MX2013008318A - Celulosa polianiónica alta densidad y su uso como suspensión para la perforación, terminación y reparación de pozos petroleros y de gas. - Google Patents

Abstract

Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica liquida es un producto que facilita su inducción a los pozos petroleros, siendo un viscosificante con más rapidez, que los existentes, su manejo es más eficiente, eliminando las pérdidas de producto en vez de utilizar la versión en polvo. Con una mayor dispersión, en los diversos tipos de lodos para la perforación, reparación y terminación de los pozos petroleros y de gas. Siendo un producto amigable con el medio ambiente.

Description

CELULOSA POLIANIÓNICA ALTA DENSIDAD Y SU USO COMO SUSPENSIÓN PARA LA PERFORACIÓN, TERMINACIÓN Y REPARACIÓN DE POZOS PETROLEROS Y DE GAS DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la composición, método de preparación y aplicación de un producto de fluido, formulado con una mezcla de Celulosa Polianiónica alta densidad de éter de celulosa no iónico destacando las propiedades de alta pureza. Resistente a presiones y temperaturas, el cual puede ser utilizado para la perforación, terminación y reparación de pozos petroleros.

ANTECEDENTES La presente invención se refiere a la composición, método de preparación y aplicación de un producto de fluido, formulado con una mezcla de Celulosa Polianiónica alta densidad de éter de celulosa no iónico destacando las propiedades de alta pureza. Resistente a presiones y temperaturas, el cual puede ser utilizado para la perforación, terminación y reparación de pozos petroleros, y más específicamente para perforar, terminar y reparar la zona productora de los pozos costa afuera, terrestres y lacustres, productores de hidrocarburos (aceite crudo, gas y mezclas de aceite-gas y condensados. La invención, presenta la particularidad de reducir significativamente los daños a la permeabilidad de la formación productora solubles en agua para proporcionar las características de densidad, polímeros y aditivos especiales para proporcionan al producto las propiedades fisicoquímicas que todo fluido de perforación, terminación y reparación de pozos requiere para cumplir con sus funciones, y sobre todo proporcionar una resistencia térmica de 85°C hasta 150°C lubricando la formación productora. Una característica primordial de la presente invención es la composición que integra el fluido de perforación/terminación/reparación de pozos petroleros es incrementar la viscosidad y controlar las perdidas por filtración que no requieren de grandes tiempos, altas velocidades de corte ni calentamiento. Convirtiéndolo en un productor altamente amigable con el medio ambiente.

Específicamente la presente invención se relaciona a composiciones que contienen polímero líquido para utilizarse como agente espesante para hacer viscosas a las salmueras y proporcionen fluidos espesos. Celulosa Poliániónica alta densidad, Éter de Celulosa no iónico, [C6H702(OH)2CH2COONa]n, es un agente espesante y suspendente. Así como Aceite mineral de grado fino, Amina Cuaternaria, Ácidos Grasos del Tall Oil y Metanol.

Para la perforación de un pozo petrolero es necesario el empleo de un fluido (tradicionalmente conocido como lodo) el cual puede ser base agua, base aceite o un gas con el fin de llevar a cabo múltiples funciones. Este fluido debe, entre otras cosas, contrarrestar las presiones de los fluidos de perforación, enfriar y lubricar la barrena, acarrear los recortes perforados a la superficie para su separación y ser reciclado, previo acondicionamiento, para volver a introducirlo al pozo mismo.

Durante las operaciones de perforación se atraviesan diferentes formaciones (lutitas, arenas, lutitas arenosas, calizas, margas, lutitas cretosas.) antes de llegar a la formación que contiene los hidrocarburos que han de ser extraídos para su comercialización. Usualmente los yacimientos donde su ubican los hidrocarburos consisten de rocas carbonatadas, arenas y/o lutitas arenosas, las cuales en virtud de su permeabilidad pueden permitir que dichos hidrocarburos fluyan de una manera natural aprovechando las presiones existentes en los yacimientos o bien tratarse de yacimientos depresionados que requieren del empleo de técnicas de recuperación secundaria (bombeo neumático, bombeo mecánico, bombeo electro centrífugo.). Invariablemente, el flujo de los hidrocarburos a través del medio poroso dependerá mucho de que tanto las partículas insolubles de los fluidos de perforación tradicionales hayan invadido dichas zonas, provocando, entre otras causas, el taponamiento de los poros de la formación, y con esto la reducción de la producción de hidrocarburos. La permeabilidad es la facilidad con que los poros de la formación pueden permitir el libre flujo de un fluido a través de ellos, lo cual dependerá en gran medida de que tanto se encuentran comunicados los poros entre sí y de que no existan partículas extrañas a la formación que impidan o bloqueen el paso de los fluidos a través de él, a este proceso de invasión o bloqueo de los poros de la formación se le conoce tradicionalmente como daño a la formación productora, mismo que es causado por los fluidos utilizados durante las operaciones de perforación, terminación o reparación de pozos petroleros.

Los sólidos que contienen los fluidos de perforación tradicionales generalmente son sólidos insolubles en agua y en aceite, mismos que al estar perforando invaden la formación productora causando el taponamiento de los poros de la formación y reduciendo con esto su permeabilidad. La naturaleza química de estos sólidos (normalmente agentes densificantes como barita, ilmenita, galena, oxido de fierro.) evita que estos puedan ser disueltos mediante el tradicional tratamiento con HCI al 15% causando con esto un daño irreversible a la permeabilidad de la formación.

Para resolver los problemas de daño a la formación productora se han venido utilizando fluidos formulados a base de salmueras pesadas libres de sólidos, las cuales presentan la ventaja que no requieren de sólidos insolubles (como la barita, carbonato de calcio, óxido de hierro, galena.) para incrementar la densidad que los pozos de alta presión alta temperatura requieren para el control de las presiones de formación, este tipo de fluidos incrementa su densidad disolviendo sales o mezclas de sales (NaCI, KCI, CaCI2, CaBr2, ZnBr2l NaHC03, NaBr, KHCO3, NaHC03, NH4CI, entre otras) en agua, de tal forma que no existen sólidos insolubles (en suspensión) que pudieran, durante la perforación de; la zona productora, invadir la formación con el consecuente taponamiento y reducción de la permeabilidad y producción del pozo.

La Celulosa Polianiónica alta densidad polvo presenta diversos problemas al momento de verterse a los pozos petroleros, que este requiere de mezclarse adecuadamente con otro aditivo que permita su maniobrabilidad, adicionando el tiempo de preparación que este lleva para poder utilizarse inclusive en muchas de las ocasiones lleguen a quedar grumos u ojos de pescado lo cual dificulta o impide la función específica de proporcionar una mayor viscosidad de las salmueras.

Se pueden tomar como referencias de patentes ya existentes en el mercado en versiones sintético y líquido a base de agua como: La patente US 8338340 provee un fluido de perforación que comprende: un agente tensioactivo no iónico que incluye al menos uno de un etoxilato de alcohol ramificado y un etoxilato de alcohol con tapa, un constructor de detergente y un agente de viscosidad.

Un fluido de perforación de acuerdo con la presente invención también puede incluir, si se desea, un lubricante, también denominado un tensioactivo secundario. El lubricante puede actuar para ablandar el alquitrán y proporcionar una acción lubricante para ayudar a los trazadores de líneas de perforación y funcionando en largas secciones horizontales de un pozo. El lubricante puede ser no iónico. Aceites de alto punto de inflamación y vegetales, tales como los que tienen un punto de destello superior a 148 °C, puede ser de alguna utilidad en! las presentes fluidos de perforación. Lubricantes útiles pueden incluir, por ejemplo, esteres metílicos de ácidos grasos, por ejemplo, con un Hydrophilic lipofílicas (HLB) de aproximadamente 6, como son comúnmente disponible como aceite de soja, por ejemplo, disponible comercialmente como SoyClear™ productos por AG Environmental Products, LLC o Oleocal™ productos por Lambent Technologies Corp., o aceite de cañóla. Los lubricantes pueden ser añadidos al fluido de perforación cuando se prepara el líquido, directamente en los tanques y pueden alternativamente o además por agregado por primera aplicación a superficies de metal, tales como zarandas, etc. en la superficie para entrar en este modo la corriente de fluido de perforación.

En una forma de realización, un fluido de perforación a base de agua se pueden preparar tal como se establece anteriormente, incluyendo 0,5-1 ,5% en peso tensioactivo secundario, tales como, por ejemplo, 0,5-1 ,5% en peso de un éster metílico de aceite de soja.

Reductores de la pérdida de líquidos también se pueden utilizar en un fluido de perforación de acuerdo con la presente invención si se desea. Algunos reductores de pérdida de fluido comunes incluyen, por ejemplo, almidones, PAC (Celulosa Polianiónica alta densidad) y / o CMC (carboximetil celulosa). Algunas de estas sustancias químicas también pueden tener una función de la viscosidad. La pérdida de fluido reduce puede proporcionar estabilización estérica de los tensioactivos no iónicos.

La patente 8071509, la presente invención se refiere a fluidos de perforación basados en glicerol. En particular, la invención se refiere a fluidos de perforación que comprenden un volumen de solución de glicerol / agua 95 a 20% capaz de estabilizar formaciones sensibles al agua durante la perforación y el uso de este tipo de soluciones para la perforación de un pozo que tienen formaciones sensibles al agua.

Soluciones de glicerol / agua se ensayaron para determinar su capacidad para inhibir la hidratación de los minerales sensibles al agua, tales como montmorillonita de sodio y bentonita de sodio con y sin varios aditivos seleccionados de entre: poliacrilamida parcialmente hidrolizada (PH-PA), hidroliza parcialmente poliacrilonitrilo (PAN-PH); (c) del metal haluros tales como CaCl2, y Grupo 1 sales metálicas tales como KCI.

Además, otros aditivos conocidos se pueden incorporar para impartir propiedades conocidas tales como la viscosidad, punto de rendimiento, etc. como se conoce por los expertos en la técnica. Estos aditivos pueden incluir: goma xantana, celulosa polianiónica alta densidad, carboximetilcelulosa, polímeros dispersables en agua, etoxilatos de alcohol, d-Limoneno, terpinas y los ácidos grasos.

Las pruebas mostraron que las arcillas sensibles al agua, tales como montmorillonita de sodio y bentonita de sodio no lo hicieron hidrato cuando' se introducen en una solución de glicerol que contiene mayor que 20% (por volumen) de glicerol. Además, las soluciones que contienen 1 % (% en peso) haluros de metales disueltos (tales como KCI) mostraron que los haluros de metal podrían ser disueltos en una fase acuosa emulsionada por glicerol.

Además, las pruebas también demostraron que los polímeros viscosificantes incluyendo poliacrilamida y la goma de xantano añaden a las soluciones de glicerol se disolvieron y producido propiedades viscosificantes deseados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Celulosa Polianiónica alta densidad es un derivado es un tipo de éter de celulosa no iónico destacando las propiedades de alta pureza. La cual provee reología, resistencia bacteriana, funciona en cualquier tipo de salinidad, no contiene biocidas, evitando desarrollar geles altos en su formulación.

La Celulosa Polianiónica alta densidad, es un polímero de celulosá y etileno, que forma un gel viscoso soluble en agua y en etanol, se puede usar en sustitución Celulosa Hidroxietil o CMC, cumpliendo una función similar a éste, dando resultados de resistencia a temperaturas de 85°C hasta los 150°C.

Aceite mineral es un subproducto líquido de la destilación del petróleo desde el petróleo crudo. Un aceite mineral en este sentido es un aceite transparente incoloro compuesto típicamente de alcanos (típicamente de 15 a 40 carbonos)1 y parafina cíclica. Tiene una densidad de unos 0,8 g/cm3. 2.

La amina cuaternaria es un ion poliatómico positivamente cargado, de estructura NR4+, R comenzando en un grupo alquilo o en un grupo arilo. A diferencia del ion amonio (NH4+) y los cationes de amonio primario, secundario o ternario, los cationes de amonio cuaternario están cargados permanentemente, independientemente del pH de su solución. Sales de cationes de amonio cuaternario enlazadas a un anión. Ácidos grasos derivados del Tall 0/7, es un líquido color amarillento, de Olor característico, obtenido como subproducto en la fabricación de pasta de papel, a partir de coniferas, por el procedimiento Kraft, llamado también resina líquida, se obtiene partiendo de la lejía negra residual de la fabricación de la pasta de celulosa por procedimientos alcalinos y, más especialmente, por el procedimiento al sulfato. Es un líquido constituido esencialmente por una mezcla de ácidos grasos y de ácidos resínicos.

El metanol, también conocido como alcohol metílico o alcohol de madera. A temperatura ambiente se presenta como un líquido ligero (de baja densidad), incoloro, inflamable y tóxico que se emplea como disolvente, su fórmula química es CH40.

Para obtener la Celulosa Polianionica alta densidad no-iónica objeto de la presente invención se necesita que sus elementos presenten el siguiente grado de concentración: Celulosa Polianionica alta densidad de 80% al 99%, preferentemente 99%; ácidos grasos derivados de tall oil del 80% al 99%, preferentemente 99%, Aceite mineral de grado fino de 80% al 100%, preferentemente 100%; Metanol del 70% al 100%, preferentemente 100%; Amina Cuaternaria de 80% al 99%, preferentemente 99%.

La presente invención cuenta con una viscosidad 5,150 - 27,000 cps, pH 8,0 1 1 ,0, humedad máxima 8, nacmc% (pureza) mínimo 60, sustitución dé grado 0,70 a 0,90.

EJEMPLO 1. Método de obtención preferente de la presente invención: Se introducen: Aceite mineral de grado fino al 99% + ácidos grasos derivados del Tall Oil al 99%+ Metanol al 100% + Amina Cuaternaria al 99%, en una mezcladora; una vez que se introducen dichos componentes se enciende dicha mezcladora y comienza la agitación a 1000 r.p.m., hasta ver que la integración de los componentes se observa una textura viscosa, posteriormente se añade la Celulosa Polianionica alta densidad en polvo, preferentemente al 99%, adicionalmente el mezclador por agitación se incrementa a 2000 r.p.m., para asegurar que no quede ningún grumo u ojo de pescado, y se mantiene la agitación, para obtener la Celulosa Polianionica alta densidad no iónica, la cual es una suspensión, viscosa en color crema, estable y manejable a temperatura ambiente para obtener finalmente la hidroxietil celulosa no iónica objeto de la presente invención.

La Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica no experimentará la deshomogenización de los elementos cuando se encuentre en reposo o almacenaje, debido al sistema de mezclado por agitación, lo que en otros productos líquidos, sucede la separación de los elementos al estar en reposo. Haciendo una suspensión única, eliminando la sedimentación de los sólidos poliméricos puros Celulosa Polianiónica alta densidad, convirtiéndolo en un compuesto totalmente vertible. Esto permite un eficiente manejo para hacer mezclas rápidas y barridos sin necesidad de equipo de mezclador, para verterlo dentro del pozo petrolero.

EJEMPLO 2. Preparación de 1 litro de hidroxietil celulosa La cantidad de los componentes que se utilizan para preparar 1 litro de la presente invención se detallan en la tabla 1.

Tabla 1. Cantidad de elementos utilizados en la preparación de 1 litro de la presente invención.

La presente invención comprende 40% de Celulosa Polianiónica alta densidad que en conjunto con el resto de los elementos que integran la formula proveen un estado líquido para salmueras en alta densidad, haciendo que no se degrade por bacterias comunes. Proveyendo una reología pseudoplastica no permitiendo desarrollar geles altos. Haciendo un producto fácil de manejar, incrementando el volumen de los fluidos facilitando su extracción, funcionando en cualquier tipo de salinidad y no requiere de biosidas.

EJEMPLO 3. Método de Aplicación de la invención Los fluidos que se emplean en la perforación de un pozo se administran mediante el llamado sistema de circulación y tratamiento de inyección. El sistema está compuesto por tanques intercomunicados entre sí que contienen mecanismos tales como: zaranda/s: dispositivo mecánico, primero en la línea de limpieza del fluido de perforación, que se emplea para separar los recortes del trépano u otros sólidos que se encuentren en el mismo en su retorno del pozo. El fluido pasa a través de uno o varios coladores vibratorios de distintas mallas o tamaño de orificios que separan los sólidos mayores; el desgasificador/es; desarenador/desarcillador. El fluido es bombeado tangencialmente por el interior de uno o varios ciclones, conos, dentro de los cuales la rotación del fluido provee una fuerza centrífuga suficiente para separar las partículas densas por efecto de su peso. El embudo de mezcla ó tolva que se emplea para agregar aditivos polvorientos o suspensiones al fluido de perforación y las bombas centrífugas y bombas a pistón (2 o 3): son las encargadas de recibir la inyección preparada o reacondicionada desde los tanques e impulsarla por dentro de la columna de perforación a través del pasaje o pasajes del trépano y devolverla a la superficie por el espacio anular resultante entre la columna de perforación y la pared del pozo, cargada con los recortes del trépano, y contaminada por los componentes de las formaciones atravesadas. Los fluidos de perforación; su diseño y composición se establecen de acuerdo a las características físico-químicas de las distintas capas a atravesar. Las cualidades del fluido seleccionado depende de la densidad, viscosidad, ph, filtrado, composición química, deben contribuir a cumplir con las distintas funciones del mismo, como enfriar y limpiar el trépano; acarrear los recortes que genere la acción del trépano, cuidado del ambiente.

EJEMPLO 4. Evaluación de la viscosidad de la Celulosa Polianionica alta densidad no iónica En la tabla 2, se muestran los resultados obtenidos por las pruebas de viscosidad a la que fue sometida por el método de Brookfieid, la Celulosa polianionica de alta densidad no iónica.

Tabla 3. Se muestra las pruebas hechas de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, inflamabilidad, biológico infecciosas.

Los datos mostrados en las diversas pruebas hechas, los resultados se muestran: ausentes, negativos y en algunos de los casos no aplica.

Claims (21)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1 . Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica caracterizada porque comprende Celulosa Polianiónica alta densidad de 35% al 50% relación p/v, del 50% a 99% de pureza; ácidos grasos derivados de ra// o/Y de 1 % al 8% relación v/v, del 50% a 99% de pureza; Aceite mineral de grado fino de 40% al 60% relación v/v, del 50% a 99% de pureza; metanol de 1 % al 5% relación v/v, del 50% a 100% de pureza y amina cuaternaria de 1% al 8% relación v/v, del 50% a 99% de pureza.

2. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque comprende preferentemente Celulosa Polianiónica alta densidad a 40% relación p/v a 99% de pureza; ácidos grasos derivados de ra// oil a 2% relación v/v, a 99% de pureza; Aceite mineral de grado fino 53% relación v/v, a 99% de pureza; metanol de 1 % relación v/v, a 100% de pureza; amina cuaternaria 4% relación v/v a 99% de pureza.

3. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende Celulosa Polianiónica alta densidad en 53% relación p/v.

4. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque comprende Celulosa Polianiónica alta densidad en 99% pureza.

5. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende ácidos grasos derivados de tall oil en 2% relación v/v.

6. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque comprende ácidos grasos derivados de tall oil en 99% pureza.

7. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende Aceite mineral de grado fino en 53% relación v/v.

8. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque comprende Aceite mineral de grado fino en 99% pureza.

9. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende Metanol en 1 % relación v/v.

10. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque comprende Metanol en 100% pureza.

1 1. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque comprende Amina Cuaternaria en 4% relación v/v.

12. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación , caracterizada porque comprende Amina Cuaternaria en 99% pureza.

13. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque su viscosidad es de 5,150 - 27,000 Cps.

14. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de corrosividad, se encuentra dentro del rango normal.

15. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de reactividad, se encuentra dentro del rango normal.

16. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de explosividad, se encuentra dentro del rango normal.

17. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de toxicidad, se encuentra dentro del rango normal.

18. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de inflamabilidad, se encuentra dentro del rango normal.

19. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque los resultados de su prueba de biológicas infecciosas, se encuentra dentro del rango normal.

20. Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de conformidad con las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque se obtiene mediante la introducción de Aceite mineral de grado fino, ácidos grasos derivados del Tall OH, Metanol, Amina Cuaternaria, en una mezcladora; una vez que se introducen dichos componentes se enciende dicha mezcladora y comienza la agitación a 1000 r.p.m. , hasta ver que la integración de los componentes se observa una textura viscosa, posteriormente se añade la Celulosa Polianiónica alta densidad en polvo, adicionalmente el mezclador por agitación se incrementa a 2000 r.p.m. , para asegurar que no quede ningún grumo u ojo de pescado, y se mantiene la agitación, para obtener la Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, la cual es una suspensión, viscosa en color crema, estable y manejable a temperatura ambiente para obtener finalmente la Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica.

21 . Uso de la Celulosa Polianiónica alta densidad no iónica, de confórrnidad con las reivindicaciones 1 a 19 como suspensión para la perforación, terminación y reparación de pozos petroleros y de gas.