MX2011001683A - Composicion mejorada, metodo de preparacion y uso de fluidos ultraligeros base aceite para la perforacion de zonas depresionadas con lutitas activas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una composición mejorada, preparación y aplicación de un fluido de perforación ultraligero base aceite espumado, con tiempos de vida media superiores a 10 horas, para la perforación de los campos petroleros depresionados, donde existan cuerpos arcillosos activos y deleznables, y que además presenten temperaturas mayores de 180°C. El fluido ultraligero resiste las contaminaciones de agua salada, aceite crudo, gases ácidos, cemento y recortes de perforación. Este fluido puede ser empleado para la perforación, reparación y terminación de pozos utilizando el método de Perforación Bajo Balance, o Perforación con Presión Controlada o el método tradicional de perforación utilizando un gas (nitrógeno, aire, entre otros). Emplea un generador de espuma y/o un difusor de manera individual o combinados para reducir la gravedad especifica del fluido a valores menores de 0.2. y puede ser bombeado al pozo. Un aspecto novedoso de la invención es que la estabilidad del fluido se ve mejorada al ser sometida a los efectos de la temperatura y puede ser bombeada al pozo sin problemas de cavitación mediante el empleo de una bomba de discos conectada a la succión de las bombas de lodos.

Description

COMPOSICIÓN MEJORADA, MÉTODO DE PREPARACIÓN Y USO DE FLUIDOS ULTRALIGEROS BASE ACEITE PARA LA PERFORACIÓN DE ZONAS DEPRESIONADAS CON LUTITAS ACTIVAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la composición, método de preparación y aplicación de un sistema de fluido de perforación ultraligero base aceite espumado con tiempos de vida media superiores a los 20 minutos y hasta 10 horas, el cual puede ser utilizado para la perforación de las formaciones del paleoceno, cretácico y jurásico de los campos petroleros depresionados, y más específicamente para perforar de una manera segura los cuerpos arcillosos (lutitas activas) que se encuentran embebidas en dichas formaciones y con altos gradientes térmicos (mayores de 180°C) .

El fluido espumado base aceite (ultraligero) de esta invención puede ser empleado para la perforación, reparación y terminación de pozos petroleros utilizando el método de Perforación Bajo Balance (UBD, por sus siglas en inglés) o Perforación con Presión Controlada ( PD, por sus siglas en inglés) o el método tradicional de perforación utilizando gas nitrógeno criogénico, nitrógeno de membrana, aire o cualquier otro gas o mezclas de ellos, con el objeto de reducir la gravedad especifica del fluido en un rango de 0.8 a 0.2.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para la extracción de hidrocarburos es necesario perforar los pozos con el empleo de un fluido de perforación utilizando la técnica tradicional de perforación rotatoria, la cual hace uso de un fluido de perforación (tradicionalmente conocido como lodo) que puede ser base agua, base aceite o utilizar un gas con el fin de llevar a cabo múltiples funciones, entre las que destacan las siguientes: contrarrestar las presiones de los fluidos de perforación, enfriar y lubricar la barrena, acarrear los recortes perforados a la superficie para su separación y reciclado del fluido previo acondicionamiento.

Para explotar un campo petrolero es necesario perforar, de una manera programada, varios pozos de desarrollo, sin embargo, en la medida en que se aumenta el número de pozos perforados, y se extraen los hidrocarburos del subsuelo, la presión del yacimiento se va reduciendo gradualmente, al grado en que los hidrocarburos ya no fluyen por si solos a la superficie, ocasionando con esto lo que en el estado del arte de la perforación conocemos como yacimientos o zonas depresionadas . De esta forma, al continuar perforando mas pozos en el mismo campo surge la necesidad de utilizar fluidos ultraligeros , con gravedades especificas menores de 0.9, ya que si se emplean fluidos con mayor densidad se pueden presentar problemas de pérdidas de circulación parciales y totales causadas por la fractura de la formación o por la presencia de fisuras y cavernas naturales, esta situación de pérdida de circulación genera otros problemas colaterales como son: pegaduras de tubería, arrastres, fricciones, empacamientos de la sarta, presencia de gases ácidos que pueden provocar la falla de la sarta de perforación, entre otras, de esta forma, para la perforación de dichos campos o yacimientos depresionados , surge la necesidad de utilizar fluidos ultraligeros con densidades menores de 0.9 g/cc.

En la actualidad, se han venido utilizando ciertos tipos de fluidos que no han resuelto los problemas de perforación de las zonas depresionadas mencionadas, ya que las densidades que se alcanzan, si bien son cercanas y/o menores de 1.0, esta densidad (gravedad específica) no alcanza los valores requeridos para no fracturar la formación y perforar con circulación completa. El tipo de fluidos más comúnmente utilizados hasta hoy en día son los siguientes: fluido bentonítico con densidades de 1.02 a 1.05 g/cc, fluido bentonítico polimérico con densidades de 1.02 a 1.05 g/cc, fluidos Polimérico de baja densidad con densidades de 0.86 a 0.98 g/cc (80% diesel y 20% agua), baches viscosos de lodo bentonítico (perforación ciega) y fluidos a base de agua de mar con goma xantana, silicatos y lubricantes de carga máxima con densidades de 1.05 a 1.07 g/cc .

Otra problemática que se presenta al perforar las zonas depresionadas con fluidos base agua es que las formaciones donde se ubican las zonas depresionadas están constituidos principalmente por margas y lutitas de tipo cretoso, así como calizas y dolomías, mismas que con frecuencia presentan intercalaciones de lutitas activas (montmorillonitas , esmectitas, hectoritas, ilitas, entre otras) que al ser perforadas con un fluido base agua provoca una serie de problemas operacionales entre los que podemos mencionar la hidratación de las lutitas y su deleznamiento, lo que ocasiona que el diámetro del pozo se reduzca (ocasionado por el .linchamiento de la lutita) o que las paredes del pozo se desprendan ocasionando problemas de empacamientos de la sarta, fricciones, resistencias y pegaduras de tuberías que pueden causar la pérdida del pozo o la perdida de la etapa que se perfora.

Para resolver este problema se ha venido incrementando el uso de la perforación bajo balance con fluidos espumados base agua dulce o base agua de mar, mismos que con el objeto de resolver el problema de la hidratación de los cuerpos arcillosos se les han adicionado ciertos aditivos inhibidores de la hidratación de lutitas (los cuales son ampliamente conocidos en el medio) , no obstante lo anterior, dichos fluidos no consideran aditivos para prevenir el problema del deleznamiento (dispersión) de las lutitas ocasionando con ellos los problemas antes descritos de pegaduras de tubería y/o empacamientos de la sarta de perforación. Adicionalmente , con frecuencia se presentan perdidas de circulación total, derivadas de la existencia de fracturas y cavernas naturales de la formación, lo que ocasiona que ya no se puede monitorear en superficie la formación que está cortando la barrena, y por ende, al no conocer el grado de actividad que presentan dichos cuerpos arcillosos no se puede precisar la concentración de inhibidores de hidratación que se deben agregar al fluido espumado base agua.

Adicionalmente a los fluidos mencionados arriba, y con la finalidad de evitar los problemas causados por la hidratación y deleznamiento que los fluidos base agua causan a las lutitas activas que se encuentran en las zonas depresionadas, se ha optado por perforar dichas zonas utilizando la técnica de perforación bajo balance con un fluido 100% base aceite o emulsión inversa con alta relación aceite-agua, en el cual, con el propósito de reducir la gravedad especifica del lodo se inyecta gas nitrógeno (de membrana o criogénico) o algún otro gas, sin embargo, al iniciar la circulación del sistema con la unidad bajo balance, y también cuando se interrumpe la circulación, se presentan grandes pérdidas de lodo (70 -100 m3 por evento) derivadas de la falta de capacidad del fluido 100% aceite para retener el gas nitrógeno ocluido en el seno del lodo, esto causa que en la perforación de estas zonas depresionadas se lleguen a perder hasta 2000 a 3000 m3 de fluido 100% base aceite o emulsión inversa, lo cual incrementa sobremanera los costos de perforación.

A este respecto, existe en el estado de la técnica la solicitud de patente estadounidense publicada bajo el no. US2007/0129257, publicada el 7 de junio de 2007, la cual busca proteger un método de perforación que comprende los pasos de: 1) adicionar una cantidad de una composición espumante a un fluido base de hidrocarburos para formar un fluido de perforación espumado, donde la composición espumante está formada por un polímero, un agente gelante, un agente de cadena cruzada (crosslinking) y un agente espumante; 2) mezclar la composición espumante con un gas para formar una pre-espuma; 3) bombear la espuma al interior de la sarta de perforación; 4) producir la espuma cuando la pre-espuma sufre una caída de presión suficiente para formar la espuma y reducir el peso de la columna de fluido; y 5) sacar la espuma del pozo.

De conformidad con la citada solicitud, después de sacar la espuma del pozo, esta se destruye con una cantidad suficiente de un desespumante, proceso que puede ser repetido hasta 10 veces sin la adición de algún aditivo de la composición espumante.

El agente espumante es seleccionado del grupo de agentes espumantes de silicones, agentes espumantes fluorinados o combinaciones de ellos., el agente gelante es seleccionado del grupo de esteres de fosfatos y mezclas o combinaciones de los mismos con sus agentes de cadena cruzada (crosslinking) los cuales son seleccionados del grupo de metales di, tri o tetravalentes. El polímero, el cual es soluble en el aceite base, y cuya función principal es la de incrementar la viscosidad del fluido base de hidrocarburos puede estar conformado por una o más unidades polimerizables de mono o diolefinas .

El aceite base puede ser seleccionado del grupo de aceites de hidrocarburos sintéticos, hidrocarburos derivados del petróleo, aceites naturales u otros hidrocarburos similares o mezclas de ellos.

El tiempo de vida media máximo del fluido espumado de la invención es de 2 a 20 minutos (el tiempo de vida media de la espuma se define como el tiempo que tarda la espuma en reducir su volumen de líquido original en un 50%) . Esta particularidad hace que la espuma en mención tenga aplicación limitada para la perforación de pozos con la técnica de perforación bajo balance o presión controlada, ya que los tiempos de vida media que presenta esta espuma no son suficientes para que el fluido se mantenga estable derivados de alguna suspensión de operaciones por falla de bombas, malacate, entre otros, y cuyos tiempos de espera sobrepasan los 20 minutos de tiempo de vida media que considera el fluido a que hace referencia la patente en mención, esta situación provoca que la espuma se destruya en el interior del pozo ocasionando problemas de empacamientos de la sarta y/o perdidas de circulación, ya que al destruirse la espuma disminuye la consistencia (viscosidad) y el fluido ya no retiene su poder de suspensión ocasionando que los recortes de perforación se asienten y la fase liquida se pierda a la formación con mayor rapidez en virtud de la reducción de viscosidad.

Asimismo, se tiene conocimiento que la solicitud de patente estadounidense publicada bajo el no. US2010/0000795 , publicada el 7 de enero de 2010, la cual describe un nuevo fluido de perforación base aceite espumado para perforar pozos de petróleo o gas y que además incluye el método de fabricación y su uso. El fluido en mención está constituido por un aceite base, un agente espumante y un polímero que incluye al menos un monómero de olefina aromática y al menos un monómero dieno. La composición genera una espuma estable a temperaturas de hasta 350°F (175°C) .

Esta solicitud también busca proteger el método de perforación que comprende los pasos de: 1) adicionar una cantidad de una composición espumante a un fluido base de hidrocarburos para formar un fluido de perforación espumado, donde la composición espumante está formada por un agente espumante y una cantidad suficiente de un polímero estabilizante para formar una espuma estable a temperaturas de al menos 350°F (175°C) 2) bombear la espuma al interior de la sarta de perforación; 3) bombear un gas organofílico al interior o a la barrena a una velocidad suficiente para producir un fluido de perforación espumado que reduzca el peso de la columna de fluido y transporte los recortes a la superficie; y 4) sacar la espuma del pozo.

De conformidad con la citada solicitud, después de sacar la espuma del pozo, esta se destruye con una cantidad suficiente de un agente desespumante, proceso que puede ser repetido hasta 10 veces sin la adición de algún aditivo de la composición espumante.

La composición espumante citada está compuesta principalmente por: 1) un agente espumante, el cual es seleccionado del grupo de agentes espumantes de silicones, agentes espumantes oligoméricos fluorinados o agentes espumantes poliméricos o combinaciones de ellos; 2) un fluido base de hidrocarburo, el cual es seleccionado del grupo de fluidos de hidrocarburos sintéticos, fluidos de hidrocarburos derivados del petróleo, fluidos de hidrocarburos naturales y mezclas de los mismos; y 3) un polímero el cual comprende al menos un monómero de olefinas aromáticas y al menos un monómero dieno, donde los primeros comprenden el estireno, -metil estireno, a-trifluorometil estireno, estireno fluorinado, estírenos alquilados, vinil-piridina y mezclas de ellos y los segundos comprenden al menos el butadieno, isopreno, 2,3-dimetil butadieno, 1,3 pentadieno o mezclas de ellos.

Generalmente, la composición espumante es adicionada al fluido base aceite en un rango entre 0.5 y 5% en peso, y presenta un tiempo de vida media de 2 a 5 minutos. El agente espumante es adicionado al aceite base en una concentración de 1% en peso, el polímero viscosificante es adicionado en un rango de 0.05 a 5% en peso y el agente antiespumante puede ser adicionado en una concentración que puede ser el doble de la cantidad de agente espumante.

Así pues, con la finalidad de perforar las zonas depresionadas caracterizadas por la presencia de cuerpos arcillosos de gran actividad (hinchables y deleznables con altos contenidos de montraorillonitas , esmectitas, ectoritas, Hitas, entre otras) se hace necesario utilizar un fluido base aceite espumado que sea estable, con tiempos de vida media superiores a 20 minutos y hasta 6 horas, o más, de tal forma que al estar perforando no desestabilice las paredes del pozos, que no interactúe con la formación hidratándola o provocando su dispersión (interacción roca- fluido) y que tenga la capacidad de alojar un gas (aire, nitrógeno de membrana, nitrógeno criogénico, entre otras) y retenerlo, formando una espuma estable bajo los efectos de las presiones y temperaturas de fondo (100 a 200°C) , y que adicionalmente resista las contaminaciones, entre otras, de flujos de agua congénita de la formación, invasión de aceite crudo, recortes de perforación y gases ácidos (C02 y H2S) . El fluido además debe tener la característica de que en combinación con un gas como el aire, nitrógeno o cualquier otro gas, debe reducir su gravedad especifica a valores del orden de 0.8 a 0.2 y adicionalmente poseer buenas propiedades reológicas que permitan la limpieza del agujero con el fin de mejorar los avances de perforación, suspender los recortes ante cualquier situación de tiempos de espera y acarrear los recortes a superficie para su remoción. Este tipo de fluido es precisamente el fluido de perforación base aceite espumado objeto de esta invención.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un fluido base aceite espumado que sea estable, con tiempos de vida media superiores a 20 minutos y hasta 6 horas , o más .

Otro objetivo de la presente invención se refiere a que durante su uso en la perforación de zonas depresionadas dicho fluido base aceite espumado no desestabilice las paredes del pozos, que no interactúe con la formación hidratándola o provocando su dispersión y que tenga la capacidad de alojar un gas y retenerlo, formando una espuma estable bajo los efectos de las presiones y temperaturas de fondo de hasta 200 °C o más.

Más aún, otro objetivo de la presente invención consiste en que dicho fluido base aceite espumado resista las contaminaciones de flujos de agua congénita de la formación, invasión de aceite crudo, recortes de perforación y gases ácidos (C02 y H2S) , entre otras.

Finalmente, otro objetivo de la presente invención se refiere a que dicho fluido además debe tener la característica de que en combinación con un gas debe reducir su gravedad especifica a valores del orden de 0.8 a 0.2 y adicionalmente poseer buenas propiedades reológicas para permitir la limpieza del agujero con el fin de mejorar los avances de perforación, suspender los recortes ante cualquier situación de tiempos de espera y acarrear los recortes a superficie para su remoción.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las numerosas características de la invención son descritas con particularidad en las reivindicaciones anexas. Un mejor entendimiento de las características y ventajas de la presente invención será obtenido por referencia a la siguiente descripción detallada que describe las modalidades ilustrativas, en la cual son utilizados los principios de la invención, y los dibujos anexos de los cuales: La figura 1 muestra un diagrama del Sistema Circulatorio para perforar bajo balance con un fluido ultraligero base aceite espumado con inyección de nitrógeno acorde con la presente invención.

La figura 2 muestra un diagrama del Sistema Circulatorio para perforar con un fluido ultraligero base aceite espumado y con inyección de aire y difusor de espuma en las presas de lodos sin emplear el equipo de perforación bajo balance.

La figura 3 muestra un esquema general del difusor de espuma empleado para inyectar aire en el seno del fluido ultraligero en las presas de trabajo y succión con el propósito de reducir la gravedad especifica hasta valores del orden de 0.25.

La figura 4 muestra un diagrama del Sistema Circulatorio para perforar bajo balance con un fluido ultraligero base aceite espumado con inyección de nitrógeno, generador de espuma, e inyección de aire con difusor de espuma en las presas de lodos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN EL fluido ultraligero base aceite espumado objeto de la presente invención se encuentra constituido principalmente por solo tres ingredientes esenciales, un aceite base, un agente espumante y un estabilizador de espuma. A diferencia de los fluidos espumados que existen en el estado del arte, el fluido no utiliza polímeros viscosificantes , ni agentes de cadena cruzada para proporcionar la estabilidad y la resistencia térmica a la espuma .

El aceite base utilizado puede ser seleccionado, sin restricción alguna, del grupo de aceites de la kerosina, aceite crudo, aceite diesel, aceite de origen natural, aceite mineral y condensados o algún aceite derivado de hidrocarburos similares combinados o mezclados entre sí, componente que representa del 90 al 99% en volumen de la composición base antes de inyectar el gas para producir la espuma y obtener de esta forma el fluido ultraligero requerido para perforar las zonas depresionadas constituidas por arenas, margas, calizas cretosas, dolomías, entre otras, y que entre otras cosas permite perforar las formaciones que contengan cuerpos arcillosos hidratables y deleznables.

El agente espumante, está constituido principalmente por un surfactante, el cual puede ser seleccionado del grupo de agentes espumantes de silicones, polímeros fluorinados de tipo vinílico, polímeros perfluorados de tipo acrílico. Más específicamente, los inventores han encontrado que un agente espumante del tipo de los polímeros de base acrílica parcialmente perfluorados en combinación con un agente estabilizador proporcionan una estabilidad térmica al fluido ultraligero base aceite de hasta 200°C, con tiempos de drenado menores de 5% en un tiempo de 6 horas, lo cual proporciona una espuma con tiempos de vida media superiores a 6 horas. Esta característica permite asegurar que el fluido continuara estable dentro del agujero, bajo los efectos de la presión y temperaturas de hasta 200°C, por largos periodos de tiempo, evitando con esto los problemas clásicos de empacamientos y atrapamientos de sarta y/o la perdida de circulación causada por la disminución de la consistencia (falta de estabilidad) que sufren los fluidos espumados que presentan tiempos de vida media cortos (menores de 20 minutos) . El rango de concentración en que se usa el agente espumante es del orden de 0.5 a 5% en volumen.

El agente estabilizador se emplea en un rango de concentración que varía de 5 a 50 kg/m3 del aceite base, y puede ser seleccionado del grupo de polxraeros derivados de los ácidos carboxílicos (dímeros, trímeros, entre otros) o del grupo de la bentonita, montmorillonita, esmectita, hectorita, saponita, beidelita o stevensita tratadas con sales cuaternarias de ácidos grasos, las cuales al interactuar con compuestos oleofilicos como el aceite diesel, hidrocarburos, aceites sintéticos, entre otros, proporcionan propiedades tixotrópicas . Los compuestos organofílicos preparados a partir de las arcillas mencionadas, previo a su incorporación en el fluido objeto de la presente invención, son tratadas con agentes dispersantes con el propósito de maximizar su rendimiento, los dispersantes mas comúnmente empleados son entre otros, alcoholes de bajo peso molecular, acetona y nitroalcanos conteniendo hasta un 5% de agua. Los polímeros derivados de los ácidos carboxílicos pueden ser utilizados en un rango de 0.1 a 5% vol .

Preferentemente, el agente estabilizador puede ser seleccionado del grupo de la bentonita de amonio derivada del cebo dimetil di hidrogenado, bentonita de amonio derivada del cebo metil bencil di hidrogenado, bentonita de amonio derivada del cebo dimetil bencil di hidrogenada y mezclas de las mismas.

Como se observa en la figura 1, el fluido preparado es circulado con una bomba de lodos (1) a través de un circuito circulatorio y la espuma es formada con el uso de un generador de espuma (2) , para pasar a una unidad de inyección (3) en donde se inyecta un gas (4) para formar así la espuma, la cual pasa a través de una tubería vertical (5) , una sarta de perforación (6) y una barrena para regresar por un espacio anular (7). Preferentemente, el gas (4) puede ser nitrógeno de membrana, nitrógeno criogénico, aire, entre otros. Con el equipo bajo balance, y a través de un incrementador de presión (booster) (8) , se mantiene el pozo represionado y el fluido sale del pozo a través de una cabeza rotatoria (9) para ser enviado a un separador gas-lodo (10) , en donde se separa parte del gas de la espuma y los sólidos y fluido son enviados a un equipo de control de sólidos (11) en donde se separan los recortes de perforación.

A diferencia de las espumas conocidas en el estado de la técnica que se mencionaron en el capítulo de antecedentes, el fluido ultraligero objeto de la presente invención no requiere del uso de agentes desespumantes, ya que al ser pasado a través del equipo de control de sólidos y desgasificador libera parte del gas incrementando así su densidad. El fluido ultraligero pasa a través de unas presas de asentamiento, tratamiento y succión para ser bombeado de nueva cuenta al interior del pozo pasando previamente por el generador de espuma e inyectando la cantidad del gas necesaria para reducir la densidad a los valores requeridos.

Un aspecto novedoso de esta invención es que se ha sustituido la bomba centrifuga (supercargadora) que t radicionalmente se encuentra acoplada a la succión de la bomba de lodos, por una bomba de transferencia con tecnología de "no-contacto" (12) que basa su principio de funcionamiento en el "arrastre de la capa limite viscosa," ya que es ampliamente conocido que las bombas centrifugas tradicionales presentan severos problemas de cavitación en virtud de que el NPSH disponible con los fluidos espumados es menor que el NPSH requerido por las bombas centrifugas. El empleo de la bomba de transferencia resuelve estos problemas de cavitación derivados del manejo de fluidos viscosos con baja gravedad especifica, ya que las bombas de discos trabajan con NPSH requeridos de la mitad y hasta una tercera parte del NPSH requerido por las bombas centrifugas, lo que permite bombear de una manera más eficiente el fluido ultraligero base aceite espumado a la succión de la bomba de lodos para que esta a su vez bombee el fluido a través del circuito circulatorio del equipo de perforación (sarta-barrena- pozo-espacio anular) . Este tipo de bombas de discos a los que se refiere esta invención son mencionadas en las patentes US 4,949,385; US 4,768,920 y US 4,940,385.

En una segunda modalidad alternativa de esta invención consiste en que el fluido espumado base aceite, objeto de esta invención, también puede ser aireado o gasificado en unas presas de lodos (21) con un difusor de espuma (22) , logrando reducir la gravedad especifica del fluido a valores desde 0.9 hasta 0.20 o más bajo dependiendo de la cantidad de gas que se inyecte. Esta característica, y en combinación con el empleo de unas bombas de discos (23) , permite que el fluido ultraligero espumado base aceite de esta segunda modalidad pueda ser bombeado al fondo del pozo a través de una sarta de perforación (24), evitando con esto la necesidad de utilizar el equipo bajo balance y/o la inyección de nitrógeno criogénico o nitrógeno de membrana o algún otro gas en la boca del pozo (tubería vertical, tubería superficial o piso de perforación) con el propósito de reducir la gravedad especifica del fluido ultraligero a los valores requeridos para perforar. Posteriormente, el fluido pasa a través de una barrena, regresa por el espacio anular (25) a una cabeza rotatoria (26) y de ahí es enviado a través de una línea de flote (27) a un equipo de control de sólidos (28) , para finalmente pasar a una presa de asentamiento y unas presas de mezclado y una presa de succión donde, en caso de requerirse, se da el tratamiento necesario con los aditivos que conforman este fluido y se inyecta el aire o gas necesario a través del difusor de espuma para mantener la densidad de trabajo requerida.

El difusor de espuma de esta segunda modalidad es ilustrado en la figura 3, en donde se observa que el difusor de espuma está constituido preferentemente por una tubería (31) de acero al carbón cédula 40, 80 ó 120, acero inoxidable, aluminio o inclusive plástico PVC, la cual se encuentra cerrada en uno de sus extremos y en el otro se encuentra acoplada a una manguera (32) que alimenta un flujo de aire variable (por ejemplo 20 a 800 pies cúbicos por minuto) en cantidad suficiente que permita reducir la gravedad especifica del fluido ultraligero a los valores requeridos. Preferentemente, la longitud de la tubería puede ser variable, pero más específicamente puede ser de 1 hasta 5 m de longitud y el diámetro es de 1" (25.4 mm) a 5" (127 mm) . Adicionalmente en la modalidad preferida dicha tubería presenta una pluralidad de perforaciones (33) , cuyo diámetro y forma puede ser variable, de preferencia distribuidas homogéneamente, con un diámetro de dichas perforaciones que varía de 0.015" (0.38 mm) a 0.5" (12.7 mm) , con un espaciamiento radial de las perforaciones el cual puede ser de 0.25" (6.35 mm) a 10" (254 mm) .

El fluido ultraligero espumado base aceite se caracteriza porque esta formulado con un aceite base, un gas, un agente espumante de tipo polimérico y un agente estabilizador, mismos que en combinación con un generador de espuma permite reducir, a nivel de presas de lodos, la gravedad especifica del fluido a valores en un rango de 0.8 a 0.20.

De manera adicional a los dos métodos de aplicación mencionados arriba, la versatilidad del sistema permite que estos puedan ser utilizados mezclados en una tercera modalidad como se ilustra en la figura 4. Con esta tercera modalidad se obtendrá un importante ahorro de gas nitrógeno, es decir, el fluido ultraligero base aceite espumado puede ser espumado en las presas utilizando un difusor de espuma (41) para bajar la densidad con aire hasta un cierto valor (0.4 por ejemplo) y después ser bombeado con una bomba de lodos (42) hacia un generador de espuma (43) , auxiliado por una bomba supercargadora de discos (44); para pasar a una unidad de inyección (45) en donde se inyecta la cantidad de un gas, preferentemente nitrógeno, necesario para reducir la gravedad especifica a los valores requeridos, la espuma formada pasa a través de un tubo vertical (46) , una sarta de perforación (47) , una barrena regresando por un espacio anular. Con el equipo bajo balance, y a través de un incrementador de presión (booster) (48) , se mantiene el pozo represionado y el fluido sale del pozo a través de una cabeza rotatoria (49) para ser enviado a un separador gas-lodo (50) , en donde se separa parte del gas de la espuma y los sólidos y fluido son enviados a un equipo de control de sólidos (51) en donde se separan los recortes de perforación. El fluido ultraligero pasa a través de unas presas de asentamiento, tratamiento y succión (donde se mantiene operando el difusor de espuma) para ser bombeado de nueva cuenta al interior del pozo pasando previamente por el generador de espuma e inyectando la cantidad del gas necesario para reducir la densidad a los valores requeridos.

La composición del fluido espumado base aceite se caracteriza porque posee una resistencia térmica superior a 180°C sin problemas de degradación térmica, y de esta manera forman espumas estables, las cuales se ven mejoradas grandemente cuando son sometidas al efecto de la temperatura llegando a presentar mayores tiempos de vida media y un % de drenado de la fase liquida menores de 5% durante un tiempo de 6 horas lo cual proporciona tiempos de vida media mayores de 10 horas.

El fluido espumado base aceite de esta invención es capaz de formar una espuma estable en la que acepta un gas en el seno de un liquido (hidrocarburo, aceite diesel, aceite mineral o aceite crudo) reduciendo así la gravedad específica del fluido a valores del orden de 0.7 a 0.25 y más preferentemente 0.2 o más bajo, dependiendo de la cantidad de gas que se inyecte y la cantidad de estabilizador y agente espumante. Así, al reducir la gravedad específica del fluido espumado se reduce la presión de columna hidrostática del fluido de perforación que se bombea al pozo logrando con esto manejar las gravedades específicas dentro del rango que se requiere para perforar las zonas depresionadas , evitando con esto la ocurrencia de una perdida de circulación por el fracturamiento de la formación y/o la ocurrencia de un brote al controlar de manera adecuada los fluidos de la formación.

La naturaleza química y el efecto sinergético que se logra mediante la combinación del agente espumante-aceite-estabilizador-gas permiten que el fluido ultraligero espumado base aceite, aparte de presentar estabilidades térmicas superiores a 180°C, y más propiamente 200°C, de esta invención resista las contaminaciones más comunes que se presentan al perforar las zonas depresionadas de las formaciones características del paleoceno, cretácico y jurásico, además de inhibir la hidratación y deleznamiento de los cuerpos arcillosos que se encuentran intercalados en dichas formaciones. Las contaminaciones más comunes a los que nos referimos, entre otras, son las siguientes: flujos de agua salada, gases ácidos como el C02 y el H2S, aceite crudo, recortes de perforación, entre otros.

A conclusión, el estabilizador, en combinación con el agente espumante y el aceite base, producen un efecto de sinergia que retiene el gas por largos periodos de tiempo. Este efecto de sinergia está caracterizado porque en estado de reposo la composición espumante presenta un comportamiento tixotrópico de tal forma que construye una estructura gelatinosa que atrapa la burbuja de gas impidiendo que ésta migre hacia la superficie incrementando su estabilidad y como consecuencia incrementa su tiempo de vida media. Adicionalmente a la característica mencionada, la composición espumante, permite que al inyectar el gas se forme una espuma estable a temperaturas superiores a 200°C.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN Los ejemplos de aplicación se presentan en las tablas No. 1 a la No. 6 las cuales ilustran la preparación y el comportamiento del fluido ultraligero base aceite espumado con y sin agente estabilizador, así como el comportamiento aumentando y reduciendo la concentración de los mismos. De manera adicional, se presentan pruebas de estabilidad térmica, comportamiento reológico y drenado de fase liquida al ser sometidas a diferentes temperaturas y a la acción de los contaminantes más comunes encontrados al perforar la zona depresionada .

Tabla No. l .- Densidad y propiedades geológicas @ 65 °C del fluido ultraligero base aceite espumado objeto de esta invención recién preparado en laboratorio y después de rolar a 150 °C y 180 'C durante 5 hrs (Conc. PROTEX S-300 = 10 lts m3, Conc. Estabilizador = 10 kgm3).

OBSERVACIONES: 1.- El volumen de la muestra de espuma para la separación de fases fue de 100 mi. 2 - Muestras roladas durante 18 hr, con 150 psi Nj.

Tabla No. 2.- Densidad y propiedades geológicas @ 65 °C del fluido ultraligero base aceite espumado, recién preparado en laboratorio y después de rolar a 150 °C, y 180 SC durante 6 hrs (Conc. PROTEX S-300 = 50 lts m5y Estabilizador = 10 g/m3).

OBSERVACIONES: 1.- El volumen de la muestra de espuma para la separación de fases fue de 100 mi.

Tabla No.3.- Densidad y propiedades geológicas @ 65 °C del fluido ultraligero base aceite espumado recién preparado en laboratorio y después de rolar a 150 °C, 6 hrs y 180 °C durante 18 hrs (Conc. PROTEX S-300 = 30 lts/Tn3 y Estabilizador = 30 Kg/mJ).

Tabla No. 4.- Densidad y propiedades geológicas @ 65 °C del fluido ultraligero base aceite espumado recién preparado en laboratorio, contaminado con salmuera de NaCI, aceite crudo y COz, antes y después de rolar a 150 °C durante 6 hrs (Conc. Protex S-300 = 50 Its/m3' Conc. de estabilizador 10 kg/m3).

OBSERVACIONES: 1. - Después de rolado la espuma se observa estable en todas las muestras, y el drenado de la fase liquida se presentó únicamente en la muestra conlaminada con crudo a las hr de reposo observándose solo un volumen de aceite separado de 8 mi (8.0% vol). 2. · La muestra contaminada con salmuera presento un drenado de la fase liquida de 2 mi después de 26 hr de reposo. 3. · El volumen de la muestra de espuma para la separación de fases fue de 100 mi.

Tabla No. 5 - Densidad y propiedades reológicas @ 65 "C del fluido ultraligero base aceite espumado recién preparado en laboratorio, contaminado con salmuera de Nací, CC½ y recortes de perforación, rolados a 150 °C durante 6 hrs y a 180 °C durante 18 hrs (Conc. Protex S-300 = 30 lts mJ'Conc. de Estabilizador 30 kg/m3).

OBSERVACIONES: 1.- El volumen de la muestra de espuma para la separación de fases fue de 100 mi.

Tabla No. 6.- Densidad y propiedades Teológicas @ 65 °C del fluido uttraligero base aceite espumado recién preparado en laboratorio, contaminado con salmuera de NaCI, C02 y recortes de perforación, rolados a 150 °C durante 6 hrs y a 180 "C durante 18 hrs (Conc. Protex S-300 = 30 lts m3' Conc. de Estabilizador 30 kg/m3).

OBSERVACIONES: 1.- El volumen de la muestra de espuma para la separación de fases fue de 500 mi.

Para la preparación del fluido ultraligero base aceite espumado se utilizó un agitador tipo Hamilton Beach mezclando los productos en el siguiente orden: Diesel-agente estabilizador-agente espumante agitando a baja velocidad durante 15 minutos con el agente estabilizador y 10 minutos con el agente espumante a alta velocidad. Las pruebas de comportamiento reológico se llevaron a cabo en un viscosímetro rotacional de cilindros coaxiales a una temperatura de 65 °C.

Las pruebas de estabilidad térmica se llevaron a cabo mediante una prueba de añej amiento a temperatura durante un cierto tiempo, empleando celdas de acero inoxidable de 500 mi de capacidad y presurizando con un gas inerte (nitrógeno) a 150 psig empleando como medio de calentamiento un horno rolador de 6 rodillos habilitado con controlador de temperatura con modo de control PID ( Proporcional- Integral-Diferencial ) .

La estabilidad de la espuma se determino vaciando un volumen del fluido ultraligero espumado en una probeta de 100, 250 o 500 mi de capacidad y midiendo la cantidad de fase liquida separada en el fondo de la probeta durante un cierto tiempo.

Las pruebas de contaminación se llevaron a cabo adicionando al fluido ultraligero base aceite espumado una cierta cantidad del contaminante y midiendo las propiedades reológicas y de drenado antes y después de someterlas a un proceso de añej amiento a temperatura. Las concentraciones de contaminantes utilizados fueron las siguientes : Agua salada (salmuera de NaCl saturada = 50 lt/m3 Aceite crudo = 50 lt/m3 Dióxido de Carbono (C02) = 250 psi en celda de rolar 500 mi Recortes de perforación (margas cretosas) = 5 % vol .

El valor de densidad reportado en las pruebas de laboratorio, es el obtenido a través del proceso de agitación donde el aire se ocluye por efectos de la forma de la propela y velocidad con la que se agita el fluido, este valor puede ser modificado dependiendo de la cantidad de gas (nitrógeno, aire, u otros) que se inyecte a la mezcla al hacerla pasar por un generador de espuma como el descrito en la solicitud de patente PA/a/2003/002391. La densidad que se reporta en los ejemplos fue obtenida a temperatura ambiente y presión atmosférica pesando un volumen de 100 mi del fluido ultraligero espumado base aceite, empleando para ello una balanza granataria con aproximación a 0.1 g y una probeta de 100 mi.

Mientras que la invención puede ser susceptible a las varias modificaciones y de las formas alternativas, las modalidades específicas se han mostrado a modo de ejemplo en los dibujos y se han descrito detalladamente en la presente. Sin embargo, se deberá entender que la invención no está pensada para ser limitada a las formas particulares divulgadas. En su lugar, la invención busca cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del espíritu y alcance de la invención según lo definido por las siguientes reivindicaciones que se anexan.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. - Una composición espumante mejorada para la perforación de los campos petroleros depresionados formulada principalmente con un aceite base, un agente espumante, un estabilizador y un gas que se inyecta en la composición líquida para producir un fluido ultraligero base aceite espumado, caracterizado porque: el estabilizador, en combinación con el agente espumante y el aceite base, producen un efecto de sinergia que en estado de reposo la composición espumante presenta un comportamiento tixotrópico de tal forma que construye una estructura gelatinosa que atrapa la burbuja de gas impidiendo que ésta migre hacia la superficie incrementando su estabilidad y como consecuencia incrementa su tiempo de vida media; y en donde la composición espumante, permite que al inyectar el gas se forme una espuma estable a temperaturas superiores a 200°C.

2. - La composición espumante de la reivindicación 1, en donde el agente espumante consiste en un agente espumante no-iónico polimérico de tipo acrílico parcialmente perfluorado soluble en solventes no polares y más específicamente en aceites de origen vegetal, mineral, sintético o derivados de hidrocarburos.

3.- La composición espumante de la reivindicación 2, en donde el agente espumante se utiliza en la composición en una concentración que puede variar desde 0.1 hasta 5% en volumen.

4. - La composición espumante de la reivindicación 1 , en donde el aceite base puede ser seleccionado del grupo de aceites de kerosina, aceite crudo, aceite diesel, aceite mineral, aceite vegetal o condensados de hidrocarburos y más específicamente aceite diesel.

5. - La composición espumante de la reivindicación 4, en donde el aceite base forma parte de la composición espumante en un rango de concentración que puede variar de 85% y hasta un 99% en volumen.

6. - La composición espumante de la reivindicación 1, en donde el estabilizador empleado puede ser seleccionado del grupo de la bentonita de amonio derivada del sebo dimetil dihidrogenado, bentonita de amonio derivada del cebo dimetil bencil hidrogenada.

7. - La composición espumante de la reivindicación 6, porque emplea el estabilizador en concentraciones de 5 a 50 kg/m3 tomando como base de cálculo el volumen de la composición espumante.

8. - La composición espumante de la reivindicación 1, en donde el gas puede ser nitrógeno de membrana, nitrógeno criogénico, aire, oxido nitroso, argón, helio, xenón, entre otros.

9. - La composición espumante de la reivindicación 1, en virtud de que la sinergia que se deriva de la combinación del aceite base-agente espumante-estabilizador permite que la estabilidad del fluido ultraligero espumado base aceite se vea mejorada en la medida en que este se someta a los efectos de la temperatura, a mayor temperatura mayor tiempo de vida media, esto en virtud de que el espesor de película del agente espumante que se forma en la interfase gas - fase continua (aceite con estabilizador) no se deteriora bajo los efectos de temperaturas superiores a 200 °C.

10. - La composición espumante de la reivindicación 1, porque el tiempo de vida media del fluido ultraligero espumado base aceite se incrementa también en la medida en que se incrementa la concentración de agente espumante.

11. - La composición espumante de la reivindicación 1, en virtud de que permite que el fluido ultraligero espumado base aceite resista las contaminaciones más típicas que se encuentran al perforar los campos petroleros depresionados y más específicamente contaminaciones con agua de formación (agua salada) , dióxido de carbono, aceite crudo, cemento, sólidos de perforación (calizas, dolomías, lutitas cretosas, margas, ilitas, esmectitas, arenas, entre otras) , esto derivado de que no existe reacción química alguna entre estos contaminantes y los componentes del fluido ultraligero objeto de esta invención.

12. - La composición espumante de la reivindicación 1, porque después de ser contaminada y añejada térmicamente hasta por 18 horas sus propiedades de tiempo de vida media y propiedades fisicoquímicas no se ven afectadas asegurando con esto que el fluido ultraligero espumado base aceite objeto de esta invención cumpla con todas sus funciones para la perforación de los campos petroleros depresionados .

13. - El método de perforación de campos petroleros depresionados el cual incluye una composición espumante mejorada del fluido ultraligero espumado base aceite compuesto por un aceite base, un agente espumante y un estabilizador en concentraciones variables de acuerdo a la densidad requerida para perforar los campos depresionados y de acuerdo al tiempo de vida media del fluido ultraligero que se desee manejar, el método de perforación consiste en: inyectar un gas en la composición espumante, mismos que al mezclarse en un generador de espuma producen una espuma homogénea con tiempos de vida media superiores a 20 minutos, y hasta 10 horas o más; inyectar de aire en unas presas de lodos a través del difusor de espuma con el propósito de reducir la densidad del fluido ultraligero a valores de hasta 0.3 g/cm3; bombear mediante una bomba de discos para alimentar la succión de una bomba de lodos a fin de evitar los problemas de cavitación que presentan las bombas de lodos al succionar fluidos con una densidad baja (menores de 0.7 g/cm3) ; bombear el fluido ultraligero espumado base aceite a través del generador de espuma, una sarta de perforación, una barrena, un espacio anular y retorno hacia una unidad bajo balance, una cabeza rotatoria, un acelerador, un equipo separador gas-lodo, un equipo de control de sólidos y presas .

14. - El método de perforación de la reivindicación 13, porque no requiere del empleo de antiespumantes para mantener controlado el fluido ultraligero evitando derrames y problemas de cavitación de las bombas.

15. - El método de perforación de la reivindicación 13, porque permite utilizar el fluido ultraligero espumado base aceite de manera individual (perforación norma) para perforar los campos petroleros depresionados o en combinación con el método de perforación bajo balance o con presión controlada.

16. - El método de perforación de la reivindicación 13, que además comprende : emplear un equipo de control de sólidos, un desgasificador y un separador gas -lodo para aumentar la densidad del fluido ultraligero espumado sin necesidad de utilizar agentes antiespumantes o desespumantes.

17. - La método de perforación de la reivindicación 13, en donde el fluido ultraligero espumado base aceite inhibe la hidratación de las lutitas hinchables y lutitas deleznables (interacción roca-fluido) evitando con esto la ocurrencia de los problemas de perforación asociados con esta problemática durante la perforación de los campos petroleros depresionados .

18. - Un difusor de espuma caracterizado porque está constituido con una tubería cerrada por uno de sus extremos y en el otro se encuentra acoplada a una manguera por medio de la cual se hace circular un flujo de gas mismo que circula por el interior de la tubería y sale a través de una pluralidad de orificios que se encuentran perfectamente distribuidos a lo largo del cuerpo de la tubería .

19. El difusor de espuma de la reivindicación 18, en donde la pluralidad de orificios son de forma redonda y pueden ser de diferentes diámetros o de uno solo, y la longitud de la tubería puede ser variable . RESUMEN La presente invención se refiere a una composición mejorada, preparación y aplicación de un fluido de perforación ultraligero base aceite espumado, con tiempos de vida media superiores a 10 horas, para la perforación de los campos petroleros depresionados , donde existan cuerpos arcillosos activos y deleznables, y que además presenten temperaturas mayores de 180°C. El fluido ultraligero resiste las contaminaciones de agua salada, aceite crudo, gases ácidos, cemento y recortes de perforación. Este fluido puede ser empleado para la perforación, reparación y terminación de pozos utilizando el método de Perforación Bajo Balance, o Perforación con Presión Controlada o el método tradicional de perforación utilizando un gas (nitrógeno, aire, entre otros) . Emplea un generador de espuma y/o un difusor de manera individual o combinados para reducir la gravedad especifica del fluido a valores menores de 0.2. y puede ser bombeado al pozo. Un aspecto novedoso de la invención es que la estabilidad del fluido se ve mejorada al ser sometida a los efectos de la temperatura y puede ser bombeada al pozo sin problemas de cavitación mediante el empleo de una bomba de discos conectada a la succión de las bombas de lodos.