Modificador de la fricción para fluidos de perforación.

Un fluido de perforación basado en agua que consiste en un fluido basado en agua,

una composición de lubricante no sulfurizado y una composición de tiofosfato metálico.

Modificador de la fricción para fluidos de perforación Antecedentes de la invención Campo de la invención Realizaciones de la invención relacionadas con modificadores de la fricción para su uso con lubricantes no sulfurados usados en fluidos de perforación.

Descripción de la técnica relacionada Durante la perforación del petróleo y el gas también, un fluido especializado denominado un fluido de perforación o alternativamente un “lodo” se circula por la tubería y broca de perforación. Las principales funciones de un fluido de perforación incluyen: estabilizar las formaciones geológicas, proporcionar presión hidrostática, refrigerar la broca de perforación y llevar los cortes de perforación detrás de la broca para transportarlos hasta la superficie para la separación. La otra función clave de un fluido de perforación es actuar de lubricante entre la tubería de perforación y el orificio de perforación y/o carcasa de metal. El fluido de perforación también actúa de lubricante para la broca de perforación.

Los fluidos de perforación pueden clasificarse como tanto basados en agua como basados en aceite. En general, los fluidos de perforación basados en agua son de menor coste y tienen mucha mejor solidez, seguridad y rendimiento medioambiental que los fluidos de perforación basados en aceite. Sin embargo, los fluidos basados en aceite ofrecen excelente estabilización de la pizarra y proporcionan menor coeficiente de fricción. Ciertos fluidos de perforación basados en agua tales como fluidos de perforación basados en silicato de sodio y potasio pueden coincidir con las propiedades de inhibición de la pizarra, pero no con el coeficiente de fricción (CoF) de fluidos de perforación basados en aceite.

La lubricidad de un fluido de perforación es una propiedad importante ya que determina el par de fuerzas (fricción rotatoria) y el arrastre (fricción axial) en el orificio de perforación. Hay numerosos motivos económicos y técnicos para querer reducir el coeficiente de fricción del fluido de perforación. La reducción en el par de fuerzas y el arrastre producen:

- velocidades de perforación más rápidas y, por tanto, coste reducido

- pozos de mayor profundidad y longitud

- perfiles de pozos más complejos

- sustitución de fluidos de perforación basados en aceite por fluidos de perforación basados en agua

Dados los numerosos beneficios de reducir el par de fuerzas y el arrastre, es muy común añadir un lubricante químico o mecánico a un fluido de perforación para reducir el CoF. Hay una amplia técnica anterior sobre los 45 lubricantes químicos y mecánicos para reducir el CoF en fluidos de perforación. Ejemplos de lubricantes químicos comúnmente usados incluyen hidrocarburos, aceites sintéticos, ésteres, ácidos grasos, aceites naturales y tensioactivos, además de otros compuestos.

Un problema común encontrado en la perforación es la acreción que se produce cuanto cortes de perforación parcialmente hidratados se pegan a la columna de perforación. Preferentemente, un lubricante tendrá propiedades antiacreción. Las propiedades antiacreción son deseables en un lubricante debido a que pueden proporcionar reducciones adicionales en la fricción. Los aditivos antiacreción también se denominan potenciadores de la tasa de penetración.

El dialquilditiofosfato de cinc (ZDDP) es un aditivo comúnmente usado para aceites de motor. ZDDP funciona como aditivo antidesgaste reaccionando con una superficie metálica en condiciones de temperatura y/o presión. ZDDP se descompone bajo alta temperatura y/o frotando para formar una capa de polifosfato que actúa de película antidesgaste. Esta película acomoda y redistribuye la carga aplicada que reduce el desgaste de la superficie subyacente. Las propiedades secundarias de ZDDP en aceite de motor incluyen anticorrosión.

Aunque es principalmente un aditivo de aceites de motor, el uso de ZDDP se ha visto extremadamente limitado en lubricantes de fluido de perforación. La patente de EE.UU. nº 3.712.393 a Sheldahl y col. describe la adición de ZDDP a un lubricante de fluido de perforación compuesto por aceite de manteca sulfurizado, aceite mineral y parafina halogenada. Los inhibidores de la corrosión, inhibidores del desgaste, estabilizadores de la oxidación y 65 estabilizadores del olor también pueden añadirse al lubricante. ZDDP funciona como inhibidor del desgaste en esta composición. El ZDDP añadido no funciona para mejorar la lubricidad ya que, como se muestra más adelante, los lubricantes basados en sulfurizados representan una de las pocas clases de lubricantes que no muestran un menor CoF con la adición de ZDDP.

La patente de EE.UU. nº 4.064.056 a Walker y col. describe una composición de lubricante que contiene del 13 al 15

% de sales de sodio de ácidos sulfónicos de petróleo y del 70 a aproximadamente el 82 % de vehículo de aceite de petróleo. ZDDP, entre otros aditivos, se añade al aceite mineral a una concentración del 0 % a aproximadamente el 1, 1 % para mejorar las propiedades antidesgaste y antioxidantes. La presencia de compuestos sulfurizados en la composición de lubricante no permitiría que ZDDP confiriera mejoras en la lubricidad.

El documento US 5198129 se refiere a una composición de aceite lubricante que comprende una cantidad importante de al menos un aceite base lubricante, del 0, 05 al 5 % en peso de al menos un ditiofosfato de cinc y del 0, 01 al 10 % en peso de al menos un alcohol alifático insaturado de 16 a 24 átomos de carbono, siendo la relación de peso del alcohol alifático insaturado con respecto al ditiofosfato de cinc de 0, 1 a 10.

El documento EP 0340323 se refiere a un lubricante que comprende una emulsión de aceite en agua que comprende: (i) una fase continua de una composición libre de emulsión, acuosa, sustancialmente libre de aceite que comprende una cantidad importante en peso de agua, una cantidad secundaria en peso de un agente de EP soluble en aceite sustancialmente insoluble en agua y una cantidad secundaria en peso de al menos un agente dispersante orgánico líquido sustancialmente soluble en agua que puede disolver el agente de EP y dispersar establemente el agente de EP en la composición acuosa; y (ii) una fase dispersa discontinua de un aceite.

El documento WO 2007065872 se refiere a la reología de un fluido acuoso modificado mediante un procedimiento que comprende añadir a dicho fluido acuoso una cantidad de una composición viscoelástica suficiente para formar un fluido viscoelástico. La composición viscoelástica comprende una combinación de i) al menos una alquilamidoamina cuaternaria, y ii) al menos un coaditivo que comprende un alquilo C8-24 lineal y/o sulfato de alfaolefina y/o sulfonato.

El documento US 3410797 se refiere a ciertos compuestos de ditiofosfato de organoestaño, por ejemplo, didecilditiofosfato de dibutilestaño y bis-didecilditiofosfato estannoso en lodos de perforación de base acuosa para reducir la tendencia de la tubería de perforación a atascarse durante la perforación.

Breve sumario de la invención Se ha descubierto que el par de fuerzas y el arrastre en un fluido de perforación pueden reducirse adicionalmente cuando se añade una cantidad menor de ZDDP al fluido de perforación o se usan en combinación con otros lubricantes. Debido a sus propiedades químicas superficiales, ZDDP forma preferencialmente películas sobre una superficie metálica y previene la adhesión de arcilla. La película de ZDDP tiene propiedades lubricantes, pero también puede actuar de agente de acoplamiento para otros lubricantes. Los resultados son más espectaculares en fluidos de perforación que contienen aditivos que compiten por los sitios de la superficie metálica y/o alteran la película formando propiedades de lubricantes tradicionales. Además, la película de ZDDP ayuda a minimizar la pegajosidad de cortes de perforación sobre la columna de perforación. La reducción en el coeficiente de fricción es particularmente evidente cuando la invención se aplica en un fluido de perforación basado en silicato.

ZDDP consiste en cinc unido a ácido difosforoditioico con grupos sustituyentes de éster de alquilo o alcarilo. Los 45 grupos alquilo son hidrocarburos saturados que varían en longitud de C3-C12. La estructura química básica de ZDDP se muestra a continuación. La categoría química de ZDDP puede dividirse en doce productos que comparten tipos de estructura similares. Sustancialmente podría usarse cualquier ZDDP en un fluido de perforación.

Se tiene previsto que también puedan lograrse mejoras en la lubricidad con monotiofosfatos y politiofosfatos de cadmio, estaño, hierro, cobalto, níquel, vanadio, cromo, manganeso, molibdeno,... [Seguir leyendo]

1. Un fluido de perforación basado en agua que consiste en un fluido basado en agua, una composición de lubricante no sulfurizado y una composición de tiofosfato metálico. 5

2. El fluido de perforación de la reivindicación 1, en el que dicho tiofosfato está seleccionado del grupo que consiste en monotiofosfatos, ditiofosfatos y politiofosfatos.

3. El fluido de perforación de la reivindicación 2, en el que dicho metal está seleccionado del grupo que consiste en 10 cinc, cadmio, estaño, hierro, cobalto, níquel, vanadio, cromo, manganeso, molibdeno, tungsteno, titanio y circonio.

4. El fluido de perforación de la reivindicación 1, en el que dicho tiofosfato metálico es dialquilditiofosfato de cinc.

5. El fluido de perforación de la reivindicación 1, en el que dicho fluido de perforación contiene un fluido seleccionado 15 del grupo que consiste en fluidos basados en glicol, fluidos basados en amina y fluidos basados en formiato.

6. El fluido de perforación de la reivindicación 5, en el que dicho fluido de perforación contiene polietilenglicol.

7. El fluido de perforación de la reivindicación 5, en el que dicho fluido de perforación contiene hexanodiamina. 20

8. El fluido de perforación de la reivindicación 1, en el que dicho fluido de perforación contiene un formiato de potasio.

9. El fluido de perforación de la reivindicación 1, en el que dicho tiofosfato metálico es dialquilditiofosfato de cinc.