MX2013011148A - Fluido de complementacion con reduccion de friccion. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para reducir las fuerzas de fricción entre tubulares, por ejemplo tubería enrollada en el entubado. El método incluye mezclar un surfactante seleccionado y partículas de TEFLON en aceite, luego adicionar el aceite al agua y bombear la mezcla hacia abajo de la tubería. La mezcla es particularmente útil en la perforación de tubular enrollado del entubado interior. La formulación también se ha encontrado que reduce la corrosión sobre superficies de metal.

Description

FLUIDO DE COMPLETACIÓN CON REDUCCIÓN DE FRICCIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención Esta invención se dirige a un método para reducir el arrastre causado por la fricción entre tubulares de metal en un pozo durante las operaciones de completación o de perforación en el pozo. Más particularmente, aditivos químicos y partículas de TEFLON en una fase de aceite se adicionan a un fluido a base de agua tal que las partículas se transportan a una película de aceite sobre la superficie de los tubulares. Los materiales descritos también reducen la cantidad de corrosión sobre las superficies de los tubulares. Descripción de la Técnica Relacionada En la historia reciente la industria de petróleo y gas ha descubierto que la perforación horizontalmente dentro de un depósito de petróleo y gas puede hacer potencialmente un pozo mucho más productivo. El pozo horizontal permite el acceso a volúmenes mucho más grandes de la formación portadora de petróleo y gas. Entre más grande es la sección lateral u horizontal puede ser más productivo el pozo. Por esta razón, ha llegado a ser cada vez más común perforar horizontalmente en muchas formaciones de petróleo y gas que están siendo desarrolladas actualmente - particularmente en las formaciones de esquisto de baja permeabilidad.

El entubado de acero se coloca en la perforación de pozo y, en muchos pozos, el entubado se perfora en un número seleccionado de ubicaciones a lo largo de la sección horizontal de la perforación de pozo con agrupaciones o conjuntos de perforaciones. Esto inicia el proceso de "completación" del pozo. El número de conjuntos de perforaciones pueden variar de dos a cuatro o más. El fluido de fracturación hidráulica luego se bombea a través de cada conjunto de perforaciones - un conjunto a la vez. Es común separar el flujo en el entubado para cada conjunto de perforaciones al ajusfar un tapón de puente perforable entre estas. Después de que sean bombeado los tratamientos de fracturación hidráulica a través de cada conjunto de perforaciones, los tapones de puente se pueden perforar desde el entubado para permitir la producción hacia arriba del pozo a partir de los diferentes conjuntos de perforaciones.

La longitud de la sección horizontal del pozo puede ser limitada por el proceso de perforación de tapones de puente desde el entubado. La perforación de tapones de puente frecuentemente se realiza con un motor de fluido y broca al final de la tubería enrollada al bombear un fluido a base de agua hacia abajo de la tubería, a través del motor y la broca, y nuevamente hacia arriba del anillo dentro del entubado. La perforación también se puede realizar mediante una instalación de reacondicionamiento con un eslabón giratorio de potencia para rotar el tubo articulado y girar la broca. La fricción entre la tubería enrollada o el tubo articulado y el entubado en la sección horizontal del pozo puede llegar a ser igual a la fuerza disponible para mover la tubería o tubo enrollado a lo largo de la sección horizontal, punto en el cual no es posible la perforación adicional. La fuerza disponible para mover el tubo se determina por el peso del tubo en la sección vertical del pozo y, en algunos casos, por la fuerza que se puede aplicar al empujar sobré el tubo con un mecanismo de frenado en la superficie. Cuando se utiliza el tubo articulado, el tubo se puede rotar junto con la broca y se disminuye el movimiento resistente a la fricción del tubo a lo largo de la perforación de pozo, pero con la tubería enrollada la falta de rotación del tubo causa el movimiento resistente a la fricción más alto a lo largo de la perforación de pozo. Pero, aún con el tubo articulado en pozos donde la perforación de pozo se ha perforado con cambios direccionales, causando "curvas cerradas" o una perforación de pozo sinuosa, se puede limitar la rotación del tubo articulado y el movimiento a lo largo de la perforación de pozo. Esto significa que las instalaciones de perforación algunas veces pueden perforar partes laterales más largas que el equipo de completacion puede completar.

En el pasado, cuentas de polímero se han mezclado con fluidos y circulado en el pozo para reducir la fricción en ambos reacondicionamientos de perforación y de tubería enrollada (J. Can. Pet . Tech. , Nov 1996, p. 7). La efectividad de estas cuentas en aplicaciones de tubería enrollada y de reacondicionamiento dentro del entubado se ha limitado. Se cree que esto es un resultado de qüe ningún mecanismo causa que las cuentas sean concentradas en el área donde son necesarias en la mayor parte - en los contactos de metal a metal. Consecuentemente, se requiere un mejor fluido de reducción de fricción para reducir la fricción entre la tubería enrollada y el entubado causado por el contacto de metal a metal en un fluido a base de agua. (Este tipo de reducción de fricción no está relacionado con la etapa de adicionar polímeros solubles en agua al fluido a base de agua para reducir las pérdidas de presión de fluido durante el bombeo) .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se adicionan aditivos químicos al aceite y el aceite se dispersa en agua y se bombea hacia abajo de un pozo en las operaciones dé completación o de perforación en el entubado. Las partículas de TEFLON junto con un agente de suspensión y un surfactante para humedecer con aceite el acero se adicionan al aceite. El aceite también puede contener una dispersión de polímero soluble en agua u otros químicos. La fricción de metal a metal se reduce cuando la tubería enrollada o el tubo articulado se utiliza en un pozo entubado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DEL (LOS) DIBUJO (S) La FIG. 1 es una vista total de una configuración de pozo horizontal.

La FIG. 2 es una vista seccional de una porción horizontal del pozo horizontal con la tubería enrollada ubicada dentro del entubado del pozo.

La FIG. 3 es una vista en perspectiva del dispositivo de prueba de fricción utilizado para probar los fluidos .

La FIG. 4 es una gráfica de los resultados de las pruebas utilizando el aparato de prueba de la FIG. 3.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La FIG. 1 ilustra un aparato de perforación de tubería enrollada típico en un pozo horizontal que tiene una cabeza de pozo 10. El soporte 16 sostiene un carrete de tubería enrollada 18, que se guía sobre el soporte curvo 11 en el pozo. La cabeza de pozo 10 puede incluir un obturador antierupción, o un mecanismo de frenado u otro equipo convencional. El pozo se entuba con el entubado 26 que se extiende dentro de la perforación de pozo a través de las formaciones 20 en la sección vertical del pozo y a través de la formación 28 en la sección horizontal.

Para ciertos procesos de completación de pozo, tal como la perforación de tapones de puente del entubado 26, la tubería enrollada 18 se baja en el pozo y entra a la sección horizontal del entubado 26, que normalmente se cementa en la formación 28. La turbina o motor 17 y la broca 19 se pueden unir al extremo distante de la tubería 18 a los dispositivos de perforación tales como tapones de puente (no mostrados) que se han insertado en la sección horizontal del entubado. Para la perforación, el fluido se bombea a través de la tubería 18, el motor 17 y la broca 19 y retorna a la cabeza de pozo a través del anillo entre la tubería 18 y el entubado 26. ? medida que la tubería 18 se empuja a través de la porción horizontal del entubado, se presenta el contacto de metal a metal en los puntos 31-35,· mostrados en la FIG. 2. La fricción incrementa la fuerza requerida para colocar la tubería en el pozo y puede limitar la longitud en que la tubería se puede colocar en la porción horizontal del entubado. La presente invención reduce la fricción.. en las áreas de contacto, tales como los puntos 31-35.

Frecuentemente se utilizan polímeros solubles en agua en el fluido de perforación y completacion para reducir la pérdida de presión mientras que se bombean y para mejorar la habilidad del fluido para portar sólidos fuera de un pozo. El método para adicionar un polímero hidrosoluble al agua al primero dispersar el polímero en aceite y luego al adicionar la fase de aceite que contiene polímero al agua es bien conocido. Este método minimiza o evita la aglutinación del polímero cuando se adiciona al agua. Las dispersiones de polímero soluble en agua, tal como poliacrilamidá, en aceite son comercialmente disponibles. El aceite se rompe en gotas tal que el agua hace contacto con el polímero y lo dispersa en la fase de agua. El aparato mejorado y método para mezclar aceite y agua para introducir polímeros solubles en agua a través de una dispersión en aceite se describe en la Solicitud de Patente presentada el 11/03/2010 y que tiene el mismo inventor como el primer inventor mencionado de la presente Solicitud, ("Polymer Blending System," SN 12/952,373). El aparato mejorado también se puede utilizar para mezclar la fase de aceite descrita en la presente y agua .

La presente descripción comprende adicionar químicos adicionales a la fase de . aceite antes de que se mezcle con el agua y bombearlos hacia abajo de un pozo. Las partículas de TEFLON se adicionan para proporcionar baja fricción entre las superficies de metal. También se pueden seleccionar otras partículas de polímero sólido. De preferencia, el polímero tiene un bajo coeficiente de fricción con el metal. Para hacer el TEFLON completamente efectivo, se encontró que las partículas se deben concentrar cerca de las superficies de metal. Esto se proporciona al primero dispersar el TEFLON en la fase de aceite y al adicionar químicos para ayudar a suspender las partículas de TEFLON en aceite y para causar que el aceite preferencialmente humedezca o se una a las superficies de metal. El TEFLON luego se transporta a la superficie de la tubería y el entubado en gotitas de aceite y se concentra cerca de las superficies de metal en una película de aceite. Esto permite el movimiento de la tubería en el entubado con fuerza reducida y puede prolongar la duración qué el tubo se puede insertar en una perforación de pozo. El TEFLON puede proporcionar gran lubricación mecánica entre las partes de acero si se concentra cerca de las superficies, aún en un fluido a base de agua. El TEFLON en las ¦ mismas concentraciones dispersadas en agua es menos efectivo, como será mostrado enseguida. Por lo tanto, la invención utiliza un sistema de vehículo o de transporte para asegurar la deposición apropiada del TEFLON sobre o cerca de las superficies de metal.

El TEFLON primero se adiciona a la fase de aceite. De preferencia, una suspensión coloidal de etileno bis-amida en el aceite se utiliza para mantener el TEFLON en suspensión mientras que está en la fase de aceite antes de que el aceite se adicione al agua. La concentración de bis-amida de preferencia está en el intervalo de 3% a 7% en peso. Se pueden utilizar otros agentes de suspensión, tal como sílice humeada o arcillas organofílicas . El aceite también puede contener una dispersión de polímeros solubles en agua, como es explicado en lo anterior. La deposición de partículas de TEFLON sobre la superficie del tubo se logra al llevar el TEFLON en la fase de aceite antes de la introducción en el fluido bombeado, luego la formación de gotitas de aceite que llevan el TEFLON a una película de aceite que se forma sobre las superficies de metal. La formación de la película de aceite se hace posible mediante el uso de un surfactante, por ejemplo, Talato de Dioleato de Polietilenglicol 600 (producto intermediario hecho por McAllen Chemical de aceite de Resina) , que se utiliza para humectar el aceite en las superficies de metal. El surfactante debe tener un número de HLB (Balance Hidrofílico-Lipofílico) tal que las gotitas de aceite se puedan formar sin crear una emulsión estable. Debido a que el surfactante y el hidrocarburo humedecen las superficies de acero, las gotitas de aceite se unen a la superficie de los tubos, efectivamente . sosteniendo el TEFLON sobre la pared del tubo antes que permitirle que sea portado fuera del pozo con los fluidos bombeados. Este hidrocarburo y la película de TEFLON proporcionan excelente lubricación a las áreas de contacto de metal a metal dentro de la perforación de pozo.

Las partículas de TEFLON de preferencia están en intervalo de 1-100 micrones en diámetro y son hechas por DuPont. La fase de aceite que lleva las partículas de TEFLON y los surfactantes se adiciona al fluido base, agua, utilizando el equipo de mezclado convencional. La fase de aceite típicamente se adiciona en un gasto de 1 gal de fase de aceite por 10 bbls de agua, que es una relación en volumen de 1 a 420. El aceite puede ser hidrocarburo nafténico, parafínico o aromático, de preferencia parafínico, un aceite sintético, tal como un fluido de organosiloxano, un aceite de una planta, tal como aceite vegetal, u otro aceite ambientalmente preferido. El aceite puede proporcionar humectación de aceite de las. superficies de metal sin formar una emulsión estable. Se cree que las gotitas de aceite, con el TEFLON dentro, se dispersan sobre las superficies interiores y exteriores del tubo. El TEFLON y la película de hidrocarburo proporcionan excelente lubricación a las áreas de contacto de metal a metal dentro de la perforación de pozo.

Un esquema del dispositivo que se utilizó para evaluar él desempeño de los fluidos descritos en la presente se muestra en la FIG. 3. Este probador de fricción de sobremesa es fabricado por Justice Brothers Lubricants y se propone para evaluar el desempeño de los aditivos de aceite lubricante. La fuerza F de una barra de metal sé aplica a la superficie portadora de metal giratoria 51. El vaso 52 que circunda el cuarto de fondo de la superficie portadora rotatoria proporciona un depósito para contener el fluido que es probado. La fuerza se aplica a la palanca 53 al colocar el peso 54 sobre un extremo de la palanca. Un peso de 1 libra aplica una fuerza de 100 psi a la superficie portadora. El desempeño de los fluidos se mide al observar el amperaje del motor de un cuarto de HP de 110 voltios 55 utilizado para girar el portador con una fuerza constante sobre el portador. El amperaje se registra en intervalos de 5 segundos. La prueba se completa cuando se oye rozadura de la superficie portadora o la corriente retirada por el motor alcanza 10 amps .

Ejemplo 1 Se preparó una muestra de 200 gramos al mezclar una solución al 0.5% de la composición dada en la Tabla 1 en agua destilada y al mezclar en un vaso de laboratorio de 200 mi con agitación magnética durante 3 minutos.

Tabla 1 Aceite de hidrocarburo 91.2% $n peso.

Etileno bis-amida 5% en peso.

Talato de Dioleato de 2% en peso.

Polietilenglicol 600 Partículas de TEFLON 1.8% en peso. La muestra luego se vació rápidamente en el vaso 52 (FIG. 3). Mientras que se sostiene el peso de la superficie portadora estática, la unidad se giró para permitir a la solución recubrir la superficie portadora. Después de un breve tiempo, el brazo 53 se bajó para aplicar una fuerza de 200 libras sobre las superficies portadoras y se puso en funcionamiento el cronómetro. Después de la termináción de una prueba, el vaso se removió del probador y se .limpió con alcohol isopropilico. Las superficies portadoras se removieron y se reemplazaron con unas nuevas. Las pruebas se realizaron con la mezcla del Ejemplo 1 y con otros fluidos.

La FIG. 4 es una gráfica que muestra el amperaje retirado por el motor durante un periodo de tiempo con diferentes fluidos en el aparato de prueba ilustrado en la FIG. 3. Las lineas A, C y D, representan los resultados para los productos actualmente utilizados para completaciones en la industria de petróleo y gas. La linea B representa los resultados para una mezcla de TEFLON y agua. La linea E representa los resultados para la composición del Ejemplo 1.

La gráfica claramente indica que los productos A-D dieron por resultado un amperaje que se aproxima a 10 en un periodo de tiempo mucho más corto que aquel de la composición descrita en lo anterior y en el Ejemplo 1. Las composiciones A-D condujeron a corrientes que se aproximan a 10 amps en 20-30 segundos, mientras que la formulación descrita aquí condujo a corrientes que se aproximan a 10 amps después de 70 segundos .

Ejemplo 2 Un operador de pozo ha ajustado 10 tapones de puente dentro del entubado en la sección horizontal de un pozo en Texas. Las operaciones para perforar los tapones se puente se condujeron utilizando tubería enrollada.. El pozo tuvo una profundidad vertical de aproximadamente 2,526 metros (8,290 pies) y tuvo una profundidad medida de aproximadamente 4,029 metros (13,220 pies). La tubería enrollada se ha utilizado para perforar todos los tapones, excepto el fondo de dos tapones. Utilizando un fluido de reducción de fricción de la técnica previa, la fricción limitó la habilidad para perforar los últimos dos tapones. La decisión se hizo para probar la composición de fase de aceite descrita en la presente. Después de adicionar la mezcla de fase de aceite descrita en el Ejemplo 1 al agua en gasto de 1 o 2 galones por 10 bbls y al circular el fluido presente hacia arriba del anillo exterior de la tubería enrollada, los dos tapones finales se alcanzaron y se perforaron. En un segundo pozo perforado de la misma almohadilla como el primer pozo, la fricción fue más alta que en el primero, pero todos los tapones se perforaron exitosamente del pozo utilizando la composición descrita en la presente. Lo representativo del operador de pozo quien estuvo presente durante las operaciones de perforación comentó que el no creyó que todos los tapones pudieran haber sido perforados sin el uso de los materiales descritos en la presente.

Las concentraciones dadas en el Ejemplo 1 se pueden variar sobre un amplio intervalo. La concentración de partículas de TEFLON puede variar de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 8% en peso. La concentración de etileno-bis-amida puede variar de aproximadamente 1% a aproximadamente 10%. Las pruebas se utilizan para determinar una cantidad efectiva de agente de suspensión. La concentración de surfactante puede variar de aproximadamente 1% a aproximadamente 5%. Las pruebas tales como es descrito en lo anterior se pueden utilizar para determinar una cantidad eficaz de surfactante.

La formulación de la presente invención también se ha encontrado que inhibir la corrosión sobre superficies de metal. Piezas de placa de ¼ pulgada se cortaron en tiras de 2 pulgada x 5 pulgada y su superficie se pulimentó al metal desnudo. Dos se utilizaron como un control y no se recubrieron con algo. Una tira se rocío con 10 lb/gal de salmuera y una no se rocío. Ambas se colocaron exteriormente en condiciones atmosféricas. Dos de las tiras se trataron con una solución de poliacrilamida en agua, que es la composición de los fluidos utilizados en muchas operaciones de completación, acondicionamiento y fracturación . Una de estas se rocío con 10 lb/gal de salmuera y una no se rocío. Ambas se colocaron exteriormente en condiciones atmosféricas. Las otras dos tiras se trataron con el TEFLON de surfactante que contiene aceite como es descrito en la presente. Una luego se rocío con salmuera y una no se rocío. Ambas se colocaron exteriormente en condiciones atmosféricas. Después de cinco días en condiciones atmosféricas, las tiras tratadas con el surfactante que contiene aceite y TEFLON descritos en la presente mostraron corrosión (herrumbre) en menor qüe 15% de la superficie, mientras que las otras muestras tuvieron herrumbre en 100% del área de superficie. Las muestras tratadas con el fluido de poliacrilamida no mostraron mejor resistencia a la corrosión que las placas de control que no tuvieron tratamiento. El herrumbre superficial para la placa de control tratada con 10 lb/gal de salmuera fue notablemente más gruesa que la que no se roció. Esto se mantuvo cierto tanto para la placa de control como aquella tratada con poliacrilamida. El área superficial para tanto las placas de control como aquellas tratadas con poliacrilamida tuvieron un herrumbre en 100% del área superficial.

Las pruebas de corrosión muestran que él fluido descrito en la presente proporciona protección de corrosión a las superficies de acero en un pozo después del contacto con el fluido. Esto significa que el aceite, el reductor de fricción de surfactante que contienen TEFLON se puede bombear en una base intermitente para proporcionar protección de corrosión y reducción de fricción sobre las superficies de tubulares en un pozo.

Aunque la presente invención se ha descrito con respecto a detalles específicos, no se propone que tales detalles se deben considerar como limitaciones en el alcance de la invención, excepto al grado que se incluyen en las reivindicaciones acompañantes.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un método para reducir la fricción entre superficies de entubado de acero y tubería en un pozo, caracterizado porque comprende: a) preparar una fase de aceite que contiene i. un aceite, ii. un agente de suspensión, iii. partículas de TEFLON y iv. un surfactante para causar que el aceite humedezca las superficies del entubado y la tubería ; b) adicionar la fase de aceite al agua para formar una mezcla; y c) bombear la mezcla a través de la tubería y dentro de un anillo entre la tubería y el entubado, para de esta manera reducir la fricción entre las superficiés.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de suspensión es etileno bis-amida .

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el surfactante es talato de dioleato de polietilenglicol 600.

. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite se selecciona del grupo que consiste de hidrocarburo, aceite sintético y vegetal y mezclas de los mismos.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas de TEFLON están en el intervalo de tamaño de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 micrones.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fase de aceite además contiene una dispersión de polímero soluble en agua.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tubería es tubería enrollada.

8. Un método para perforar un tapón de puente del entubado en un pozo, caracterizado porque comprende: a) colocar la tubería en el pozo, la tubería que tiene una broca en un extremo distante; b) preparar una fase de aceite que contiene i. un aceite, ii. un agente de suspensión, iii.. partículas de TEFLON y iv. un surfactante para causar que él aceite humedezca las superficies del entubado y la tubería; . c) adicionar la fase de aceite al agua para formar una mezcla; y d) bombear la mezcla a través de la tubería y la broca y dentro de un anillo entre la tubería y el entubado mientras que se gira la broca para perforar el tapón de puente .

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el agente de suspensión es etileno bis-amida.

10. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el surfactante es talato de dioleato de polietilenglicol 600.

11. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el aceite se. selecciona del grupo que consiste de hidrocarburo, aceite sintético o vegetal y mezclas de los mismos.

12. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque las partículas de TEFLON están en el intervalo de tamaño- de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 micrones.

13. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la fase de aceite además contiene una dispersión de polímero soluble en agua.

14. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la tubería es tubería enrollada.

15. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la mezcla se bombea a través de la tubería intermitentemente con agua.

16. Un método para reducir la corrosión sobre la superficie interior o exterior de un tubular, caracterizado porque comprende: a) preparar una formulación que contiene: i. un aceite, ii. etileno bis-amida, iii. partículas de TEFLON, y iv. un surfactante para causar que el aceite humedezca la superficie del tubular; b) adicionar la formulación al agua, c) llevar la formulación y el fluido portador en contacto con la superficie interior o exterior del tubular.