MXPA96000313A - Aceite de base para fluidos usados en pozos - Google Patents

Abstract

Un aceite base para fluidos de perforación en pozos tales como fluidos de perforación comprendiendo alcanos normales que tengan de 11 a 16,átomos de carbono, con no más de una huella de alcanos normales que tengan más de 16átomos de carbono y teniendo un punto de vertido menor de menos de 2øC, asícomo baja toxicidad y buena biodegradabilidad tanto aeróbica como anaeróbica.

Description

ACE Tí )E [ASE PARA 7LUIDCS JSA3CS EN PCSCS PROPIETARIA: BAROIO TECHNOLOGY, INC, Sociedad de nacionalidad Norteamericana, con domicilio en; 300 N Sam Houston Park ay East, ,-iouston, Texas 77032. E.U.A. INVENTORES: (i) THCMAS GREGORY SHUMATE, de Nac?ona dad Británica,con domicilio en; T!-.E ELMS, 32 ilanor Place Cú'ts, Aberdeen* Scotland, UK AB1 9QN, GRAN BRETAÑA; (2) .'.A CCLM EL1. ICE, de Nacionalidad Británica, con domici io en; THE RCV-'ANS. 27 Abbotshal 1 Roa Cu'ts, Aberdeen. Scotland, UK ABl 9JX, GRAN BRETAÑA y (3) S. Y :EL:',Y , de Nacionalidad Británicacson C'OTÍ? cilio ¡ -an i " 1 a 1^7 ort 3eeside Road Lie'dsice, Aberdeen, Scotland, UK ABl 9EA, GRAN BRETAÑA.

DESCPyl PC ION DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a aceites base para usarse en fluidos de perforación de pozos, tales como fluidos perforantes, también a flufdos de perforación de po zos que incorporen el aceite base y a¡ uso de tales fluidos. Fluidos perforantes de pozo, por ejemplo Huidos para perforación se usan en la recuperación del petróleo y gas en la energía gerotérmica y en l s operaciones de ex ploración y extración de minerales. El f Id i do realiza varias funciones inc'uye do el retiro del material cortado durante la perforación y el sellado de las superficies perforadas del pozo, de modo, que la pérdida de fluido en la formación aue se está perforando se I leve a un mínimo. El fluido también lubrica y enfria el tubo percorante durante la perforación. F luidos perorantes han sido usados durante aproximadamente cincuenta años, para perf orar formaciones sub terráneas para obtener gas y petróleo; les fluidos a base de -aceite se prefieren en sistemas y no las formulaciones a base de sgue, especi agente cuando se perforan formaciones subterrá rreas muy sensibles al agua. En los fluidos a base de agua ésta tiende a emigrar desde e f?uídc a 'a formación que se está perforando. Esto desestabiliza la foramación y puede conducir a la desinte gración de agujero de perforación; además, fluidos a base de agua tienden a ser inadecuados para usarse a temperaturas elevadas, y donde agujeros de perforación muy desviados se requie_ ren para alcanzar las formaciones que se buscan. En vista de las desventajas de fluidos a ba se de agua, las tendencias resientes han sido usar fluidos --perforantes que sean a base de aceite, sin embargo, ios fluido a base de aceite, previamente usados conteniendo aceites bases tales como aceite diesel, y petróleo crudo, son tóxicos y sólo ligeramente biodegradables . Esto es, obviamente ¡nsatisfacto rio con respecto a las consideraciones ambientales de salud y seguridad especialmente, cuando los cortes de la percforación recubiertos con o conteniendo el fluido, usualmente se descargan al lecho de1 mar, al perforar fuera de la costa; el uso de estas clases de fluidos a base de aceite, tiene un efecto pernicioso en los organismos marinos. Se ha propuesto usar aceites minerales, coo aceite base en fluidos perforantes, en vez de otros aceites derivados de petróleo, sin embargo, aunque menos tóxicos, que aquellos otros fluidos de perforación basados en petróleo, los fluíaos basados en aceite mineral, no son tampoco muy biodegra dables . Investigaciones en los cortes perforantes, en el lecho de1 mar del N.sr del Norte, han confirmado ia persis_ tencia de los aceites minerales. •k- Más res ientemente, la atención se ha dirigido al uso de esteres, éteres y aceites blancos, como aceites base; estos tienen características mejoradas de toxicidad cercanas a la del agua, y tienen una capacidad biodegradable aeró bica razonablemente buena. Sin embargo, con la excepción de los esteres, presentan típicamente una biodegradación anaeróbj_ ca pobre, ¡a cual se requiere por ejemplo, en e. piso del mar. También estos agentes bases, tienden a tener viscosidades altamente cinemática y limitaciones de tempe-ratura. Además, con excepción de los aceites blancos, son muy caros al compararse a las clases de aceites minerales descritos anteriormente. La presente invención, busca proveer un aceite base para usarse en fluidos de perforación de pozo, a ba se de aceite, que benza las desventajas discutidas anteriormeni te; en particular, ia presente busca proveer un aceite base --que tenga baja toxicidad, buena biodegradabi 1 idad, tanto aeró-bico como anaerobica, y una combinación de características fí-sicas que sean especialmente adecuadas para usarse como un fluj_ do de perforación de pozo, esta también es objeto proveer un -aceite base que no sea costoso. De acuerdo a la presente invención, esta se basa en el uso de aceite base en un fluido de perforación de -pozo con una mezcla que comprenda 70% en peso de uno o más alcanos normales, que tengan de 11 a 16 átomos de carbono, en donde la mezcla tenga un punto de vertido menor de -2 C. La mezcla típicamente comprende 30s en peso o menos de uno o más alcanos ramificados o cíclicos que ten_ gan de 11 a 16 átomos de carbono. Ya que es extremadamente importante que el aceite base se biodegrade tan rápidamente co o sea posible, se prefiere que la mezcla comprenda una proporción muy elevada de alcanos normales; esto es, de cadena recta. Los hi rocarburos cíclicos y ramificados, -no se rompen por las bacterias tan rápidamente como los hidrocarburos normales. De acuerdo a la modalidad preferida, de -la invención, la mezcla comprende cuando menos 90% en peso, de uno o más alcanos normales. i'.ás preferentemente la mezcla — comprende cuando menos aproximadamente 93 en peso de uno o más alcanos normales. Las mezclas de a canos normales, que tienen de 11 a 16 átomos de carbono, son lo que más se prefiere; la -toxicidad a la flora y fauna de os aceites bases usados, en -fluidos perforantes, se cree que se basa directamente en su — contenido aromático; por lo tanto, para disminuir la toxicidad el contenido aromático en la mezcla debe mantenerse tan bajo -co o sea posible, siendo 0.1% en peso el máximo permitido; el punto de vertido de los fluidos de perforación, es una caracte rístíca especialmente importante, ya que es esencial que el --f luído sea capaz de bombearse a temperatura más baja encontrada durante la mezc la, almacenamiento, transportación y uso; el punto de vertido del fluido, queda influenciado básicamente — por el punto de vertido del aceite base que se use. En la solicitud de patente PCT WC 95/066°^, publicado el 9 de marzo de 1995, hay una indicación en la págj_ na k, 1 íee 12-16, que al usar alcanos normales como fiufdo pe_r forante en un ambiente frío se puede usar un agente de depre sión para reducir el punto de vertido (esto es el punto de COJI ge 'ación de' fluido). De acuerdo con la presente, la mezcla a ba- o se de aceite tiene un punto de vertido menor de -2 C, prefe — o rente ente -9 , o aún menos. Sin embargo, esto representa el punto de --vertido de la mezcla sin la adición de agentes depresantes.

Estos pueden usarse, pero tienden a ser de poco efecto en mezclas de alcanos normales puras; en realidad su adición puede -conducir a efectos laterales indeseables ta'es como aumento de toxicidad y un punto de encendido; los depresantes, ta -bien pueden ocasionar una estabilidad disminuida de ios fluido usados en la perforación de pozo con emulsión invertida. Fara llevar a un mínimo, per impedir ei peligro de fuego o explosión, los fluidos a base de aceite para el perforado, deben tener un punto de encendido que sea mayor que la temperatura circulante superficial del f'uído durante -la perforación del. taladro del pozo. Preferentemente, el aceite base usado en la presente invención, tiene un punto de encendido de cuando menos 65 , más preferentemente de cuando menos 30 C. Una característica importante del aceite ba se es su viscosidad cinemática, esto es crucial en lo que res= pecta a la capacidad del fluido perforante para tolerar sólidos y agua, ya sea agregados como componentes integrales o acu_ mu ados durante el mecanismo de perforación en las formaciones o en formación con la entrada de agua, Generalmente, entre más baja es la viscosidad cinemática del aceite base, más elevada será la tolerancia del fluido; por la experiencia práctica, se ha encontrado que el aceite debe tener una viscosidad cinetat?ca de 1 a 10 cSt, más preferentemente de 1 a 6 cSt, a O C, y esto es una cara terística de i aceite base de la presente invención. Los aceites bases, tienen una viscosidad de o aproximadamente 1 cSt, a ¿¡-0 C, y se cree que son los más tole rantes a los sólidos y al agua. La dificultad en el bombeo tiende a encontrarse cuando se usan aceites bases que tienen -una viscosidad a 0 C, mayor que 6 cSt. Los aceites bases que pueden usarse en la -presente invención, están disponibles co erc ia?mente, y tienden a ser producidos por procesos de "cracking", rectificación reacción y destilación. La presente invención, también provee un --fluido de perforación de pozos que comprende como aceite base la mezcla como se describe anteriormente en combinación con un emulsi f icador, un agente humectante de aceite, biscos i fícador aditivo de control de filtración, modificador de reología, adelgazador o, agente para ei peso. Hay aditivos convencionales, como estos que se usan en los fluidos para perforación del pozo, y cuya combj_ nación depende de las características deseadas del fluido que se formula. L°s emulsificadores que pueden usarse, incluyen ácidos grasos, jabones de ácidos grasos y derivados de ácidos grasos y amidoaminas, polia idas, poliaminas, esteres -tales como polietoxi lato, mónoleato, sorbitano, y pol ietoxi lato, dioleato sorbitano y midaxolinas y alcoholes. Agentes humectantes, de aceites típicos que pueden usarse son, lecitina, ácidos grasos, aceite crudo de madera, aceite crudo de madera oxidizado, esteres de fosfato orgánicos, ¡mi dazol inas, amidoaminas, euifatos, aromáticos alquilo, sulfonatos, aromáticos alquilo y esteres orgánicos de -alcoholes po hidricos, viscos ificadores típicos incluyen arci- 1 ' as organof i i icas (por ejemplo hectorita, bentonita, atapuig_i. ta), polímeros solubres en aceite en reciñas y polímeros tales como te rpol i me ros dieno de prop i leño etiieno sulfonados (EPDf.) y copol fmeros de estireno butadieno su 1 fañados. Como aditivos de control de filtración que pueden usarse, están el asfalto y derivados del mismo, gi!sonj_ ta, lignito tratado con aminas y polímeros tales co o, terpoi_í meros EPD.hi, copol ímeros, butadieno de estireno y copol fme ros -de estireno acri lados. ''.odi f icado es de reología típicos, incluyen ácidos grasos y ácidos grasos polímericos. Adelgazadores que pueden usarse incluyen sulfonato de petróleo, aminoamidas, sulfoneto de alcarilo y pol ¡amidas . Ejemplos de agentes para el peso, incluyen, barita, oxido de hierro, carbonato de hierro, carbonato de caj_ c ¡o y galena. Es posible usar los aceites bases solos, es_ to es, sin el uso de los aditivos convencionales descritos, t_í pica ente, sin embargo, se requieren adicivos para arreglar — :as propiedades del fluido a modo que cumplan requisitos específicos . El fluido para el taladro del pozo puede — ser un fluido a base de aceite o una e u'sión invertida (esto es una emulsión agua en aceite), formada usando agua, salmuera o un líquido orgánico polar, ?ue sea insoluble en aceite base, preferentemente, el líquido orgánico polar, es gliserol metanol o carbonato propileno; cuando el fluido del taladro de pozo es una emulsión invertida la fase e uls i f icada típicamente representa del 1 ai 70% en volumen del fluido.

El uso del fluido que es una emulsión invertida permite reducir el costo total al reducir el volumen del aceite base que se necesita; la actividad de agua de la emulsión invertida puede ajustarse por la adición de sales inorgánicas para balancear la actividad del agua de las formulaciones usadas en ]a perforación; ejemplos de sa^es inorgánicas que pueden usarse, incluyen los cloruros de sodio, potasio calcio, magnecio, cesio y zinc, bromuros de sodio, calcio y zinc, formatos de sodio, potasio y cesio, acetatos de soidio y potasio y nitratos de calcio y amonio. La proporción típica de estos aaititvos en los fluidos para la perforación de pozos en la presente, se muestran en la siguiente tabla: TíltHCO i' láS típÍCO E'ase aceite, volumen % 20-100 50-90 emuls if icador, 1 b/bb 1 1-20 4-16 agente humectante de aceite 0-10 0.5-4 viscos i f icador, Ib/bbl 0-15 1-6 aditivo de control de filt.lb/bbl 0.5-25 1-10 modificador de reologia, 1b/bb1 0-4 r r adelgazador, 1 b/bb 1 0-10 0.5-4 agente para el peso,1b/bb1 0-700 0-500 agua, olumen % 0-60 20-50 cloruro de ca le io, 1b/bb1 0-150 2-100 (para ajustar la actividad del agua) En esta tabla lb/bbl, representa libras por barril de los Estados Unidos de América. Los filuídos de la presente invención se preparan segdn técnicas convencionales mezclando los constituyentes. La preparación del fluido perforante a base de aceite puede tener lugar en una instalación de nezclado en tierra firme o en el lugar del pozo, el mezclado típicamente tiene lugar en tanques equipados con bombas centrifugas de circulación y equipo de agitación con desga rre . Aunque, descrito básicamente como f uído perforante, el aceite base aquí descrito es adecuado para usarse en lo general como un fluido en ia perforación de pozos; el aceite base, puede usarse por ejemplo, en un fluido de perforación en zona de pago, como un fluido para completar un fluido kill", un fluido de empaque, un fluido de señalamento un distanciador (Spotting o spacer); la invención provee además, un método de perforar usando un fluido segdn ia invención como se describe anteriormente. Los siguientes ejemplos ilustran la presente invención, a menos que se indique otra cosa nos referimos a galones y barriles segdn el uso de los Estados Unidos de Amérj_ ca. EJEÜPLG 1 Un barril de laboratorio 350ml, de fluido perforante se preparó mezclando los diferentes mostrados en la siguiente tabla usando un mezclador Silverson a una velocidad de 6,000rpm, usando una cabeza des integradora de agujero cuadrado, el tiempo total de mezclado fue de una hora, y los ingredientes se agregaron en el orden de la lista, existiendo un periodo de 5min, entre cada adición de cada ingrediente. Un baño de agua se usó para mantener la tem peratura abajo de los 65 TAELA 1 nqrediente Canti dad Func ion Acei te base A 136 mi aceite base 1 EZ M L 2F 10 g e ú 1 s i f icador 1 GELTONE I I ' 2.5 g viscos i f icador cal ** g cont, de alcalinidad 1 DURATONE HT 4 g control de filtración agua fresca 136 mi fase emulsificada barí ta 163 g agente para peso c loruro de calcio (pureza 32% 60 g balance de la act.egu 1 RM-63 modificador reo logia -obtenible desde Laroid Limited El fluido formado tiene las siguientes propiedades: Dens i dad 1.33kg/m proporción aceite/agua 50/50 salinidad fase acuosa 250, 000 ppmc l oru ro de ca I c i o El aceite base A, tiene la siguiente composj_ ción y propiedades: /o peso n-C 9. ,1 11 n-C 21 .7 12 n-C 36 >.2 13 n-C 31 .3 14 n-C 1. 15 n-C 0. ,04 16 huel 1 as 16 aromáticos 0.1 punto de vertido = -9 C punto de encendido = 91* C viscoeidad cinemática 40 C = 1.75 cSt Las propiedades de aceite base A, en comparación con algunos aceites base usados en el fiar del Norte dis_ ponibles comerc ¡almente se ¡lustra en la tabla 2.

TAI LA 2 Se puede ver desde esta tabla que ia base A, se compara muy favorablemente con los otros aceites que están usados para formular fluidos para la perforación de pozos, con respecto a la combinación de características que posee. EJEMPLO 2 Las propiedades de un barril de laboratorio (350ml), del fluido del ejemplo 1, se midieron de acuerdo con API RP 13E-2. Las propiedades también se midieron al contamJ_ narse con 35g arcilla Mymod, 10% en volumen de agua de mar y 10% en volumen de salmuera carnal ¡ta. Los resultados se mues_ tran en la siguiente tabla 3: TAC LA Esta tabla muestra que el fluido para la preparación de potos de la invención es muy estable a los contaminantes, debe notarse que el fluido presenta muy buenas propiedades reológicas, esto es bajas adn cuando el contenido de agua del fluido es el volumen de 50%, esto muestra como a víscocídad cínenatíca baja de aceite base de mezcla de n-alcanos, contribuye a la capacidad de fluido para tolerar concentraciones elevadas de agregación de agua y agua como un contaminante. EJEMPLO 3 Siguiendo el mismo procdi iento que en el ejemplo 1, un barril de laboratorio 350ml, de fluido para perforación de pozos se preparó; los ingredientes fueron mezcla--dos en el orden señalado en la siguiente tabla 4. El aceite base A, fue el mismo que se usó en el ejemplo 1: TABLA 4 nc rediente Cantidad Func ¡ón acei te base A 147 mi aceite base 1 El MU 2? 20 g emuls i Picador 1 DU?ATO E MT 11 g cont.fi 1 trac. 1 XP-10 (produc .experim. ) 3.5 g cont. i 1 trac, :ENTCNE 3 C5 g viscos i fíc . 1 SUSGENTONE ** 9 v¡scos¡ f ¡c. cal cont.elcal . ;ua fresca 23 mi fase emulsif. bar¡ ta 589 g agente humectante cloruro de calcio 9.7 g balance de activi¬ (32% pureza) dad ¿el agua 1 RM-63 0.75 g modificador de reología 1- obtenible desde Cariod L¡m¡ted 2- obtenible desde Puieox E l f l u ido formado t i ene l as s i gu i entes prop i eca es i' 3 Densidad : 2.24 kg/ densidad aceite/agua : 85/15 sa1 inidad de la fase acuosa 250,000 mg/L cloruro de calcio EJEMPLO 4 El ejemplo 2, se repitió usando un barril de^boratorio de l f fluido para perforación de pozos del ejemplo 3, los contaminantes usados fueron arcilla Mymod (35g), y agua de mar (10*. en volumen). El fluido se calentó a ¡as temperaturas mostradas en le siguiente tabla 5. Esta tabla muestra las propiedades del fluido. Sus resultados confirman la estabilidad de los fluidos de la invención adn al exponerse con alta temperatura a les contaminantes.

TADLA i

Claims (1)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1.- Un aceite base para usarse en un fluido para la perforación de pozos de una mezcla que comprende cuando menos 70% en peso de uno o más al cano normales que tengan -de 11 a 16 átomos de carbono, con no más de una huella de los alcanos normales teniendo más de 16 átomos de carbono, en don- o de 'a mezcla tiene un punto de vertido menor de -2 C, sin con tener un depresor del punto de vertido. 2.- El aceite base segdn la reivindicación 1, en donde la mezcla comprende hasta el 0.1% en peso de arom ticos. 3.- El aceite base segdn reivindicaciones

1-2, en donde 'a mezcla contiene 30% en peso o menos de uno o más alcanos ramificados o cíclicos que tengan de 11 a 16 átomos de carbono. 4.- El aceite base segdn reivindicaciones 1 a 3, en donde la mezcla comprende cuando menos 90% en peso de uno c más alcanos normales. 5.- E aceite base segdn la reivindicación 4, en donde la mezcla comprende cuando menos aproximadamente -93% en peso de uno o más alcanos normales. 6.- El aceite base segdn cualquiera de las reivindicaciones en donde la mezcla tiene un punto de vertido de -9 o menos . 7.- El aceite base segdn alguna de las reivindicaciones precedentes, en donde la mezcla tiene un punto de encendido de cuando menos 65 8.- El aceite base segdn la reivindicación 7, en donde la mezcla tiene un punto de encendido de cuando me nos 80 9.- El aceite base segdn alguna de las rei-vindicaciones precedentes, en donde la mezcla tiene una viscocidad cinemática de 40* de 1 a 10 cSt. 10.- El aceite base segdn la reivindicación o 9, en donde la mezcla tiene una viscocidad cinemática a 40 de 1 a 6 cSt. 11.- Un fluido para perforar pozos que comprende una mezcla de aceite base como se define en cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en combinación con uno o más agentes tales como emuls i ¡cador, humectante de aceite, viscosj f ¡cador, aditivo de control de filtración, adelgazador de modJ_ ficador de reología, agente para el peso y otro aditivo de fluido para perforación de pozos. 12.- Un fluido segdn i a reivindicación 11, que comprende del 20 al 100% en peso de una mezcla de aceite base, basándose en el peso total del fluido. 13.- Un fluido segdn la reivindicación 11 ó 12, que es un fluido a base de aceite. 14.- Un fluido segdn reivindicaciones 11, 12, que es una emulsión invertida con agua, salmuera o un líquido orgánico polar que sea insoluble en ia mezcla del aceite base. 15.- Un fluido segdn reivindicación 14, en donde el líquido orgánico polar es glicerol metanol o carbonato propi leño. 16.- Un método para perforar un pozo que comprende usar un fluido de perforación que: sea el fluido de perforación de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 11 a 15. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un aceite base para fluidos de perforación de pozos tales como fluidos de perforación comprendiendo alcanos normales que tengan de 11 a 16, átomos de carbono, con no más de una huella de alcanos normales que tengan más de 16 átomos de carbono y teniendo un punto de vertido menor de me= nos 2 C, así como baja toxicidad y buena biodegradabi l idad tanto aeróbica como anaeróbica. Bajo protesta de decir verdad manifiesto que -el mejor método conocido para llevar a la práctica la presente invención, es el que se señala en la descrip- -ción de ésta solicitud. En testimonio de lo cual firmamos la presente en: México, D.F., a 19 de Enero de 1996. BAROID TECHNOLOGY, INC.