MXPA02008329A - Fluido de perforacion estimable, mejorado con polimero. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un fluido de perforacion espumable que incluye un solvente acuoso; un tensioactivo y un polisacarido derivado preferiblemente de una goma de galactomanana. El fluido de perforacion espumado incluye una fase liquida que consiste del solvente acuoso, polisacarido y tensioactivo, y una fase gaseosa de aire, nitrogeno, gas natural, CO2 y mezclas de los mismos. El fluido de perforacion es estable en presencia de petroleo crudo y sal, y es ambientalmente inocuo.

Description

FLUIDO DE PERFORACIÓN ESTIMABLE, MEJORADO CON POLÍMERO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un fluido de perforación, y más particularmente con un fluido de perforación espumable, estable y ambientalmente inocuo. En el desarrollo de perforación de un pozo subterráneo, se necesitan fluidos de perforación con el fin de lubricar el trépano y para transportar los cortes de formación a la superficie. Además, el fluido de perforación es necesario con el fin de equilibrar las altas presiones que se encuentran en las formaciones subterráneas . Los fluidos de perforación espumados se conocen y utilizan en situaciones en donde se desea densidad reducida, por ejemplo, en formaciones de poca presión, en donde las otras funciones de un fluido de perforación aún son necesarias. En formaciones de poca presión, el uso de fluidos que tengan una mayor densidad puede resultar en una pérdida parcial o total de fluido en la formación, lo que puede resultar en un costo aumentado de perforación, formación de fracturas o daños, e incluso pérdida del pozo. En tales casos, habitualmente se realiza un perforado poco balanceado o sub-balanceado con el fin de evitar tales fenómenos indeseables y, si es necesario, permitir un flujo de entrada corto desde la formación. Se experimentan muchos problemas con los fluidos de perforación espumables conocidos. Estos incluyen períodos de estabilidad cortos en presencia de contaminantes de formación, poca capacidad de transporte, ciclos cortos de reutilización y problemas ambientales. Es evidente que permanece una necesidad por un fluido de perforación espumable que sea estable en presencia de contaminantes de formación tales como petróleo crudo o sal, el cual tenga una capacidad eficaz de transporte de corte, que muestre buenos ciclos de reutilización mediante la regeneración de espuma en la superficie, y que sea ambientalmente inocuo . Por lo tanto, el objetivo principal de la presente invención es proporcionar un fluido de perforación espumable que tenga estas propiedades . Los otros objetivos y ventajas de la presente invención se presentarán en los siguiente.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, los objetivos y ventajas anteriores se obtienen fácilmente.

De acuerdo con la invención, se proporciona un fluido de perforación espumable que comprende un solvente acuoso, un tensioactivo y un polisacárido de guar, derivado preferiblemente de una goma de galactomanana, y de manera más preferible goma guar. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un fluido de perforación espumado, que comprende una fase líquida que comprende un solvente acuoso, un solvente, un polisacárido derivado preferiblemente una goma de galactomanana y un tensioactivo; y una fase gaseosa que se selecciona del grupo que consiste de nitrógeno, aire, gas natural, C02 y combinaciones de los mismos . El aditivo polisacárido de la presente invención se ha encontrado que proporciona de manera ventajosa excelente estabilidad y capacidad de transporte de corte, mientras que, no obstante, es ambientalmente inocuo.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS Sigue una descripción detallada de las modalidades preferidas de la presente invención, con referencia a los dibuj os anexos , en los que : Las figuras 1 y 2 ilustran el fluido de perforación de acuerdo con la presente invención y un fluido de perforación convencional, cuando está contaminado con petróleo crudo; Las figuras 3 y 4 ilustran adicionalmente el fluido de perforación de acuerdo con la presente invención y el fluido de perforación convencional cuando se contamina con cantidades mayores de petróleo crudo; La figura 5 ilustra la relación entre la cantidad de petróleo crudo de contaminación y la estabilidad de la espuma, en términos de tiempo de duración media; La figura 6 ilustra la biodegradacion de un fluido de perforación de acuerdo con la presente invención en condiciones aeróbicas; y La figura 7 ilustra la biodegradacion de un fluido de perforación de acuerdo con la presente invención en condiciones anaeróbicas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La invención se relaciona con un fluido de perforación espumable que contiene una clase particular de polímero que se ha encontrado de acuerdo con la presente invención, que proporciona al fluido excelente estabilidad cuando se espuma, incluso en presencia de petróleo crudo y sal, lo que proporciona una buena capacidad de transporte de cortes, valores deseables de densidad y suficientes ciclos de reutilización, y el cual también resulta en un fluido ambientalmente inocuo. De acuerdo con la presente invención, el fluido contiene una fase en solvente acuoso que contiene un tensioactivo, un polisacárido derivado preferiblemente de una goma de galactomanana, de manera más preferible goma guar, y de manera mucho más preferible, una sal monovalente. La fase gaseosa del fluido de perforación espumable, cuando se espuma, puede ser cualquier gas adecuado y preferiblemente se selecciona del grupo que consiste de nitrógeno, aire, gas natural, C02 y combinaciones de los mismos. El solvente acuoso puede ser cualquier líquido adecuado dentro del cual sean solubles los aditivos, tal como agua o similar. El tensioactivo preferiblemente es un sulfato de alcohol etoxilado, y se ha encontrado que el lauriléter sulfato de sodio es particularmente adecuado para uso de acuerdo con la presente invención, particularmente cuando se tienen tres moles de EO. Por supuesto, se pueden utilizar otros tipos de tensioactivos, tales como lauriléter sulfato de amonio, lauril sulfato de sodio, lauril sulfato de amonio, lauril sulfato de trietanolamina, a-olefina sulfonato de sodio y similares. La clase de polímero útil de acuerdo con la presente invención como una fuente de polisacárido, - - específicamente polímeros de goma guar, se ha encontrado que proporcionan ventajosamente un aditivo para el fluido de perforación de la presente invención que proporciona excelente estabilidad y características de fluido y no obstante también proporciona un fluido de perforación ambientalmente inocuo y biodegradable . Los polisacáridos particularmente deseables incluyen polímeros de polisacárido derivados de goma de galactomanana, tales como hidroxipropil guar, goma guar e hidroxipropilcarboximetil guar. El derivado de polisacárido más preferido para uso en esta invención es un derivado de hidroxipropil goma guar, el cual proporciona al fluido de perforación de la presente invención con excelentes características en cantidades razonablemente pequeñas, por ejemplo entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 3.0% p/v, y pesos moleculares entre 1,500,000 y 4,000,000. La sal sirve para estabilizar la espuma por medio de las fuerzas de repulsión debido a la presencia de grupos polares en la interfaz, y adecuadamente puede ser una sal monovalente tal como cloruro de potasio, cloruro de sodio, acetato de potasio, acetato de sodio y mezclas de las mismas. El fluido de perforación espumado que se establece en lo anterior, incluye una fase gaseosa que adecuadamente puede ser nitrógeno, aire, gas natural, C02 y similar. El fluido de perforación espumado se puede preparar utilizando cualquier técnica conocida y se puede preparar a escala de laboratorio, por ejemplo, a través de mezclado mecánico e inyección de gas . El fluido de perforación de acuerdo con la presente invención se proporciona para tener cantidades de componentes diferentes de manera que proporcione al fluido espumable resultante deseado con estabilidad, densidad, viscosidad y otros parámetros, según se desee. Por ejemplo, el fluido de perforación espumado de acuerdo con la invención adecuadamente puede tener una densidad entre aproximadamente 1.15 y aproximadamente 5.0 ppg, y una fracción de gas volumétrica o calidad de entre aproximadamente 45 y aproximadamente 95% v/v. La viscosidad a temperatura superior es aproximadamente 82 °C (180°F) para fluidos que tienen una calidad de entre aproximadamente 80 y aproximadamente 95% v/v está entre aproximadamente 25 y aproximadamente 50 cP. De acuerdo con la presente invención, se prefiere particularmente proporcionar la fase líquida del polímero que contiene fluido, el tensioactivo y los aditivos de sal, como se establecen a continuación en la tabla 1 : - - TABLA 1 El fluido de perforación espumable de acuerdo con la presente invención es particularmente útil para aplicaciones a baja presión, por ejemplo en áreas de yacimiento agotadas o parcialmente agotadas en donde se necesitan fluidos de perforación de menor densidad. En tales ambientes, un fluido de perforación espumado de acuerdo con la presente invención es particularmente útil en la medida en que se puede reducir sustancialmente daño a la formación debido al filtrado del fluido de perforación en la formación, no obstante, se mantiene la capacidad de transporte de corte del fluido de perforación y también se mantienen las velocidades de penetración normales. Una ventaja adicional del fluido de perforación de la presente invención es que la estabilidad del fluido ayuda a mantener los cortes en el fluido por períodos de tiempo mientras cesa la perforación, de manera que los cortes no regresan al fondo del pozo. Otro rasgo útil del fluido de la presente invención es que no se daña la estabilidad a altas temperaturas, lo que se presenta con frecuencia en formaciones subterráneas . Además, el fluido de perforación de la presente invención mantiene la estabilidad cuando se expone a cantidades sustanciales de petróleos crudos o sales las cuales, por supuesto, se encuentran frecuentemente como contaminantes cuando se taladra a través de formaciones subterráneas. Dependiendo de la composición fisicoquímica del petróleo crudo, las grandes cantidades de contaminación pueden aumentar de manera significativa la estabilidad de espuma, y los reactivos de estabilidad de espuma a concentraciones de contaminación de hasta por lo menos aproximadamente 50% p/v de petróleo crudo. El fluido de la presente invención es estable a temperaturas de hasta por lo menos 82°C (180°F) y tiene un tiempo de duración medio de espuma de por lo menos aproximadamente 17 minutos. Finalmente, los fluidos de perforación espumados de acuerdo con la presente invención se pueden colapsar, o descomponer, por ejemplo en la superficie, si se desea, al agregar un alcohol de peso molecular bajo, desespumantes o aditivos que ajusten el pH. Estos mecanismos de - - descomposición no cancelan el efecto del tensioactivo y permiten la regeneración de la espuma mediante la utilización de la misma solución de espumado con una cantidad mínima de aditivos adicionales. Esto puede ser deseable con el fin de disminuir el costo del fluido de perforación y proporcionar un buen control en la superficie. Los siguientes ejemplos demuestran adicionalmente las excelentes características del fluido de perforación de la presente invención.

EJEMPLO 1 En este ejemplo, se compara el fluido de perforación de acuerdo con la presente invención, con un fluido comercial Transfoam 0. El fluido de perforación de acuerdo con la presente invención (Foamdrill) se prepara utilizando agua como un solvente acuoso, en donde el solvente acuoso contiene lauriléter sulfato de sodio que tiene tres moles de EO, polímero de hidroxipropil guar y cloruro de potasio en cantidades que se establecen en la tabla 2 a continuación. La espuma se forma utilizando aire, en el método de mezclado mecánico. La espuma se prepara y se mezcla con 10% p/v del petróleo crudo con el fin de determinar la estabilidad de espuma estática.

Se prepara un fluido disponible comercialmente (Transfoam 0) que contiene un tensioactivo Transfoam O aniónico, polímero Dionic 900 no iónico y KC1 como una sal, en las cantidades que se establecen a continuación en la tabla 2, utilizando también aire como la fase gaseosa y un método de mezclado mecánico. La espuma se prepara y se mezcla para contener petróleo crudo en una cantidad de 10% p/v de manera que se determine la estabilidad de espuma estática.

Tabla 2 Como se muestra en la tabla 2, el fluido de perforación de la presente invención (Foamdrill) alcanza un nivel de espuma de 400 mi, y mantiene este nivel de espuma durante un tiempo de duración medio de 26.7 minutos. El tiempo de duración media se define como el tiempo durante el cual la columna reduce la altura a la mitad del nivel inicial .

En contraste, el fluido Transfoam 0 alcanza un nivel de espuma de 540 mi, pero también alcanza un tiempo de duración media de sólo 5.8 min. Claramente, la espuma de la presente invención es más estable en presencia de petróleo crudo en comparación con el fluido convencional Transfoam 0, y por lo tanto es benéfico para uso como un fluido de perforación, de acuerdo con la presente invención.

EJEMPLO 2 Este ejemplo demuestra las características ventajosas de la espuma de la presente invención cuando se expone a contaminación de petróleo 10% p/v, y cuando se prepara utilizando un método de expansión de aire. Se preparan ambas formulaciones de espuma utilizando concentraciones que se muestran en la tabla 2. Como se muestra en las figuras 1 y 2 , el fluido de perforación de la presente invención (figura 1) muestra mayor estabilidad en presencia de contaminación de petróleo crudo en comparación con la formulación comercial (figura 2) . Además, la espuma de la presente invención, como se muestra, es homogénea y uniforme mientras que, en contraste, la espuma convencional tiene burbujas con tamaños diferentes y no es uniforme, y la espuma se deshace sustancialmente .

EJEMPLO 3 En este ejemplo, se prepara fluido de perforación de acuerdo con la presente invención, como se describe en el ejemplo 1, y se mezcla con una cantidad 50% p/v de petróleo crudo. También se prepara un fluido de perforación comercial (Transfoam O) y se mezcla con petróleo crudo en una cantidad de 50% p/v. Mientras el fluido de perforación de la presente invención mantiene una estructura de espuma cuando se deja en reposo (figura 3) , el fluido comercial se separa de inmediato muy por debajo del nivel de duración media (figura 4) . Esto sucede tanto en métodos de mezclado mecánico como método de formación de espuma por expansión de aire. La figura 5 muestra la influencia de la concentración de petróleo crudo en la estabilidad de la espuma de la presente invención. Como se muestra, conforme aumenta la contaminación con petróleo crudo, la estabilidad de la espuma también aumenta de manera significativa. Además, el aumento en la estabilidad de la espuma es más sutancial con ciertos tipos de petróleo crudo. Los petróleos crudos altamente ácidos tienden a reducir la estabilidad de la espuma en cierta medida, aunque aún se presenta mayor estabilidad a concentraciones mayores de petróleo. Esto demuestra que la espuma se puede descomponer en presencia de petróleos crudos ácidos y, por otra parte, los petróleos crudos con composiciones químicas similares muestran una estabilidad de espuma similar.

EJEMPLO 4 En este ejemplo, se prepara un fluido de perforación de acuerdo con la presente invención y como se describe en el ejemplo 1 anterior, y se mezcla con cantidades diferentes de petróleos crudos. Una vez que se ha mezclado profundamente, la espuma después se permite que repose y se mide el tiempo de duración media. En la tabla 3 se muestran las propiedades fisicoquímicas de los petróleos crudos investigados en este ejemplo.

TABLA 3 Petróleo Agua por Deshidra tación, Sal por Gravedad API Ac. Núm: Saturado, Aromático, Resinas Asfalto crudo destilación, % conducto PTB @ 15.5°C mg KOH/g % p/p % p/p % p/p % p/p- % (60°F) petróleo Asfalto, crudo % p/p 1 D - 5.2 24.7 0.38 42.3 12.2 4.4 2 D - 6.6 25.9 0.41 40.9 43.9 11.2 4.0 3 D - 3.1 30.7 0.23 49.3 41.4 8.5 0.8 4 6.95 6.18 37.5 (D) 25.6(D) 0.16(D) 44.6 43.4 8.8 3.3 5 3.99 7.37 35.3 (D) 25.4 (D) 0.29 (D) 43.0 42.0 11.4 3.6 6 D - 4.4 28.2 0.30 45.4 40.6 11.1 2.9 7 D - 3.4 28.5 0.25 46.9 44.7 7.2 1.2 8 D - 6.0 25.5 0.32 39.8 40.8 14.0 5.4 9 4 - 23.8 (D) 11.4 4.98 16.5 51.4 22.5 9.6 10 2 - 282.8 10.4 1.82 28.6 44.0 23.2 4.2 11 <0.1 - - 22.5 - 29.9 44.3 17.9 7.9 12 1.2 - - 34 - - - - - Incluso con una contaminación de 10% de petróleo crudo, la espuma mantiene una duración media de aproximadamente 1020 segundos.

EJEMPLO 5 En este ejemplo se evalúa la toxicología de los aditivos de fluido de perforación de la presente invención, así como su capacidad de biodegradación. En este ejemplo, se evalúa la toxicidad (CL50 - 96h) de los aditivos del fluido de perforación de la presente invención. En este tipo de prueba, cuanto mayor sea el número CL5, menor será la toxicidad real del componente. El tensioactivo de la presente invención se encuentra que tiene una toxicidad de 300 mg/1, mientras que se encuentra que el componente polimérico tiene una toxicidad mayor de aproximadamente 500 mg/1. En comparación con un tensioactivo comercial, estas toxicidades son mejoras sustanciales. Por ejemplo, se evaluaron muchos tensioactivos comerciales los cuales tienen toxicidades en el intervalo de aproximadamente 25 hasta aproximadamente 250 mg/1, la totalidad de los cuales son sustancialmente menores que, y por lo tanto más tóxicas que los ingredientes de la presente invención. La biodegradación de los componentes de los fluidos de la presente invención también se midió con respecto al tiempo bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas, en comparación con glucosa básica. Las figuras 6 y 7 ilustran los resultados que se obtienen, en donde el fluido de la presente invención se ilustra como "Foamdrill". Como se muestra en la figura 6, bajo condiciones aeróbicas, el fluido "Foamdrill" alcanza un nivel de biodegración de 60% muy rápidamente y tiene un perfil de biodegradación comparable al de la glucosa. En la figura 7, para la biodegradación anaeróbica del fluido Foamdrill es casi idéntica a la de la glucosa. De esta manera, el fluido de perforación de la presente invención muestra excelente capacidad de biodegradación y por lo tanto es notablemente inocuo ambientalmente .

EJEMPLO 6 En este ejemplo, se demuestra la capacidad de limpieza del fluido Foamdrilling, de acuerdo con la presente invención. Se lleva a cabo una prueba piloto en un pozo P-203 de campo La Paz en Venezuela. Se taladra un orificio de 31 cm (12¾") en el pozo mencionado antes utilizando 1.1 - 1.8 1/seg (30-50 galones por minutos (gpm) ) de solución de espuma y 600-1000 scfm de nitrógeno. La perforación se lleva a cabo utilizando velocidades anulares mínimas de 22.9 cm/seg (45 pies/minutos) . Durante el desarrollo de la perforación, no se observaron aumentos en las presiones de inyección, los cortes de taladrado en los agitadores son los que se esperaban de acuerdo con la velocidad de perforación, no se observaron problemas debido a obstrucción física de los cortes o deposición de cortes en el pozo, y la espuma se mantiene con alta estabilidad en la salida del pozo antes del proceso de descomposición. Todas estas características demuestran excelente capacidad de limpieza del fluido de perforación de espuma, de acuerdo con la presente invención.

EJEMPLO 7 Se lleva a cabo la misma prueba piloto que en el ejemplo 6, y también se lleva a cabo un ciclo de reutilización de fluido eficaz. Se forma la espuma y, al salir del pozo, se descompone utilizando alcohol y desespumante . La solución espumante con el corte de perforación se separa y se envía a agitadores con el fin de separar los sólidos y adquirir nuevamente la solución que se va a utilizar de nuevo. Con adición mínima de componentes nuevos, la espuma se regenera durante aproximadamente 76 veces. Esto permite excelente reutilización del fluido de acuerdo con la presente invención.

Será evidente con facilidad que el fluido de perforación de acuerdo con la presente invención es estable y útil en el transporte de cortes a la superficie durante las operaciones de perforación, y no obstante presenta una baja densidad la cual es útil en aplicaciones a poca presión de manera que se evita la generación de daños y pérdida de fluido, lo que también reduce costos. Además, el fluido de perforación es ambientalmente inocuo . Debe entenderse que la invención no se limita a las ilustraciones que se describen y muestran en la presente, las cuales se consideran únicamente ilustrativas de los mejores modos para llevar a cabo la invención, y las cuales son susceptibles de modificación de forma, tamaño, distribución de partes y detalles de funcionamiento. La invención más bien se diseña para abarcar la totalidad de tales modificaciones las cuales están dentro del espíritu y alcance, como se define por las reivindicaciones.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un fluido de perforación espumable, que comprende: un solvente acuoso; un tensioactivo; y un polisacárido .

2. El fluido como se describe en la reivindicación 1, en el que el polisacárido se deriva de una goma de galactomanana.

3. El fluido como se describe en la reivindicación 2, en donde la goma de galactomanana se selecciona del grupo que consiste de hidroxipropil guar, goma guar, hidoxipropilcarboximetil guar y mezclas de las mismas.

4. El fluido como se describe en la reivindicación 2, en donde la goma de galactomanana es hidroxipropil guar.

5. El fluido como se describe en la reivindicación 1, en donde el tensioactivo es un sulfato de alcohol etoxilado.

6. El fluido como se describe en la reivindicación 5, en donde el sulfato de alcohol etoxilado es seleccionado del grupo que consiste de lauriléter sulfato de amonio, lauril sulfato de sodio, lauril sulfato de amonio, lauril sulfato de trietanolamina, -olefina sulfonato de sodio y mezclas de los mismos.

7. El fluido como se describe en la reivindicación 1, en donde el polímero está presente en una cantidad entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 3.0% p/v.

8. El fluido como se describe en la reivindicación 1, que comprende además una sal.

9. El fluido como se describe en la reivindicación 8, en donde la sal es una sal monovalente.

10. El fluido como se describe en la reivindicación 8, en donde la sal se selecciona del grupo que consiste de cloruro de potasio, cloruro de sodio, acetato de potasio, acetato de sodio y mezclas de los mismos.

11. El fluido como se describe en la reivindicación 8, en donde la sal es cloruro de potasio.

12. El fluido como se describe en la reivindicación 6, en donde el fluido contiene al polímero en una cantidad de entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 3.0% p/v, el tensioactivo en una cantidad entre aproximadamente 0.3 y aproximadamente 1.0% p/v, y la sal en una cantidad entre aproximadamente 0.1% y aproximadamente 0.5% p/v.

13. El fluido como se describe en la reivindicación 1, en donde el fluido es un fluido espumado que contiene un gas.

14. El fluido como se describe en la reivindicación 13 , en donde el gas se selecciona del grupo que consiste de nitrógeno, aire, gas natural, C02 y mezclas de los mismos.

15. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado tiene una viscosidad de entre aproximadamente 1.15 y aproximadamente 5.0 ppg .

16. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado tiene una viscosidad de entre aproximadamente 25 y aproximadamente 50 cP para calidades de entre aproximadamente 80 y aproximadamente 95%, a temperaturas de hasta aproximadamente 82°C (180°F) .

17. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado es estable, cuando se expone a contaminantes de petróleo y sal .

18. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado es estable cuando se mezcla con petróleo crudo hasta por lo menos aproximadamente 50% p/v de petróleo crudo.

19. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado tiene un tiempo de duración medio de por lo menos aproximadamente 17 min .

20. El fluido como se describe en la reivindicación 13, en donde el fluido espumado es estable a temperaturas de hasta por lo menos aproximadamente 82 °C (180°F) .

21. El fluido de perforación espumado, que comprende: una fase líquida que comprende un solvente acuoso, un polisacárido y un tensioactivo; y una fase gaseosa que se selecciona del grupo que consiste de aire, nitrógeno, gas natural, C02 y combinaciones de los mismos. Se proporciona un fluido de perforación espumable que incluye un solvente acuoso; un tensioactivo y un polisacárido derivado preferiblemente de una goma de galactomanana . El fluido de perforación espumado incluye una fase líquida que consiste del solvente acuoso, polisacárido y tensioactivo, y una fase gaseosa de aire, nitrógeno, gas natural, C02 y mezclas de los mismos. El fluido de perforación es estable en presencia de petróleo crudo y sal, y es ambientalmente inocuo.