ITVA20080020A1 - Fluidi di perforazione e per il trattamento di pozzi petroliferi - Google Patents
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Description
FLUIDI DI PERFORAZIONE E PER IL TRATTAMENTO DI POZZI PETROLIFERI
CAMPO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione riguarda fluidi utili per le perforazioni petrolifere (fluidi di perforazione] e per il trattamento di pozzi petroliferi, in forma di emulsioni inversa, aventi migliorata stabilità e compatibilità ambientale, nonché li laro uso in applicazioni nei sottosuolo; in particolare f fluidi dell'invenzione comprendono olio di ricino soffiato come emulsionante, I fluidi di perforazione comprendono anche i fluidi di completamento (comp!etion fluids); I fluidi per 11 trattamento di pozzi petroliferi comprendono tutti ί sistemi a base acqua utilizzati nelle operazioni di lavorazione sul pozzi, quali lo manutenzione e il ripristino, la stimolazione, la fratturazione, la cementazione.
STATO DELL'ARTE
Le emulsioni comprendono due fasi immiscibili: una fase continua fo esterna} e una fase discontinua fo interna},,lo fose discontinua essendo generalmente costituita da un liquido disperso in piccate gocce nella fasecontinua,
Le emulsioni olio-in-acqua solitamente comprendono un fluido che almeno in parte non è miscibile in una fase oleosa (fluido a base acquosa} che costituisce la fase continua, e uno fase oleosa come fase discontìnua.
Le emulsioni acqua-in-olio sono fatte all'opposta, avendo la fase olio come fase continua e un fluido almeno In parte non miscibile con la fase olio (solitamente un fluido a base acquai come fase discontinua.
Le emulsioni acqua-in-olio sono anche chiamate emulsioni inverse.
Entrambi i tipi di emulsione sono utilizzati ampiamente nelle operazioni di produzione di gas e petrolio,, per esempio in perforazione e in altre operazioni che hanno luogo nei sottosuolo.
Le emulsioni inverse sono preferite come fluidi di perforazione quando la formazione è molto sensibile al contatto con l'acqua e solitamente garantiscono migliore lubrificazione della colonna di perforazione e degli strumenti che si trovano nel pozzo, lo formazione di un pannello di filtrazione piu sottile, migliore stabilità delia perforazione e resistenza termica.
Le emulsioni sono generalmente stabilizzate mediante addizione di uno o più agenti stabilizzanti di emulsioni, chiamati anche emulsionanti, che prevengono la coalescenza delle goccioline, la separazione di fase e lo compromissione delle prestazioni deiremulsione stessa.
Quando utilizzate fri applicazioni sotterranee, le emulsioni sona soggette ad un eccezionale stress termico e meccanico, e perciò la stabilità è un aspetto particolarmente critico dello toro formulazione.
Gli emulsionanti che sono tradizionalmente utilizzati nei fluidi di perforazione e di trattamento dei pozzi petrolìferi hanno caratteristiche tensioattive, comprendendo una porzione idrofobica e una porzione idrofilica.
Nonostante ciò*P utilizzo della maggior parte degli emulsionanti con caratteristiche tensioattive è problematico, poiché essi soffrono di problemi che in eludono eventuale tossicità, scarsa biodegradabilità, destabilizzazione termica e intolleranza □ vari sali e altri agenti chimici E’ noto che t prodotti che sf ottengono d alfa mm [dazione di miscele di oligomeri di acidi grassi con, per esempio, dìetanoiammina, hanno proprietà emulsionanti e disperdenti utili per varie applicazioni in cui sì utilizzino emulsioni acqua-in-olio e olio-in-acqua,
E<*>anche noto ì’ utilizzo di specifici oli assidati di origine naturale in fluidi di perforatone; US 2,861.042 è relativo alfuso di talloiìo {tali oil) ossidato come emulsionante di fluidi di perforazione in emulsione inversa, mentre DE 1071624 cita riuso dell'olio di soia ossidato per scopi simili.
E' anche noto da US 2.058.569 che l'olio di ricino soffiato può essere efficacemente utilizzato nel recupero del petrolio per separare la fase oleosa dalle emulsioni di petrolio greggio, cioè come disemulsionante, se utilizzato in quantità molto piccole [0,01 -0,2% in peso).
RIASSUNTO DELL'INVENZIONE
Lo scopo di questa invenzione è di fornire un nuovo fluido di perforazione a per ii trattamento di posi petroliferi caratterizzato da buona resistenza allo separazione e migliore resistenza alla contaminazione da residui di perforazione, orche a temperatura elevata, ottenibile economicamente e con un impatto ambientale inferiore a parità di prestazioni.
E' stato ora sorprendentemente trovato che l’olio di ricino soffiato possiede elevate proprietà emulsionanti quando utilizzato in un fluido di perforazione o in un fluido per 11 trattamento di pozzi petroliferi in forma di emulsione inverso e garantisce un'ottima stabilità della reologia del fluida anche In presenza di contaminanti solidi.
Sì osservi che le emulsioni di petrolio greggio dì US 2.058.569 sono emulsioni inverse cosi come sono emulsioni inverse i fluidi della presente invenzione; l'eccellente stabilità dei fluidi di perforazione e dì trattamento dei pozzi deila presente invenzione, nei quali viene utilizzalo olio dì rìcino soffiato come emulsionante, è perciò del tutto inatteso.
Secondo un aspetto, la presente invenzione fornisce un fluido di perforazione e di trattamento di pozzi petroliferi in emulsione inversa che contiene una fase oleosa, una fase acquosa e olio di ricino soffiato come emulsionante.
Secondo un altro aspetto, la presente Invenzione fornisce un metodo per perforare un pozzo petrolifero in una formazione sotterranea utilizzando un fluido di perforazione in emulsione inversa che contiene una fase oleosa, una fase acquosa e olio di ricino soffiato come emulsionante.
Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione fornisce un metodo per il trattamento di pozzi petroliferi che comprende fa preparazione di un fluido per il trattamento del pozzo in emulsione inversa contenente una fase oleosa, una fase acquosa e olio di rìcino soffiato come emulsionante, e il trattamento del pozzo mediante immissione del fluido così preparato. Ancora in un altro aspetto, la presente invenzione fornisce un metodo per la fratturazione di formazioni sotterranee che comprende; preparare un'emulsione inversa contenente una fase oleosa, una fase acquosa, olio di ricino soffiato come emulsionante e un agente di mantenimento di fratture; immettere l'emulsione inversa nella formazione sotterranea a una pressione sufficiente per creare a allargare in essa almeno una frattura; rimuovere {'emulsione inversa dalla formazione sotterranea lasciando almeno una parie dell* agente di mantenimento della frattura nella frattura.
Le caratteristiche e ! vantaggi dell'invenzione saranno apparenti agli esperti del ramo alla lettura delie forme di realizzazione preferite che seguono.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE.
Gli ali soffiati sono prodotti a temperature elevate soffiando aria attraverso oli insaturi: gli oli polimerizzano per reticolazione e incorporazione di ponti O-O.
Gli all ossidati sono anche noti come olì ossidati, addensati o polìmerizzati ossidativamenfe e sono generalmente prodotti secondo specifiche di viscosità.
Per la realizzazione delia presente invenzione si può utilizzare solo olio di ricino soffiato con viscosità Brookfie!d RVT a 25°C e 20 rpm maggiore dì 1.000 mPa^s, preferibilmente da 5,000 a 40.000 mPa% più preferibilmente da 10.000 a 30.000 mPa’s.
Preferibilmente l'olio di ricino soffiata ha un numero di acidità inferiore a ó0 mg KOH/g.
I fluidi di perforazione e per il trattamento di pozzi petroliferi della presente invenzione contengono dallo 0, 5 al 4% in peso di olio di ricino soffiato, sul peso totale del fluido.
In una forma di realizzazione preferita Kolio di ricino soffiato è utilizzato in quantità compresa tra 1,0 e 3,0% in peso, per esplicare in modo otimate |e sue proprietà emulsionanti.
L<*>utilizzo dì olio di ricino soffiato come emulsionante di fluidi di perforazione e di fluidi per il trata mento dì pozzi petroliferi porta ad un marcato miglioramento deile proprietà re alogiche dei fluidi, in confronto con altri oli ossidati: questo è particolarmente evidente net fluidi di perforazione contaminati da resìdui solidi e comprendenti salamoie concentrate, nei quali si ottiene una reologia più stabile, cioè che presenta minori variazioni dopo tratamento di invecchiamento termico. Questa peculiarità dell'olio di ricino soffiato si ritiene possa essere dovuta alla sua carateristica composizione chimica, nella quale prevalgono catene ricinoieiche contenenti gruppo ossidrili ci.
Mediante l'aggiunta di olio di ricino soffiato come emulsionante, vengono anche ottenute buone cara fierìstiche di filtrazione dei fluidi, alle alte pressioni e alle alte temperature.
Secondo un aspetto vantaggioso dello presente invenzione ì fluidi in emulsione inversa non comprendono altri emulsionanti, oltre aìl'olio di ricino soffiato.
I fluidi in emulsione inversa delia presente invenzione comprendono una fase oleosa, una fase acquosa fon fluido a base acqua almeno in parte immisicibile con la fase oleosa) e olio di ricino soffiato, e possono essere utili in una varietà di applicazione nel setore delie perforazioni petrolifere nelle quali si utilizzano emulsioni inverse.
Queste applicazioni includono quelle che hanno luogo nel sottosuolo e comprendono la fase perforazione vero e propria, il completamento, le operazioni di stimolazione quali la fatturazione, t trattamenti per il controllo della sabbia quali Γ istallazione di un filtro a ghiaia*la cementazione, la manutenzione e il ripristino.
La fase oleosa utilizzata nelle emulsioni inverse della presente Invenzione può comprendere i normali I fluidi a base olio utilizzati nelle emulsioni, e può essere di natura sintetica o di origino naturale.
Esempi di fasi oleose adatte sono, senza limitazioni*oli diesel, oli paraffinici, oli minerali, oli minerali a bassa tossicità, oleflne, esteri, amrmidi, ammine*oli sintetici quali poliolefine*eteri, acetati*dìalchil carbonati, idrocarburi, e loro cambinazioni.
Le fai oleose preferite sono oli di paraffina, oli minerali a bassa tossicità, oli minerali, oli diesel, olefine*poiloieflne e loro combinazioni.
! fattori che determinano quale fase oleosa utilizzare in una particolare applicazione comprendono il suo costo, le prestazioni, la compatibilità ambientale. Il profilo tossicologico e la disponibilità.
Le emulsioni Inverse dell 'invenzione comprendono anche una fase acquosa che è almeno parzialmente insolubile nella Fase oleosa*
Esempi utili di fasi acquose sono, acqua dolce, acqua di more, acquo salata, e salamoie (cioè soluzioni acquose concentrate di salij, glicerina, glicoli, poiiglicoi ammine, pollali e loro- derivati che sono parzialmente insolubili ne! fluido oleaginoso, e loro combinazioni,
Salamoie utili sono le salamoie ad alta densità*
Le salamoie ad alta densità, per gli scopi di questa domanda, comprendono salamoie a concentrazione e tipo di sole variabile in funzione della densità voluta del fluido di perforazione; in generale è richiesto l’uso di agenti appesantenti per raggiungere la densità desiderata del fluido dì perforazione.
Le salamoie generalmente contengono sali solubili in acqua. Sali utilizzabili sono cloruro di sodio, cloruro di caldo, bromuro di calcio, bromuro di zinco, formiate sodico, formiate potassico, acetato di sodio, acetato di potassio, acetato di ecidio, acetato di ammonio, cloruro di ammonio, bromuro di ammonio, nitrato di sodio, nitrato di potassio, nitrato di ammonio, nitrato di calcio, carbonato di sodio, carbonaio dì potassio, e loro miscele.
La fase acquosa è scelta tenendo conto di diversi fattori che includono il costo, fi profilo ambientale e tossicologico, la disponibilità, fa densità, e lo fase oleosa che è sfata scelta. Un ulteriore fattore è l'applicazione dell'emulsione,.
Per esempio, se j’ applicatane bisogna di un'emulsione molto pesante, può essere utilizzata (per esempio) una salamoia a base di bromuro di zinco.
I fluidi di perforazione e per il trattamento di pozzi petroliferi della presente invenzione possono ulteriormente contenere additivi convenzionali, tra i quali agenti appesantenti, agenti bagnanti, riduttori di filtrato, addensanti fluidificanti, lubrificanti, anti-ossldanti, inibitori di corrosione, anti-incrostanfi, anti-schiuma, biocidi, modificatori di pH, e sìmili
1 fluidi, in particolare, possono contenere un riduttore di filtrato scelto tra gilsonite, ligniti organatile, tannini org a notili, polimeri sintetici, acidi grassi policarbossilicL
Quando utilizzati in determinate applicazioni, i fluidi possono contenere materiale particellare, quali agenti di mantenimento delle fratture o ghiaia,
Per meglio illustrare [Invenzione, sono riportati gli esempi che seguono per dimostrare l'effetto dell'addizione dì oli di ricino soffiati a diversa viscosità e di un olio di soia soffiato dello stato dell'arte, in fluidi dì perforazione esemplificativi.
ESEMPIO!
Si prepara un fluido di perforazione in emulsione inversa a base olio minerale paraffinica contenente un'argilla che simula 1 residui solidi di perforazione, miscelando gii ingredienti Indicati qui di seguito con un miscelatore Hamilton Beach, come descritto nei metodo Α,Ρ,1. 13A, nell’ordine riportato e con I seguenti tempi dì miscelazione:
EDC 99-DW è un olio minerale paraffinfca commercializzalo da TOTAL £UK)«(**) argìila commercializzata da IMERYS (FR).
Sono siati valutati i seguenti emulsionanti:
- BSO = olio di soia soffiato avente viscosità Brookfield pari a co.
11 .000 mPa*s, a 20 rpm e 25<e>C
- BCO Iv = olio di ricino soffiato a bassa viscosità avente viscosità Brookfìeld pari a co, 4.500 mPa<*>s, a 20 rpm e 25°C
BCO hv = olio di ricino soffiato ad alta viscosità avente viscosità Brookfield pari a co. 22.500 mPa*s, a 20 rpm e 25°C
Le caratteristiche dei fluidi sono riportate nella tabella che segue:
[*) libbre per gallane
Le proprietà reologiche dei fluidi di perforazione in emulsione inversa sono stGte misurate a 50°C prima e dopo rotolamento (BHR e AHR), per mezzo di un viscosimetro, come specificato nella norma ISO i 0414-2.
La stabilità elettrica è stata misurata alla temperatura di 50°C mediante un misuratore di stabilità elettrica, come specificato nella norma ISO 10414-2.
La perdita di filtrato ad alta temperatura e pressione (HTHP} è stata misurata a temperatura di 150°C mediante un filtro a pressa ad alta temperatura e pressione, come specificato nella norma ISO 10414-2. Sono state utilizzate le seguenti condizioni operative:
I risultati sono riportati in Tabella 1 , 2 e 3. La Tabella 3 riporta i dati de! fluido comparativo.
Tabella t .
Tabella 2
Tabella 3 (comparativa).
I fluidi in cui viene utilizzato come emulsionante l'olio di sola soffiato non resistano alla contaminazione dei residui di perforazione simulati dalla A. Pi Standard Evaluation Base Clay, mentre l’olio di rìcino soffiato dà fluidi che resistono molto bene alla contaminatone (come si può vedere dalla reologia dei fluidi invecchiati che è simile a quella dei fluidi iniziali).
ESEMPIO 2
Per studiare ìf comportamento degli stessi emulsionanti in un sistema diverso, sono stati fatti degli altri test In fluido a base di idrocarburi olefinici, preparato miscelando gli ingredienti indicati qui di seguita con un miscelatore Hamilton Beach, come descritto nel metodo A.PJ. 13 A, nell'ordine riportato e con ! seguenti tempi dì miscelazione:
f)IO Clé-18 olefine interne CI é-C 18, disponibili come Amodriil 1000 da lìneas |FR} (**} argilla commercializzai a da 1MERYS fFRf
Le caratteristiche dei fluidi sono riportate nella tabella qui sotto:
libbre per gallone
Le proprietà reologie he dei fluidi di perforazione in emulsione inversa sono state misurate a 50°C prima e dopo rotolamento (BHR e AHR), per mezzo di un viscosimetro, come specificato nella norma IS0 10414-2.
La stabilità elettrica è stata misurata alfa temperatura di 50°C mediante un misuratore di stabilità elettrica, come specificato nella norma iSO 10414-2.
La perdita di filtrato ad alta temperatura e pressione è stata misurata a temperatura di L50°C mediante un filtro a pressa ad alta temperatura e pressione, come specificato nella norma ISO T 0414-2.
Sono state utilizzate le seguenti condizioni operative::
ì rlsuftdti sona riportati In Tabella 4,5 e 6. La Tabella 6 riporta i dati del fluido comparativa.
Tabella 4
Tabella 5
Segue Tabella 5
Tabella 6 (comparativa)
I test sono stati effettuai» sui fluidi contaminati per verificare la resistenza alla contaminazione dì residui di perforazione, simulali dallo presenza della A.PJ, Standard Evaluation Base Clay,
Anche in sistemi olefinicl, Polio di ricino soffiato dà una resistenza migliore alla contaminazione dell<1>olio di soia soffiato {la reologia dei fluidi invecchiati che contengono olio di ricino soffiato è migliore di quella dei fluidi invecchiati che contengono olio di soia soffiato).
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Fluido di perforazione e per il trattamento di pozzi petroliferi in emulsione inversa contenente una fase acquosa, una fase oleosa e alio di ricino soffiato avente viscosità Broofefiefd RVT a 25°C, 20 rpm maggiore di ì .000 mPa*s, 2. Fluido dì perforazione e per il trattamento di pazzi petroliferi secondo la rivendicazione 1 contenente dallo 0,5 ai 4,0% in peso di olio di ricino soffiato. 3. Fluido di perforazione e per | trattamento di pazzi petroliferi secondo la rivendicatone 2 in cui l'olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT a 25<e>C*20 rpm compresa tra 5.000 e 40.000 mPa<*>s. 4. Fluido dì perforazione e per il trattamento di pozzi petroliferi secondo la rivendicazione 3 in cui l'olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT a 25°C, 20 rpm compresa tra 10.000 e 30.000 mPa<*>s 5. Fluido di perforazione e per fi trattamento di pozzi petroliferi secondo la rivendicazione 4 contenente dain .O al 3.0% in peso di olio di ricino soffiato. 6. Metodo per perforare un pozzo petrolifero in una formazione sotterranea mediante ! 'utilizzo di un fluido di perforazione in emulsione inversa contenente una fase acquosa, una fase oleosa e dio di ricino soffiata avente viscosità Brookfieid RVT a 25°CP20 rpm maggiore di 1.000 mFa*s, 7. Metodo per perforare un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione 6 In cui il fluido dì perforazione contiene dallo 0,5 al 4,0% in peso dì olio di ricino soffiato. 8. Metodo per perforare un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione 7 in cui rollo di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT a 25*0, 20 rpm compresa tra 5.000 e 40.000 mPa*s. 9. Metodo per perforare un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione S in cui l’olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT □ 25°C, 20 rpm compresa tra 10,000 e 30.000 mPa*s, 10. Metodo per perforare un pozzo petrolifero secondo la rivendicatone 9 In cui il fluido di perforazione contiene dall' 1, Q al 3,0% in peso di olio di ricino soffiato, 11. Metodo per il trattamento di un pozzo petroiiffera che comprende; preparare un fluido per il trattamento di pozzi petroliferi in emulsione inversa contenente una fase acquosa, una fase oleosa e olio di ricino soffiato avente viscosità Brookfieid RVT a 25°C, 20 rpm maggiore di 1 .000 mPa*s; trattare fi pozzo immettendo ! fluido cosi preparato,, 12. Metodo per trattare un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione 11 in cui il fluido contiene dallo 0,5 al 4,0% in peso di olio di ricino soffiato. 13. Metodo per trattare un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione 12 in cui l'olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT a 25°C, 20 rpm compresa fra 5.000 e 40.000 mPa<*>s, 14. Metodo per trattare un pozzo petrolifero secondo Sa rivendicazione 13 in cut Γ Olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfieid RVT a 25<0>C, 20 rpm compresa tra 10,000 e 30,000 mPa's, 15, Metodo per trattore un pozzo petrolifero secondo la rivendicazione 14 in cui il fluido di perforazione contiene dall' L 0 al 3,0% ih peso di olio di ricino soffiato, 1 ó. Metodo per la fratturazione di una formazione sotterranea che comprender preparare un'emulsione inversa contenente una fase acquosa, una fase oleosa e olio di ricino soffiato avente viscosità Brookfield RVT a 25<D>C, 20 rpm maggiore di 1..000 mPa‘s e un agente di mantenimento di fratture; immettere l'emulsione inversa nella formazione sotterranea a una pressione sufficiente per creare o allargare in essa almeno una frattura; rimuovere l’emulsione inversa dalla formazione: lasciando almeno parte dell'agente di mantenimento delta frattura nella frattura. 17. Metodo per la fratturazione di una formazione sotterranea secondo la rivendicazione 16 in cui l'emulsione inversa contiene dallo 0,5 al 4.0% In peso di olio di ricino soffiato, Ì8. Metodo per la fratturazione di una formazione sotterranea secondo la rivendicazione 17 in cui l'olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfield RVT a 25<0>C, 20 rpm compresa tra 5.000 e 40.000 mPa<*>si 19. Metodo per la fratturazione di una formazione sotterranea secondo la rivendicazione 18 in cui l’olio di ricino soffiato ha viscosità Brookfield RVT a 25<<>>C, 20 rpm compresa tra 10.000 e 30.000 mPa<*>s, 20, Metodo per la fratturazione di una formazione sotterraneo secondo la rivendicazione 19 in cui f emulsione inversa contiene dairi, 0 al 3,0% in peso di olio di ricino soffiato.
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