BRPI0904873A2 - aditivo de controle de perda de fluido e/ou de controle de gás, pasta fluida de cimento e método para minimizar a perda de fluido durante uma operação de cimentação em um poço - Google Patents

Abstract

ADITIVO DE CONTROLE DE PERDA DE FLUIDO E/OU DE CONTROLE DE GáS, PASTA FLUIDA DE CIMENTO E MéTODO PARA MINIMIZAR A PERDA DE FLUIDO DURANTE UMA OPERAçãO DE CIMENTAçãO EM UM POçO. A presente invenção refere-se ao aditivo de controle de perda de fluido ou de controle de gás para uso na cimentação de poços de petróleo, poços de gás, poços de água, poços de injeção, poços de descarte e poços de armazenamento de um polivinil álcool quimicamente modificado. O polivinil álcool quimicamente modificado é preparado por clivagem do polivinil álcool em suas ligações de uma extremidade a outra (1,2-glicol). A redução no grau de polimerização do polivinil álcool quimicamente modificado (comparado ao polivinil álcool nativo) fornece um aditivo de controle de perda de fluido ou de controle de gás que exibe uma viscosidade reduzida e tem um grau menor de polimerização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ADITIVO DECONTROLE DE PERDA DE FLUIDO E/OU DE CONTROLE DE GÁS,PASTA FLUIDA DE CIMENTO E MÉTODO PARA MINIMIZAR A PERDADE FLUIDO DURANTE UMA OPERAÇÃO DE CIMENTAÇÃO EM UM POÇO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao uso de um polivinil álcool modifi-cado como um aditivo de controle de perda de fluido de cimento ou uma pastafluida aditiva de controle de gás na cimentação de um poço penetrando umaformação subterrânea. O polivinil álcool modificado é preparado clivando-seum polivinil álcool nativo em suas ligações de uma extremidade a outra.

Antecedentes da Invenção

Durante a construção de um poço penetrando em uma formaçãosubterrânea, uma broca giratória é tipicamente usada para perfurar através daformação subterrânea para formar uma boca de poço. Uma vez que a boca dopoço tenha sido perfurada, um compartimento ou forro é abaixado na boca dopoço. Uma pasta fluida de cimento projetada como por AP110 B, é então bom-beada no compartimento ou forro e um fluido de deslocamento, tal como lamaou água de perfuração, é então bombeada atrás da pasta fluida de cimento demodo a forçar o cimento para cima no ânulo entre o exterior do compartimen-to/forro e a boca do poço. A pasta fluida de cimento é então permitida a se a -justar e endurecer para manter o compartimento/forro no lugar.

Uma função primária do processo de cimentação é restringir omovimento de fluido entre a formação subterrânea e para ligar e suportar ocompartimento. Em adição, o cimento auxilia em proteger o compartimentode corrosão, impedindo explosões vedando rapidamente as formações, pro-tegendo o compartimento de cargas de choque na perfuração de poços maisprofundos, vedando a circulação perdida ou zonas de roubo e formando umtampão em um poço a ser abandonado. As operações de cimentação adi-cionalmente fornecem isolamento zonal da formação subterrânea e auxiliama impedir o enlameamento ou erosão da boca do poço. As pastas fluidas decimento podem ser usadas também para cimentar tubulações ou compartimentos dentro dos poços de água, poços de injeção, poços de descarte epoços de armazenamento bem como em poços de petróleo e gás.

Em adição a isolar seletivamente áreas particulares da boca dopoço de outras áreas da boca do poço, pastas fluidas de cimento podem serainda usadas para outros propósitos. Por exemplo, os cimentos podem serusados durante o abandono de poço tal como, por exemplo, na vedação dointerior da boca do poço. Em adição, os cimentos podem ser usados em o-perações corretivas para reparar o compartimento e/ou para alcançar o iso-lamento de formação bem como na vedação de perfurações, reparando osvazamentos de compartimento (incluindo vazamentos de áreas danificadasdo compartimento), tampando ou vedando a seção inferior de uma boca depoço, etc.

As pastas fluidas de cimento para uso em tais aplicações con-têm cimentos hidraulicamente ativos que ajustam e desenvolvem resistênciacompressiva devido a uma reação de hidratação. As propriedades físicas docimento assentado referem-se à estrutura amorfa dos hidratos de cálcio esilicato formados durante a hidratação. Por exemplo, os cimentos Portlandconvencionais de uma rede entrelaçada, por exemplo, de silicato tricálcio,silicato dicálcio, hidratos de ferrite alumínio tetracálcio, intercalados com cris-tais de sulfato de cálcio e de hidróxido de cálcio. Esses cristais se interco-nectam para formar uma estrutura entrelaçada que fornece ambos a resis-tência à flexão e o grau de residência.

Um problema comum na cimentação de poços é a perda de flui-do líquido da pasta fluida de cimento em zonas porosas de baixa pressão naformação ao redor do ânulo do poço. A migração de gás após a colocaçãoda pasta fluida de cimento na formação é também um problema. A perda defluido (líquido e/ou gás) é indesejável desde que ela possa resultar na desi-dratação da pasta fluida de cimento. Em adição, ela pode causar a formaçãode grossos bolos de filtro de sólidos de cimento. Tais bolos de filtro podemtampar a boca do poço. Em adição, a perda de fluido pode danificar as for-mações sensíveis. A perda mínima de fluido é desejada então de modo afornecer melhor isolamento zonal e de modo a minimizar os danos na forma-ção por invasão de fluido.

Os aditivos de perda de fluido (que incluem aditivos de controlede gás) para poços de petróleo, gás e água são então tipicamente adiciona-dos à pasta fluida de cimento de modo a reduzir a perda de fluido (e migra-ção de gás) da pasta fluida à formação permeável porosa. O uso de deriva-dos celulósicos, ácido acrilamidometil propano sulfônico (AMPS)1 polietileno-iminas e polivinil álcool (PVA) são bem conhecidos para uso como aditivosde controle de perda de fluido líquido e de controle de gás para cimentos emaplicações no campo petrolífero.

O PVA é mais tipicamente preferencial desde que ele seja a al-ternativa menos dispendiosa. Em pastas fluidas de cimento, o PVA é conhe-cido por controlar o movimento de fluido aumentando a viscosidade da águaintersticial dentro das partículas de cimento hidratantes. Em adição, a liga-ção natural e facilidade de homogeneização do PVA auxiliam em manter apasta fluida bombeável. Em adição às excelentes propriedades de controlede perda de fluido, o uso de PVA é freqüentemente mais desejável do queoutros aditivos de perda de fluido sintéticos porque ele é mais ambiental-mente amigável desde que ele não seja tóxico, degradável e não produzabioacúmulo.

As soluções de PVA líquidas são conhecidas por formar hidro-géis. Quando os hidrogéis secam, eles formam películas com boas proprie-dades de ligação. À medida que uma pasta fluida de cimento contendo PVAse torna dura (assenta), o hidrogel de PVA intersticial é convertido em umapelícula elástica viscosa com propriedades de ligação e impermeáveis a hi-drocarboneto que intensificam a resistência à flexão do cimento assentado ereduz sua permeabilidade. Como um resultado, as propriedades mecânicase de ligação do cimento assentado são melhoradas. Isso, por sua vez, auxi-lia na redução ou prevenção do fluxo de fluidos e gases (que são ao menos1000 vezes mais móveis do que os fluidos) nas interfaces ou através da ma-triz de cimento.

O PVA é comercialmente preparado polimerizando-se acetato devinila e hidrolisando-se acetato de polivinila (PVAc) para produzir PVA. Ospolivinis alcoóis com pesos moleculares médios de 86.000, 60.000, 120.000,ou mais são comercialmente disponíveis.

Para controlar a perda de fluido em pastas de fluido de cimento,PVAs de peso molecular mais alto são tipicamente preferenciais desde queeles forneçam a viscosidade requisitada para cimentação. A viscosidade dePVA em solução é conhecida por aumentar à medida que a concentração doPVA na solução aumenta.

Em adição, a viscosidade do PVA em solução é conhecida poraumentar ou gel com sais, sais ácidos ou básicos (tampões) e/ou por reticu-lação com agentes de reticulação tal como formaldeído, Borax1 glioxal, evermelho do Congo. Como tal, o PVA quando usado como um aditivo deperda de fluido em pastas fluidas de cimento é mais eficaz em salmourasleves ou água do mar do que com água fresca, mas exige maior uso de dis-persantes de cimento.

Quando usado com água fresca, é tipicamente necessário adi-cionar um sal, tal como um cloreto de sódio, cálcio, magnésio, ou alumínio, àágua mista para melhorar seu desempenho. Entretanto, muitos sais produ-zem gelificação precoce via ligação de hidrogênio que torna a pasta fluida decimento muito grossa ou até não-bombeável. O teste é então exigido paraassegurar a compatibilidade do aditivo de controle de PVA com outros aditi-vos presentes na pasta fluida de cimento.

Ainda, o uso de sais, até em pequenas concentrações, aumentaa viscosidade de soluções de PVA. Por exemplo, o cloreto de sódio quandousado até 1,2% em peso de solução líquida leva a viscosidade da soluçãode PVA líquida a mais do dobro e o aumento do nível de sal leva adicional-mente a viscosidade da solução líquida de PVA a cair próximo ao nível deviscosidade inicial do líquido sem adição de sal. Entretanto, alguns sais, taiscomo sulfatos, tendem a precipitar o PVA através da adição de sal em baixaconcentração, impedindo a hidratação e causando floculação. Assim, a adi-ção de sal para melhorar a viscosidade/desempenho não é fácil e exige co-nhecimento e experiência.

No campo petrolífero, a perda de fluido é medida em mls/30 minde acordo com procedimentos API (API 10 B seção 5) usando uma prensade filtro Baroid. De modo a cimentar apropriadamente o compartimento deprodução de um poço, a regra prática baseada na experiência recomendaque a perda de fluido de uma pasta fluida de cimento seja mantida abaixo de200 mls/30 min para um poço de petróleo e menos de 50 mls/30 min paraum poço de gás. Entretanto, como o custo é um fator Iimitante1 uma faixa deperda de fluido de 20 a 300 mls/30 min é mais tipicamente exigida, depen-dendo das condições do fundo do poço. Os aditivos de controle de gás e deperda de fluido contendo PVA são incapazes, infelizmente, de ter sua con-centração facilmente sintonizada nessas faixas.

Para a indústria de serviço, deseja-se que a quantidade de per-da de fluido de uma pasta fluida de cimento exiba uma relação o mais linearpossível com a concentração de aditivo de perda de fluido ou de controle degás [% em peso de cimento (BWOC) ou galões por pés cúbicos de cimento].A relação linear auxilia na facilidade de adaptar uma pasta fluida de cimentopara se adequar às demandas de elaborar no custo mínimo. Os polímeroscomuns usados como aditivos de controle de gás e de perda de fluido, comohidroxietil celulose (HEC), carboximetilhidroxietil celulose (CMHEC), ácidoacrilamidometil propano sulfônico (AMPS) e polietilenoiminas produzem umaresposta quase linear (20 mls/30 min até 800 mls/30 min) com a concentra-ção usada.

A perda de fluido de pastas fluidas de cimento com aditivos ba-seados em PVA, entretanto, não exibe tal resposta linear com a concentra-ção de PVA usada. Observou-se que a resposta de perda de fluido usandoaditivos de controle de perda de fluido de PVA é freqüentemente imprevisívele exige uma tentativa e abordagem de erro para otimização. Entretanto, nafaixa de 20 a 100 ml, a sintonização é ainda mais difícil e os engenheirossão tentados a exagerar e usar a perda de fluido menor do que a exigida.Isso, por sua vez, adiciona ao custo do trabalho de cimentação em face àalta quantidade de PVA que precisa ser usada para atingir a perda de fluidodesejada. Para minimizar o efeito de alta viscosidade não-linear visto comPVA, as misturas de PVA com HEC e/ou CMHEC mais custoso, foram usa-das junto com dispersante de cimento.

Quando usados em localizações afastadas da costa ou em loca-lizações remotas, os aditivos líquidos são mais desejáveis devido às restri-ções de espaço. Em adição, para usos afastados da costa, os aditivos líqui-dos são mais compatíveis e então são freqüentemente usados com água domar, ao invés de água fresca. No campo, os aditivos líquidos tendo uma vis-cosidade entre aproximadamente 800 a aproximadamente 1.500 cps podemser manipulados por equipamento de aditivo líquido padrão.

Para preparar aditivos líquidos de perda de fluido à base dePVA, líquidos comumente usados (solventes) incluem água e solventes hi-drofílicos tais como dimetilsulfóxido (DMSO). Entretanto, em concentraçõesde PVA acima de 10% em peso, a viscosidade de gel de PVA com pesosmoleculares de médio a alto é muito alta (> 3.000 CPS). (A seguir, PVA hi-dratado em água ou soluções de PVA serão referidas com PVAH). Essasviscosidades limitam o teor de PVA ativo do aditivo de controle de perda defluido líquido. Em adição, se a solução é deixada em repouso, a viscosidadedo fluido tipicamente aumenta (à gelação) à medida que a quantidade detempo em repouso aumenta. Assim, os aditivos de PVAH comerciais têmtipicamente um teor ativo de PVA menor do que é preferencial. Então, umaconcentração mais alta de aditivo de perda de fluido à base de PVAH é exi-gida no campo, novamente restringindo seu uso devido às limitações de e-quipamento. Comparado com os aditivos líquidos mais custosos baseadosem outra química de polímero, onde a quantidade de teor ativo pode estarentre 18 a 25%, os aditivos de PVAH não são práticos.

Enquanto as suspensões à base de PVA em solventes, tal comoglicóis, foram também usadas para aumentar o teor de PVA, os custos subs-tancialmente aumentam. Em adição, os solventes freqüentemente afetam aspropriedades da pasta fluida. Esforços também foram feitos para limitar ahidratação de PVA em água por meio de sais de saturação. Apesar de essaabordagem permitir concentrações mais altas, ela também exige o uso deum ou mais polímeros adicionais para suspender as partículas de PVA. Emadição, partículas semi-hídratadas de PVA, devido à natureza colante doPVA1 aderem aos compartimentos e cedem uma vida útil diminuída ao aditivo.

Outra alternativa que foi explorada para aumentar o teor de PVAé o uso de misturas de alcoóis-água, tal como com metanol, para preparar ogel de PVA. Enquanto tais sistemas foram vistos para reduzir muito modera-damente a viscosidade, custos adicionais e riscos ambientais estão envolvi-dos devido à viscosidade do álcool.

Em vista das desvantagens acima, alternativas aos aditivos decontrole de gás e de perda de fluido à base de PVA e PVAH foram procura-das.

A literatura é bem documentada em relação ao uso de PVAsmodificados como aditivos de controle de perda de fluido. Por exemplo, ouso de polivinil álcool parcialmente hidrolisado (84 a 90%) é conhecido paratais propósitos. Ver, por exemplo, Publicação de Patente U.S. No. 20070284105 A1, aqui incorporada a título de referência. Ao longo do tempo, ouso de PVA completamente hidrolisado foi reconhecido como sendo prefe-rencial, contra aqueles graus parcialmente hidrolisados contendo maioresquantidade de acetato de polivinila (PVAc) que não é um bom agente deperda de fluido para pastas fluidas de cimento. As pastas fluidas de cimentocontendo graus de PVA parcial e completamente hidrolisados, ainda, nãoforam vistas como exibindo níveis de perda de fluido entre 20 a 300 mls/30min em baixa concentração devido a suas propriedades nativas que tornama sintonização do projeto difícil.

Deseja-se, portanto, produzir aditivos de controle de perda defluido à base de PVA, secos e líquidos, què contêm um alto teor ativo dePVA.

Deseja-se ainda desenvolver um aditivo de controle de perda defluido à base de PVA (e de controle de gás) que produz uma melhor reologiade pasta fluida de cimento (tendo uma menor viscosidade sem assentamen-to por API 10-B) do que os aditivos de controle de perda de fluido à base dePVA convencionais e que, quando formulados em um líquido, exigem umamenor concentração de novos aditivos de controle de perda de fluido à basede PVAH do que os aditivos de controle de perda de fluido à base de PVAHda técnica anterior.

Deseja-se ainda produzir um aditivo de controle de perda de flui-do à base de PVA cuja concentração pode ser otimizada na faixa de perdade fluido entre 0 a 300 mls/30 min e preferencialmente abaixo de 200 mls/30min para um poço de petróleo e entre 20 a 50 mls/30 min para um poço degás.

Ainda, deseja-se produzir um aditivo de controle de perda defluido à base de PVA líquido que funcione de uma maneira eficaz com águadomar.

Em adição, deseja-se ainda produzir um aditivo de controle deperda de fluido à base de PVA sólido (forma seca) que funcione de uma ma-neira eficaz com os tipos de água fresca, salobra e industrial.Sumário da Invenção

O aditivo de controle de perda de fluido (líquido e gás) descritoaqui, quando formulado em uma pasta fluida de cimento, é capaz de mantera perda de fluido em menos de 200 mis/min e, quando exigido, menos de 50ml/30 min. As pastas fluidas de cimento hidraulicamente ativas contendo oaditivo são adequadas para cimentação dentro de uma formação subterrâ-nea para poços, incluindo poços de petróleo, poços de gás, poços de água,poços de injeção, poços de descarte e poços de armazenamento.

A polimerização pela adição é o processo quando monômerosindividuais adicionam um ao outro diretamente para formar uma cadeia lon-ga. O comprimento da cadeia de polímero é ditado pelo número de unidadesrepetidas, referidas como o grau de polimerização (DP). O peso molecularde um polímero é o produto do peso molecular da unidade repetida e o dograu de polimerização.

Quando o acetato de vinila é polimerizado para produzir PVAc, aseqüência de monômero é às vezes revertida. Quando o acetato de polivinilaé hidrolisado para produzir PVA, o PVA tem também uma seqüência reversadevido à fonte (PVAc) e não por projeto:<formula>formula see original document page 10</formula>

Assim, PVA é ligado por uma ligação de uma extremidade a ou-tra com poucas ligações de uma extremidade a outra.

O aditivo de controle de perda de fluido descrito aqui é um poli-vinil álcool quimicamente modificado (referido aqui como CPVA). O CPVA1então, refere-se a um polivinil álcool a partir do qual as conexões de umaextremidade a outra são clivadas para produzir o PVA quimicamente modifi-cado. O CPVA é o produto da reação do agente de clivagem e do polivinilálcool. Especificamente, todos os polímeros comerciais à base de PVA con-têm ligações de uma extremidade a outra (até 2%) e ligações de uma extre-midade a outra (até 99%). O produto da reação é clivado em suas ligaçõesem cadeia de uma extremidade a outra tal que CPVA substancialmente con-tém somente ligações de uma extremidade a outra.

Na reação de clivagem, o agente de clivagem é introduzido parahidratar PVA ou PVA hidratado, clivando desse modo as conexões de umaextremidade a outra (quebrando a ligação 1,2-glicol) do polivinil álcool nativo.Como um resultado, o grau de polimerização de CPVA pode ser tipicamentereduzido entre 30 e 50%, quando comparado ao grau de polimerização doPVA não-clivado (ou nativo). Como o peso molecular do PVA nativo foi redu-zido, a viscosidade de um líquido contendo CPVA é também dramaticamen-te reduzida. Assim, para um dado volume de líquido, uma maior quantidadede PVA ativo pode estar na solução quando um CPVA é usado como a fontede polivinil álcool contra quando o polivinil álcool nativo é usado como a fon-te de polivinil álcool. Enquanto há PVA disponível comercialmente (com liga-ções de uma extremidade a outra e de uma extremidade a outra) com umgrau de polimerização similar ao CPVA definido aqui, elas são aditivos decontrole de perda de fluido cimentício não-eficazes desde que eles exigemconcentrações muito altas para efetuar resultados similares.

Uma pasta fluida de cimento contendo CPVA como aditivo decontrole de perda de fluido ou de controle de gás é de viscosidade mais bai-xa do que uma pasta fluida de cimento substancialmente similar (diferindosomente pela presença de PVA nativo contra CPVA). Em adição, uma pastafluida de cimento contendo CPVA exige menos dispersante de cimento doque uma pasta fluida de cimento substancialmente similar diferindo somentepela presença de PVA nativo.

O uso de pastas fluidas de cimento contendo CPVA em poçosde petróleo e gás estabiliza o isolamento zonal dentro da boca de poço ci-mentado das formações subsuperfície. Tais pastas fluidas de cimento aindaauxiliam na prevenção de migração de gás através das colunas cimentadas.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferenciais

O aditivo de controle de gás ou perda de fluido da invenção,quando formulado em uma pasta fluida de cimento, hidraulicamente ativa éadequado para cimentação dentro de uma formação subterrânea para váriospoços, incluindo poços de petróleo, poços de gás, poços de água, poços deinjeção, poços de descarte e poços de armazenamento.

A pasta fluida de cimento contém, em adição a um material decimento hidraulicamente ativo e água, um CPVA. O CPVA pode ser um adi-tivo líquido, formado dividindo um polivinil álcool nativo em seu estado hidra-tado com um agente de clivagem, ou pode ser preparado no local adicionadoPVA e agente de clivagem à pasta fluida misturando água. A quantidade deteor ativo de CPVA na pasta fluida de cimento é de aproximadamente 0,01 aaproximadamente 2 por cento em peso (ou aproximadamente 1 pé cúbico).

Quando adicionado à pasta fluida mistura com água, a quantidade de PVA eagente de clivagem adicionado à água mista é aquela quantidade suficientepara fazer um teor ativo de CPVA na pasta fluida de cimento estar entre a -proximadamente 0,01 a aproximadamente 2 por cento em peso.

Alternativamente, a pasta fluida de cimento pode conter, em adi-ção ao material de cimento hidraulicamente ativo e água, uma mistura secado polivinil álcool nativo e agente de clivagem; a mistura seca produzindo oCPVA, preferencialmente no GPS determinado, mediante ao menos hidrata-ção parcial do polivinil álcool.

A pasta fluida de cimento pode ainda conter outros aditivos decimento comumente usados no campo petrolífero tal como cimento anties-puma, aceleradores, retardadores, dispersantes, tensoativos, extensores,carreadores, agentes de pesagem, agentes de retrocesso de resistência,aditivos de migração de gás e de perda de fluido, tal como aqueles descritosem D. Smith, Dwight, Cementing: SPE Monograph Volume 4-Edição Revisa-da, Capítulo 3, incluindo aqueles disponíveis a partir de companhias de ser-viços de campo petrolífero e/ou fornecedores químicos.

O material de cimento hidraulicamente ativo para a preparaçãoda pasta fluida pode ser ou cimento Portland, um cimento tipo ASTM, cimen-to de construção, cimento microfino, cimento de alumina, escória e/ou mistu-ras desses.

O CPVA é criado clivando-se as ligações de uma extremidade aoutra de um polivinil álcool nativo. Por exemplo, o polivinil álcool nativo podeser um que é completa ou parcialmente hidrolisado.

Os aditivos de polivinil álcool usados no campo petrolífero tipi-camente têm em torno de 4.400 átomos de carbono que são conectados porligações de uma extremidade a outra e de uma extremidade a outra entremoléculas, formando desse modo cadeias longas. Em soluções aquosas,essas cadeias interagem umas com as outras por ligação de hidrogênio eum gel (ou estrutura 3D) é formado. Aproximadamente 98 a 99% das cone-xões são de uma extremidade a outra e somente 1 a 2% são de uma extre-midade a outra. Clivando-se as conexões de uma extremidade a outra (que-brando a ligação 1,2-glicol), o grau de polimerização é reduzido e a viscosi-dade da solução cai desproporcionalmente a frações menores. Tipicamente,a clivagem das conexões de uma extremidade a outra, como descrita aqui,reduz o grau de polimerização próximo a 50%. Tipicamente, a quantidade deagente de clivagem usado é aquela quantidade suficiente para clivar todasas ligações de uma extremidade a outra. A clivagem de substancialmentetodas as ligações de uma extremidade a outra é desejada de modo a mini-mizar a viscosidade da solução.

A clivagem das conexões de uma extremidade a outra do PVAnão afeta a capacidade do polivinil álcool quimicamente modificado, CPVA,de controlar a perda de fluido cimentício. De fato, o CPVA descrito aquiquando usado como um aditivo de controle de perda de fluido em pastasfluidas de cimento revelou-se capaz de manter a perda de fluido entre 20 a200 mis/min e em particularmente de abaixo de 200 mls/30 min para poçosde petróleo e menos de 50 mls/30 min para poços de gás.

Em adição, devido à viscosidade mais baixa da pasta fluida con-tendo o CPVA, menos dispersante de cimento, se houver algum, é exigidoquando comparado a uma pasta fluida substancialmente similar que somen-te difere pela presença do PVA nativo contra CPVA.

Em vista da clivagem descrita aqui, uma solução de PVA de teormais alto pode ser preparada com CPVA do que com o PVA nativo. Por e-xemplo, onde o teor ativo de PVA na forma nativa é limitado a 10%, trans-formando o PVA nativo em CPVA, o teor ativo inicial de PVA em água podeser 20% ou no máximo 35%.

Como o teor ativo inicial do PVA em água pode ser mais alto, oaditivo de controle de perda de fluido descrito aqui pode ser usado em con-centrações menores na pasta fluida (e ainda produzir pastas fluidas de vis-cosidade mais baixa) do que pastas fluidas de cimento substancialmentesimilares diferindo somente pela presença de PVA nativo contra CPVA. Namaioria dos casos, a viscosidade de um líquido contendo CPVA pode ser aomenos 1 ordem de magnitude menor do que um líquido (PVAH) contendoPVA nativo.

A reação de clivagem resultante em divisão de cadeia é execu-tada pela adição de pequenas quantidades de agente de clivagem a PVAhidratado em qualquer temperatura. Entretanto, quanto mais alta a tempera-tura, mais rápida a reação. Tipicamente, a quantidade de agente de cliva-gem é usada entre aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20, preferen-cialmente de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 12, e mais preferen-cialmente de aproximadamente 4 a aproximadamente 8, por cento em pesode PVA.

Os agentes de clivagem adequados incluem ácido periódico,periodato de sódio e periodato de potássio. A clivagem nas unidades 1,2glicol da cadeia de polivinil álcool pode ser ilustrada como segue:<formula>formula see original document page 14</formula>

O processo de divisão de gel (reduzindo o comprimento da ca-deia) acontece quase mediante a introdução do PVA nativo no agente declivagem e pode ser feito simultaneamente com hidratação de PVA.

Como um resultado, a reação de clivagem descrita aqui podeocorrer pelo uso de um aditivo de controle de perda de fluido baseado emPVA sólido. Uma mistura seca de polivinil álcool e agente de clivagem, emuma proporção desejada, é feita e embalada como um aditivo de controle deperda de fluido sólido, aqui chamado PVAp. Quando assim usado, a quanti-dade de PVAp na pasta fluida de cimento é de aproximadamente 0,05 a a-proximadamente 5%, preferencialmente de aproximadamente 0,1 a aproxi-madamente 2%, mais preferencialmente de aproximadamente 0,2 a aproxi-madamente 1,2%, todo BWOC (em peso de cimento). A quantidade de a-gente de clivagem na mistura seca está tipicamente entre aproximadamente0,1 a aproximadamente 20, preferencialmente entre aproximadamente 0,5 aaproximadamente 12, e mais preferencialmente de aproximadamente 4 a 8por cento em peso do polivinil álcool.

A mistura seca de PVAp pode então ser adicionada ao materialcimentício seco no campo. Mediante a adição da mistura de cimento à águamista no campo, CPVA geralmente formará simultaneamente com a prepa-ração de pasta fluida.

A pasta fluida de cimento pode conter água fresca, água salobra,salmoura de formação ou salmoura sintética ou uma mistura desses. Quan-do usada com água fresca, pode ser desejável adicionar um sal, tal comocloreto de sódio, cálcio, magnésio ou alumínio, à água mista.

O CPVA pode ser usado como um aditivo líquido apesar do adi-tivo em pó ser mais preferencial. Quando usado como um aditivo líquido, umtampão ou um sal pode ser usado para fornecer uma solução tendo um pHde menos de aproximadamente 7 é adequada. Exemplos dessas são aceta-to de sódio, oxalato de sódio, tartarato de sódio, ftalato de sódio, dihidrogê-nio fosfato de sódio, hidrogênio fosfato dissódico e tiocianato de sódio. Ossais tampão podem ser usados em combinação com seus ácidos em umacombinação que em água forneceria uma solução tendo um pH de menos deaproximadamente 7, por exemplo, ácido oxálico/oxalato de sódio, ácido tar-tárico/tartarato de sódio, ftalato de sódio/ácido ftálico, e fosfato dihidrogê-nio/hidrogênio fosfato dissódico.

Os agentes plasticizantes convencionais bem como os agentesdispersantes e/ou conservantes podem ainda ser usados na formulação deaditivo líquido para auxiliar em controle e estabilidade da solução de CPVA.Exemplos específicos de agentes dispersantes incluem ácido ascórbico, áci-do eritórbico e tiocianatos. Exemplos de plasticizantes são glicerina e glicóis.Conservantes exemplificados incluem sorbatos, benzoatos e formaldeído.Quando presentes, a quantidade de agente plasticizante, agente dispersantee/ou conservante no CPVA líquido pode estar na faixa entre aproximada-mente 0,01 a aproximadamente 2 por cento em peso da solução de CPVA.

O dispersante químico opcional, tampão, agentes plasticizantes,etc. podem ainda ser adicionados a uma mistura seca de polivinil álcool nati-vo e agente de clivagem (PVAp).

Em adição à cimentação de um tubo ou compartimento em umpoço, o polivinil álcool quimicamente modificado descrito aqui pode ser em-pregado em qualquer outra operação de cimentação de boca de poço inclu-indo, mas não-limitado a, cimentação de longa saída, cimentação de reves-timento, cimentação de vedador inflável/externo, cimentação sob pressão,cimentação de retrovedação, cimentação de tampão temporário, cimentaçãode reparo de revestimento, cimentação de isolamento de zona, etc. Tais o-perações incluem, mas não estão limitadas a, operações de perfuração,completação e cimentação corretiva, incluindo aquelas executadas em bo-cas de poço completadas existentes, bem como aquelas operações de ci-mentação executadas durante as operações de abandono do poço.

Os seguintes exemplos são ilustrativos de algumas das modali-dades da presente invenção. Outras modalidades dentro do escopo das rei-vindicações estarão aparentes a um versado na técnica a partir da conside-ração da descrição apresentada aqui. Não se pretende que a especificação,junto com os exemplos, seja considerada exemplificada somente, com o es-copo e espírito da invenção sendo indicados pelas reivindicações que se-guem.

Todas as porcentagens apresentadas nos Exemplos são dadasem termos de unidades de peso, exceto como pode, de outra forma, ser in-dicado.

Exemplos

Nos exemplos, as seguintes abreviações são empregadas:

BA-10 é um aditivo de cimento à base de PVA de alto peso mo-lecular, comercialmente disponível a partir de BJ Services Company.

CD 33L é um dispersante de cimento condensado de acetonasulfonada, comercialmente disponível a partir de BJ Services Company.

CD Ultra é um dispersante de cimento polimérico carboxilado,comercialmente disponível a partir de BJ Services Company.

CD 33Lbu é um dispersante de cimento composto de uma mistu-ra patenteada de CD 33L e CD Ultra, comercialmente disponível a partir daBJ Services Company.

R21Lb é um retardador de revestimento baseado em fosfonato-gluconato, comercialmente disponível a partir de BJ Services Company.

Exemplos 1 a 8:

Nos Exemplos 1 a 6, os testes de viscosidade de API foramconduzidos em quatro diferentes soluções de PVA usando dois viscosíme-tros diferentes - Brookfield e Fann 35. O viscosímetro Brookfield foi usadopara medir a viscosidade para o controle de qualidade e o viscosímetro Fann35 foi usado, por procedimentos de API para cimentação de poço de petró-leo.

O periodato de sódio foi adicionado a cada uma das quatro solu-ções e outra medição quanto à viscosidade foi obtida utilizando os dois vis-cosímetros. Os resultados, apresentados como Exemplos 2, 4 e 6 e Exem-plos Comparativos 1, 3 e 5, e, aparecem na Tabela I abaixo.

Nos Exemplos 7 e 8, uma pasta fluida de cimento foi preparadamisturando a seco PVA e periodato de sódio (Exemplo 8) com cimento eentão adicionando água fresca para produzir uma pasta fluida de cimento de15,8 ppg. O tempo de mistura para o Exemplo Comparativo 7 excedeu otempo de mistura procedimental de API padrão. Os resultados de reologiapara o Exemplo Comparativo 7 e Exemplo 8 são apresentados na Tabela Iabaixo:

Tabela I

<table>table see original document page 17</column></row><table>

Comparar os resultados do teste do Exemplo Comparativo 1(PVAH) com os resultados do teste do Exemplo Comparativo 3 (PVA) ilustraque a viscosidade da solução de PVA não é linearmente proporcional à con-centração usada.

De acordo com os procedimentos de API1 a mistura precisa serexecutada em menos de 15 segundos. Isso poderia não ser executado como Exemplo Comparativo 7. A reologia para o Exemplo Comparativo 7 revelaque ela não poderia ser usada no campo sem um dispersante de cimento àmedida que as leituras 300 e 200 são maiores do que 300 e sua viscosidadeestá além de um valor aceitável de 200 cps. Por outro lado, o Exemplo 8,representando a pasta fluida preparada com a adição de periodato, foi apro-priadamente misturado em menos de 15 segundos e produziu uma reologiamuito menor, com uma viscosidade calculada de 169 cps que é 3,6 vezesmenor do que a que falta periodato.

Exemplos 9 a 25:

Polivinil álcool de cadeia dividida (CPVA) foi preparado mistu-rando PVA (BA-10) com 2,5 por cento de periodato de sódio para produzirPVAp (PVA com conexões de uma extremidade a outra clivadas na ligação1,2-glicol). No exemplo 9, o PVA usado foi derivado de PVA padrão na formasólida em 0,55% BWOC, que é a concentração equivalente de um 1,36 Ii-tros/saco de cimento (0,30 gal/saco de cimento) em uma solução ativa de20% de CPVA. Uma pasta fluida de cimento foi então preparada misturandoo PVAp (PVA + periodato de sódio) e dispersante de cimento com cimento eentão adicionando água fresca para produzir uma pasta fluida de cimento de15,8 ppg. Os Exemplos 10 a 25 usaram 1,36 litros/saco (0,30 gal/saco)(20%) de solução ativa de CPVA. Todos os testes nos Exemplos 9 a 25 fo-ram executados em uma temperatura de circulação do fundo do poço(BHCT) de 65,56° C (150° F). Os resultados de reologia, usando diferentesdispersantes de cimento com água fresca e do mar, em viscosímetro Fannsão apresentados na Tabela Il abaixo:<table>table see original document page 19</column></row><table>A tabela II mostra que a viscosidade das pastas fluidas com á-gua do mar foi maior do que a viscosidade da pasta fluida com água frescadevido à presença de sal. A viscosidade aumentada na água do mar é sem-pre vista com aditivos à base de PVA. Em alguns casos, então, uma concen-tração de dispersante maior pode ser exigida para produzir resultados com aperda de fluido diminuída desejada. A Tabela II também mostra que o CPVAtrabalha bem com três tipos de dispersantes de cimento. Os dados mostramque o dispersante polimérico carboxilado parece ser mais eficaz nas condi-ções testadas e os Exemplos Nos. 16, 17 e 18 mostram que aumentar o dis-persante eficazmente reduz a reologia e otimiza levemente a perda de fluido.Os resultados com água fresca ainda demonstram que a solução de 20% deCPVA controla eficazmente a perda de fluido sem a adição de sal como umativador e com menos dispersante de cimento.

A Tabela II também mostra que a "sintonia da pasta fluida' épossível e que ajustando-se a concentração de CPVA ou a concentração dedispersante de cimento ou ambos, o controle de perda de fluido é facilmenteobtido dento da faixa de 20 a 300 ml, sem livre separação de água.

Uma comparação do Exemplo 18 e do Exemplo 20 mostra que ouso de um retardador ainda otimiza a perda de fluido sem arriscar a reologiae retarda eficazmente o assentamento da pasta fluida de cimento.

A partir do anterior, será observado que numerosas variações emodificações podem ser efetuadas sem abandonar o verdadeiro espírito eescopo dos novos conceitos da invenção.

Claims (10)

1. Aditivo de controle de perda de fluido e/ou de controle de gáspara uso durante uma operação de cimentação de um poço penetrando umaformação subterrânea, caracterizado pelo fato de compreender um polivinilálcool quimicamente modificado (CPVA) preparado por clivagem de ligações-1,2-glicol ou de ligações de uma extremidade a outra de um polivinil álcoolem sua forma nativa hidratada.

2. Aditivo de controle de perda de fluido e/ou de controle de gás,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que (a) é umlíquido aquoso contendo o CPVA ou (b) o grau de polimerização de CPVA éaproximadamente metade do grau de polimerização do polivinil álcool con-tendo as ligações 1,2-glicol.

3. Pasta fluida de cimento caracterizada pelo fato de compreen-der um material cimentício hidraulicamente ativo, água e um aditivo de con-trole de perda de fluido e/ou de controle de gás tal como definido na reivindi-cação 1 ou 2.

4. Pasta fluida de cimento, de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que pelo menos uma das seguintes condições pre-valecem:(a) o teor ativo de polivinil álcool no CPVA está entre aproxima-damente 1 a aproximadamente 35% em peso de solução;(b) o aditivo de controle de perda de fluido /ou de controle de gásé preparado em água mista de cimento combinando-se uma mistura seca dopolivinil álcool e um agente de clivagem com o material cimentício e água, oagente de clivagem sendo capaz de clivar as ligações 1,2-glicol ou de umaextremidade a outra do polivinil álcool para produzir o CPVA;(c) a pasta fluida é formulada combinando-se uma mistura secado polivinil álcool e um agente de clivagem com o material cimentício e água,o agente de clivagem sendo capaz de clivar as ligações 1,2-glicol ou de umaextremidade a outra do polivinil álcool para produzir o CPVA;(d) a mistura seca é misturada a seco com o material cimentícioantes da adição da água mista;(e) a pasta fluida de cimento adicionalmente contém um disper-sante de cimento;(f) a pasta fluida de cimento adicionalmente contém pelo menosum aditivo de cimento.

5. Pasta fluida de cimento, de acordo com a reivindicação 4, ca-racterizada pelo fato de que a quantidade de mistura seca na pasta fluida decimento está entre aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 por centoem peso de cimento, preferencialmente entre 0,1 a aproximadamente 2 porcento em peso de cimento.

6. Método para minimizar a perda de fluido durante uma opera-ção de cimentação em um poço caracterizado pelo fato de compreender aintrodução no poço de uma pasta fluida de cimento tal como definida emqualquer uma das reivindicações 3 a 5 e permitir que a pasta fluida endureçano poço.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que a pasta fluida de cimento endurecida fornece isolamento zonalno poço.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma das seguintes condições prevaleça:(a) a quantidade de CPVA ativo no sistema aquoso está entrecerca de 1 % a cerca de 35%;(b) o grau de polimerização do CPVA é menor do que o grau depolimerização do polivinil álcool nativo, preferivelmente o grau de polimeriza-ção do CPVA é pelo menos 30% menos do que o grau de polimerização dopolivinil álcool nativo;(c) o agente de clivagem é um periodato;(d) a quantidade de agente de clivagem usado para dividir asligações 1,2-glicol ou ligações de uma extremidade a outra está entre apro-ximadamente 0,1 a aproximadamente 20 por cento em peso do polivinil ál-cool nativo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o poço é um poço de petróleo e a perda defluido da pasta fluida de cimento durante a cimentação é menor do que 300mls/30 min.

10. Método, com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, carac-terizado pelo fato de que o poço é um poço de gás e a perda de fluido dapasta fluida de cimento durante a cimentação é menor do que 100 mls/30min.