muito elevadas acabam por catalisar a reação dos silicatos de alquila com os compostos orgânicos, tornando a composição instável. Concentrações de amina de até 0,5 moles de amina por litro de mistura reagente proporcionam uma alcalinização adequada e segura.
Outro aspecto da invenção trata de um método para redução da água produzida em poços de petróleo, dito método incluindo as seguintes etapas: a) Injetar um colchão espaçador constituído por um fluido isento de água, por um poço produtor de petróleo, em volume suficiente para preencher todo o intervalo do poço aberto para a produção; b) Deslocar o colchão espaçador em direção ao reservatório por meio da subsequente injeção de um banco de uma composição líquida estável à base de silicatos de acordo com a presente invenção, em volume de pelo menos cinco vezes o volume do poço produtor; c) Deslocar o banco compreendendo uma composição de acordo com a presente invenção, em direção ao reservatório, para contatar a zona de água, por meio de subsequente injeção do colchão espaçador até que o volume injetado ocupe totalmente o poço produtor; d) Aguardar de 5 a 60 minutos o contato e a reação da composição do item b) com a água, de modo a tamponar seletivamente os poros e canais por onde a água se desloca no reservatório, permitindo o fluxo de hidrocarbonetos para o poço produtor;
O método utiliza a própria coluna de produção de hidrocarbonetos para fazer com que a composição chegue ao reservatório, isolando o poço a ser tratado dos demais e bombeando-se a composição pela coluna de produção.
O colchão espaçador compreende um fluido isento de água que pode ser escolhido dentre: o próprio óleo produzido pelo campo, óleo diesel, querosene, xileno ou qualquer outra mistura de hidrocarbonetos, além de etanol, glicerina ou etilenoglicol.
O colchão espaçador atua como um fluido de deslocamento da água presente no poço produtor, evitando assim a reação da composição da presente invenção com a água antes de atingir o reservatório.
O método utiliza uma composição, tal como a aqui descrita, que promove o meio alcalino necessário à reação desta composição com a água, formando um sólido, tamponando seletivamente canais e poros por onde a água se desloca no reservatório.
Os exemplos, a seguir, correspondem a experimentos em escala de laboratório sem limitar o escopo da composição líquida estável à base de silicatos para redução da água produzida em poços de petróleo detalhadamente descrita até aqui.
Este exemplo ilustra o preparo de uma composição líquida estável à base de silicatos, pela reação de modificação de um silicato de etila com polietileno glicol, e a obtenção de um sólido devido à reação da composição preparada com a água.
Uma mistura contendo polietileno glicol com massa molecular média de 200g/mol (50 ml_) e ácido sulfúrico concentrado (1,0mL) foi adicionada, sob agitação constante e temperatura de cerca de 80 °C, a um silicato de etila parcialmente hidrolisado - teor de sílica (SiO2) de 40% (250 mL), até completa homogeneização.
Após 20 minutos de reação, foi adicionada etanolamina (3,0 mL) ao meio reacional, sendo obtida uma composição líquida homogênea.
À composição (20mL) assim obtida, foi adicionada água destilada (5,0 mL), mantendo a mistura sob agitação por 5 minutos
Uma reação fracamente exotérmica foi observada, havendo a formação de um gel e, posteriormente, de um bloco sólido semelhante à cera.
Este exemplo ilustra o preparo de uma composição líquida estável à base de silicatos, pela modificação do silicato de etila com uma mistura de polietileno glicol e glicerina, e a obtenção de um sólido devido ao contato entre a composição e a água.
Uma mistura contendo ácido sulfúrico concentrado (1,0 mL) e polietileno glicol de massa molecular média de 200g/mol (25 mL), foi adicionada, sob agitação constante e temperatura de cerca de 80 °C, a um silicato de etila parcialmente hidrolisado - teor de sílica (SiO2) 40% em massa (225 mL), até completa homogeneização.
A seguir glicerina (62,5g), foi adicionada, sob agitação, à mistura formada, até a completa homogeneização.
Após 20 minutos de reação, etanolamina (3,0 mL) foi adicionada, sob agitação, ao meio reacional, mantendo-se a agitação por mais 5 minutos, sob uma temperatura de 80 °C, sendo assim obtida uma composição líquida estável.
À composição (20mL) assim obtida, foi adicionada água (5,0 mL), mantendo a mistura sob agitação por 5 minutos, havendo a formação de um gel e, posteriormente, de um bloco sólido.
Este exemplo ilustra o preparo de uma composição líquida estável à base de silicatos, pela modificação do silicato de etila com etil triglicol, e a 5 formação de um sólido devido ao contato entre esta composição e a água.
Uma mistura contendo etil triglicol (50 mL) e ácido clorídrico, solução 37% em massa (3,0mL) é adicionada, sob agitação, a uma temperatura de 80 °C e sob vácuo, a um silicato de etila parcialmente hidrolisado - teor de sílica (SiO2) 40% em massa (250 mL).
Após 30 minutos de reação, etanolamina (3 mL) foi adicionada, sob agitação, ao meio reacional, , mantendo-se a agitação por mais 5 minutos, sob uma temperatura de 80 °C, sendo obtida uma mistura turva, contendo sólidos granulados em suspensão, que foram separados da fração líquida (composição líquida estável) por filtração.
A composição assim obtida é solúvel tanto em água como em solventes apoiares, como hidrocarbonetos.
À composição (20mL) obtida, foi adicionada água (5,0 mL), mantendo a mistura sob agitação por 1 hora, havendo a formação de um gel e, posteriormente, de um bloco sólido.
Claims (17)
1. Composição líquida estável à base de silicatos para reduzir a produção de água em poços de petróleo, caracterizada por compreender: i- uma mistura reagente de um silicato de alquila e um composto orgânico, ou misturas de compostos orgânicos, de caráter hidrofílico, contendo pelo menos um grupo OH diretamente ligado a um átomo de carbono, na proporção molar de 1:4 ( silicato :composto orgânico); ii- um ácido forte, para catalisar a reação do silicato de alquila e do composto orgânico da mistura do item i, em concentrações na faixa de 0,01 a 2 mol por litro de mistura reagente; iii-uma amina, em concentrações de até 0,5 mol/L de mistura reagente.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o silicato de alquila ser o silicato de etila monomérico, com teor de sílica (SÍO2), de 28% em massa,
3. Composição de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o silicato de alquila ser o silicato de etila parcialmente hidrolisado, com teor de sílica (SÍO2) de até 50% em massa.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o silicato de alquila ser o silicato de metila monomérico, com teor de sílica (SÍO2) de 41% em massa.
5. Composição de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por 0 silicato de alquila ser o silicato de metila parcialmente hidrolisado , com teor de sílica (SÍO2) de até 79% em massa.
6. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o composto orgânico ter a fórmula geral ROH, onde R é selecionado dentre : um radical -CH2CH2OH, um radical -[CH2CH2O]nH, um radical -CH2CH2(OH)CH2OH, um radical-[CH2CH2O]3CH2CH3, ou um radical (COOH)CH2C(COOH)CH2(COOH).
7. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o composto orgânico ser selecionado dentre: etilenoglicol, polietilenoglicol de baixa densidade (massa molecular<1000), glicerina, éster metílico do etilenoglicol, éster etílico do etilenoglicol, polietilenoglicol metil éter (MPEG), polietilenoglicol etil éter, ácido lático, ácido hidroxiacético, gliceraldeído, ácido cítrico, ácido tartárico ou misturas destes.
8. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o ácido forte ser selecionado dentre os ácidos: iodídrico, sulfônico, fluorídrico, bromídrico, nítrico, clórico, perclórico, clorídrico e sulfúrico.
9. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o ácido forte ser o ácido clorídrico em solução, com concentração de 37% em massa .
10. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o ácido forte ser o ácido sulfúrico anidro.
11. Composição de acordo com a reivindicação e, caracterizada por o ácido forte ser o ácido sulfúrico em solução, em concentração superior a 50% em massa.
12. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a amina ser uma amina primária, secundária ou terciária.
13. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a amina ser, a mono-etanolamina.
14. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a amina ser, a di-etanolamina.
15. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a amina ser, preferencialmente, a tri-etanolamina.
16. Método para reduzir a produção de água em poços de petróleo, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) Injetar um colchão espaçador constituído por um fluido isento de água, por um poço produtor de petróleo, em volume suficiente para preencher todo o intervalo do poço aberto para a produção; b) Deslocar o colchão espaçador em direção ao reservatório por meio da subsequente injeção de um banco de uma composição líquida estável à base de silicatos de acordo com a reivindicação 1, em volume de pelo menos cinco vezes o volume do poço produtor; c) Deslocar o banco compreendendo uma composição de acordo com a reivindicação 1, em direção ao reservatório, para contatar a zona de água, por meio de subseqüente injeção do colchão espaçador até que o volume injetado ocupe totalmente o poço produtor; d) Aguardar de 5 a 60 minutos o contato e a reação da composição 5 do item b) com a água, de modo a tamponar seletivamente os poros e canais por onde a água se desloca no reservatório , permitindo o fluxo de hidrocarbonetos para o poço produtor;
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o colchão espaçador ser selecionado dentre: o próprio óleo produzido pelo campo, óleo 10 diesel, querosene, xileno, etanol, glicerina ou etilenoglicol.
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