BRPI0615846A2 - fluido de tratamento, e, método de tratamento de uma porção de uma formação subterránea - Google Patents
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Abstract
FLUIDO DE TRATAMENTO, E, MéTODO DE TRATAMENTO DE UMA PORçãO DE UMA FORMAçãO SUBTERRáNEA. São apresentados fluidos de tratamento compostos de agentes gelificantes que são compostos de polímeros reticuláveis e certos biopolímeros, e métodos para uso em operações subterrâneas. Em uma realização, a invenção atual apresenta um método para o tratamento de uma proção de uma formação subterrânea composto de: fornecimento de um fluido de tratamento, que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação e um agente gelificante composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero, onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) têm estruturas moleculares diferentes; e introduzido o fluifo de tratamento em um furo de poço penetrando na formação subterrânea.
Description
0> 1 W
"FLUIDO DE TRATAMENTO, Ε, MÉTODO DE TRATAMENTO DE UMA PORÇÃO DE UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA"
FUNDAMENTOS
A invenção atual refere-se a métodos e a composições para o tratamento de formações subterrâneas. Mais especialmente, a invenção atual refere-se a fluidos de tratamento compostos de agentes gelificantes que são compostos de polímeros reticuláveis e certos biopolímeros e métodos para o
uso em operações subterrâneas.
Os fluidos de tratamento poderão ser utilizados em uma variedade de tratamentos subterrâneos, limitados a, tratamentos de estimulação e tratamentos de controle de areia. Conforme utilizado aqui, o termo "tratamento", ou "tratando", refere-se a qualquer operação subterrânea que utilize um fluido juntamente com uma função desejada e/ou para uma finalidade desejada. O termo "tratamento", ou "tratando", não significa nenhuma ação específica pelo fluido ou qualquer componente especifico do mesmo.
Uma operação comum de simulação de produção que utiliza um fluido de tratamento é uma fratura hidráulica. As operações de fratura hidráulica geralmente envolvem o bombeamento de um fluido de tratamento (por exemplo, um fluido de fraturamento) em um furo de poço que penetra em uma formação subterrânea com uma pressão hidráulica suficiente para criar ou aumentar uma ou mais das rachaduras, ou "fraturas", na formação subterrânea. "Aumentar uma ou mais fraturas na formação subterrânea, conforme o termo é utilizado aqui, é definido como incluindo a extensão ou o alargamento de uma ou mais fraturas criadas previamente na formação subterrânea. O fluido de faturamento poderá ser composto de particulados, com freqüência, referidos como "particulados propelentes", que são depositados nas fraturas. A função dos particulados propelentes, inter alia, é de evitar que as fraturas se fechem totalmente quando do alívio da pressão hidráulica, formando canais condutores através dos quais os fluidos poderão escoar para o furo de poço. Tão logo pelo menos uma fratura é criada e as partículas propelentes já estão substancialmente no local, o fluido de fraturamento poderá ser "partido" (i.e., a viscosidade do fluido ser reduzida) e o fluido de fraturamento poderá ser recuperado da formação.
Os fluidos de tratamento também são utilizados nos tratamentos de controle de areia, como no enchimento com cascalho. Nos tratamentos de enchimento com cascalho, um fluido de tratamento coloca em suspensão os particulados (comumente referidos como "particulados de cascalho") a serem depositados em uma área desejada em um furo de poço, por exemplo, próximo de zonas de formação não consolidadas ou fracamente consolidadas, para formar uma camada de cascalho para melhorar o controle da areia. Um tipo comum de operação de enchimento com cascalho envolve a colocação de uma peneira de controle de areia no furo de poço e o enchimento do espaço vazio entre a peneira e o furo de poço com os particulados de cascalho de um tamanho específico projetado para evitar a passagem da areia da formação. Os particulados de cascalho atuam, inter alia, para evitar que os particulados da formação cubram a peneira ou migrem com os hidrocarbonetos produzidos, e a peneira atua, inter alia, para evitar que os particulados penetrem na tubulação de produção. Tão logo a camada de cascalho esteja substancialmente no local, a viscosidade do fluido de tratamento poderá ser reduzida para permitir que o mesmo seja recuperado. Em algumas situações, os tratamentos de fraturamento e de acumulação de cascalho são combinados em um só tratamento (comumente referidos como operações de fraturamento). Em tais operações de fraturamento, os tratamentos geralmente são completados com um conjunto de peneira com enchimento de cascalho no local com o tratamento de faturamento hidráulico sendo bombeado através do espaço anular entre a tubulação interna e a peneira. Nesta situação, o tratamento de fraturamento hidráulico termina em 3 W uma condição fora da peneira, criando uma camada anular de cascalho entre a peneira e a tubulação interna. Em outros casos, o tratamento de fraturamento poderá ser executado antes da instalação da peneira e colocação de uma camada de cascalho.
A manutenção de uma viscosidade suficiente nestes fluidos de tratamento é importante por várias razões. A manutenção de uma viscosidade suficiente é importante nos tratamentos de fratura e de controle de areia para o transporte de particulados e/ou para criar ou aumentar a largura das fraturas. A manutenção de uma viscosidade suficiente também poderá ser importante para o controle e/ou a redução da perda de fluido na formação. Ao mesmo tempo, embora seja desejável manter-se uma viscosidade suficiente do fluido de tratamento, o que, com freqüência, é desejável, poderá também ser desejável manter-se a viscosidade do fluido de tratamento de tal forma que a viscosidade possa ser facilmente reduzida em um determinado tempo, inter alia, para a recuperação posterior do fluido da formação.
Para produzir a viscosidade desejada, os agentes poliméricos de gelificação são comumente adicionados nos fluidos de tratamento. O termo "agente de gelificação" é definido aqui como incluindo qualquer substância que é capaz de aumentar a viscosidade de um fluido, por exemplo, através da formação de um gel. Exemplos de agentes poliméricos de gelificação comumente utilizados incluem, mas não são limitados a, gomas guar e derivados da mesma, derivados de celulose, biopolímeros, e semelhantes. No entanto, o uso de um só agente gelificante necessariamente limitará o desempenho do fluido para aquelas propriedades que o agente gelificante único utilizado pode fornecer para o fluido de tratamento, com exclusão de outras propriedades que os outros agentes gelificantes poderão fornecer para o fluido de tratamento.
Para aumentar ainda mais a viscosidade de um fluido de tratamento, com freqüência, o agente gelificante é reticulado com o uso de um agente de reticulação. Os agentes de reticulação convencionais usualmente são compostos de um íon metálico que interage com pelo menos duas moléculas do agente gelificante para formar uma reticulação entre os mesmos, dessa forma formando um "agente de gelificação reticulado". Os fluidos de tratamento compostos de agentes gelificantes reticulados poderão também apresentar propriedades elásticas ou viscoelásticas, onde as reticulações entre as moléculas de agente gelificantes poderão ser quebradas e reformadas, permitindo que a viscosidade do fluido varie com certas condições, tais como a temperatura, o pH e semelhantes. No entanto, o uso de tais agentes de reticulação poderá ser problemático. Por exemplo, em alguns casos, as moléculas do agente gelificante poderão "reticular em excesso" na presença de concentrações elevadas de agente de reticulação, produzindo um fluido de tratamento que tem uma viscosidade excessiva, é difícil de ser quebrado, apresenta sinerese (i.e., separação de líquido em um gel), ou tem outras
propriedades reológicas indesejáveis.
Os fluidos de tratamento compostos de misturas de xantano e uma goma guar são conhecidos na técnica. Quando comparados com fluidos de tratamento que contêm um só agente polimérico gelificante, os fluidos de tratamento contendo uma mistura de xantano e uma goma guar poderão melhorar a capacidade de transporte do propelente do fluido de tratamento. No entanto, descobriu-se que misturas compostas de xantano e uma goma guar são instáveis em condições de temperatura elevada (por exemplo, maior do que cerca de 150 ° F (65 0 C)) em certas formações subterrâneas e fluidos de poço onde os fluidos de tratamento compostos destas misturas possam ser úteis.
SUMÁRIO
A invenção atual refere-se a métodos e composições para o tratamento de formações subterrâneas. Mais especialmente, a invenção atual refere-se a fluidos de tratamento compostos de agentes gelificantes que são W compostos de polímeros reticuláveis e certos biopolímeros, e métodos de uso em operações subterrâneas.
Em uma realização, a invenção atual apresenta um método de tratamento de uma porção de uma formação subterrânea, composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente gelificante composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose cíclico, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes; e introduzindo o fluido de tratamento em um furo de poço de penetração na formação subterrânea.
Em outra realização, a invenção atual apresenta um método de estimulação de uma porção da formação subterrânea, composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente gelificante composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes; e contatando a formação subterrânea com o fluido de tratamento na ou acima de uma pressão suficiente para criar ou aumentar uma ou mais fraturas em uma porção da formação subterrânea.
Em outra realização, a invenção atual apresenta um método de tratamento de uma porção de uma formação subterrânea composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente de gelificação composto de um Lx- polímero que é um polímero reticulável, e diutano; e introduzindo o fluido de tratamento em um furo de poço que penetra na formação subterrânea.
Em uma realização, a invenção atual apresenta um fluido de tratamento que é composto de: um fluido base aquoso; um agente de reticulação; e um agente gelificante composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear ou cíclica, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes.
Em outra realização, a invenção atual apresenta um fluido de tratamento que é composto de: um fluido base aquoso; um agente de reticulação; e um agente gelificante composto de um polímero que é um polímero reticulável, e diutano.
Em outra realização, a invenção atual apresenta um agente gelificante que é composto de: um polímero que é um polímero reticulável; um agente de reticulação; e um polímero que é um biopolímero onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeos do tipo piranose lineares ou cíclicos, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes.
As características e vantagens da invenção atual ficarão rapidamente aparentes para aqueles versados na técnica com a leitura da descrição das realizações preferidas que se segue.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das realizações da invenção atual e não devem ser usados para limitar ou definir a 7 ti V-
invenção.
As figuras la, lb, Ic ilustram os dados relativos às propriedades viscoelásticas de vários fluidos de tratamento, incluindo certas realizações dos fluidos de tratamento da invenção atual.
A figura 2 ilustra dados relativos a outras propriedades
viscoelásticas de vários fluidos de tratamento, incluindo certas realizações dos fluidos de tratamento da invenção atual.
DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS
A invenção atual refere-se a métodos e composições para o tratamento de formações subterrâneas. Mais especialmente, a invenção atual refere-se a fluidos de tratamento compostos de agente gelificantes que são compostos de polímeros reticuláveis e certos biopolímeros, e a métodos de uso em operações subterrâneas.
Os fluidos de tratamento da invenção atual, geralmente são compostos de um fluido base aquoso, um agente gelificante composto de certos biopolímeros e um polímero reticulável, e um agente de reticulação. Conforme utilizado aqui, o termo "polímero reticulável" é definido como significando qualquer material polimérico composto pelo menos de duas moléculas que são capazes de formação de uma reticulação na presença de um agente de reticulação adequado. Entre outras coisas, os fluidos de tratamento da invenção atual poderão apresentar propriedades viscoelásticas melhoradas, tais como viscosidade em baixo cisalhamento, e níveis reduzidos de sinerese em relação a outros fluidos de tratamento conhecidos na técnica. Estas propriedades viscoelásticas poderão permitir, por exemplo, uma decantação mais lenta do propelente, um transporte melhorado do propelente, e tempos prolongados de relaxamento em alguns fluidos de tratamento da invenção atual.
O fluido base aquoso utilizado nos fluidos de tratamento da invenção atual poderão ser compostos de água fresca, água salgada (por 8 Im exemplo, água contendo um ou mais sais dissolvidos na mesma), salmoura (por exemplo, água salgada saturada), água do mar, ou combinações dos mesmos. Geralmente, a água poderá ser de qualquer fonte, desde que não contenha componentes que possam afetar adversamente a estabilidade e/ou o desempenho dos fluidos de tratamento da invenção atual. Em certas realizações, a densidade do fluido base aquoso pode ser aumentada, entre outras finalidades, para produzir a suspensão e transporte adicional de partículas nos fluidos de tratamento da invenção atual. Em certas realizações, o pH do fluido base aquoso poderá ser ajustado, por exemplo, por intermédio de uma solução tampão ou outro agente de ajuste de pH), entre outros fins, para facilitar a hidratação do biopolímero, para ativar um agente de reticulação, e/ou para reduzir a viscosidade do fluido de tratamento (por exemplo, ativar uma solução de rompimento, desativar um agente de reticulação). Nestas realizações, o pH poderá ser ajustado para o um nível especifico, o qual poderá depender, entre outros fatores, dos tipos de biopolímeros, dos agentes de reticulação, e/ou das soluções de rompimento incluídas no fluido de tratamento. Uma pessoa versada na técnica, com os benefícios desta apresentação, reconhecerá quando tal densidade e/ou ajuste de pH são apropriados.
O agente de gelificação incluído nos fluidos de tratamento da invenção atual é composto de certos biopolímeros. Os biopolímeros utilizados na invenção atual têm cadeias principais onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) têm uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear ou cíclica, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes. O termo "cadeia principal", conforme utilizado aqui, refere-se à seqüência mais longa de unidades na molécula de biopolímero. Os monossacarídeos do tipo piranose geralmente são caracterizados como tendo 5 átomos de carbono e um átomo ±6 de oxigênio em um anel de 6 átomos. Ao contrário dos biopolímeros que poderiam ser incluídos nos fluidos de tratamento já conhecidos na técnica, os biopolímeros utilizados na invenção atual não são compostos de xantano. Exemplos de biopolímeros adequados incluem, mas não são limitados a, diutano, escleroglucano, succinoglucano, e combinações dos mesmos e derivados dos mesmos. Conforme utilizado aqui, o termo "derivado" é definido como incluindo qualquer composto que é feito do composto básico, por exemplo, substituindo-se um átomo no composto básico por outro átomo ou grupo de átomos, ionizando-se um ou mais compostos listados, ou criando- se um sal de um dos compostos listados. Os biopolímeros utilizados na invenção atual poderão ou não ser reticulados por um ou mais agentes de reticulação. Em certas realizações da invenção atual, o biopolímero poderá ser fornecido em uma solução aquosa concentrada antes da sua combinação com os outros componentes necessários para formar um fluido de tratamento da invenção atual. Em certas realizações da invenção atual, o biopolímero poderá ser fornecido em uma solução que é composta de outros componentes do fluido de tratamento e/ou do agente gelificante (por exemplo, o polímero reticulável).
Geralmente, o biopolímero poderá estar presente nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade suficiente para produzir a viscosidade desejada. Em certas realizações, o biopolímero poderá estar presente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,01% a cerca de 3% em peso do fluido de tratamento ("bwof'). Em certas realizações de exemplo, o biopolímero poderá estar presente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1% de bwof. Em certas realizações, os biopolímeros poderão estar presentes nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma relação entre o biopolímero e o polímero reticulável na faixa de cerca de 0,05:1 a cerca de 1:1. Em certas realizações, os biopolímeros poderão estar presentes nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma relação entre o 10 V^ biopolímero e um polímero reticulável em torno de 0,1:1. A relação entre o biopolímero e o polímero reticulável é dependente de vários fatores, como a viscosidade e/ou a elasticidade desejada, a aplicação específica, as condições de furo abaixo, a qualidade da água, e semelhantes, que serão reconhecidos por uma pessoa versada na técnica.
O agente gelificante incluído nos fluidos de tratamento da invenção atual poderá ser composto de qualquer polímero reticulável adequado, incluindo, mas não limitado a gomas de galactomanana, derivados de celulose, combinações dos mesmos, derivados dos mesmos, e semelhantes. As gomas de galactomanana geralmente são caracterizadas como tendo uma cadeia principal linear de manana com várias quantidades de unidades de galactose ligadas na mesma. Exemplos de gomas de galactomanana adequadas incluem, mas não são limitadas a, goma arábica, goma gati, goma caraia, goma tamarindo, goma de tragacanto, goma guar, goma de alfarroba, combinações das mesmas, derivados das mesmas, e semelhantes. Outras gomas adequadas incluem, mas não são limitadas a, hidroxietilguar, hidroxipropilguar, carboximetil- guar, carboximetilidroxietilguar e carboximetilidroxipropil- guar. Exemplos de derivados adequados de celulose incluem hidroxietil celulose, carboxietil celulose, carboximetil celulose, e carboximetilidroxietilcelulose; derivados dos mesmos, e combinações dos mesmos. Os polímeros reticuláveis incluídos nos fluidos de tratamento da invenção atual poderão ser de ocorrência natural, sintéticos, ou uma combinação dos mesmos. Os polímeros reticuláveis poderão ser compostos de polímeros hidratáveis que contêm um ou mais grupos funcionais, tais como grupos hidroxila, eis- hidroxila, carboxila, sulfato, sulfonato, fosfato, fosfonato, amino ou amida. Em certas realizações, os polímeros reticuláveis poderão ser pelo menos parcialmente reticulados, onde pelo menos uma porção das moléculas dos polímeros reticuláveis são reticulados através de uma reação composta de um agente de reticulação. ±Υ 11
Os polímeros reticuláveis devem estar presentes nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade suficiente para produzir a viscosidade desejada do fluido de tratamento. Em certas realizações, os polímeros reticuláveis poderão estar presentes em uma quantidade na faixa de cerca de 0,05% a cerca de 3% bwof. Em certas realizações, os polímeros reticuláveis poderão estar presentes em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1 % bwof. Em certas realizações, os polímeros reticuláveis poderão estar presentes com uma relação entre o polímero e o biopolímero na faixa de cerca de 1:1 a cerca de 20:1. Em certas realizações, os polímeros reticuláveis poderão estar presentes com uma relação entre o polímero reticulável e o biopolímero de cerca de 9:1. A relação entre o polímero reticulável e o biopolímero é dependente de vários fatores, como a viscosidade e/ou a elasticidade desejada, a aplicação específica, as condições de furo abaixo, a qualidade da água, e semelhantes, que serão reconhecidos por uma pessoa versada na técnica. Em certas realizações da invenção atual, os polímeros e/ou biopolímeros reticuláveis poderão ser fornecidos em uma solução aquosa concentrada antes da sua combinação com os outros componentes necessários para a formação de um fluido de tratamento da invenção atual. Em certas realizações da invenção atual, os polímeros reticuláveis poderão ser fornecidos em uma solução que é composta de outros componentes do fluido de tratamento e/ou do agente de geliflcação (por
exemplo, o biopolímero).
Os agentes de reticulação geralmente são incluídos nos fluidos
de tratamento da invenção atual para reticularem pelo menos uma porção das moléculas dos polímeros reticuláveis para formarem um polímero reticulado. O termo "agente de reticulação" é definido aqui como incluindo qualquer molécula, átomo, ou íon que seja capaz de formar uma ou mais reticulações entre as moléculas do polímero reticulável e/ou entre um ou mais átomos em uma só molécula do polímero reticulável. O agente de reticulação nos fluidos de tratamento da invenção atual poderá ser composto de um íon metálico que é capaz de reticular pelo menos duas moléculas do polímero reticulável. Exemplos de agentes de reticulação adequados incluem, mas não são limitados a, íons de borato, íons de zircônio IV, íons de titânio IV, íons de alumínio, íons de antimônio, íons de cromo, íons de ferro, íons de cobre, e íons de zinco. Estes íons poderão ser fornecidos através do fornecimento de qualquer composto que é capaz de produzir um ou mais destes íons; exemplos de tais compostos incluem, mas não são limitados a, ácido bórico, octaborato tetraidrato disódico, diborato de sódio, pentaboratos, ulexita, colemanita, lactato de zircônio, lactato de zircônio trietanolamina, carbonato de zircônio, acetil acetonato de zircônio, malato de zircônio, citrato de zircônio, lactato de diisopropilamina de zircônio, lactato de titânio, malato de titânio, citrato de titânio, amônio lactato de titânio, trietanolamina de titânio, acetil acetonato de titânio, lactato de alumínio, citrato de alumínio, compostos de antimônio, compostos de cromo, compostos de ferro, compostos de cobre, compostos de zinco, que combinações dos mesmos. Um exemplo de um composto adequado disponível comercialmente, capaz de fornecer íons metálicos é o reticulador "CL-24®" disponível da Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma. Em certas realizações da invenção atual, o agente de reticulação poderá estar presente em um polímero reticulado, onde pelo menos uma porção das moléculas do polímero reticulável são reticuladas pelo
agente de reticulação.
Em algumas realizações, o agente de reticulação poderá ser composto de um agente de reticulação retardada, o qual poderá ser formulado para formar reticulações entre as moléculas de polímero depois de um certo tempo ou sob certas condições (por exemplo, temperatura, pH, etc). Em algumas realizações, o fluido de tratamento poderá ser composto de um agente de retardo de reticulação, como agentes de retardo de reticulação de polissacarídeos derivados de guar, derivados de guar, ou derivados de 13 & celulose. O agente de retardo de reticulação poderá ser incluído no fluido de tratamento, inter alia, para retardar a reticulação dos polímeros reticuláveis até ser desejado. Uma pessoa de conhecimento normal na técnica, com os benefícios desta apresentação, saberá a quantidade apropriada de agente de retardo de reticulação a ser incluído nos fluidos de tratamento para uma
aplicação desejada.
Agentes de reticulação adequados poderão estar presentes nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade suficiente para produzir, inter alia, o grau desejado de reticulação entre as moléculas dos polímeros reticuláveis. Em certas realizações, o agente de reticulação poderá estar presente nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade na faixa de cerca de 10 partes por milhão ("ppm") até cerca de 500 ppm por peso do fluido de tratamento. Em certas realizações de exemplo, o agente de reticulação poderá estar presente nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade na faixa de cerca de 75 ppm a cerca de 200 ppm por peso do fluido de tratamento. Uma pessoa com conhecimento normal na técnica, com o benefício desta apresentação, reconhecerá o tipo e a quantidade apropriados de agente de reticulação a ser incluído no fluido de tratamento da invenção atual, com base, nas condições de temperatura de uma aplicação específica, no tipo de polímeros reticuláveis utilizados, o peso molecular dos polímeros reticuláveis, e/ou o pH do fluido de tratamento.
Os fluidos de tratamento da invenção atual, opcionalmente, poderão ser compostos de particulados, como particulados de propelente, ou particulados de cascalho. Os particulados adequados para uso na invenção atual poderão ser compostos de qualquer material adequado para uso em operações subterrâneas. Materiais adequados para estes particulados incluem, mas não são limitados a, areia, bauxita, materiais cerâmicos, materiais de vidro, materiais poliméricos, materiais de teflon®, pedaços de casca de castanha, particulados resinosos curados compostos de pedaços de pastas de Jo 14 w
castanha, pedaços de semente de castanha, particulados resinosos curados compostos de pedaços de semente de castanha, pedaços de frutas, particulados resinados curados compostos de pedaços de frutas, e madeira, particulados compostos, e combinações dos mesmos. Particulados compostos adequados poderão ser compostos de um aglutinante e um material de carga, onde os materiais de carga adequados incluem sílica, alumina, carvão defumado, negro de fumo, grafite, mica, dióxido de titânio, meta-silicato, silicato de cálcio, caulim, talco, zircônia, boro, cinzas, micro-esferas ocas de vidro, vidro sólido, e combinações dos mesmos. O tamanho de particulados, geralmente poderá variar de cerca de duas malhas a cerca de 400 malhas na série americana de peneiras; no entanto, em certas circunstâncias, poderão ser desejados outros tamanhos e serão totalmente adequados para a prática da invenção atual. Em realizações específicas, as faixas preferidas de distribuição de tamanho de particulados são uma ou mais malhas de 6/12, 8/16, 12/20, 16/30, 20/40, 30/50, 40/60, 40/70, ou 50/70. Deve ser entendido que o termo "particulado", conforme utilizado nesta apresentação, inclui todos os formatos conhecidos de materiais, incluindo materiais substancialmente esféricos, materiais fibrosos, materiais poligonais (tais como materiais cúbicos), e misturas dos mesmos. Além disso, os materiais fibrosos, que poderão ou não ser utilizados para suportarem a pressão de uma fratura fechada, poderão ser incluídos em certas realizações da invenção atual. Em certas realizações, os particulados incluídos nos fluidos de tratamento da invenção atual poderão ser revestidos com qualquer resina adequada ou agente aglutinante conhecido por aqueles com conhecimento normal na técnica. Em certas realizações, os particulados poderão estar presentes nos fluidos de tratamento da invenção atual em uma quantidade na faixa de cerca de 0,5 libras/galão (0,059 Kg/L) ("ppg") até cerca de 30 ppg (3,54 kg/l) por
volume do fluido de tratamento.
Os fluidos de tratamento geliflcados ou gelificados e reticulados poderão também incluir substâncias de rompimento retardado de gel, tais como enzimas, oxidantes, solução tampão ácida, ou substâncias de rompimento de gel ativadas por temperatura. As substâncias de rompimento de gel poderão fazer com que os fluidos de tratamento viscosos sejam revertidos para fluidos finos que podem ser enviados de volta para a superfície depois de terem sido utilizados para a colocação das partículas de propelente nas fraturas subterrâneas. Em certas realizações, a substância de rompimento de gel utilizada poderá estar presente no fluido de tratamento em uma quantidade na faixa de cerca de O5OOOl a cerca de 10% em peso do
agente gelificante.
Os fluidos de tratamento da invenção atual, opcionalmente,
poderão incluir um ou mais de vários aditivos bem conhecidos, como estabilizantes de gel, aditivos de controle de perda de fluido, ácidos, inibidores de corrosão, catalisadores, estabilizantes de argila, biocidas, bactericidas, redutores de atrito, gás, tensoativos, solubilizantes, agentes de ajuste de pH, e semelhantes. Por exemplo, em algumas realizações, poderá ser desejado espumar-se um fluido de tratamento da invenção atual utilizando-se um gás como o ar, nitrogênio, ou dióxido de carbono. Aqueles com conhecimento normal na técnica, com o benefício desta apresentação, serão capazes de determinar os aditivos apropriados para uma aplicação específica.
Os fluidos de tratamento da invenção atual poderão ser preparados por qualquer método adequado para uma determinada aplicação. Por exemplo, certos componentes do fluido de tratamento da invenção atual (por exemplo, polímeros reticuláveis, biopolímeros, etc) poderão ser fornecidos em um pó previamente misturado, o qual poderá ser combinado com o fluido base aquoso em um tempo subseqüente. Na preparação dos fluidos de tratamento da invenção atual, o pH do fluido base aquoso poderá ser ajustado, entre outros fins, para facilitar a hidratação do agente gelificante. A faixa de pH na qual o agente gelificante será rapidamente hidratado dependerá de vários fatores (por exemplo, os componentes do agente gelificante, etc) que serão reconhecidos por alguém versado na técnica. Este ajuste de pH poderá ocorrer antes, durante, ou após a adição do agente gelificante e/ou outros componentes do fluido de tratamento da invenção atual. Por exemplo, os fluidos de tratamento da invenção atual poderão ser compostos de um éster que libera um ácido tão logo seja colocado no furo de poço, que é capaz, inter alia, de reduzir o pH e/ou a viscosidade do fluido de tratamento. Depois que os pós previamente misturados e o fluido base aquoso foram combinados com os agentes de reticulação e outros aditivos adequados, eles poderão ser adicionados antes da introdução no furo de poço. Aqueles com conhecimento normal na técnica, com o benefício desta apresentação, serão capazes de determinar os outros métodos adequados para a preparação
dos fluidos de tratamento da invenção atual.
Os métodos da invenção atual poderão ser utilizados em
qualquer tratamento subterrâneo onde poderá ser utilizado um fluido de tratamento visco-elástico. Tratamentos subterrâneos adequados poderão incluir, mas não são limitados a, tratamentos de fratura, tratamentos de controle de areia (por exemplo, enchimento de cascalho), e outros tratamentos adequados, onde poderá ser adequado um fluido de tratamento da invenção atual. Em uma realização, a invenção atual apresenta um método de tratamento de uma porção de uma formação subterrânea, composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente de gelificação composto de um primeiro polímero que é um polímero reticulável e um segundo polímero que é um biopolímero, onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear ou cíclica, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes; e a introdução do fluido de tratamento e em um furo de poço que penetra na formação subterrânea. Após a introdução do fluido de tratamento no furo de poço, a viscosidade do fluido de tratamento poderá ser reduzida em um momento desejado, e o fluido de tratamento de viscosidade reduzida poderá ser recuperado e/ou enviado de
volta através do furo de poço.
Para facilitar um melhor entendimento da invenção atual, são
apresentados os seguintes exemplos de certos aspectos de algumas realizações. De forma alguma os exemplos seguintes devem ser lidos como limitando, e ou definindo, o escopo da invenção. EXEMPLOS
Conforme utilizado nos exemplos abaixo, a unidade "ppt" refere- se a libras de ingrediente seco por 1.000 gal de fluido (0,118 χ 10" kg/l).
EXEMPLO 1
Foram preparadas amostras de três fluidos de tratamento com as seguintes composições, em jarras de 400 ml: o fluido 1 de amostra continha 45 ppt (0,0531 kg/l) de guar em uma solução de 2% de KCl por peso em água de bica obtido em Duncan, Oklahoma; o fluido 2 de amostra continha 40,5 ppt (0,048 kg/l) de guar e 4,5 ppt (0,00531 kg/l) de xantano em uma solução de 2% de KCl por peso em água de bica obtido em Duncan, Oklahoma; e o fluido 3 de amostra (uma amostra de um fluido de tratamento da invenção atual) continha 40,5 ppt (0,048 kg/l) de guar e 4,5 ppt (0,00531 kg/l) de diutano em uma solução de 2% de KCl por peso de água de bica obtida em Duncan, Oklahoma. Foi adicionada areia Brady 20/40 em cada amostra em uma quantidade de 3 libras/galão de fluido ("ppg") (0,354 kg/l), e então cada amostra foi aquecida em um banho de água a 77 ° F (25 ° C). Tão logo as amostras alcançaram aquela temperatura, uma quantidade predeterminada (listada na tabela 1 abaixo) de um agente de reticulação de borato foi misturada em cada amostra, utilizando-se um misturador Waring durante 30 segundos. Posteriormente, as amostras foram retornadas para o banho de <2Μ
água. A tabela 1 abaixo lista o tempo de decantação (i.e., o tempo no qual 3 ppg (0,354 kg/l) de areia foram completamente decantadas na jarra) para cada
uma das três amostras.
Um teste de varredura de freqüência de cisalhamento
oscilatório de pequena amplitude ("SÃOS") foi também executado em cada um dos fluidos de amostra, utilizando-se um dispositivo "couette" cilíndrico em um reômetro Stresstech (disponível da Rheologia Instruments), ambos antes e após as amostras de fluido serem reticuladas. Neste teste, uma corrente de deformação por cisalhamento sinusoidal é aplicada na amostra na forma de γ = γ0 sen cot, onde γ0 é a amplitude de deformação e ω é a freqüência de oscilação. A resposta de tensão de cisalhamento é δ = G'sen ωΐ + G" cos cot, onde G' é o módulo de estocagem em fase com a tensão de cisalhamento aplicada e Gft é o módulo de perda fora de fase com a tensão de cisalhamento aplicada (ou em fase com a tensão de cisalhamento aplicada). É apresentado um registro de freqüência contra módulo de
estocagem e módulo de perda da troca de freqüência SAOS para os fluidos básico e reticulado de cada uma das três amostras nas figuras la, Ib e lc, respectivamente. A tabela 1 abaixo também lista a freqüência de cruzamento (oc) (i.e.s a freqüência onde Gt = G" o ponto onde a resposta elástica do fluido em freqüências elevadas é separado da resposta viscosa em baixas freqüências, indicado em cada figura) para o fluido reticulado de cada uma das três amostras. Os valores de freqüência de cruzamento menores geralmente se traduzem em tempos de relaxação maiores para um fluido, o que indica propriedades de colocação em suspensão estática melhoradas do fluido. Tabela 1
Quantidade de agente de reticulação de borato (galões por 1000 galões de fluido ("gpt") (0,118 χ IO"3 kfi/1)) Tempo de decantação (h) (aproximado) Freqüência de cruzamento (coc) (rad/s) Fluido 1 de amostra 1 8 0,16 Fluido 2 de amostra 1 (suspensão)1 — Fluido 3 de amostra 1 12 0,11
la areia
ia neste fluido de amostra permaneceu em suspensão e não foi decantada EXEMPLO 2 Foram preparadas amostras de três fluidos de tratamento das composições descritas no exemplo 1 acima em jarras de 400 ml. Foi adicionada areia Brady 20/40 em cada amostra em uma quantidade de 3 ppg (0,354 kg/l), e então cada amostra foi aquecida em um banho de água a 150 ° F (66 ° C). Tão logo as amostras alcançaram aquela temperatura, uma quantidade predeterminada (listada na tabela 2 abaixo) de um agente de reticulação de borato foi misturado em cada amostra utilizando-se um misturador Waring durante 30 segundos. Posteriormente, as amostras foram retornadas para o banho de água. Um teste de varredura de freqüência SAOS conforme descrito no exemplo 1 acima foi também executado em cada uma das amostras. A tabela 2 abaixo lista o tempo de decantação (i.e., o tempo no qual 3 ppg (0,354 kg/l) de areia foram totalmente decantadas na jarra) e a freqüência de cruzamento (ooc) para cada uma das três amostras.
Tabela 2
Quantidade de agente de reticulação de borato rgpt")(0,118xl0-3kg/l) Tempo de decantação (h) (aproximado) Freqüência de cruzamento (coc) (rad/s) Fluido 1 de amostra 3,75 1 0,46 Fluido 2 de amostra 4,25 1 0,90 Fluido 3 de amostra 4,75 2 0,20
EXEMPLO 3
Foram preparadas amostras dos três fluidos de tratamento das composições descritas no exemplo 1 acima em jarras de 400 ml. Foi adicionada areia Brady 20/40 em cada fluido de amostra em uma quantidade de 3 ppg (0,354 kg/l), e então cada amostra foi aquecida em um banho de água a 150 0 F (66 ° C). Tão logo as amostras alcançaram aquela temperatura, um agente de reticulação de borato foi misturado em cada amostra em uma quantidade de 5 gpt (0,00059 kg/l) utilizando um misturador Waring durante segundos. Posteriormente, as amostras foram retornadas para o banho de água. A quantidade de solvente expelido de cada amostra de fluido foi registrada a cada 10 minutos durante o período de lh. Estas observações são 20 ^0j listadas na tabela 3 abaixo, e o registro de tempo (min) contra solvente total expelido (% em volume) é apresentado na figura 2.
Tabela 3
Tempo (minutos) Solvente total expelido (% em volume) Fluido 1 de Amostra Fluido 2 de Amostra Fluido 3 de Amostra 10 0 0 28 10 0 48 24 4 40 52 28 4 50 56 32 6 60 60 32 8
Assim sendo, os exemplos 1-3 ilustram que os fluidos de tratamento da invenção atual poderão exibir propriedades reológicas aumentadas.
Assim sendo, a invenção atual é bem adaptada para atingir as finalidades e vantagens mencionadas, assim como aquelas que são inerentes à mesma. As realizações especiais apresentadas acima são somente ilustrativas, porque a invenção atual poderá ser modificada e praticada em formas diferentes porém equivalentes, aparentes para aqueles versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos apresentados aqui. Embora possam ser feitas numerosas alterações por aqueles versados na técnica, tais alterações são incluídas dentro do espírito desta invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas. Além disso, não se pretende limitar os detalhes de construção ou de projeto mostrados aqui, a não ser os descritos nas reivindicações abaixo. Fica portanto evidente que as realizações ilustrativas especificas apresentadas acima poderão ser alteradas ou modificadas, e todas essas variações são consideradas dentro do escopo e do espírito da invenção atual. Especialmente, cada faixa de valores (por exemplo, "de cerca de a até cerca de b", ou, de forma equivalente, "de aproximadamente a até b", ou, de forma equivalente, " de aproximadamente a-b") apresentado aqui deve ser entendido como referindo-se ao conjunto potente (conjunto de todos os sub- conjuntos) da faixa respectiva de valores. Os termos nas reivindicações têm o seu significado pleno, normal, a não ser que seja explicitamente e claramente definido de outra forma pelo solicitante da patente.
Claims (18)
1. Fluido de tratamento, caracterizado pelo fato de ser composto de: um fluido base aquoso; um agente de reticulação; e um agente de gelificação composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear ou cíclico, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes.
2. Fluido de tratamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do biopolímero ser escolhido do grupo consistindo de diutano, escleroglucano, succinoglucano, derivados do mesmo, e combinações do mesmo.
3. Fluido de tratamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do polímero reticulável ser escolhido do grupo consistindo de goma arábica, goma gati, goma caraia, goma tamarindo, goma tragacanto, goma guar, goma de alfarroba, celulose, derivados do mesmo, e combinações do mesmo.
4. Fluido de tratamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do agente de reticulação ser escolhido do grupo consistindo de íons de borato, íons de zircônio IV, íons de titânio IV, íons de alumínio, íons de antimônio, íons de cromo, íons de ferro, íons de cobre, íons de zinco, e combinações dos mesmos.
5. Fluido de tratamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser ainda composto pelo menos de um elemento escolhido do grupo consistindo de agentes de rompimento de gel, estabilizantes de gel, aditivos de controle de perda de fluido, ácidos, inibidores de corrosão, catalisadores, estabilizantes de argila, biocidas, bactericidas, redutores de atrito, gases, tensoativos, agentes de retardo de reticulação, solubilizantes, particulados, agentes de ajuste de pH, derivados do mesmo, e combinações dos mesmos.
6. Método de tratamento de uma porção de uma formação subterrânea, caracterizado pelo fato de ser composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente de gelificação composto de um polímero que é um polímero reticulável, e um polímero que é um biopolímero, onde uma molécula do biopolímero (1) consiste somente de glicose, ou (2) tem uma cadeia principal composta de uma ou mais unidades que são compostas pelo menos de (a) uma unidade de glicose e (b) uma unidade de monossacarídeo do tipo piranose linear ou cíclico, onde (a) e (b) têm estruturas moleculares diferentes; e a introdução do fluido de tratamento em um furo de poço que penetra na formação subterrânea.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do biopolímero ser escolhido do grupo consistindo de diutano, escleroglucano, succinoglucano, derivados do mesmo, e combinações do mesmo.
8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do polímero reticulável ser escolhido do grupo consistindo de goma arábica, goma gati, goma caraia, goma de tamarindo, goma de tragacanto, goma guar, goma de alfarroba, celulose, derivados do mesmo, e combinações do mesmo.
9. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção das moléculas do polímero reticulável serem reticuladas através de uma reação composta do agente de reticulação.
10. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do agente de reticulação ser escolhido do grupo consistindo de íons de borato, íons de zircônio IV, íons de titânio IV, íons de alumínio, íons de antimônio, íons de cromo, íons de ferro, íons de cobre, íons de zinco, e combinações dos mesmos.
11. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do fluido de tratamento ser ainda composto pelo menos de um elemento escolhido do grupo consistindo de agentes de rompimento de gel, estabilizantes de gel, aditivos de controle de perda de fluido, ácidos, inibidores de corrosão, catalisadores, estabilizantes de argila, biocidas, bactericidas, redutores de atrito, gases, tensoativos, agentes de retardo de reticulação, solubilizantes, agentes de ajuste de pH, derivados do mesmo, e combinações do mesmo.
12. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser composto de: o fluido de tratamento a ser ainda composto de particulados; e o método ser ainda composto da deposição pelo menos de uma porção dos particulados em, ou adjacente a uma porção da formação subterrânea, de tal forma que os particulados produzem algum grau de controle da areia em ou adjacente a uma porção da formação subterrânea.
13. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser ainda composto de ajuste do pH do fluido base aquoso.
14. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da redução da viscosidade do fluido de tratamento posteriormente à introdução do fluido de tratamento no furo de poço.
15. Método de tratamento de uma porção de uma formação subterrânea, caracterizado pelo fato de ser composto de: fornecimento de um fluido de tratamento que é composto de um fluido base aquoso, um agente de reticulação, e um agente de gelificação composto de um polímero que é um polímero reticulável, e diutano; e a introdução do fluido de tratamento em um furo de poço que penetra na formação subterrânea.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato do polímero reticulável ser escolhido do grupo consistindo de goma arábica, goma gati, goma caraia, goma de tamarindo, goma de tragacanto, goma guar, goma de alfarroba, celulose, e derivados dos mesmos, e combinações dos mesmos.
17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção das moléculas do polímero reticulável serem reticulados através de uma reação composta do agente de reticulação.
18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de ser ainda composto do ajuste do pH do fluido base aquoso.
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