MX2010012176A - Fluidos para sondeo que contienen material de arcilla de tamaño especifico y metodos para su uso. - Google Patents

Abstract

Se describe un fluido para sondeo que incluye un fluido base; y una arcilla de tamaño específico no hidratable. El fluido base puede ser un fluido a base de agua o un fluido a base de aceite. También se describen métodos de perforación con tales fluidos para sondeo que contienen un fluido base y una arcilla de tamaño específico no hidratable.

Description

FLUIDOS PARA SONDEO QUE CONTIENEN MATERIAL DE ARC TAMAÑO ESPECÍFICO Y MÉTODOS PARA SU USO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN npo de la Invención Las modalidades descritas en la pr ieren en general, a fluidos para sondeo que tie mos, materiales de arcilla. En particu alidades descritas en la presente se refieren e fluidos para sondeo que contienen material . de año específico y métodos para su uso. ecedentes de la Técnica Al perforar o completar pozos en f restres, se utilizan comúnmente varios fluidos una variedad de razones. Los usos comunes pa pozo incluyen: lubricación y enfriamiento erficies cortantes de la barrena durante la pe formación en las inmediaciones del pozo, tran encia hidráulica a la barrena, utilizar el fl lazar un obturador de empaque, abandonar e parar el pozo para el abandono y, tratar de ot pozo o la formación.

Uno de los propósitos antes mencionados nsporte de los recortes hacia la superficie más de prevenir el asentamiento de los re foración y el material lastrante al lado infe do de la perforación durante períodos de suspens raciones de perforación. Este fenómeno de p ntamiento de sólidos dentro de un fluido para e a las propiedades tixotrópicas- del fluido. eriencia ordinaria en la técnica apreciará que piedades tixotrópicas, el asentamiento de sóli fluido puede dar como . resultado la deposición la barrena lo cual podría convertirse en "blbq ro de estas funciones es la viscosidad o la pro fuerzo cortante a la deformación tangencial. a sondeo debe tener suficiente viscosidad a fin recortes a la superficie. La tasa a la cual lo retiran del pozo es una función de la cap nsporte del fluido para sondeo, la cual depende ecta de varios factores que incluyen la den ido para sondeo, la viscosidad del fluido para fil de velocidad, el torque de la columna de pe tamaño y forma de las partículas sólidas, la r columna de perforación y la proporción de l pecífica de los sólidos al fluido para sondeo.

Para incrementar la capacidad de elev ido para sondeo (suspender los recortes y los Strantes) , se puede incrementar la resistencia s fluidos para sondeo. Para lograr tal increm sistencia del gel, existe una variedad de mét ante la perforación de las formaciones rrosas), en el fluido para sondeo .

*Con frecuencia, se agregan varios tipos una formulación de fluido para darle viscosidad propiedades reológicas del fluido. La arcilla ructura de retículas de sílice-alúmina, las ponen en múltiples capas, algunas veces con otra es como magnesio o calcio incorporados en las moléculas de agua entran a la estructura de ret azan con los sitios activos, haciendo que las andan o se dispersen eventualmente en ividuales. La dispersión de arcilla incrementa erficie, lo cual a su vez ocasiona que el illa-agua se expanda y la suspensión de arcil ese. Por tanto, las arcillas se denominan con o agentes gelificantes y se utilizan para cosidad, densidad, sellado y propiedades tixotró teriales adicionales diferentes a la montmorilon tanto, varía en color desde gris claro hasta nquecino. El Instituto Americano del Petróleo troleum Institute (API)) ha expedido normas inter S cuales debe cumplir la bentonita tritur cuentran en la Especificación 13A del API.

En la técnica, se sabe que durante el rforación, los estados de hidratación y dispers tonita u otros materiales . de arcilla similares S propiedades reológicas de los fluidos a base S propiedades m reológicas de importancia son arente, plástica y efectiva) , resistencia del g fluencia, el cual puede medirse por un ratorio (reómetro) . Sin embargo, existe un tre agregar una cantidad suficiente de agente g ra incrementar la suspensión del fluido, sin i bién la viscosidad del fluido, hasta tal pun otrópicas favorables.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, las- modalidades descrit sente se refieren a un fluido para sondeo que ido base; y una arcilla no hidratable ecífico .

En otro aspecto, las modalidades descri sente se refieren a un fluido para sondeo que ido acuoso; una arcilla de atapulgita ecífico; y una sal de un metal alcalino alinotérreo, en donde el fluido para sondeo se tancialmente libre de arcillas hidratantes..

En otro aspecto, las modalidades descri sente se refieren a un método para perforar terráneo que incluye agregar una arcilla non-hid año específico, a un fluido base para formar un foración; y perforar el pozo con el fluido de pe ir el fluido de perforación y los recortes a tr ació anular formado por la columna de perfora o de sondeo hacia el agua de mar.

Otros aspectos y ventajas de la invenc rentes a partir de la siguiente des'cripci vindicaciones anexas .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra el rendimiento a mpo de diversas muestras de atapulgita a 30 ppb .

La Figura 2 muestra el rendimiento a mpo de diversas muestras de atapulgita a 35 ppb .

La Figura 3 es una gráfica del rendimie enido para las muestras de atapulgita como una f año de la partícula.

La Figura 4 muestra el efecto de la La Figura' 7 muestra el efecto de la C ator sobre el rendimiento de Gel de sal M-l a a de mar.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En un aspecto, las modalidades descrit sente se refieren al uso de materiales de a año especifico en la formulación de fluidos par métodos de uso de éstos. En particular, las m se describen en la presente se refieren a illas no-hidratables de tamaño específico en fl deo .

De manera convencional, se han utilizado arcillas para formular un fluido para sondeo a: bentonita y atapulgita. La bentonita, un minio-silicato de tres capas, es la are liamente utilizada. Sin embargo, su capac ratarse a través del enlace de agua en sus sitio otra parte, forma coloides que son estables en electrolitos elevados, tales como el agua de mar to, con frecuencia se prefiere en las aplicació erto Cu otras aplicaciones en donde el suminist ce se encuentra limitado) . La atapulgit minosilicato de magnesio hidratado que es aprox érico en oposición a la estructura estratifica illas de esmectita tales como la bentonit ructura da como resultado la viscosifica ratación. Más bien, la viscosificacion de una osa de atapulgita es el resultado del cizalla iende las partículas de arcilla más hacia la ja o de listoncillo, que es como se describe, a. arcilla en la literatura. Cuando se su uido, estos listoncillos se agrupan en haces que ecto de pajar bajo un microscopio de electron illa no aumenta de volumen cuando se pone en co leccionarse de al menos una de las arcillas de at iolita. Aunque las arcillas no idratables no a lumen de manera sustancial, ya sea en agua lmuera, aún pueden operar para espesar las I iadas. Este espesamiento puede atribuirse a sidera ser una orientación única de partículas loidal cargadas en el medio de dispersión idratación" real .

Como el término "no-hidratable" se ref racterística de la arcilla de no aumentar de volu incremento de volumen medible) en la presencia l, un aumento de volumen dado de la arcilla en a ede probarse por el procedimiento descrito en u K Norrish, publicado como ??? aumento de volu tmorilonita, " (The swelling of Montmorillonit raday Soc. vol . 18, 1954 pp. 120-134. Esta prue inmersión de la arcilla por aproximadamente 2 ho alidad, una arcilla no-hidratable exhibe un a umen én el orden de menos de 2 veces; menos de otra modalidad; y menos de 0.2 veces aún alidad.

En modalidades adicionales, los fl foración que se describen en la presente puede era sustancial, libres de arcillas hidratables . liza en la presente, las "arcillas hidratables" o aquellas arcillas que* aumentan de volumen eciable (i.e., incrementan su volumen en una c menos 8 veces) ya sea en agua dulce o en sa stancialmente libres" se define como la cantid cta la dispersibilidad de manera significati illas hidratables que pueden incluir las arc entan de volumen de manera apreciable en contact ce pero no cuando están ¦ en contacto con luyen, por ejemplo, arcillas que contienen monti pozo en mar a¿ierto, cuando se utiliza una salmu a con contenido de sal como la fase continua a sondeo al cual se agrega la arcilla. Además c ibe arriba, la viscosificacion de tales formul ido se logra al cizallar el fluido de maner egados de las partículas de arcilla se dis tículas individuales (o haces más pequeños) se j as , . las cuales a su vez forman retículas aces de atrapar moléculas de agua. Los entores consideran también que el cizallamien ede romper los bordes del cristal, creando f acción en las cargas sobre los enlaces rotos re s cuales a su vez atraen agua. Sin em zallamiento requier.e tiempo y energía considera equipo de perforación para que el fluido a scosidad deseada.

Debido a que las tasas de bombeo del lo erciales ,' puede dispersarse de manera más mitiendo que la viscosidad (el rendimiento) se a ido y con menos energía de cizallamiento , sin i ortantes en la viscosidad plástica. Aunque no s ún mecanismo en particular, se propone que ido se cizalle, las partículas de arcilla se era efectiva. Por tanto, se tiene la teoría lizar una fuente de partículas de arcilla más ido efectivo durante el cizallamiento puede re iminarse) y, el fluido puede alcanzar su punto d manera más rápida. Además, al utilizar par año específico que reduzcan la cantidad de tiemp fluido se produzca', el punto de fluencia puede cizallar en cantidades de tiempo que son compara sas de bombeo del lodo, permitiendo así que s centraciones más bajas de arcilla mientras se jor desempeño. e hacerse notar que tal determinación/selección es fácilmente una consideración que se hace orpora atapulgita en una formulación de fl deo. Como se utiliza en la presente, el términ tamaño específico" se refiere a los agregados se han clasificados por tamaño en un rango dso d os que se anote de otra manera, todos los rangos partícula se refieren a valores pre-cizallamie mplo, utilizando equipo de clasificación, una illa puede clasificarse por tamaño para separar arcilla que tienen un tamaño promedio, de pa os de 50 mieras antes de su incorporación en a perforación y sometiéndose a cualquier ciza tanto, en diversas modalidades, una arcilla no tamaño específico de la presente descripción p d50 menor de aproximadamente 50 mieras, oximadamente 20 mieras en otra modalidad y mplo, los presentes inventores determinaron que rían lograr tiempos reducidos de cizallamiento uso de arcillas no hidratables de tamaño especí puede lograrse el punto de fluencia deseado a de tales arcillas no hidratables de tamaño e tanto, si se desea un punto de fluencia par e utilizarse un tipo particular de equipo que t eramente más bajas de cizallamiento, puede sel las mismas una combinación de partículas d eramente más finas a concentraciones más tículas ligeramente más grandes a mayores concen Además, alguien de experiencia ordinar nica apreciará que aunque los rangos de tamaño o 2 0 mieras pueden ser deseables par mulaciones, otros rangos de tamaño (y distr bién pueden utilizarse en los fluidos y méto sente descripción. Por tanto, ejemplos de dist recharse. Por tanto/ las modalidades de la cripción pueden incluir materiales de ar ratable que tienen (después del cizallamiento) ía de 12-24 mieras, un d50 que varía de 3.7-12 m que varía de 0.6-1.4 mieras. Sin embargo, la conocimiento ordinario de la técnica se darán variaciones en el tamaño de los materiales lida pueden variar de acuerdo con los requerimie terminado fluido para sondeo y/u operación, de per Como se menciona en- lo anterior, el uso d hidratables de tamaño específico pueden piedades mejoradas del punto de fluencia. El encia es una medida de las fuerzas electroquím acción bajo condiciones de flujo, que indica la l fluido para sondeo para transportar los reco 1 pozo y, por tanto, depende de las p erficiales de los sólidos del fluido. Esta 2 menos aproximadamente 60 lb/100 ft pueden 1 centraciones de 35 ppb de arcillas no hi más, tales puntos de fluencia pueden alcan mpos de cizallamiento de menos de 30 min cuando mezclador Silverson con una cabeza de estator co isión de orificio redondo, la cual tiene un zallamiento de 6,522,000 s"1. Las conce emplares pueden variar de 20 ppb a 50 ppb; sin ei erto en la técnica apreciará que pueden utiliz centraciones ya que la selección de concentra ender del punto de fluencia deseado para una rticular de perforación.

Además, un experto en la técnica aprecia idos de perforación se clasifican típicamente su material base. En una modalidad parti cillas no hidratables pueden utilizarse para vi idos para sondeo a base de agua, en particular a de mar, o soluciones acuosas en donde la con sal es mayor que la del agua de mar. La sal a de mar puede variar desde aproximadamente 1 ta aproximadamente el 4.2 por ciento por peso ba umen total de agua de mar. Las sales q ontrarse en el agua de mar incluyen, pero no se es de sodio, calcio, aluminio, magnesio, roncio y litio de sulfatos, fosfatos, silicatos, muros, carbonatos, yoduros, cloratos, bromatos, ratos, óxidos y fluoruros. Las sales q orporarse en una salmuera dada incluyen cualqu las presentes en el agua de mar natural o en cu a de las sales disueltas, orgánicas o in más, las salmueras que pueden utilizarse en los foración descritos en la presente pueden ser n téticas, con la tendencia de las salmueras si mucho más simples en constitución. En una mod oximadamente 9 hasta 14 libras por galón. El foración puede formularse, inicialmente, para mulación deseada. De manera alternativa, el foración puede formarse a partir de un lodo co como un lodo de 16 libras por galón de lodo o ado que se mezcla entonces con una salmuera lizarse en la formulación deseada. Las per ocimiento ordinario de la técnica apreciarán lizarse otras densidades según se desee. Cuando artir de un lodo y una salmuera, el lodo puede manera opcional una sal, tal como una sal de alino o metal alcalinotérreo . En una modalidad, perforación puede tener un pH mayor de aproxima otra modalidad, el fluido de perforación puede t varia desde aproximadamente 7.5 hasta 12. ido de perforación puede diseñarse con la a tivos acídicos o básicos, como se reconoce por scontinua no oleaginosa y un agente lastrante mi S personas con experiencia ordinaria en l reciarían que las arcillas descritas arri dificarse de acuerdo con la aplicación desea emplo, las modificaciones pueden incluir la inc agente humectante en aceite, como se conoce en l ra hacer a los aditivos más apropiados para idos a base de aceite.

El fluido oleaginoso puede ser un li eferentemente un aceite natural o sintetic eferentemente el fluido oleaginoso se selecciona e incluye aceite diesel; aceite mineral; tético, tal como definas hidrogenadas y no hid cluyendo polialfa olefinas, olefinas lineales y r lo similar, polidiorganosiloxanos , sil ganosiloxanos , ésteres de ácidos grasos, espec eres de alquilo de ácidos grasos ramificados y c oximadamente 90% por volumen del fluido de ersa. El fluido oleaginoso, en una modalid luir al menos 5% por volumen de un material se grupo que incluye ásteres, éteres, lquilcarbonatos , .hidrocarburos y combinaciones d El fluido no oleaginoso utilizado en la f fluido de emulsión inversa descrito en la pres uido y puede ser un líquido acuoso. En una mod uido no oleaginoso puede seleccionarse del uye agua de mar, una salmuera que conti ueltas orgánicas y/o inorgánicas, líquidos que puestos orgánicos miscibles en agua y combina os. La cantidad del fluido no oleaginoso es, t or que el límite teórico necesario para f lsión inversa. Por tanto, en una modalidad, l fluido no oleaginoso es menor de aproximadamen umen y, preferentemente desde aproximadamente a dulce, agua de mar, salmuera y combinaciones d Pueden utilizarse métodos convenciona parar los fluidos de perforación descritos en l una manera análoga a los normalmente utiliza parar fluidos para sondeo convencionales a base ite. En una modalidad, la cantidad deseada de e de agua y la cantidad adecuada de una a ratable con tamaño especifico, ' como se describe clan juntos y cualesguier componente restante a sondeo se agrega de manera secuencial con tinuo. En otra modalidad, la cantidad deseada aginoso tal como un aceite base, un fluido no ol cantidad adecuada de una arcilla no hidratable ecífico (opcionalmente modificado) se mezclan lesquier componente restante se agregan, uencial, con mezclado continuo. Puede fori lsión inversa al agitar vigorosa, mezclar o c I entes debe ser muy conocida para las pe eriencia ordinaria en la técnica para formular foración y lodos.

Además, como se menciona en lo ante idos de la presente descripción pueden enco rticular como un "barro puntal", un lodo a bas ilizado para perforar un pozo desde la superficie ofundidad superficial. En tales casos, la perf ectúa . frecuentemente sin tubería ascendente, po cual al fluir a través de la barrena, el flui avés del espacio anular entre la columna de per pozo de sondeo hacia el agua de mar. Una icional t de la perforación sin tubería ascende contrarse en la Publicación de la Patente de E 07/0246221, la cual se cede al presente benefic corpora en la presente mediante la referenc te talidad. Sin embargo, la presente descripción no sente en cuanto a la capacidad y eficiencia para to de fluencia.

Se probaron seis muestras de arcilla ustrial Materials (Atlanta, GA) o M-I LLC (Houst illa de atapulgita molida de varios grad tribución del tamaño de partícula para cada porciona en la Tabla 1.

Tabla 1 Tamaños de partícula, micrómet mbre de la arcilla d10 d25 d50 d75 d90 prom medí edio o mex Gel 701 -P 3.517 5.786 9.966 16.25 23.79 9.486 9.966 mex Gel MS 5.640 12.86 29.65 49.98 68.25 23.48 29.65 mex EZ Gel 5.195 11.22 24.82 42.85 60.65 20.47 24.82 I Salt Gel 9.165 26.66 64.25 130.20 207.40 52.10 64.25 mex Gel Sorb 14.630 72.37 161.3 320.20 506.50 121.90 161.30 mex Basco Sal Mud 7.585 20.47 56.87 115.90 190.20 44.98 56.87 odo Salado) illa seca se homogeneizó brevemente en el ag lizando un mezclador superior ordinario, de labo cto de la Concentración y el Tamaño de Partíc dimiento Las muestras de arcilla se agregaron a 3 y 40 ppb (equivalente a g/350 mi) al agua de allaron hasta por 2 horas o hasta alcanzar el encia de 60 lb/lOOft2. Las muestras se tomaro todo el tiempo de mezclado y la viscosidad lizando un viscómetro Fann 3.5 a 12 O2 F. Los res stran en las Figuras 1-3.

La Figura 1 muestra el punto de fluenc stras de atapulgita como una función del tiempo manera específica, puede observarse la relació año de la partícula de la muestra de arci dimiento. La muestra con el tamaño de partícula nde, el Gel Sorb, demostró un rendimiento much Se repitió la prueba con todas las otras etidas a la concentración más alta de 35 ppb e , cuyos resultados se muestran en la Figura 2. stras alcanzaron 60 lb/100ft2 y la mayoría en 4 argo, el Gel 701P, el EZ Gel y el Gel MS, todo lb/100ft2 en 30 minutos. El punto máximo d al no se determinó en esta prueba, de tal manera erminó la viscosidad final como una función del partícula (como se hizo para 30 ppb tratado. ab erimento se diseñó para mostrar que el r etivo puede alcanzarse al incrementar . la concent ducto .

Se observó en estas pruebas que algunas m illa exhiben una "cresta de viscosidad" en anza un punto máximo de fluencia y ent zallamiento adicional ocasiona una disminución e fluencia. La vista tradicional de la atapulgita disminución subsecuente en la viscosidad.

La Figura 3 muestra el punto máximo d rado (por 30 ppb) graficado contra el tamaño tícula. Puede observarse que existe una relaci buena correlación, con el tamaño más pequeño de porcionando la más alta viscosidad, ecto del cizallamiento Las suspensiones de Gel EZ, Gel MS, L SCO y Salt Gel a 30 ppb en agua de mar se pr zallaron con diferentes cabezas de estator en el Iverson. La viscosidad se midió a través del tie scómetro Farm 35. Se utilizaron tres diferentes tator: una Criba de Emulsor de Orificio Redondo , Alto cizallamiento de Orificio Cuadrado y una to cizallamiento de Orificio Ranurado. La zallamiento para cada tipo de cabeza de estator una velocidad del impulsor de 6000 rpm, para ulsores. durante el proyecto. A 600Ó rpm, la o del impulsor es de 565.5 m/s, y la tasa de zallamiento para cada cabeza del estator es de 28 La distribución inicial del tamaño de pa a uno de los grados de arcilla (mostrados en la terminados como suministrados por el proveedor) la distribución del tamaño de partícula sometid prueba después del cizallamiento, cuyos resu stran en la Tabla 2 de abajo. Los resultados los diferentes estatores (y, por tanto, las zallamiento) en él rendimiento para cada un estras se muestran en las Figuras 4-7.

Para cada muestra, la prueba para déte eración de viscosidad a partir del cizallam ias cabezas de estator Silverston muestra que l lsor de Orificio Redondo produjo una tasa más oducci.ón que las otras dos cabezas de estator, - 23 - ducto .

Tabla 2 La determinación del tamaño de partícu estras de arcilla en el estado seco y entonces d tidad de cizallamiento requerido para lograr vis ucirá. Una gráfica de los datos en la Tabla 2 el cambio para el Gel Salado M-l es mucho paración con el producto inicialmente más fino, Favorablemente, hay modalidades de la cripción para al menos una de las siguientes el uso de arcillas no hidratables de tamaño de pequeño que el convencional, los productos c den dispersarse de manera más rápida, permitien re la viscosidad (el rendimiento) más rápido y rgía de cizallamiento. Además, al utilizar par año específico que reducen la cantidad de tiemp fluido se produzca, el punto de fluencia puede cizallar en cantidades de tiempo que son corn as de bombeo de lodo, permitiendo así que se centraciones más bajas de arcilla mientras s or desempeño. Además, no solo puede lograr idos no se pre-cizalllan (del todo o complétam ra el cizallamiento a través de procesos de. tidades de arcilla requeridas pueden reducirs paración con el uso de arcilla convencional de mpos más cortos de producción.

Aunque la invención se ha descrito con número limitado de modalidades, los expert cnica, que tienen el beneficio de esta de eciarán que puedan contemplarse otras modalida aparta del alcance de la invención como se desc esente. En consecuencia, el alcance de la inve itarse sólo por las reivindicaciones anexas.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un fluido para sondeo, que comprende: un fluido base; y una arcilla no hidratable de tamaño espec 2. El fluido de la reivindicación 1, e illa no hidratable comprende al menos una de la atapulgita y sepiolita. 3. El fluido de la reivindicación 1, e illa no hidratable comprende un d5o de oximadamente 20 mieras. 4. El fluido de la reivindicación 1, e illa no hidratable. comprende un dso que varía d eras . 5. El fluido de la reivindicación 1, e cilla no hidratable se encuentra presente en un e varía de 20 a 50 ppb. 6. El fluido de la reivindicación 1, e ido base es un fluido de base oleaginosa. 9. Un fluido para sondeo, que comprende: un fluido acuoso; una arcilla de atapulgita de tamaño espec una sal de un metal alcalino alinotérreo, en donde el fluido para sondeo se tancialmente libre de arcillas hidratables. 10. El fluido de la reivindicación 9, e illa no hidratable comprende un dso de oximadamente 20 mieras. .11. El fluido de la reivindicación 10, e cilla no hidratable comprende un dso que varía eras . 12. El fluido de la reivindicación 9, e cilla no hidratable se encuentra - presente en un e varía de 20 a 50 ppb. 13. Un método de perforar un pozo subter 15 . El método de la reivindicación 13 , e illa no hidratable comprende un dso de oximadamente 20 mieras. 16 . El método de la reivindicación 13 , e illa no hidratable comprende un dso cjue varía d ras.. 17 . El método de la reivindicación 13 , e illa no hidratable se encuentra presente en un varía de 20 a 50 ppb. 18 . El método de la reivindicación 13 , e ido base es un fluido acuoso que comprende una tal alcalino o metal alcalinotérreo . 19 . Un método para perforación sin endente, que comprende: proporcionar un fluido de perforació talación de perforación para perforar un pozo de suelo marino, la instalación de perforación com illa no hidratable comprende al menos una de la atapulgita y sepiolita. 21. El método de la reivindicación 19, e illa no hidratable comprende un dso de oximadamente 20 mieras. 22. El método de la reivindicación 19, e ill no hidratable comprende un d5o que varía d ras. 23. El método de la reivindicación 19, e illa no hidratable se encuentra presente en un varía de 20 a 50 ppb.