MX2014003903A

MX2014003903A - Composiciones desespumantes.

Info

Publication number: MX2014003903A
Application number: MX2014003903A
Authority: MX
Inventors: H Mahmoudkhani Amir; Luciana Bava; E Wilson Robert
Original assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-07-22
Also published as: WO2013049506A1; GB2552631B; GB2556597B; GB201715722D0; CA2850523A1; GB2552631A; RU2611504C2; GB2556597A; CA2850523C; RU2014116102A; GB201407504D0; MX362407B; NO20140547A1; BR112014007820A2; SA112330890B1; GB201802605D0; GB2511658B; GB2511658A

Abstract

Las composiciones de cemento y los procesos para reducir el ingreso de aire en una composición de cemento en general incluyen mezclar un cemento hidráulico con una composición desespumante que incluye uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno y una mezcla de los mismos. Las composiciones pueden comprender además un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

Description

COMPOSICIONES DESESPUMANTES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente descripción en general se relaciona con composiciones desespumantes y métodos para reducir el ingreso de aire en los fluidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION A nivel mundial, se estima que 1.8 mil millones de toneladas de cemento Portland se producen anualmente haciendo que éste sea uno de los productos industriales utilizados más ampliamente en la tierra. El concreto y otros materiales a base de cemento definen un componente principal de los materiales utilizados en aplicaciones de ingeniería civil, tales como edificios, puentes, carreteras y otras infraestructuras de transporte, así como construcciones subterráneas, tales como la cementación de un sondeo.

La cementación primaria es el proceso de colocar cemento en la corona circular entre la tubería de revestimiento y las formaciones expuestas hacia el sondeo. Debido a su inicio en 1903, el objetivo principal de la cementación primaria siempre ha sido proporcionar un aislamiento zonal en los pozos petroleros, gasíferos y de agua. Para alcanzar este objetivo, se debe crear un sello hidráulico entre la tubería de revestimiento y el cemento y entre el cemento y las formaciones, mientras que al mismo tiempo evitar canales de fluido en el revestimiento de cemento. Las compañías para servicios de cementación de petróleo y gas han introducido diversos aditivos químicos para alcanzar y mejorar las propiedades deseadas de las suspensiones de cemento. Muchos de estos aditivos del cemento pueden provocar que la suspensión forme espuma durante el mezclado. La espumación excesiva de la suspensión puede tener diversas consecuencias no deseadas. Puede dar por resultado en gelificación de la suspensión, y se puede presentar pérdida de la presión hidráulica durante el bombeo a causa de la cavitación en el sistema de mezclado. Además, el ingreso de aire puede provocar densidades no deseadas de la suspensión que se bombeará hacia el fondo del pozo según se mide la densidad en la superficie será diferente de la densidad real en el fondo del pozo lo que aumenta el riesgo de formación de daños.

Durante el mezclado de la suspensión, se utiliza un densitómetro o medidor de flujo de masa para ayudar a los operadores del campo en la proporción de los ingredientes de sólido y líquido. El aire está presente en la suspensión en la superficie, la densidad del sistema "cemento + agua + aire" se mide mediante el densitómetro. Debido a que el aire se comprime en el fondo del pozo, la densidad de la suspensión verdadera en el fondo del pozo es mayor que la densidad en la superficie medida que puede dañar la formación. Por lo general se agregan agentes antiespumantes o desespumantes a la mezcla de agua o combinados en seco con el cemento para evitar estos problemas. También se pueden utilizar para la fracturación fluidos espumados. En estas aplicaciones, el desespumante se puede utilizar para fracturar el exceso de fluido espumado que regresa hacia la superficie después del tratamiento del pozo y facilitar de esta forma el proceso de eliminación. En general, los agentes antiespumantes o desespumante deseables, tienen las siguientes características para que sean efectivos: a) insolubles en el sistema espumante, y b) menor tensión superficial que el sistema espumante. El agente antiespumante funciona en gran medida al distribuirse sobre la superficie de la espuma o al ingresar la lámina de espuma. Debido a que la película formada por la diseminación del antiespumante sobre la superficie de un líquido espumante no soporta la espuma, se alivia la situación de la espuma.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En la presente se describen composiciones desespumantes que comprenden uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno y una mezcla de los mismos. En ciertas modalidades, las composiciones pueden comprender además un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. También se describen en la presente composiciones de cemento que incluyen la composición desespumante, los métodos para reducir el ingreso de aire en las composiciones de cemento, y los métodos para cementar una formación subterránea.

La descripción se podría entender más fácilmente haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de las diversas características de la descripción y los ejemplos incluidos en la presente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una gráfica del efecto desespumante de diversos ésteres de dioleato de polímeros de polioxietileno (EO) sobre la densidad de la suspensión de cemento. El peso molecular promedio de los ésteres de EO DO -1, EO DO -2 y EO DO -3 son 828, 928 y 1128 Daltons, respectivamente. Las dosificaciones se proporcionan como B OC.

La figura 2 es una gráfica del efecto desespumante de diversos ésteres de dioleato de polímeros de polioxipropileno (PO) sobre la densidad de la suspensión de cemento. El peso molecular promedio de los ésteres de PO DO -1, PO DO -2 y PO DO -3 son, 1528, 2528 y 4528 Daltons, respectivamente. Las dosificaciones se proporcionan como BWOC.

La figura 3 es una gráfica del efecto desespumante de los ésteres de PO DO en combinación con EO o diésteres de EO/PO. Las composiciones desespumantes se describen en la Tabla 4.

La figura 4 es una gráfica del efecto desespumante de los ésteres de EO D, diésteres de EO/PO, y diversas mezclas de los mismos. Las composiciones desespumantes se describen en la Tabla 5.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Se proporcionan composiciones desespumantes y métodos para reducir el ingreso de aire en un fluido, tal como una composición de cemento. Las composiciones desespumantes en general comprenden uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y una mezcla de los mismos. En ciertas modalidades, las composiciones pueden comprender además un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En otras modalidades, uno o más polímeros de éster de ácido orgánico se seleccionan de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En ciertas modalidades, las composiciones desespumantes comprenden dos o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En cualquiera de las modalidades anteriores, los compuestos de éster de ácido orgánico tienen un bajo número ácido, por ejemplo menos de 15.

Estas composiciones desespumantes proporcionan un control efectivo de la espuma al reducir el ingreso de aire con relación a otros desespumantes convencionales, son relativamente biodegradables, y son menos tóxicas.

En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno. En otra modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno. En ciertas modalidades, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. En otra modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno y un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno o un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno.

En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno. En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. En otra modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno de la fórmula: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, y n' es 4 hasta 23.

En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno de la fórmula: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, y n es de 16 hasta 68.

En una modalidad, la composición comprende un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno de la fórmula: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, a es 2 hasta 8 y b es 16 hasta 68.

En una modalidad, la composición desespumante comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno. En ciertas modalidades, las porciones de éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y el éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno son iguales. En ciertas modalidades, las porciones de éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y el éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno son diferentes.

En una modalidad, la composición desespumante comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. En ciertas modalidades, las porciones de éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y el éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno son iguales. En ciertas modalidades, las porciones de éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y el éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno son diferentes.

En una modalidad, la composición desespumante comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. En ciertas modalidades, las porciones éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno y el éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno son iguales. En ciertas modalidades, las porciones del éster de ácido orgánico del éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno y el éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno son diferentes.

En el sentido en el que se utiliza en la presente, los términos "polímero", "polímeros", "polimérico", y términos similares se utilizan en su sentido normal como se entiende por un experto en la técnica, y de esta forma se pueden utilizar en la presente para hacer referencia o describir una molécula mayor (o grupo de estas moléculas) que contenga unidades recurrentes. Los polímeros se pueden formar de diversas maneras, incluyendo mediante polimerización de monómeros y/o mediante modificación química de una o más unidades recurrentes de un polímero precursor. Un polímero puede ser un "homopolímero" que comprende sustancialmente unidades recurrentes idénticas formadas mediante, por ejemplo, la polimerización de un monómero particular. Un polímero también puede ser un "copolímero" que comprende dos o más unidades recurrentes diferentes formadas mediante, por ejemplo, la copolimerización de dos o más monómeros diferentes, y/o al modificar químicamente una o más unidades recurrentes de un polímero precursor.

El polioxietileno, también conocido como polietilenglicol (PEG), tiene baja toxicidad y se utiliza en una variedad de productos. Los polímeros de polioxietileno adecuados para utilizarse en la presente invención se terminan con grupos hidroxilo y tienen un peso molecular entre aproximadamente 200 hasta aproximadamente 1000 Daltons. En ciertas modalidades, el peso molecular promedio del polímero es entre aproximadamente 200 hasta aproximadamente 600 Daltons. En otras modalidades, el peso molecular promedio del polímero es entre aproximadamente 300 hasta aproximadamente 400 Daltons.

El polioxipropileno, también conocido como polipropilenglicol (PPG), es menos tóxico que el PEG. Los polímeros de polioxipropileno adecuados se terminan con un grupo hidroxilo, que tiene un peso molecular de 1000 hasta 4000 Daltons.

Los ésteres de ácido orgánico de polioxietileno o polioxipropileno son adecuados para utilizarse en las composiciones desespumantes descritas en la presente. El éster de ácido orgánico de ya sea el polímero de polioxietileno o el polímero polioxipropileno es el producto de reacción del polímero y un ácido orgánico que tenga al menos un grupo ácido carboxílico, incluyendo grupos funcionales de ácido mono-, di- o multi-carboxílico . Los ácidos orgánicos adecuados incluyen, sin limitación, ácido oleico, ácido esteárico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, y mezclas de los mismos. El éster de ácido orgánico del polímero de polioxipropileno o el polímero de polioxietileno tiene las fórmulas mostradas enseguida: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, n es 16 hasta 58 y n' es 4 hasta 23. Muchos diésteres PEG y PPG están disponibles comercialmente .

El copolimero en bloques de óxido de etileno y óxido de propileno no pretende estar limitado por ninguna estructura particular y está disponible comercialmente en diversos tipos. Los copolimeros de polioxietileno-polioxipropileno adecuados se terminan con grupos hidroxilo y en general tienen un peso molecular promedio de 1000 hasta 5000 Daltons, y en otras modalidades, un peso molecular promedio de 2000 hasta 4000 Daltons, y todavía en otras modalidades, un peso molecular promedio de 2000 hasta 2750 Daltons, y de preferencia poseen un punto de ebullición por debajo de 20 °C. Por ejemplo, los poloxámeros son copolimeros de tribloque no iónicos compuestos de una cadena hidrofóbica central de un óxido de polipropileno flanqueado por dos cadenas hidrofílicas de óxido de polietileno. Aqui se muestra una representación esquemática de un copolimero poloxámero: Los copolimeros en bloque de óxido de etileno y óxido de propileno también se conocen por sus nombres comerciales Pluronic® de BASF y Mulsifan de Zschimmer & Sch arz GmbH & Co . Debido a que se pueden adaptar las longitudes de los bloques poliméricos, existen muchos copolimeros en bloques de EO/PO diferentes que tienen propiedades ligeramente diferentes.

El éster de ácido orgánico del copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno es el producto de reacción del copolimero en bloque de un ácido orgánico que tiene al menos un grupo de ácido carboxilico, incluyendo grupos funcionales de ácido mono-, di- o multi-carboxilico . Los ácidos orgánicos adecuados incluyen, sin limitación, ácido oleico, ácido esteárico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, y mezclas de los mismos.

El éster de ácido orgánico del óxido de etileno-óxido de propileno es de la estructura general: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquil, lineal o ramificado, saturado o insaturado o un grupo arilo o carboxilato de arilo que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, a es 2 hasta 8 y b es 16 hasta 68. Como se observó anteriormente, la composición tiene un bajo valor ácido. En una modalidad, el valor ácido es menor de 15, y en otras modalidades, el valor ácido es menor de 5. En el sentido en el que se utiliza en la presente, el término valor ácido en general hace referencia al número de miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los grupos de ácido carboxilico en un gramo de polímero. De esta forma, en el caso de los ésteres de ácidos di- y multi-carboxílico, los grupos de ácido carboxilico libre, si están presentes, se pueden esterificar adicionalmente para evitar efectos adversos sobre las otras propiedades del fluido. La estructura de bloque particular no pretende estar limitada y puede tener una de las disposiciones ordenadas (EO-PO-EO o PO-EO-PO) o aleatorias. Por ejemplo, en algunas modalidades, la porción de polioxietileno-polioxipropileno tiene una estructura de polioxipropileno con un remate en el extremo de polioxietileno, mientras que en otras modalidades, los ésteres de ácidos grasos de polioxietileno-polioxipropileno tienen una estructura de polioxietileno con remates en los extremos de polioxipropileno. Todavía adicionalmente , en algunas modalidades, la estructura del grupo alquilo R puede incluir, adicionalmente, sustituyentes que contienen hidroxilo tal como se puede presentar utilizando derivados de aceite de ricino como el ácido di- o multicarboxílico .

Los ésteres de ácido orgánico de polioxietileno-polioxipropileno se pueden preparar por medios convencionales tales como mediante una reacción de condensación del alcohol deseado (por ejemplo, polímero en bloque de polietilenglicol-polipropilenglicol (EO/PO) ) con un ácido mono-, di- o multi-carboxílico en presencia de un catalizador adecuado a una temperatura elevada. Alternativamente, los ésteres de ácido orgánico de polioxietileno-polioxipropileno se pueden preparar mediante la transesterificación del copolímero en bloque de EO/PO con un triglicérido del ácido mono-, di-, o multi-carboxílico y una base tal como hidróxido de potasio u otros álcalis adecuados como el catalizador.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el éster de ácido orgánico puede ser un éster de ácido oleico.

En una modalidad particular, las composiciones pueden comprender además sólidos hidrofóbicos . Los sólidos hidrófobos opcionales, tales como dióxido de silicio (sílice) se pueden utilizar para mejorar el desempeño de la capacidad desespumante de los ésteres. La sílice hidrofóbica puede estar azufrada, precipitada, o una mezcla de los mismos. Otros sólidos hidrofóbicos adecuados incluyen talco, arcillas, aluminosilcatos , mica, alúmina y lo semejante.

Las composiciones desespumantes también pueden estar diluidas en un sistema diluyente, por ejemplo un diluyente orgánico o una mezcla de diluyentes. Estos diluyentes incluyen, de manera enunciativa, aceite mineral, aceite vegetal, alfa-olefinas , glicoles, alcoholes, queroseno y mezclas de los mismos. Las composiciones desespumantes también pueden comprender agua. En modalidades particulares, la composición desespumante comprende aceite vegetal.

En una modalidad, la composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etíleno-óxido de propileno, y cada componente puede comprender entre aproximadamente 0 hasta aproximadamente 100% en peso de los polímeros de éster de ácido orgánico en la composición. En ciertas modalidades, dos o más tipos de polímeros de ásteres de ácido orgánico se incluyen en la composición y cada polímero puede comprender entre aproximadamente 1% hasta aproximadamente 99%, aproximadamente 2% hasta aproximadamente 98%, aproximadamente 5% hasta aproximadamente 95%, aproximadamente 10% hasta aproximadamente 90%, aproximadamente 15% hasta aproximadamente 85%, aproximadamente 20% hasta aproximadamente 80%, aproximadamente 25% hasta aproximadamente 75%, aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70%, aproximadamente 35% hasta aproximadamente 65%, aproximadamente el 40% hasta aproximadamente 60%, aproximadamente 45% hasta aproximadamente 55%, o aproximadamente 50% en peso cada . uno, de los polímeros de éster de ácido orgánico en la composición.

La composición desespumante que incluye los ésteres de ácido orgánico del polioxietileno, polioxipropileno y/o el copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno como se describen en el presente se puede agregar a las composiciones de cemento a 0.01 hasta 1% en peso del cemento (BWOC) .

Las composiciones desespumantes se pueden agregar a la composición de cemento, antes, durante, o después de la combinación de los diversos componentes de la composición de cemento. Las composiciones desespumantes se pueden agregar como un liquido o como una emulsión o como productos deshidratados según se pueda desear para la aplicación destinada. En una modalidad ilustrativa, la composición desespumante se puede combinar con un material cementoso y un fluido tal como agua para formar la composición de cemento antes o durante la combinación de estos componentes. Este mezclado se puede presentar en el cabezal de bomba, que desplaza la composición de cemento hacia abajo a través de la corona circular de un sondeo (es decir, el área entre una tubería y el sondeo y la pared del sondeo) en donde se deja fraguar en un material duro, por ejemplo el cemento. Las composiciones desespumantes sirven para evitar o reducir la formación de espuma durante la preparación o bombeo de la composición de cemento o para fracturar la espuma de un fluido para tratamiento de sondeos que regresa a la superficie. En otra modalidad, la composición desespumante se puede agregar a una composición de cemento ya preparada antes de bombear la composición en una formación subterránea, donde se deja fraguar en un cemento duro. En este caso, la composición desespumante puede servir para evitar o reducir la formación de espuma en la composición de cemento mientras se está bombeando. En cada una de estas modalidades, la capacidad de la composición desespumante para reducir el nivel de gas ingresado en la composición de cemento puede dar por resultado en la formación de un cemento relativamente más fuerte que pueda soportar adecuadamente la tubería en el sondeo. La composición desespumante también se puede incorporar en la composición de cemento para ayudar a controlar la densidad del cemento endurecido resultante. Todavía en otra modalidad, las composiciones desespumantes se pueden combinar con un fluido para tratamiento de sondeos espumado con anterioridad tal como un cemento espumado o un lodo espumado para perforación para fracturar o reducir la espuma en el mismo. Debido a la eliminación de la espuma, el fluido para tratamiento de sondeos puede ser desechado fácilmente después de utilizarse.

En una modalidad, se proporciona un método para reducir el ingreso de aire en una composición de cemento, el método comprende: agregar una composición desespumante a una composición de cemento en donde la composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y mezclas de los mismos; en donde el ingreso de aire en la composición de cemento se reduce con relación a una composición de cemento sin la composición desespumante. En ciertas modalidades, la composición puede comprender además un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno. En ciertas modalidades, la composición desespumante se agrega a la composición de cemento a 0.01 hasta 1% en peso del cemento.

En una modalidad, se proporciona un método para reducir el ingreso de aire en una composición de cemento, el método comprende: agregar una composición desespumante a una composición de cemento en donde la composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno; en donde el ingreso de aire en la composición de cemento se reduce con relación a una composición de cemento sin la composición desespumante. En ciertas modalidades, la composición desespumante se agrega a la composición de cemento a 0.01 hasta 1% en peso del cemento .

En una modalidad, se proporciona un método para reducir el ingreso de aire en una composición de cemento, el método comprende: agregar una composición desespumante a una composición de cemento en donde la composición desespumante comprende dos o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno; en donde el ingreso de aire en la composición de cemento se reduce con relación a una composición de cemento sin la composición desespumante. En ciertas modalidades, la composición desespumante se agrega a la composición de cemento a 0.01 hasta 1% en peso del cemento .

En una modalidad, se proporciona una composición de cemento que comprende: cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y mezclas de los mismos. En ciertas modalidades, la composición puede comprender además un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En una modalidad, se proporciona una composición de cemento que comprende: cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En una modalidad, se proporciona una composición de cemento que comprende: cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende dos o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En una modalidad particular, el cemento hidráulico comprende cementos hidráulicos que comprenden calcio, aluminio, silicio, oxígeno y/o azufre; cementos Portland tales como los cementos clase A, B, C, G, y H de acuerdo con la especificación del American Petroleum Institute (API) para materiales y pruebas para cementos para pozos; cementos de puzolana; cementos de yeso; cementos de fosfato; cementos con alto contenido de alúmina; cementos de escorias; polvo de horno de cemento, cementos de sílice; cementos de alta alcalinidad, y combinaciones que comprenden al menos uno de los cementos anteriores.

En otra modalidad, se proporciona un método para cementar una formación subterránea, el método comprende: desplazar una composición de cemento en la formación subterránea, la composición de cemento comprende cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico, un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y mezclas de los mismos, y dejar fraguar el cemento. En ciertas modalidades, la composición puede comprender además un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

En otra modalidad, se proporciona un método para cementar una formación subterránea, el método comprende: desplazar una composición de cemento en la formación subterránea, la composición de cemento comprende cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno, y dejar fraguar el cemento.

En otra modalidad, se proporciona un método para cementar una formación subterránea, el método comprende: desplazar una composición de cemento en la formación subterránea, la composición de cemento que comprende cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende dos o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de (a) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, (b) un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y (c) un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno, y dejar fraguar el cemento.

En ciertas modalidades, la composición de cemento comprende bombear la composición de cemento en un espacio anular entre las paredes de un sondeo y la tubería de revestimiento durante una primaria de una operación de cementación para reparación. En una modalidad, el cemento hidráulico sé~ espuma y se agrega la composición desespumante al cemento hidráulico en una cantidad efectiva para fracturar la espuma, reduciendo con esto el ingreso de gas en el cemento hidráulico. En una modalidad, la composición desespumante está a 0.01 hasta 1% en peso del cemento hidráulico .

Las composiciones de cemento pueden incluir las composiciones desespumantes descritas en la presente, un material cementoso, y una cantidad suficiente de fluido para hacer que las composiciones de cemento se puedan bombear. Se puede utilizar cualquiera de una variedad de cementos adecuados para utilizarse en operaciones de cementación subterránea. El material cementoso puede incluir, por ejemplo, cementos hidráulicos que se fraguan y endurecen mediante la reacción con agua. Los ejemplos de cementos hidráulicos adecuados incluyen de manera enunciativa cementos hidráulicos que comprenden calcio, aluminio, silicio, oxigeno y/o azufre; cementos Portland tales como cementos clase A, B, C, G, y H de acuerdo con la especificación del American Petroleum Institute (API) para materiales y pruebas para cementos para pozos; cementos de puzolana; cementos de yeso; cementos de fosfato; cementos con alto contenido de alúmina; cementos de escoria; polvo de horno de cemento, cementos de sílice; cementos de alta alcalinidad, y combinaciones que comprenden al menos uno de los cementos anteriores. Los ejemplos de fluidos adecuados para utilizarse en las composiciones de cemento incluyen, de manera enunciativa, agua dulce, agua de producción, agua de mar, soluciones de salmuera, y combinaciones que comprenden alguno de los anteriores .

Según se considere adecuado por un experto en la técnica, se pueden agregar aditivos adicionales a la composición de cemento para mejorar o cambiar las propiedades del cemento. Los ejemplos de estos aditivos incluyen, de manera enunciativa, retardadores de fraguado, aditivos para controlar la pérdida de fluidos, agentes dispersantes, aceleradores de fraguado, y agentes acondicionadores de formación. Otros aditivos tales como bentonita y microsílice se pueden introducir a la composición de cemento para evitar que las partículas de cemento se depositen en el fondo del fluido. Además, se puede agregar a la composición de cemento una sal tal como cloruro de sodio o cloruro de potasio.

Las composiciones desespumantes descritas en la presente se pueden incluir en diversos materiales de uso final fluibles para reducir la cantidad de gas ingresado presente en estos materiales. Además de las composiciones de cemento, otros ejemplos de estos materiales de uso final incluyen, de manera enunciativa diversos fluidos para tratamiento de sondeos a base de agua, tales como lodos para perforación, fluidos de estimulación, composiciones para tratamiento residual, composiciones para tratamiento de aguas, composiciones para lixiviación (por ejemplo, para minería) , aplicaciones en materiales de concreto y construcciones, y composiciones para separación de petróleo y/o gas. Los diversos componentes de estas composiciones podrían ser evidentes para aquellos con experiencia normal en la técnica.

Los siguientes ejemplos se presentan sólo para fines ilustrativos, y no pretenden ser limitantes.

EJEMPLOS Para los siguientes ejemplos, los polímeros se marcan como se lista enseguida.

Ejemplo 1 En este ejemplo, se midió la resistencia a la compresión para las composiciones de cemento con un agente desespumante. El tributilfosfato es un desespumante de cemento común y se utiliza como una referencia para comparar el desempeño de las composiciones desespumantes. Los agentes desespumantes se describen en la Tabla 1. En la Tabla 2 se muestran los datos de resistencia a la compresión hasta 48 horas para un cemento clase A API con una densidad de 1800 kg/m3. La prueba de resistencia a la compresión se llevó a cabo en un Analizador de Cemento Ultrasónico CTE Modelo 2000-5 de acuerdo con API RP 10B-2 (Práctica recomendada para probar cementos para pozos) que funciona a una presión de 27.58 MPa (4000 psi) y una temperatura de 50°C. Los resultados muestran que los cementos que contienen desespumante cumplen con los requerimientos necesarios para la resistencia a la compresión y que las composiciones desespumantes se pueden utilizar para crear mezclas de cemento viables y útiles. El requerimiento mínimo en la cementación de pozos es una resistencia a la compresión de 3.5 MPa después de 48 horas.

Tabla 1 - Composiciones desespumantes utilizadas en un estudio para desarrollo de resistencia a la compresión Desarrollo de resistencia a la compresión de suspensiones de cemento Clase ? A I con 0.2% desespumnte BWOC* * = BWOC = en peso del cemento Ejemplo 2.

En este ejemplo, se estudió el efecto de la composición desespumante sobre la reologia de las combinaciones de cemento clase A API con una densidad de 1800 kg/m3 utilizando un viscosímetro Fann 35 A a 25 y 50 °C. La suspensión se preparó al mezclar cemento deshidratado y agua de grifo en una mezcladora Waring de acuerdo con el API RP 10B-2 y se dejó acondicionar durante 20 minutos utilizando un Consistómetro Atmosférico Modelo Chandler Engineering 1200 a la temperatura determinada. En la Tabla 3 se proporcionan los datos de reologia. Se ha encontrado gue la composición desespumante tiene mínimo o ningún efecto sobre el comportamiento reológico de las composiciones de cemento.

Comportamiento reológico de una combinación de cemento clase A API con densidad de 1800 kg/m3 Ejemplo 3.

En este ejemplo, se examinaron las características desespumantes de diversos diésteres de composiciones de polioxietileno (EO) sobre suspensiones de cemento Clase A API con densidad designada de 1650 kg/m3 gue contuvo 1% en peso de cemento (BWOC) de lignosulfonato de sodio y 20% en peso de cloruro de sodio acuoso. Los diésteres se formaron utilizando ácido oleico (designado utilizando DO) . Los lignosulfonatos se utilizan comúnmente para formular suspensiones de cemento como agentes dispersantes de cemento. Las densidades se midieron inmediatamente después de que se preparó la suspensión (con base en el procedimiento API RP 10B-2) utilizando un cilindro graduado y el peso de la suspensión. En la figura 1 se representan gráficamente los datos. Se encontró que todas las composiciones desespumantes fueron efectivas para reducir el ingreso de aire cuando se agregaron a 0.01% hasta 0.10% de BWOC.

Ejemplo 4.

En este ejemplo, se examinaron las características desespumantes de diversos diésteres de composiciones de polioxipropileno (PO) en suspensiones de cemento clase A API con densidad designada de 1650 kg/m3 que contuvieron 1% de BWOC de lignosulfonato de sodio y 20% en peso de cloruro de sodio acuoso. Los diésteres se formaron utilizando ácido oleico. Los lignosulfonatos se utilizan comúnmente para formular suspensiones de cemento y en general se conocen como agentes dispersantes de cemento. Las densidades se midieron inmediatamente después de que la suspensión se preparó (con base en el procedimiento API RP 10B-2) utilizando un cilindro graduado y el peso de la suspensión. En la figura 2 se representan gráficamente los datos. Se encontró que todas las composiciones desespumantes serán efectivas para reducir el ingreso de aire cuando se agregan a 0.05% hasta 0.20% de BWOC.

Ejemplo 5.

Muchos aditivos de cemento pueden provocar que la suspensión se espume durante el mezclado, incluyendo los agentes tensioactivos tales como dispersantes. En este ejemplo, se examinó el desempeño de diversas composiciones desespumantes en un sistema de espumación importante que contuvo lignosulfonato de sodio (1% de BWOC), cloruro de sodio (20% en peso de agua) y cemento clase A API con una densidad designada de 1650 kg/m3. En la figura 3 se representan gráficamente los datos y en la Tabla 4 se describen las composiciones desespumante. Como se muestra en la figura 3, en ausencia de un desespumante, el ingreso de aire provoca que la densidad de la suspensión (1039 kg/m3) sea significativamente menor que la densidad designada de 1650 kg/m3. Por el contrario, todas las composiciones desespumantes (agregadas a 0.10% de BWOC) fueron efectivas como antiespumante/desespumante en este sistema.

Tabla 4 : Descripción de las composiciones desespumantes utilizadas en el Ejemplo 5 Ejemplo 6.

En este ejemplo, se examinó el efecto de la adición de 0.1% de una composición desespumante en peso de cemento (BWOC) sobre una composición de cemento que contuvo 1% de lignosulfonato de sodio BWOC y 20% en peso de cloruro de sodio acuoso. La densidad de la suspensión se midió inmediatamente después de mezclar el cemento seco con agua salada y el dispersante. En la figura 4 se representan gráficamente los datos y en la Tabla 5 se describen las composiciones desespumantes. Como se muestra en la figura 4, se encontró que las formulaciones que contienen tanto diésteres de polímeros de EO como diésteres de copolímeros de EO/PO serán agentes desespumantes efectivos con base en la proximidad de la densidad medida y los datos de densidad designados .

Tabla 5 : Descripción de las composiciones desespumantes utilizadas en el Ejemplo 6

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES :

1. Una composición desespumante caracterizada porque comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y una mezcla de los mismos .

2. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de propileno-óxido de etileno.

3. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno.

4. La composición de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

5. La composición de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la composición comprende un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y un éster de ácido orgánico de un copolímero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno.

6. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno tiene la fórmula : en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, y n' es 4 hasta 23.

7. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno tiene la fórmula : en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, y n es 16 hasta 68.

8. La composición de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de etileno-óxido de propileno tiene la fórmula: en donde R es un grupo alquilo o carboxilato de alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado que tiene de 3 hasta 40 átomos de carbono, a es 2 hasta 8 y b es 16 hasta 68.

9. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la composición comprende además un sistema de diluyente.

10. La composición de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el sistema de diluyente comprende un diluyente orgánico.

11. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el éster de ácido orgánico es el producto de reacción del polímero y un ácido orgánico que tiene al menos un grupo de ácido carboxílico.

12. La composición de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque el ácido orgánico es ácido oleico, ácido esteárico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, o una mezcla de los mismos.

13. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende un sólido hidrófobo.

14. Un método para reducir el ingreso de aire en una composición de cemento, el método caracterizado porque comprende : agregar una composición desespumante a una composición de cemento en donde la composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y una mezcla de los mismos ; en donde el ingreso de aire en la composición de cemento se reduce con relación a una composición de cemento sin la composición desespumante.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la composición desespumante comprende además un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de propileno-óxido de etileno

16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la composición desespumante se agrega a la composición de cemento a 0.01 hasta 1% en peso del cemento.

17. Una composición de cemento caracterizada porque comprende: cemento hidráulico; agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y una mezcla de los mismos.

18. La composición de cemento de la reivindicación 17, caracterizada porque la composición desespumante comprende además un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de propileno-óxido de etileno.

19. La composición de cemento de la reivindicación 17, caracterizada porque el cemento hidráulico comprende cementos hidráulicos que comprenden calcio, aluminio, silicio, oxígeno y/o azufre; cementos Portland tales como cementos clase A, B, C, G, y H de acuerdo con la especificación del American Petroleum Institute (API) para materiales y prueba para cementos para pozos; cementos de puzolana; cementos de yeso; cementos de fosfato; cementos con alto contenido de alúmina; cementos de escoria; polvo de horno de cemento, cementos de sílice; cementos de alta alcalinidad, y combinaciones que comprenden al menos uno de los cementos anteriores.

20. Un método para cementar una formación subterránea, el método caracterizado porque comprende: desplazar una composición de cemento en la formación subterránea, la composición de cemento comprende cemento hidráulico, agua, y una composición desespumante comprende uno o más polímeros de éster de ácido orgánico seleccionados de un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polietileno, un éster de ácido orgánico de un polímero de óxido de polipropileno, y una mezcla de los mismos ; y dejar fraguar el cemento.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la composición desespumante comprende además un éster de ácido orgánico de un copolimero en bloque de óxido de propileno óxido de etileno.

22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el desplazamiento de la composición de cemento comprende bombear la composición de cemento en un espacio anular entre las paredes de un sondeo y la tubería de revestimiento durante una primaria de una operación de cementación para reparación.

23. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el cemento hidráulico se espuma y se agrega la composición desespumante al cemento hidráulico en una cantidad efectiva para fracturar la espuma, reduciendo con esto el ingreso de gas en el cemento hidráulico.

24. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la composición de desespumante está a 0.01 hasta 1% en peso del cemento hidráulico.