MX2013001211A - Metodo para dispersar fluido de perforacion de base acuosa para perforar pozos subterraneos. - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema inhibidor de lodos de polímeros basados en agua y método para usar el sistema al perforar y estabilizar perforaciones de pozos para usar en formaciones sensibles al agua como una alternativa a lodos basados en aceite o lodos basados en agua que comprenden lignosulfonatos de ferro-cromo. El sistema comprende una base de agua dulce o agua salada diluida o dispersada con un copolímero acrílico sulfonado que tiene una estructura multipolímero de lignosulfonato híbrido/injerto que contiene grupos funcionales de carboxilato y sulfonato con cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas a un material de ligriosulfonato base, que tiene un peso molecular en el intervalo de alrededor de 1,000 hasta alrededor de 15,000, y que tiene una alta densidad de carga aniónica. Este sistema es efectivo y tiene reología estable sobre un amplio intervalo de pH, aún un pH casi neutro de 8.0. Los fluidos de perforación no contienen metales pesados y son tolerantes reológicamente a contaminantes tal como cemento, anhidrita y sodio y temperaturas tan altas como alrededor de 232°C (400°F).

Description

METODO PARA DISPERSAR FLUIDO DE PERFORACION DE BASE ACUOSA PARA PERFORAR POZOS SUBTERRANEOS I CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente ' invención se refiere a controlar la reología y/o la viscosidad de sistemas de lodo basados en agua. Más particularmente, la presente invención se refiere a métodos y composiciones para dispersar fluidos de base acuosa usados en pozos de perforación y otras operaciones .de 'pozos en i formaciones subterráneas,. especialmente formaciones subterráneas que contienen aceite y/o. gas.: Ésta invención también se refiere a un diluyente de fluido de perforación y/o dispersante que tiene estabilidad 'de temperatura mejorada, propiedades dispersantes y ! tolerancia a í ·¦ "contaminación. dé sólidos". I ' i ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓ Un fluido ó lodo de perforación es un1 fluido diseñado especialmente que se hace circular a través de un pozo de perforación cuando el pozo de perforación ;se perfora para facilitar la operación -de perforación. Las diversas funciones de un fluido de . perforación incluyen . remoler recortes de perforación o- sólidos del pozo de perforación, enfriar y lubricar la barrena, ayudando en el soporte del' tubo de perforación y barrena, y proporcionando una cabeza hidrostática para, mantener la integridad de ' las paredes , del pozo de perforación y prevenir reventones de pozos. Los sistemas de fluido de perforación específicos se seleccionan para optimizar una operación de perforación de acuerdo con las características de una formación geológica en particular.

Para que un fluido de perforación realice sus funciones, debe tener ciertas propiedades físicas deseables. El fluido debe tener una viscosidad que sea fácilmente' bombeable y que circule fácilmente al bombear a presiones ordinariamente empleadas en operaciones de perforación, sin 'diferenciales de presión indebidos . El fluido debe ' ser ' suficientemente tixotrópico para suspender los recortes en el pozo cuando la circulación del fluido se detiene. El. fluido debe liberar recortes de la suspensión cuando se agita en. los fosas de sedimentación. Se ' debe formar preferiblemente una torta filtro impermeable delgada en la pared' del pozo para: evitar la pérdida del líquido del fluido de perforación por la filtración en las formaciones. Tal torta 'filtro efectivamente sella la pared del pozo para inhibir cualquiera de las tendencias de desprendimiento, movimientos de oscilación o derrumbe de roca , en el pozo. La composición del fluido también debe , ser. preferiblemente tal ' que ..'los recortes formados durante la- perforación del pozo se puedan suspender, asimilar o disolver en- el fluido sin afectar las propiedades físicas del fluido. -de perforación. ' La mayoría de los fluidos de perforación usados para perforar en la . industria de petróleo y gas son lodos basados en agua. Tales lodos típicamente, comprenden una base acuosa, ya sea de agua dulce o salmuera, y agentes o aditivos para suspensión, peso o densidad, humectación des aceite, pérdida de fluido o control de filtración, y control de reología. Controlar la viscosidad de lodos, basados en agua o sistemas de lodo se ha hecho tradicionalmente con desfloculantes de lignosulfonato y/o diluyentes. Tales polímeros de bajo peso molecular, altamente sulfonados se ' cree , güe ayudan en recubrir bordes de. arcilla en la formación¦ subterránea con una duración o efectivamente carga negativa permanente. Algún material alcalino, tal como, por ejemplo, sosa cáustica o potasa, se agrega típicamente para alcanzar t un intervalo de pH desde alrededor de 9.5 hasta alrededor de 10. Este ambiente de pH se cree que ayuda a la solubilidad y activación de las porciones .de . las j moléculas de lignosulfonato que . inte.ractúan con la : arcilla. Estas porciones se cree que son el carboxilato y grupos de fenolato en el lignosulfonato .

Los lignosulf.onatos se obtienen ¦ de subproductos del proceso¦ de ácido consumido usado para separar celulosa de madera en. la industria de la pasta- de madera. La industria de la pasta de madera ha . comenzado a apartarse del proceso de ácido gastado en años, recientes en favor de otros procesos que no tienen un . subproducto de ' lignosulfonato . Consecuentemente, la industria de fluidos ' dé perforación ha iniciado esfuerzos para encontrar un [ sustituto para lignosulfonatos en fluidos de perforación. También, crecientemente, hay un interés y necesidad de desfloculantes y/o diluyentes que puedan trabajar efectivamente en intervalos de pH más bajos de alrededor de 8 hasta alrededor de 8.5, en lodos basados en agua 'dulce y agua salada, y .a temperaturas más altas' que se extienden -haciá arriba hasta alrededor de 232°C (450°F), mientras que también son ambientalmente compatibles. | SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona métodos mejorados de perforación de pozo de perforación en . formaciones subterráneas que ' emplean lodos basados en agua y composiciones para usar en tales métodos. Cómo se usa en la presente, el término "perforación" o "perforaciones de pozo de perforación" se entenderán en el sentido más amplio de perforación u operaciones de pozo de perforación, para incluir introducción de tubería de revestimiento y cementación asi como perforación, a menos que; específicamente se indique de otra manera. ; En un aspecto, la presente invención, proporciona un fluido de perforación para perforar un pozo jen una formación subterránea que comprende: una base acuosa; y un aditivo que comprende un copolímero acrílico que tiene un bajo peso molecular y una alta densidad de carga aniónica, en donde el aditivo se presenta en una cantidad tal que el copolímero imparte al menos una '· propiedad seleccionada del grupo que consiste de: adelgazamiento del fluido; control de filtración; y dispersión y-, desfloculáción ' de sólidos de perforación durante la perforación, cuando a temperaturas que varían desde 177°C hasta 232°C (350°F hasta; 450°F) y un pH que varía desde 8 hasta 10.5.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un método que comprende agregar a un fluido de perforación un aditivo que comprende un copolímero acrílico que tiene un bajo peso molecular y una alta densidad de carga aniónica. El método puede ser un método de adelgazamiento; de un. fluido de perforación de base acuosa para usar en una operación de perforación en una formación subterránea . El ¡método puede ser un método para dispersar o desflqcular sólidos de perforación en un fluido de perforación de base acuosa durante la perforación de un pozo en una formación subterránea.

En otro aspecto dé la presente invención1, se proporciona un método para llevar a cabo una operación de perforación en ¦ ' i una formación subterránea que tiené formaciones sensibles al agua y temperaturas superiores á 177°C (35Q°F) , tal método comprende: proporcionar un fluido de perforación de base acuosa disuelto o dispersado con un aditivo que comprende un copolimero acrilico . sulfonado que tiené una estructura multipolimero de lignosülfonato híbrido/in erto que contiene grupos funcionales de. carboxilato y sulfonató con cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas a un material de lignosülfonato base, en donde el copolimero tiene un peso molecular en el intervalo de alrededor de 4000 hasta alrededor de 10,000, y tiene una alta densidad de carga aniónica; y perforación con el fluido de perforación en la formación subterránea.

En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para dispersar o desflocular sólidos de perforación I en un fluido de perforación de base acuosa durante la perforación de un pozo en una formación subterránea, que comprende agregar; al fluido de perforación un aditivo que comprende un copolimero acrilico que tiené un bajo peso molecular y una alta densidad de carga aniónica.

En otro aspecto de. la presente invención se proporciona un método de adelgazamiento de un fluido dé perforación de base acuosa para usar en una operación . de perforación en una formación subterránea, que comprende agregar al fluido de perforación un aditivo que comprende un copólimero acrilico que tiene un bajo peso molecular y una alta densidad de carga aniónica . 1 Preferiblemente, el copólimero comprende un multipolimero de lignosulfonato híbrido/injerto,- que contiene grupos funcionales de carboxilato y sulfonato, con cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas a un material de lignosulfonato . base. - Prefeiriblemente, ¦ . el copólimero tiene un peso molecular de 5,000 hasta 10,000, preferiblemente el peso molecular de 4,000 hasta 8,000.

Preferiblemente, el aditivo es un · diluyente, un desfloculante o un dispersante. La base acuosa es agua dulce, salmuera o agua salada. El fluido no contierie cromo u otros metales pesados. El copólimero comprende un multipolimero de lignosulfonato híbrido/injerto, que contiene grupos funcionales de carboxilato y sulfonato, · con cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas á un material de lignosulfonato base.' Preferiblemente, el aditivo proporciona control de filtración. El. aditivo también . proporciona control de reología a temperaturas en el intervalo de 177°C hasta' 232 °.C (350°F hasta 400°F). Preferiblemente, el pH :de'l fluido está en el intervalo de 8.0 hasta 10.5. El copolímero aumenta la estabilidad reológica , del fluido de perforación en la presencia de contaminantes de fluido.

En una modalidad preferida la operación de perforación es perforar un pozo de perforación, completar un pozo de perforación, introducir tubería de revestimiento y cementación de un pozo de perforación, o estabilización del pozo de perforación. La operación de pejrforación puede comprende perforación a través de al menos una zona de producción en tal formación. .

Los fluidos de perforación de la' invención comprenden una base acuosa : y un .diluyente/dispersante soluble en agua que comprende un copolímero acrílico de bajó peso molecular (en el intervalo de alrededor de 1,000 hasta alrededor de 15,000) con alta . densidad de carga aniónica. En una modalidad, el diluyente/dispersante comprende ¦ un polímero sulfonado que tiene un peso molecular de 5000 hasta 10,000. En otra modalidad, el diluyente/dispersante' comprende un polímero sulfonado que tiene un peso molecular de 4,000 hasta 8,000. La química de polímero para ambas de estas modalidades es la de un multipolímero de lignosulfonato .híbrido/injerto, que contiene ambos grupos funcionales de carboxilato y sulfonato, donde las. cadenas laterales . de polímero sintético se cultivan covalentemente fuera de un material de lignosulfonato base.

Este diluyente/dispersante para usar én la invención tiene la flexibilidad de. utilidad con, y solubilidad en, . una base dé fluido de perforación de agua dulce, ¡asi como un una base de fluido de perforación de agua salada !( salmuera) , y es efectiva incluso a un pH casi neutro de alrededor de 8.0 hasta alrededor .de 8.5, mientras que todavía ¡es. efectivo a un pH. mayor, hasta alrededor de 10.5. Por ¡otra parte, el diluyente/dispersante se puede usar en forma sólida o líquida . ¡ .

Los fluidos de perforación de la invención proporcionan una ventaja sobre los fluidos que emplean diluyentes de lignosulfonato del arte - previo en . que los! fluidos dé. la invención mantienen reología satisfactoria para perforar a temperaturas tan altas como 204°C hasta 232'°C (400°F hasta 450°F) mientras que también son útiles a bajas temperaturas, incluyendo temperaturas que se acercan, tan bajas como 4.4°C (40°F) . Por . otra . parte, el diluyente/dispersante usado en la presente invención no contiene cromo, comúnmente usado con diluyentes de lignosulfonato del arte previo,¡ y por lo tanto la presente invención es más amigable con el medio ambiente o compatible que tal arte previo.

Los métodos de la invención incluyen un método de perforación de un pozo de perforación en una formación subterránea que emplea un fluido de- perforación de base acuosa que comprende el diluyente/dispersante discutido anteriormente y un método' de adelgazamiento ? dispersión de un fluido de perforación basado en agua que usa tal diluyente/dispersante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1. es una gráfica que compara el limite de elasticidad contra concentración dispersante de dos diferentes diluyentes/dispersantes de la invención con un ferro-cromo, diluyente de lignosulfonato, en¦ una agua salada de yeso, 63 Kg/m3 (22 lb/bbl) AQUAGEL, que contiene 188. Kg/m3 (66 lb/bbl) Rev Dust, laminado en caliente en 65.5°C (150°F), con un pH en el intervalo de 9.2 hasta 10.

La Figura 2 es una. gráfica que compara el limite de elasticidad contra . la concentración de : dos diferentes diluyentes/dispersantes de la invención con ! un ferro-cromo, diluyente de lignosulfonato, en agua dulce que. contiene 188 Kg/m3 (66 lb/bbl) Rev Dust y 63 Kg/m3 .(22i lb/bbl) Mezcla espesa de Bentonita,' laminado en caliente en ;149°C (300°F).

La Figura 3 es una gráfica que compara el limite de elasticidad contra pH de dos diferentes diluyentes/dispersantes de la invención con ; un diluyente de lignosulfonato ferro-cromo en una concentración de 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) en agua dulce que contiene 188 Kg/m3 (66 lb/bbl) Rev Dust y 63 Kg/m3 (22 lb/bbl) Mezcla espesa de Bentonita, laminado en caliente' en 149°C (30.0°F) .

" I · La Figura 4 es una gráfica que compara ía fuerza de gel contra pH de dos diferentes diluyentes/dispersantes de la invención con un diluyente de lignosulfónato ferro-cromo y un diluyente de lignosulfonato libre . de I cromo en una concentración de 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) en: un fluido de perforación de agua dulce, laminado en caliente en 149°C (300°F) . - i La Figura 5 es una gráfica de barras que correlaciona peso molecular promedio de diluyentes/dispersantes hasta el limite de elasticidad de mezcla . espesa de bentonita tratada con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) diluyentes/dispersantes, laminado en caliente en 149°C (300°F) . . i La Figura 6 es una gráfica de · -barras; que compara el limite de elasticidad de las muestras de un fluido de perforación basado en agua 16 ppg que no tiene diluyente, que tiene 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) (100% activo) ¦ diluyente de lignosulfonato ferro-cromo, y que tiene dos diferentes 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) (100% activo) diluyentes/dispersantes de la invención, laminado en caliente en 149°C (300°F) .

La Figura 7 es una gráfica de barras: que compara el limite de elasticidad de las muestras de un fluido de perforación basado en agua 14 ppg que no tiene diluyente, que tiene 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) (100% activo) ferro-cromo diluyente de lignosulfonato.,. y que tiene dos diferentes 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) (100% activo) diluyentes/dispersantes de la invención, laminado en caliente en- 149°.C (300°F) ,. y laminado en caliente en .204 °C ( 00 °"F) .

La Figura 8 es una gráfica de barras , que compara el filtrado API relativo de 1.7 Kg/1 (14 lb/gal) fluido de perforación basado en agua dulce tratado con ya sea con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl). (100% fonato '. ... ferro-cromo o con dos (100% activo) diluyentes/dispersantes de. la invención. j La Figura 9 es una gráfica de barras ,que compara las propiedades de " control de filtración de un diluyente/dispersante de la invención con un lignosulfonato ferro-cromo . .¦ . ' .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En métodos, de la presente invención, l perforación de formaciones hidratables costa afuera y de esquistos puede ser llevada a cabo con un fluido de perforación de base acuosa que proporciona control de reologia y mantiene la estabilidad de pozo de. perforación aún cuando el pozo de perforación penetra esmectitas, ilitas, y arcillas de capa mezclada y aún . · ' i cuando las temperaturas de pozo- de exceden alrededor de 177°C (350°F) y aproximación de ¡ temperaturas de alrededor de 204 °C (4Ú0°F) o mayores.. ! ·.' La presente . invención . - proporciona diluyentes/dispersantes que imparten ' · adelgazamiento de fluidos de perforación basados en agua o sistemas de lodo comparables a, o, mejor que desfloculantes dé lignosulfonato y/o diluyerttes del arte previo . mientras que efectúa tal adelgazamiento en concentración más baja¡, ·. y pH menos cáustico, a saber alrededor de 8.0 ¦ hasta 8.5, que con desfloculantes de lignosulfonato y/o diluy!entes del' arte previo. Por otra parte, tales diluyentes/desfloculantes de o para usar en la invención tienen . la ventiaja de que no contienen elementos del grupo de transición (ésto es, metales pesados tal como cromo, y cadmio) y se cree- que son más í amigables con el . medio . ambiente que desflóculkntes/diluyentes del arte previo que contienen tales metales pesados. Además, I los diluyentes/dispersantes son efectivos en adelgazamiento de. lodos basados en agua o dispersión de partículas sólidas en lodos basados en agua en temperaturas altas y. sobre un intervalo de pH relativamente alto' (desde alrededor de 8.0 hasta alrededor de 10.5), y son tolerantes ele contaminantes I tal como cemento, anhidrita y sodio, así como sólidos de perforación . : Los diluyentes/dispersantes - para usar 'en la invención comprenden un, copolímero acrílico de bajo molecular con alta densidad de carga aniónica. En unaj modalidad, el diluyente/dispersante comprende un polímeró sulfonado que tiene un peso molecular de 5000 hasta 10,000.· En otra modalidad, el ¦ diluyente/dispersante comprende un polímero sulfonado que tiene un peso molecular de 4,000 hasta 8,000.

La química de polímero para ambas de estas modalidades es que i de un multipolímero de lignosulfonato híbrido/injerto, que contienen ambos grupos funcionales de ¡ carboxilato y sulfonato, donde las .cadenas laterales de polímero sintético I se cultivan covalentemente fuera de un material de lignosulfonato base.. . ¦ . ! Los diluyentes/dispersantes para usar tienen una alta eficacia de adelgazamiento el efecto floculante d electrolitos (sal) enj fluidos basados en agua aún a temperaturas tan altas, como ¡204 °C (400°F) . o mayores. El efecto de adelgazamiento de diluyentes/dispersantes y/o desfloculación en¡ fluidos basados en agua salada y en fluidos basados en. agua dulce y se creen útiles y fácilmente solubles en cualquier lodo basado en agua adecuado para usar en perforación u operacibnes de pozo en una formación subterránea, particularmente para el descubrimiento y/o recuperación de aceite ¡y/o gas. Tales lodos no deben contener cromo . (u otros metales pesados similares) y más preferiblemente tendrán un pH de alrededor de 8.0 hasta alrededor de 8.5, aunque los diluyentes/dispersantes de o para usar en la invención proporcionarán adelgazamiento y/o desfloculación durante un intervalo de pH de alrededor de 8.0 hasta alrededor de 10.5.

En una modalidad, . el fluido de perforación de la presente invención comprende el diluyente1 o dispersante anterior en una cantidad que adelgaza él fluido de perforación particular según sea necesario para perforar. El fluido de ' perforación mantiene reologia y control de filtración con una cantidad significativamente menor, esto es, concentración menor, de diluyente/dispersante de la invención que se usa típicamente cuando, diluyentes, dispersantes o desfloculantes del arte previo ' se usan..

En un método de la' presente invención ¡ de perforar un pozo de perforación en una formación subterránea, se usa un fluido de perforación basado en agua, de la invención que contiene un diluyente o dispersante de la invención. En una modalidad, el diluyente o dispersante se proporciona con un ambiente de 'pH.de alrededor de 8.0 hasta alrededor de 8.5. En otra modalidad, el pH puede ser tan alto como 10.5 o de otra manera en. el intervalo de 8.0 hasta 10.5. En una modalidad, el fluido de perforación tiene uná base' de¡ salmuera, y en otra modalidad, el fluido de perforación tiene una base de agua dulce. La formación subterránea puede tener una temperatura tan baja como 4.4°C ( 0°F), tan ¡alta como 204°C (400°F), o una cierta temperatura- mientras tanto.

. Los siguientes experimentos y ejemplos son ilustrativos de las ventajas de, la invención. j Experimentos Las muestras de fluido de perforación se¦ prepararon de acuerdo con los procedimientos de prueba en API 13J, conocidos por las personas de experiencia ordinaria en la técnica, e incorporan en la presente como referencia. Generalmente, 350 mi de muestras de fluido dé perforación se prepararon y cortaron en un multi-mezclador por 60 minutos y luego laminaron en un horno en la temperatura de prueba. La mezcla espesa de bentonita se mezcló de 1 acuerdo con el 1 Procedimiento de Prueba Estándar de Laboratorio de Garantía I de Calidad para Eficacia de Adelgazamiento dé Lignosulfonatos Fe/Cr (STP 17.01.002.01), incorporado en l;a presente como referencia. Un Fann 35A de Fann Instruments se usó para las mediciones de reología. Un medidor de pH modelo 420A+ de Thermo Orion se usó para las determinaciones de pH . Un Zetasizer Nano Series de Malvern Instruments se usó para determinar los potenciales zeta, de los diluyentes/dispersantes . El potencial zeta de los diluyentes/dispersantes se determinó | al preparar concentraciones conocidas de los diluyentes/dispersantes en solución amortiguadora de etanolamina a pH 9.4. El potencial zeta se midió a 25V y 25°C usando la instrumentación Zetasizer.

La eficacia de adelgazamiento ·. de los diluyentes/dispersantes sé calculó como sigue: Eficacia de adelgazamiento = ((Lodo de Control YP - Lodo de Prueba YP) / (Lodo de Control YP - YP QUIK-THIN®) ) X 100 donde el Lodo de Control, el Lodo de Prueba y el lodo de diluyente QUIK-THIN® todos tenían la misma · composición excepto que el Lodo de Control no, tenía diluyente agregado a ello, el Lodo de Prueba tenía un diluyente de prueba agregado a ello, y el lodo de diluyente QUIK-THIN® ; tenía- diluyente QUIK-THIN® agregado a ello. El diluyente QUIK-THIN® es un lignosulfonato ferro-cromo comercialmente : disponible de Halliburton Energy Services, Inc. en .Houston, Texas' y Duncan, Oklahoma, que ayuda a controlar propiedades , reológicas y de filtración de fluidos de perforación basados en agua y se pueden usar para mantener dispersados fluidois dé perforación basados en agua. YP es una abreviatura paira el límite de elasticidad.

Una mezcla espesa de Bentonita 63 Kg/m3 (221b/bbl) , cortada en Yeso/Agua . salada, se trató separadamente con diluyente QUIK-THIN®, y dos diluyentes/dispersantes de la invención en diversas concentraciones y luego enrolló a 66°C (150°F) por 16 horas, para pruebas de separación por exclusión iniciales. Las Tablas 1 y 2 .describen las propiedades reológicas medidas con un Fann 35A. para tratamientos de tres lb/bbl y cinco lb/bbl de los diluyentes/dispersantes. La Eficiencia de Adelgazamiento (TE)- correspondiente se calculó de la ecuación anterior. Como se puede ver en las Tablas 1 y 2, no únicamente los diluyentes/dispersantes de la invención comparan bien con el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo, pero la Eficacia de Adelgazamiento, de los diluyentes/dispersantes incrementan con una disminución en la cantidad de diluyente usado relativo al diluyente de sulfonato ferro-ligno. Esto es particularmente significativo ya que los ferro-lignosulfonatos, y particularmente diluyente QUICK-THIN®, son importantes dispersantes del arte previo para partículas de arcilla en agua salada.

La tendencia del efecto de los diluyentes/dispersantes en el limite de elasticidad (YP) de la mezcla espesa de bentonita de agua, salada se muestra en. la Figura 1." Bajo las condiciones probadas, los dos diluyentes/dispersantes de la invención muestran. una concentración de adelgazamiento óptimo en alrededor de 9 Kg/m3 (3 lb/bbl) . Esto es una indicación de i la eficacia de los diluyentes/dispersantes de 1 la invención en prevenir la reducción de las fuerzas.de repulsión por los I electrolitos y permitir a las partículas de arcilla dispersarse en concentraciones más bajas de; los diluyentes que con ligno.sulfo.natos ferro-cromo. i Una prueba similar se realizó en la mezcla espesa de bentonita en agua dulce. Una vez más, los resultados fueron muy satisfactorios para los diluyentes/dispersantes de la invención. En comparación con el lignosulfonato . ferro-cromo, los diluyentes/dispersantes de la invención fueron efectivos en adelgazar la mezcla espesa en concentraciones- más bajas. La Figura 2 muestra' 'el limit.e de elasticidad de los diluyentes/dispersantes en diversas concentraciones después de laminar la muestra en 149°C (300°F) por 16 ;horas..

Con objeto de actuar como buenos desfloculantes en ya sea diluyentes de lignosulfonato de agua dulce p ¦ de .agua salada, se requiere alguna sosa cáustica para- llevar el pH del fluido en el intervalo de 8.5 - 10. En este nivel de pH se cree, sin desear que se limite por la teoría, que la mayoría de las funcionalidades ¦ ácidas se desprotonan para incrementar la densidad de carga aniónica. Po lo tanto, el efecto del pH en. los diluyentes/dispersantes de la invención se. evaluó con respecto a los diluyentes de lignosulfonato . i ' La mezcla espesa de bentonita que contiene 255 Kg/m3 (66 lb/bbl) de material sólido perforado en agua dulce se preparó y las muestras se trataron con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) de diluyente QÜIK-THIN®, diluyente ENVIRO-THIN™ o un diluyente/dispersante de la invención y luego laminaron por 16 horas a 149°C (300°F)-. Después de eso, cada una de las muestras de fluido tratadas se probó por el limite de elasticidad y fuerzas del gel mientras -que el pH se varió. Los resultados del limite de elasticidad y fuerza de gel se trazaron frente al pH como se muestra en las Figuras 3 y . Los valores del limite de elasticidad de las muestras con los diluyentes/dispersantes de la invención fueron todos menores que los valores del limite de elasticidad de las muestras con los diluyentes de . lignosulfonato por el intervalo de pH probado. Los resultados muestran que el efecto de adelgazamiento de lignosulfonato es más dependiente de pH que el efecto de adelgazamiento con los diluyentes/dispersantes de la invención. · ¦ ¦ Ya que los diluyentes adsorben en los bordes de las partículas de arcilla para mantener una capa; doble eléctrica y fortalecen las fuerzas de repulsión, el tamaño de la capa doble que resulta dependerá de la densidad d^ carga aniónica del diluyente. El potencial zeta no disminuirá ya que la capacidad de tolerancia del electrolito incrementará con incremento en la densidad de carga.

Los potenciales zeta y la movilidad eléctroforática de los diluyentes/dispersantes de la invención se midieron y los resultados se muestran en la Tabla 3 en ' comparación con el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo .. Los potenciales zeta de los diluyentes/dispersantes de la invención comparados favorablemente con el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo, que es indicativo de porque los diluyentes/dispersantes realizados bien en la mezcla espesa de bentonita de agua salada, y potencial zeta se pueden correlacionar con la densidad de carga. : El lignosulfonato que resulta ' de licor de sulfito gastado contiene ^polímeros que tienen- diferentes grados de sulfonación y diversos pesos moleculares que varían desde 1, 000 hasta 20,000.- Es mucho más fácil, controlar el peso molecular de un polímero sintético, tal como el diluyente/dispersante de la invención. Para investigar el efecto de peso molecular en la eficacia de diluyentes/dispersantes de la invención ' cuatro más diluyentes/dispersantes sustancialmente similares en estructura y función a Diluyente/Dispersante A de la invención (y a Diluyente/Dispersante B de la invención, que por si mismo es. sustancialmente similar en estructura y función a Diluyente/Dispersante A) , ·' excepto en peso molecular, se prepararon, agregaron a mezcla espesa de bentonita, y limite de elasticidad medido. El peso molecular de cada muestra de polímero se midió en el Zetasizer (usando una solución acuosa de cada diluyente/dispersánte) . La Figura 5 muestra la correlación del peso promedio de ; estos polímeros y el límite de elasticidad de la mezcla espesa de bentonita, tratada con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) de cada polímero, y laminada por 16 horas a 149°C (300°F) . Estos datos muestran que el poder desfloculante de los diluyentes/dispersantes tiene una relación directa' . con el peso¦ molecular , de los diluyentes/dispersantes. El límite de elasticidad de la mezcla espesa incrementada con ' el incremento ' de peso molecular de los diluyentes/dispersantes> para estos ejemplos. La disminución en el efecto de adelgazamiento con incremento de peso molecular es debido a la disminución en la densidad de carga si el peso molecular se - incrementa sin incrementar ' las porciones aniónicas correspondientes .

Las evaluaciones de las eficiencias de adelgazamiento de diluyentes/dispers.antes como se discutió anteriormente no es suficiente para determinar si el diluyente/dispersante será un diluyente eficiente y efectivo cuando se usa en' un fluido de perforación o que el fluido de perforación será efectivo con tal diluyente. Por lo tanto, diversas muestras de fluido de perforación basado en agua' (lodo) de ¡ laboratorio se mezclaron y usaron para evaluar la eficacia de los diluyentes/dispersantes de la invención en el uso de fluidos de perforación y la eficacia global de ¡los fluidos de perforación con estos diluyentes/dispersantes.

Un barril del laboratorio de cada muestra de lodo se mezcló en el Multi-mezclador Hamilton Beach por 60 minutos de acuerdo con las formulaciones contenidas en! las Tablas 4-9 correspondientes abajo. Los diluyentes' (en fórma liquida) se agregaron a las muestras de lodo en un nivel' 100% .activo relativo a los diluyentes (en forma sólida).- Las muestras se presurizaron en las celdas- de lodo y laminaro!n por 16 horas a las temperaturas indicadas en las tablas para cada lodo. Además de diluyente . QUIK-THIN®, un lignosulfonato ferro-cromo, los siguientes productos de marca se usan en las tablas. ' abajo: biocida .ALDACIDE® G; viscosif'icante AQUAGEL®, una bentonita de sodio Wyoming de calidad superior, finamente molida que cumple con el requisito de : la sección 9, Especificación 13A del Instituto- Americano del Petróleo (API);, viscosificante AQUAGEL GOLD SEAL®, una bentonita de sodio Wyoming de alto rendimiento, superior,1 en polvo seco, malla 200 que no contiene aditivos de polímero ó tratamientos químicos de cualquier clase; viscosificante BARAZAN® D PLUS, un polímero de goma de Xantano en polvo, de calidad superior; material de carga BAROID®, una Barita de tierra que cumple con el requisito de la sección 7 de la Especificación 13A API; diluyente ENVIRO-THIN™, un lignosulfonato, de hierro modificado que no contiene cromo u otros metales pesados; y agente de control, de filtración FILTER-CHEK™! Todos de estos productos de marca están disponibles, de Halliburton Energy Services, Inc. en Houston, Texas y Duncan, Oklahoma.

I La Figura 6 representa el limite de elasticidad de las muestras de lodo 45 Kg/m3 (16 lb/gal) tratadas con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) de un diluyente/dispersante de la invención en comparación con un diluyente de lignosulfonato ferro-cromo a 149°C (300°F) . El efecto de ' adelgazamiento de . todos de los diluyentes variados con pH pero, los diluyentes/dispersantes de la invención reducen el limite de elasticidad menor que el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo (ver Tabla 4).

La eficiencia de adelgazamiento de los diluyentes/dispersantes se evaluó en un lodo 40 Kg/m3 (14 lb/gal) que tiene¦ 10% sólidos' de perforación (Polvo Rev) y una alta concentración de bentonita. Todas las muestras de lodo se trataron con un diluyente/dispersante 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) en nivel 100% activo. Las muestras de lodo se laminaron a 149°C (300°F) y '20 °C . ( 400° F) por 16 horas. Los valores del limite de elasticidad de las muestras de lodo se muestran en la Figura 7 (ver también Tablas 5: y 6) . El limite de elasticidad del lodo que contiene el . diluyente de lignosulfonato disminuye comparado con el lodo base no tratado, pero los valores de límite de elasticidad de las muestras de lodo con los diluyentes/dispersantes de la invención son mucho menores que los valores del límite de elasticidad del lodo que contiene ' el diluyente de lignosulfonato. El incremento en temperatura ; a 204°C (400°F) resulta en incremento significativo en los valores del límite de elasticidad de las muestras de lodo de lignosulfonato mientras que los valores del límite de elasticidad de lodos con los diluyentes/dispersantes de la ' invención mínimamente incrementan. Esta observación demuestra las1 ventajas de la presente invención a temperaturas, altas por arriba de 177 °C (350°F) .

El efecto de , diluyentes/dispersantes . de , la invención en el control de filtración de los sistemas de fluido se evaluó también y comparó con el efecto/ de ¦ diluyentes de lignosulfonato en tales sistemas. Cuatro muestras de lodo 40 Kg/m3 (14 lb/gal). y 37. Kg/m3 (13. lb/gal) | se hicieron y trataron con 14 Kg/m3 (5 lb/bbl) de los. diluyentes, y rodaron a 204°C (300°F) por 16 horas. El pH de los fluidos se ajustó con solución de hidróxido de sodio al 50% hasta 9.3 - 9.8. Los resultados obtenidos de . la prueba de filtración API se representan en la Figura 8 para el filtrado de la muestra ' después de 30 minutos. Los diluyentes/dispersantes de la invención tenían valores de filtrado alrédedor de 50% menor i ¦ que el . diluyente. de lignosulfonato ferro-cromo.. (ver Tablas 7 y 8). Esta observación demuestra otra ventaja de la presente invención.

Las Pruebas . adicionales se llevaron; a cabo ¦ para determinar la cantidad más baja de Diluyente/Dispersante B de la invención que. darla resultados' de control de filtración comparables con el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo. Un lodo de 40 Kg/m3 . (14 lb/gal) se mezcló y trató con diferentes concentraciones de Diluyente/Dispersante B y el diluyente de lignosulfonato ferro-cromo, laminado a 1.49 °C (300°F), y probado para ambos controles de filtración API y HPHT (temperatura alta presión alta)-. A la . mitad de la concentración del diluyente de lignosulfonato ferro-cromo, el Diluyente/Dispersante B de la invención producirla la misma cantidad de efecto de adelgazamiento como el lignosulfonato ferro-cromo. Además, únicamente 50% del Diluyente/Dispersante B dé la invención se necesitó para producir la misma cantidad de filtrado, proporcionó lo mismo o comparable control de filtración, como el lignosulfonato ferro-cromo. · Estos resultados de filtración comparativa se representan en la Figura 9 y la Tabla 9. ' Las pruebas anteriores . demuestran que diiuyente/dispersantes de la presente invención reducen la viscosidad y fuerza de gel de fluidos de perforación de base acuosa gruesos así como o mejor que los mejores diluyentes de lignosulfonato y tales fluidos de perforación de la presente invención tienen energía desfloculante alta' y son más tolerantes a la sal y estables a temperaturas altas que fluidos comparables diluidos con diluyentes de lignosulfonato . : Como se indicó anteriormente, las ventajas de los métodos de la invención se pueden obtener; al emplear un fluido de perforación de la invención, ¡que incluye el diluyente/desfloculante de la invención,, en operaciones de perforación. Las operaciones de perforaci(5n> ya sea la perforación de un pozo vertical o direccionál u horizontal, efectuar un barrido, o introducir tubería de; revestimiento y cementación se puede llevar a cabo como se; conoce por los expertos en la técnica con otros fluidos de perforación. Esto es, un fluido de perforación de la invención se prepara u obtiene y circula a través de un. pozo de perforación como el pozo de perforación que se perfora (o barrido o cementado y revestido) para facilitar la operación de perforación. El fluido de perforación remueve recortes de ' perforación del pozo de perforación, enfría y lubrica la barrena, ayuda en el soporte del tubo de perforación y barrena, y proporciona una cabeza hidrostática para mantener la integridad de las paredes de pozo de perforación y · prevenir explosiones de pozos. La formulación específica del fluido de perforación de acuerdo con la presente invención se optimiza por la operación de perforación particular y por las' características y. condiciones de la formación subterránea ¡particular (tal como temperaturas) . Por ejemplo, el :fluido! se carga como apropiado para las presiones de- formación y diluyen como apropiadas para las temperaturas de formación i La descripción de la invención precedente se pretende que sea una descripción de las' modalidades preferidas. Diversos cambios en los detalles, de los fluidos descritos y métodos de uso se pueden hacer sin apartarse del alcance previsto de esta invención como. se define ' por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (28)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente' invención, ' se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un fluido de perforación para perforar un pozo en una formación subterránea caracterizado porque comprende: una base acuosa; y un aditivo que comprende un cop.olimero acrilico que tiene un bajo peso molecular y una alta densidad de carga aniónica, ' \ ¦ en donde el aditivo se presenta en una cantidad tal que el cop.olimero imparte al menos una propiedad seleccionada del grupo que consiste, de: adelgazamiento del fluido; control de filtración; y dispersión y desfloculación dé los sólidos de perforación durante la perforación, cuando a .temperaturas que varían desde 177°C hasta 232°C (350°F hasta; 450°F) y un pH que varia desde 8 hasta 10.5..

2. El fluido . de perforación de. conformidad con la reivindicación 1,. caracterizado porque el copolímero comprende un mulfipolímero de lignosulfonato híbrido/injerto, que contiene grupos funcionales de carboxilato y sulfonato, con ' cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas a un material de lignosulfonato base. ¡

3. El fluido de perforación de ' conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el copolimero tiene un pese molecular en el intervalo de. 5, 000 hasta 10, 000.

4. El fluido de perforación de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el copolimero tiene un peso- molecular en el intervalo- de , 000 ' hasta ¡ 8, 000.

5. El fluido de perforación de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones1 precedentes, caracterizado porque el aditivo es un diluyente.

6. El fluido de perforación de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque el aditivo es un desfloculante o dispersante.

7. El fluido de perforación de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado porque la base acuosa es agua dulce.

8.. El fluido dé perforación de' conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 1 hasta '6, caracterizado porque la base acuosa es salmuera o agua salada.

9. El fluido de perforación de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido no contiene cromo u otros metales pesados.

10. Un método¦ caracterizado porque comprende agregar a un fluido de perforación un aditivo que comprende un copolimero acrilico que tiene un bajo peso 'molecular y una alta densidad de carga aniónica.

11. Un método de conformidad con la- reivindicación 10, caracterizado porque el método es un método de adelgazamiento de un fluido de perforación de base acuosa para usar en una operación de perforación en una formación subterránea.

12. Un método de conformidad con' la reivindicación 10, caracterizado porque el método es un método para dispersar o desflocular sólidos de perforación en ; un fluido de perforación de base acuosa durante la perforación de. un pozo en una formación subterránea. 1

13. El método de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 12, caracterizado porque el copolimero comprende un multipolimero de: lignosulfonato híbrido/injerto, que contiene grupos 'funcionales de carboxilato y sulfonat'o, con cadenas laterales de polímero sintético covalentemente ligadas a un material de lignosulfonato base.

14. El método de conformidad con una de; cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 13, caracterizado porque el polímero tiene un peso molecular en el intervalo de 1000 hasta 15,000.

15. El método de conformidad con una de i cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 14, caracterizado porque el copolimero tiene un peso molecular de 5000 hasta 10,000.

16. El método de conformidad con una. de1 cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 15, caracterizado porque el copolimero tiene un peso molecular de 4,000 hasta 8,000.

17. El método de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 16, caracterizado porque la base acuosa es salmuera o agua salada.

18. El método de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 16, caracterizado porque la base acuosa es agua dulce.. i

19. El método de conformidad; con una' dej cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 18, caracterizado porque el fluido no contiene cromo u otros metales pesados.

20.· El método de conformidad con una de¡ cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 19, caracterizado porque el aditivo también proporciona control de filtración. 21. El método de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 20,- caracterizado porque el aditivo proporciona control de reologia a. temperaturas en el intervalo de 177°C hasta 232°C (350°F hasta 400°F).

21. El método de' conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 10 hasta 20, caracterizado .porque el pH del fluido-.éstá en el intervalo de 8.0 hasta 10 -

22. Un método para llevar a cabo una operación de perforación en una formación. subterránea que tiene formaciones sensibles al agua y temperaturas superiores a 177°C (350°F) , el método caracterizado porque, comprende: proporcionar un fluido de perforación , de base acuosa diluido o dispersado cón un aditivo que comprende un copolimero acrilico sµlfonado que tiene una estructura de multipolimero de lignosulfonato híbrido/injerto que contiene grupos funcionales de carboxilato y sulfonato con cadenas laterales de polímero -sintético covalentemente ligadas a un material de lignosulfonato base, en donde el copolimero tiene un peso molecular en el intervalo.de alrededor de 4000 hasta alrededor de 10,0-00, y tiene una alta densidad de carga aniónica; y , perforar con el · fluido de perforación < en la formación subterránea. i .

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el fluido' de perforación tiene un pH en el intervalo de alrededor de 8.0 hasta alrededor de 10.5 y el copolimero aumenta la' estabilidad reológica del fluido de perforación en la presencia de contaminantes de fluido.

24. El método de conformidad con la reivindicación 22 o 23, caracterizado porque la operación de perforación es perforar un pozo de perforación.

25. El método de conformidad con una de¡ cualesquiera de las reivindicaciones 22 hasta 24, caracterizado porque la operación de perforación- comprende 'perforar; a través de al menos una zona de producción en tal formación.

26. El método de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque la operación de perforación es terminar un pozo de perforación.

27. El método de conformidad con una de: cualesquiera de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque la operación de perforación comprende introducir tubería de revestimiento y cementación de un pozo de perforación.

28. El método de conformidad con una de; cualesquiera de las . reivindicaciones 22· o 23, caracterizado porque la operación de perforación comprende estabilización del pozo de perforación.