BRPI0617261A2 - composições lodosas e métodos para produzir as mesmas - Google Patents
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Abstract
<B>COMPOSIçõES LODOSAS E MéTODOS PARA PRODUZIR AS MESMAS.<D> Composição lodosa aquosa para uso em indústrias tais como de petróleo e indústrias de dutos que inclui um particulado, um líquido aquoso e um composto químico que torna a superficie do particulado extremamente hidrofóbica. A pasta fluida é produzida tornando a superfície do particulado extremamente hidrofóbica durante ou antes da produção da pasta fluida.
Description
"COMPOSIÇOES LODOSAS F MÉTODOS PARA PRODUZIR ASMESMAS"
Fundamentos da Invenção
Campo da Invenção
Esta invenção refere-se a uma composição lodosa aquosa e a um métodopara produzir tal composição.
Discussão da Arte Anterior
As pastas fluidas particuladas aquosas são comumente usadas ouencontradas em muitas indústrias inclusive de petróleo, oleoduto, construção e indústriasde limpeza. As pastas fluidas são misturas que normalmente compreendem particulados eum meio aquoso e desempenham um papel essencial em muitas operações industriais. Porexemplo, as pastas fluida são usadas para transportar particulados de uma local ao outrocom distâncias diferentes tanto sob o solo, quanto da superfície até uma formaçãosubterrânea ou de uma formação subterrânea à superfície. Os particulados maiscomumente usados incluem areia, particulados cerâmicos, particulados de carbonato,esferas de vidro, particulados de bauxita (óxido de alumínio), a particulados revestidos deresina e particulados de carvão. Os tamanhos dos particulados normalmente ficam na faixade aproximadamente 10 a aproximadamente 100 mesh US, e as densidades dosparticulados são significativamente mais altas do que a densidade de água. Por exemplo, adensidade da areia é aproximadamente 2,6 g/cm3 enquanto a densidade da água é 1 g/cm3.A areia é o particulado mais comumente usado.
Para fazer uma pasta fluida relativamente estável, os particulados devem sersuspensos em um meio líquido por um longo período em condições estáticas ou/edinâmicas. A sabedoria de convenção diz-nos que a viscosidade ou a viscoelasticidade domeio líquido deve ser suficientemente alta para ser capaz de suspender os particulados. .Ométodo mais comumente usado para aumentar a viscosidade ou viscoelasticidade de umlíquido aquoso é a adição de um espessante, por exemplo, um polímero natural ousintético ou um surfatante viscoelástico ao meio líquido. É bastante comum que umpolímero seja usado com um agente espumante para tirar proveito tanto das propriedadesviscoelástica quanto espumante. Contudo, o uso de polímeros em pastas fluidas eleva ocusto e resulta em dificuldades operacionais. Em determinadas aplicações, por exemplo,fratura hidráulica de formações subterrâneas, o uso de polímeros na pasta fluida impede aprodução de óleo e de gás devido as grandes quantidades de resíduo deixado na formação.Quanto aos surfatantes viscoelásticos, embora eles tenham menos resíduos em comparaçãocom os polímeros normais, o seu custo é normalmente muito mais alto. Em muitas outrasaplicações como filtro de cascalho, enchimento de poço e transporte de areia poroleodutos, é altamente desejável tornar a pasta fluida particulada estável sem usar umespessante.
As operações de fratura hidráulica são usadas extensivamente na indústria de petróleo para aumentar a produção de óleo e de gás. Na fratura hidráulica, um fluidofraturante é injetado por uma perfuração em uma formação subterrânea numa pressãosuficiente para iniciar as fraturas, que aumentam a produção de óleo e de gás.Freqüentemente, os particulados, chamados "proppants", são suspensos no fluidofraturante e transportados dentro das fraturas como uma pasta fluida. Os "proppants"incluem areias, particulados cerâmicos, particulados de bauxita, areias revestidas de resinae outros particulados conhecidos na indústria. Entre eles a areia é o "proppant" maiscomumente usado.
Os fluidos fraturantes no uso comum incluem fluidos a base de água bemcomo a base de hidrocarbonetos. Em fluidos fraturantes a base de água, um polímero ou surfatante viscoelástico é normalmente empregado para aumentar o viscoelasticidade dofluido. Na maioria dos casos a propriedade viscoelástica dos fluidos é essencial paratransportar os "proppants" profundamente numa formação. Na última etapa do tratamentode fratura, fluxos de fluidos fraturantes retornam à superfície e os "propants" sãodeixados na fratura que forma um pacote de "proppant" para impedir a fratura de fechar após a pressão ser liberada. Uma fratura preenchida com "proppant" fornece um canalaltamente condutor que permite o óleo e/ou o gás penetrar mais eficientemente naperfuração. A condutividade do pacote de "proppant" desempenha um papel dominante noaumento da produção. Sabe-se que resíduos de polímero de fluidos fraturantes reduzemmuito a condutividade do pacote de "proppant".
Em comparação com os espessantes poliméricos, os surfatantesviscoelásticos causam menos dano aos pacotes de "proppant" e as formações. Contudo,eles são muito mais caros.
Conseqüentemente, há uma necessidade por uma composição paratransportar eficientemente "propants" profundamente numa formação com o custo baixo eao mesmo tempo causando pouco dano ao pacote de "proppant" e a formação. O tamanhodo grão, a concentração, a forma e o formato e as características do pacote de "propants"são também fatores importantes na determinação da condutividade. Apesar das pesquisasextensas nos últimos anos, limitado progresso foi alcançado para maximizar acondutividade de um pacote de "proppant" em uma fratura. Por isso, há uma necessidadeem se produzir uma composição para uso em um pacote de "proppant" com umacondutividade melhorada.
O fluxo de retorno de "propant" após os tratamentos de fratura tem a muitotempo incomodado a indústria de petróleo. O fluxo de retorno reduz a quantidade de"propants" na formação que leva a uma fratura menos condutora. Como revelado, porexemplo na patente US 6.047.772, vários métodos foram tentados para resolver oproblema de fluxo de retorno. Em um método, as resinas são usadas para revestir o"proppant" e torná-los muito pegajosos. Com isto, os grãos do "proppant" tendem a colarreduzindo o fluxo de retorno. Este método não só é caro, mas as resinas pegajosasintroduzidas no pacote de "proppant" tendem a reduzir a sua condutividade. Por isso, háuma necessidade por uma composição e método para produzir uma pasta fluida, que podeformar um pacote de "proppant" estável que resiste ao fluxo de retorno de "propant",enquanto ao mesmo tempo apresenta uma alta condutividade.
Quando se perfura as formações subterrâneas de óleo e gás, os fluidos deperfuração a base de água são normalmente usados. Durante a perfuração grandes quantidades de partículas, chamadas detritos são gerados. Os detritos têm tamanhosdiferentes nas faixas de finos ao calhau. O fluido perfurante circula pela perfuração parafazer a pasta fluida com os detritos in situ e transporta-os fora da perfuração. Na maioriados casos, os polímeros bem como as argilas finas são adicionadas aos fluidos deperfuração para aumentar a sua viscosidade/viscoelasticaidade para transportar os detritos eficientemente. Contudo, os polímeros bem como as argilas finas, pode penetrarfacilmente nos poros ou fraturas finas numa formação e reduzir a permeabilidade daformação significativamente, especialmente próximo a perfuração. A permeabilidadereduzida da formação impede a produção de óleo e/ou de gás. Por isso, é altamentedesejável fornecer um fluido perfurante que produzirá uma pasta fluida estável in situ comos detritos e transportará-los fora da perfuração, causando pouco dano a formação.
A escalada de preço do óleo e a sua alarmante depleção levou as pessoas aconsiderarem a utilização do carvão como um substituto do óleo. Vários fatoresdesaceleraram a velocidade da substituição de óleo por carvão. Um fator é a dificuldadeno transporte de carvão de custo eficiente por distâncias longas através de dutos. É, porisso, altamente desejável fornecer uma composição para formar uma pasta fluida decarvão que seja estável, altamente fluida e rentável quanto ao transporte.
Na operação de areia óleo, quantidades maciças de areia são deixadas apóso óleo ser retirado da superfície da areia. Encontrando um modo mais efetivo de custopara transportar areia eficientemente por uma distância por dutos foi por muito tempo requerido pela indústria. Assim, uma composição e um método para produzir pastasfluidas de areia estáveis e altamente fluidas com baixo custo seriam bastante úteis.
Resumo da Invenção
Conseqüentemente, um aspecto da presente invenção relaciona-se acomposições lodosas aquosas, que podem ser usadas para formar um pacote de"proppant" estável, altamente condutor, para transportar eficientemente "propants" numaformação subterrânea, e para uso no transporte de detritos perfurantes, particulados decarvão e areias.
A invenção também se refere a uma composição lodosa aquosa quecompreende particulados, um líquido aquoso e um composto químico que torna asuperfície dos particulados extremamente hidrofóbica, e o método para produzir talcomposição lodosa.
A invenção ainda além disso se refere a uma composição lodosa quecompreende particulados, um líquido aquoso, um composto químico que torna a superfíciedos particulados extremamente hidrofóbica e um gás, e o método para produzir talcomposição lodosa.A invenção também se refere a uma composição lodosa que compreendeparticulados, um líquido aquoso, um composto químico que torna a superfície doparticulados extremamente hidrofóbica e um surfatante.
A invenção também se refere a uma composição lodosa que compreendeparticulados, um líquido aquoso, um composto químico que torna a superfície doparticulados extremamente hidrofóbica, um surfatante e um gás, e o método para produzirtal composição lodosa. A invenção também se refere a um método para produzir umacomposição lodosa aquosa que compreende as etapas da primeira transformação dasuperfície do particulado extremamente hidrofóbica e então a mistura do particuladostratados com um líquido aquoso, ou líquido aquoso que contém um gás.
A invenção em outro aspecto também se refere a métodos para produzir ascomposições lodosas aquosas, incluindo para várias aplicações que incluem fraturahidráulica, perfuração, filtro de cascalho, transporte por dutos, dinamitação e construçãode túnel.
Descrição Detalhada da Invenção
Foi descoberto na presente invenção que quando a superfície dosparticulados segundo a invenção se torna extremamente hidrofóbica, uma pasta fluida feitacom tal particulados apresenta várias propriedades novas. Por exemplo, os particuladostendem a mover-se coesivamente em vez de como grãos individuais; o volume dosparticulados sedimentados tende a ser significativamente maior do que em uma pastafluida formada por métodos convencionais nas mesmas condições; o pacote departiculados formado tende a ter a condutividade alta e pode ser facilmente desidratado, ea pasta fluida tende a ser fluida e estável em condições estáticas ou dinâmicas sem usar umespessante. O maior volume do pacote de particulados indica uma maior porosidade e porisso condutividade mais alta. Isto é especialmente benéfico para melhorar o tratamento defratura, uma vez que, como acima mencionado, a condutividade do pacote de "proppant"é a propriedade dominante que afeta os tratamentos de fratura. A superfície extremamentehidrofóbica dos particulados além disso, reduz a força de arraste exercida pelo fluido etorma mais difícil para os "propants" serem levado pelo fluido uma vez que os particulados ficam completamente sedimentados. Isto é especialmente benéfico paraminimizar o fluxo de retomo de "propant" após os tratamentos de fratura, levando a umaaumentada condutividade do "proppant". Em pastas fluidas convencionais, a viscosidadeou viscoelasticidade do líquido desempenha um papel dominante enquanto as interaçõesinterfaciais entre a superfície dos particulados e o líquido desempenham um papelinsignificante. Contudo, foi descoberto na presente invenção que quando a superfície dosparticulados se torna extremamente hidrofóbica, as interações interfaciais entre asuperfície e o líquido ficam cada vez mais importantes.
Em geral, as interações interfaciais entre um substrato sólido e um líquidoprincipalmente dependem das propriedades superficiais do sólido e a tensão superficial do líquido. Normalmente as propriedades macroscópicas de uma superfície sólida podem sercaracterizadas observando a forma de uma gotícula líquida no substrato sólido, que é oresultado da energia livre da superfície, bem como a energia livre do líquido. Quando umlíquido não umedece completamente uma superfície, ele forma um ângulo q, que éconhecido como o ângulo de contato. O ângulo de contato é o ângulo formado entre um substrato sólido e a linha de tangente no ponto do contato entre uma gotícula líquida e osubstrato sólido. O ângulo de contato pode ser medido diretamente no sólidomacroscópico, liso, não-poroso, substratos sólidos planares, simplesmente colocando umagotícula do líquido ou solução no substrato sólido e determinando o ângulo de contato porum número de técnicas. Os valores de ângulos de contato entre muitos sólidos e líquido aquoso são fornecidos em vários livros e publicações científicas, que serão conhecidasdaqueles versados na arte. Se sabe que a maioria dos minerais de ocorrência natural éhidrofílico. Também se sabe que certos hidrocarbonetos compõem, por exemplo, algumsurfatantes quaternário, surfatantes amina e poliacrilamidas catiônicas convencionaispodem ser usados para reduzir a energia superficial de certos particulados e tornar asuperfície do particulado menos hidrofílica ou mais hidrofóbica. Contudo, a"hidrofobicidade" comunicada por tais compostos não é suficientemente alta para estaremincluídos no termo "extremamente hidrofóbico" como no caso da presente invenção. Napresente invenção, "extremamente hidrofóbico" significa que o ângulo de contato da águacom o substrato sólido é maior do que cerca de 90°. Em tais altos ângulos de contato, a água não umedece a superfície do sólido e em vez disso contrai-se na superfície sólida eforma contas. Os compostos químicos que podem tornar uma superfície de particuladosextremamente hidrofóbica são referidos como "compostos que causam extremamentehidrofóbica" (EHRC) por simplicidade. Os EHRC normalmente são aqueles compostosque contêm organosilano ou grupos organosiloxano. Por causa de tais grupos, EHRC sãocapazes de comunicar hidrofobicidade à superfície sólida a um nível que oshidrocarbonetos surfatantes convencionais ou os polímeros não são capazes de realizar.Conhece-se que esses compostos tornam muitas superfícies sólidas inorgânicasextremamente hidrofóbica.
As pastas fluidas segundo a invenção podem ser formadas no solo ou in situem uma formação subterrânea. Tais pastas fluidas têm aplicações numerosas em muitasindústrias, inclusive para (a) transporte de particulados por várias distâncias, na superfíciedo solo, da superfície a uma formação subterrânea ou de uma formação subterrânea àsuperfície, e (b) operações de serviço de poços inclusive a estimulação, perfuração,enchimento, filtro de cascalho, controle de produção de areia e similares.
Além disso, um gás pode ser misturado nas pastas fluidas da invenção. Osgases convenientes para uso na pasta fluida incluem ar, gás carbônico, nitrogênio, metanoe misturas destes. O gás pode ser introduzido nas pastas fluidas durante a preparaçãodestas. Por exemplo, quando a pasta fluida é bombeada por um tubo, o gás comonitrogênio pode ser introduzido na pasta fluida, ou o gás como ar pode ser simplesmentemisturado na pasta fluida numa velocidade suficiente de agitação.
Na presente invenção, "os líquidos aquosos" significam água, soluções desal, água que contém um álcool ou outros solventes orgânicos. Deve ser entendido que osaditivos outros que não a água no líquido aquoso são usados em quantidades ou de umamaneira que não afeta adversamente a presente invenção. Cada um também podeacrescentar polímeros no líquido aquoso. Por exemplo, nas assim chamadas operações defratura por película de água, um pequena quantidade de polímeros é normalmenteacrescentada em um líquido aquoso para reduzir a pressão de fricção durantebombeamento.
O tamanho dos particulados em composições segundo a invenção éaproximadamente de 10-100 mesh US, que é aproximadamente de 150 a 1400 μηι. Deveser entendido que a distribuição de tamanho dos particulados pode ser estreita ou larga.Particulados convenientes incluem areias, particulados cerâmicos, contas de vidro,particulados de bauxita, areias revestidas com resina, carbonatos e particulados de carvão.
Se sabe que muitos compostos de organosilício inclusive organosiloxano,organosilano, fluoro-organosiloxano e os compostos de fluoro-organosilano sãocomumente usados para tornar várias superfícies extremamente hidrofóbica. Por exemplo,ver a patente US nos. 4.537.595; 5.240.760; 5.798.144; 6.323.268; 6.403.163;6.524.597 e 6.830.811. Não é normalmente difícil para aqueles versados na arte encontrarque compostos de organosilício convenientes tornavam uma superfície sólidaextremamente hidrofóbica. Contudo, foi descoberto na presente invenção que quando assuperfícies dos particulados são tornadas extremamente hidrofóbica na pasta fluida aquosa,a pasta fluida exibe propriedades novas que não são vistas nas pastas fluidas aquosasconvencionais. Por exemplo, os particulados tendem a mover-se coesivamente em vez decomo grãos individuais; o volume de particulados sedimentado tende a sersignificativamente maior do que em uma pasta fluida formada por métodos convencionaisnas mesmas condições; o pacote de particulados formado tende a ter uma condutividadealta e ser facilmente desidratado, e a pasta fluida tende a ser fluida e estável em condiçõesestáticas ou dinâmicas sem usar um espessante.
Os organosilanos são compostos que contêm ligações de silício e carbono.Os organosiloxanos são compostos que contêm ligações de Si-O-Si. Os polisiloxanos sãocompostos nos quais os elementos silício e oxigênio alternam no esqueleto molecular, istoé, as ligações de Si-O-Si são repetidas. Os polisiloxanos mais simples sãopolidimetilsiloxanos. Os compostos de polisiloxano podem ser modificados por váriossubstitutos orgânicos que têm números diferentes de carbono, que pode conter porções N,S, ou P que conferem as características desejadas. Por exemplo, os polixiloxanoscatiônicos são compostos nos quais ou dois grupos orgânicos catiônicos são ligados àcadeia polisiloxano, no meio ou no fim. Normalmente o grupo catiônico orgânico contémpelo menos 10 carbonos e pode conter um grupo hidroxila ou outros grupos funcionaisque contêm N ou O. Os grupos orgânicos catiônicos mais comuns são derivados de alquilamina inclusive aminas secundárias, terciárias e quaternárias (por exemplo, polisiloxanosquaternários inclusive, polisiloxanos quaternários que incluem mono- assim como di-polisiloxanos quaternários, amido polisiloxanos quaternários, imidazolina de polisiloxanosquaternários e carboxi polisiloxanos quaternários.
Semelhantemente o polisiloxano pode ser modificado por grupos orgânicosanfóteros, onde um ou dois grupos orgânicos anfóteros estão ligados à cadeia dopolisiloxano, no meio ou no fim, e incluem polisiloxanos de betaína e fosfopolisiloxanosde betaína.
Semelhantemente o polisiloxano pode ser modificado por grupos aniônicosorgânicos, onde um ou dois grupos aniônicos orgânicos são ligados à cadeia depolisiloxano, no meio ou no fim, inclusive o sulfato de polisiloxanos, fosfato depolisiloxanos, carboxilato de polisiloxanos, sulfonato de polisiloxanos, tiosulfato depolisiloxanos. Os compostos de organosiloxano também incluem alquilsiloxanos inclusivehexametilciclotrisiloxano, octametilciclotetrasiloxano, decametilciclopentasiloxano,hexametildisiloxano, hexaetildisiloxano, 1,3-divinil-1,1,3,3-tetrametildisiloxano,octametiltrisiloxano, decametiltetrasiloxano. Os compostos de organosilano incluemalquilclorosilano, por exemplo compostos metiltriclorosilano, dimetildiclorosilano,trimetilclorosilano, octadeciltriclorosilano; alquil-alcoxisilano, por exemplo metilo-,propil-, isobutil-e octiltrialcoxisilanos, e compostos de fluoro-organosilano, por exemplo,2-(n-perfluoro-octil)-etiltrietoxisilano, e perfluoro-octildimetil clorosilano.
Outros tipos de compostos químicos, que não são organosilício compostos,que podem ser usados para tornar a superfície de particulados extremamente hidrofóbicasão alguns compostos fluoro-substituídos, por exemplo alguns compostos fluoro-orgânicos.
Mais informações quanto a compostos de organosilício podem serencontradas no "Silicone Surfactants (Randal M. Hill, 1999) e as referências neste, e naspatentes US Nos. 4.046.795 ; 4.537.595; 4.564.456; 4.689.085; 4.960.845; 5.098.979;5.149.765; 5.209.775; 5.240.760; 5.256.805; 5.359.104; 6.132.638 e 6.830.811 e napatente canadense n. 2.213.168.
Organosilanos podem ser representados pela fórmula
<formula>formula see original document page 10</formula>em que R é um radical orgânico que tem de 1-50 átomos de carbono que podem ter afuncionalidade de conter porções de N, S, ou P que confere as características desejadas, Xé um halogênio, alcoxi, aciloxi ou amina e η tem um valor de 0-3. Os exemplos deorganosilanos adequados incluem: CH3SiCh, CH3CH2SiCh, (CH3)2SiCh, (CH3CH2)2SiCh, (C6H5)2SiCh, (CeH5)SiCh,(CH3)3SiCl, CH3HSiCh, (CH3)2HSiCl, CH3SiBr3, (CeH5)SiBr3, (CH3)2SiBr2,(CH3CH2)2SiBr2, (CeH5)2SiBr2, (CH3)3SiBr, CH3HSiBr2, (CH3)2HSiBr, Si(OCH3)4,CH3Si(OCH3)3, CH3Si(OCH2CH3)3, CH3Si(OCH2CH2CH3)3, CH3Si[0(CH2)3CH3]3,CH3CH2Si(OCH2CH3)3, CeH5Si(OCH3)3, CeH5CH2Si(OCH3)3, CeH5Si(OCH2CH3)3, CH2=CHCH2Si(OCH3)3, (CH3)2Si(OCH3)2, (CH2=CH)Si(CH3)2Cl, (CH3)2Si(OCH2CH3)2,(CH3)2Si(OCH2CH2CH3)2, (CH3)2Si [O(CH2)3CH3J2, (CH3CH2)2Si(OCH2CH3)2,(CeH5)2Si(OCH3)2, (CeH5CH2)2Si(OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH3)2, (CH2=CH2)Si(OCH3)2,(CH2=CHCH2)2Si(OCH3)2, (CH3)3SiOCH3, CH3HSi(OCH3)2, (CH3)2HSi(OCH3),CH3Si(OCH2CH2CH3)3, CH2=CHCH2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH2OCH3)2,(CH3)2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CH2=CH2)2Si(OCH2CH2OCH3)2,
(CH2=CHCH2)2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH2OCH3)2, CH3Si(CH3COO)3, 3-aminotrietoxisilano, metildietilclorosilano, butiltriclorosilano, difenildiclorosilano,viniltriclorosilano, metiltrimetoxisilano, viniltrietoxisilano, viniltris(metoxietoxi)silano,metacriloxipropiltrimetoxisilano, glicidoxipropiltrimetoxisilano, aminopropiltrietoxisilano,divinildi-2-metoxisilano, etiltributoxisilano, isobutiltrimetoxisilano, hexiltrimetoxisilano,n-octiltrietoxisilano, dihexildimetoxisilano, octadeciltriclorosilano,
octadeciltrimetoxisilano, octadecildimetilclorosilano, octadecildimetilmetoxisilano eamônio quaternário silanos inclusive 3-(trimetoxisilil) propildimetiloctadecil cloreto deamônio, 3-(trimetoxisilil) propildimetiloctadecil brometo de amônio, 3-(trimetiletoxisililpropil) didecilmetil cloreto de amônio, cloreto de trietoxisilil sojapropildiamônio, 3-(trimetiletoxisililpropil) didecilmetil brometo de amônio, 3-(trimetiletoxisililpropil) didecilmetil brometo de amônio, brometo de trietoxisilil sojapropildiamônio, (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeH5)3Cl, (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeHs)3Br",(CH3O)3Si(CH2)3P+(CH3)3Cl", (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeHi3)3Cl",(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C4HeCl, (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2CeH5Cl",(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2CH2OHCr, (CH3O)3Si(CH2)3N+(C2H5)3Cl",
(C2H5O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CisH37Cr.
Entre compostos de organosiloxano diferentes que são úteis para a presenteinvenção, os polisiloxanos modificados com orgânico anfótero ou grupos catiônicoinclusive polisiloxanos de betaína orgânico e quaternário orgânico de polisiloxanos sãoexemplos. Um tipo de polisiloxano de betaína ou quaternário de polisiloxano érepresentado pela fórmula
<formula>formula see original document page 12</formula>
em que cada um dos grupos Ri a Re, e Rs a Rio representam um alquil conter 1-6 átomosde carbono, tipicamente um grupo de metil, R7 representa um grupo orgânico de betaínapolisiloxano de betaína, ou grupo quaternário orgânico de polisiloxano quaternário, e temnúmeros diferentes de átomos de carbono, e podem conter um grupo hidroxila ou outrosgrupos funcionais que contêm Ν, P ou S, e o m e η são de 1 a 200. Por exemplo, um tipode polisiloxanos quaternários é quando R7 é representado pelo grupo
<formula>formula see original document page 12</formula>
em que R', R2, R3 são grupos alquil com 1 a 22 átomos de carbono ou grupos alquenilcom 2 a 22 átomos de carbono. R4, R5, R7 são grupos alquil com 1 a 22 átomos decarbono ou grupos alquenil com 2 a 22 átomos de carbono; o R6 é -O- ou o grupo NR8,R8 sendo um alquil ou grupo hidroxialquil com 1 a 4 átomos de carbono ou um grupohidrogênio; Z é um grupo de hidrocarboneto bivalente com pelo menos 4 átomos decarbono, que podem ter um grupo hidroxila e podem ser interrompidos por um átomo deoxigênio, um grupo amino ou um grupo amida; X é de 2 a 4; R1, R2, R3, R4, R5, R7podem ser os mesmos ou diferentes, eX"é um ânion inorgânico ou orgânico inclusive Cl"e CH3COO". Exemplos de grupos quaternários orgânicos incluem [R-N+(CH3)2-CHaCH(OH)CHa-O-(CH2)3"] (CH3COO), em que R é um grupo alquil que contém de 1-22carbonos ou um radical benzil e CH3COO" um ânion. Exemplos de betaína orgânicaincluem -(Ch2)3-O-Ch2Ch(OH)(CH2)-N+(CH3)2CH2COO". Tais compostos estãocomercialmente disponíveis. O copoliol de polisiloxano de betaína é um dos exemplos.Deve ser entendido que polisiloxanos catiônicos incluem compostos representados pelafórmula (II), em que R7 representa outros derivados orgânicos de amina inclusive aminasprimárias, secundárias e terciárias orgânicas.
Outro exemplo de polisiloxanos organo-modificados inclui polisiloxanos debetaína e polisiloxanos di-quaternários, que podem ser representados pela fórmula
<formula>formula see original document page 13</formula>
em que os grupos Ri2 a Rn cada um representa um alquil que contém 1-6 átomos decarbono, tipicamente um grupo metil, tanto os grupos Rn e Rie representa um grupobetaína orgânico de polisiloxanos de di-betaína ou um grupo quaternário orgânico de di-quaternário, e têm números diferentes de átomos de carbono e podem conter um grupohidroxila ou outros grupos funcionais que contêm N, PouS, eoméde 1 a 200. Porexemplo, um tipo de polisiloxanos di-quaternários é quando R11 e Ris são representadospelo grupo
<formula>formula see original document page 13</formula>comercialmente disponíveis. O Quaternium 80 (INCI) é um dos exemplos comerciais.
Deve ser apreciado por aqueles versados na arte que os polixiloxanoscatiônicos incluem compostos representados pela fórmula (III), em que Ru e Rierepresentam outros derivados de amina orgânicas inclusive aminas primárias, secundárias e terciárias. Deve ser evidente para aqueles versados na arte que há diferentes mono- e di-polisiloxanos quaternários, mono- e di-polisiloxanos de betaína e outros compostos depolisiloxano organo-modificados que podem ser usados para tornar as superfícies sólidasextremamente hidrofóbica e são úteis na presente invenção. Esses compostos sãolargamente usados em produtos de cuidado pessoal e outros, por exemplo como discutido na patente US nos. 4.054.161; 4.654.161; 4.891.166; 4.898.957; 4.933.327; 5.166.297;5.235.082; 5.306.434; 5.474.835; 5.616.758; 5.798.144; 6.277.361, 6.482.969,6.323.268 e 6.696.052.
Outro exemplo de compostos de organosilício que podem ser usados nacomposição da presente invenção é fluoro-organosilano ou compostos de fluoro-organosiloxano nos quais pelo menos parte dos radicais orgânicos no silano ou compostosde siloxano é fluoretada. Os exemplos convenientes são clorosilanos fluoretados oualcoxisilanos fluoretados inclusive 2-(n-perfluoro-octil) etiltrietoxisilano, perfluoro-octildimetilclorosilano, (CF3CH2CH2)2Si(OCH3)2, CF3CH2CH2Si(OCH3)3,(CF3CH2CH2)2Si(OCH2CH2OCH3)2 e CF3CH2CH2Si(OCH2CH2OCH3)3 e (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2(CH2)3NHC(O)(CF2)6CF3Cr. Outros compostos que podem serusados, mas menos preferível, são compostos fluoro-substituídos, que não são compostosde silício orgânicos, por exemplo, alguns compostos fluoro-orgânicos.
Entende-se que as superfícies de particulados podem ser hidrofobizadasformando-se ligações covalentes entre as superfícies dos particulados e um EHRC ou pela adsorção de um EHRC nas superfícies dos particulados. Por exemplo, se sabe queclorosilanos e alcoxisilanos, que normalmente sofrem hidrólise em meio aquoso emcondições adequadas, são usados para modificar a superfície pela formação de ligaçõescovalentes. Após a hidrólise, os grupos silanol reativos são formados, que podemcondensar-se com outros grupos silanol, por exemplo, aqueles na superfície dos materiaisde silicío, para formar ligações covalentes. Por exemplo, metiltriclorosilano,dimetildiclorosilano, trimetilclorosilano, os seus derivados alcoxi podem ser usados paratornar a superfície do vidro extremamente hidrofóbica pela formação de ligaçõescovalentes com as superfícies do vidro. Foi observado que os polisiloxanos inclusivevários derivados orgânicos modificados tem um a touco de tendência à hidrólise emcondições normais. Acredita-se que estes modificam as superfícies predominantementepela adsorção nas superfícies sólidas. É comum que as superfícies sólidas, especialmenteas superfícies sólidas inorgânicas, em um meio aquoso possuam cargas, negativas oupositivas, o que influi significativamente o pH do meio aquoso. Os orgânicos substituídosna molécula polisiloxano, especialmente os iônicos que possuem cargas opostas àquelas nasuperfície sólida, aumentam significativamente a adsorção de polisiloxanos nas superfíciessólidas. Por exemplo, um polisiloxano catiônico pode adsorver prontamente na superfícieda areia em um líquido aquoso com pH neutral, no qual a superfície da areia possui cargasnegativas. Semelhantemente um polisiloxano aniônico, por exemplo, um sulfonato depolisiloxano tende a adsorver-se a uma superfície de carbonato em um líquido aquoso maisfacilmente em pH neutro.
As pastas fluidas segundo a presente invenção podem ser preparadas, porexemplo, misturando-se um líquido aquoso com particulados e um EHRC, pelo uso de ummétodo de mistura convencional com uma quantidade suficiente de cisalhamento.Alternativamente, os particulados podem ser primeiro tratados contatando oa particuladoscom um meio fluido que contém um EHRC para tornar as superfícies dos particuladosextremamente hidrofóbica e logo separando os particulados do meio. O meio fluido podeser um líquido ou um gás. Os particulados pré-hidrofobizados podem ser posteriormenteusados para produzir uma pasta fluida. Em qualquer caso, um gás, inclusive ar,nitrogênio, gás carbônico, metano e misturas destes, também podem ser misturadom naspastas fluidas sob agitação. A água é o líquido aquoso mais preferido para produzir a pastafluida.
É considerado na presente invenção que acrescentar hidrocarbonetossurfatantes convencionais adequados na composição lodosa é também útil. Deve serentendido que os surfatantes devem ser acrescentados à pasta fluida em concentrações e deuma maneira que não afetaria adversamente a pasta fluida. Por exemplo, quando umsurfatante é acrescentado às pastas fluidas, deve-se tentar evitar a formação de precipitadoinsolúvel com o EHRC, ou modificar muito o umidificação da superfície dos particulados,ou reduzir muito a tensão superficial do líquido aquoso. Por exemplo, misturarpolisiloxano catiônico com um hidrocarboneto surfatante aniônico, ou vice-versa, não é normalmente preferido, devido à tendência de causar precipitações indesejadas. Ao invésdisto, quando um polisiloxano catiônico é usado um hidrocarboneto surfatante anfótero oucatiônico são mais preferidos. Semelhantemente quando um polisiloxano aniônico é usado,um surfatante aniônico ou um hidrocarboneto surfatante anfótero são mais preferidos. Osprincípios sobre compatibilidade de surfatantes são conhecidos por aqueles versados naarte. Também uma tensão superficial muito baixa do líquido aquoso não é desejável.Quando a tensão superficial do líquido é demasiado baixa, mais água pode seracrescentada ou um pouco do fluido aquoso que contém surfatantes pode ser substituídocom a água.
As pastas fluidas podem ser preparadas na superfície (no solo) ou em uma formação subterrânea onde os particulados, um fluido aquoso, e EHRC, por exemplopolisiloxano di-quaternário, são misturados in situ. Os exemplos de situações onde amistura in situ é usada incluem as operações de limpeza e perfuração de poço.Alternativamente, os particulados podem ser primeiro misturados com um líquido no qualum EHRC é dispersado ou dissolvido e então os particulados separados do líquido ou secos. Os particulados assim tratados podem ser posteriormente usados para produzir apasta fluida. Vário "propants" inclusive areias, particulados cerâmicos ou areiasrevestidas com resina podem ser tratados segundo a presente invenção durante o processode fabricação. Os particulados hidrofóbicos assim preparados podem ser usados como"propants" em operações de fratura. Dependendo da quantidade e do tamanho dos particulados na pasta fluida, uma ampla variedade de concentração de EHRC pode serusada para tornar a superfície dos particulados extremamente hidrofóbica. Normalmente aquantidade de EHRC acrescentada é muito pequena e não tem nenhum efeito evidentesobre a viscosidade do líquido ao qual é acrescentado. Por exemplo, a concentração deEHRC na pasta fluida pode ser tão baixa como alguns ppm a centenas de ppm. Na maior parte das aplicações, é desnecessário acrescentar EHRC em um quantidade maior do que 1por cento do líquido total.
Os exemplos seguintes servem para ilustrar os conceitos da presente
invenção.
Exemplo 1
50 ml de água e 50 gramas de areia fraturante de 20/40 mesh foramacrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,5 ml de Tegopren 6923,um polidimetilsiloxano di-quaternário da Degussa Corp., foi acrescentado em uma dasgarrafas e a outra garrafa foi usada como controle. As garrafas foram energicamentesacudidas e então deixadas descansar para permitir que a areia sedimente. Os volumes de areia sedimentada nas duas garrafas foram comparados. Na garrafa que contém Tegopren6923, o volume das areias sedimentada foi aproximadamente 40 por cento maior do queaquele sem, e as areias são mais fluidas. Quando as garrafas foram inclinadas lentamente,a areia sedimentada no controle tendeu a mover-se como grãos de areia individuais,enquanto a areia sedimentada que contêm Tegopren 6923 tendeu a mover-se como umamassa coesiva.
Exemplo 2
50 ml de água, 50 gramas de areia fraturante de 20/40 mesh, 0,5 ml deTegopren 6923 e 0,1 ml de Aquard 18-50, cloreto de C18-trimetilamônio, umhidrocarboneto surfatante catiônico da Akzo Nobel Corp., foi misturado em uma garrafade vidro (200ml). As garrafas foram energicamente sacudidas e então deixadas descansarpara permitir que a areia sedimente. Toda a areia sedimentou imediatamente no fundo dagarrafa controle. Na garrafa que contém Tegopren 6923, a areia imediatamente após aagitação foram totalmente distribuídas na água produzindo uma pasta fluida estável. Apósuma hora, aproximadamente metade da quantidade de areia sedimentou no fundo enquantoa outra metade ficou flutuando no topo.
Exemplo 3
100 ml de água e 50 gramas de "propants" cerâmico de 20/40 mesh foramacrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,5 ml de TEGO Betaína810, capril/capramidopropil betaína, um hidrocarboneto surfatante anfótero da DegussaCorp., e 1 ml de uma solução que contém 20% de Tegopren 6924, um polidimetilsiloxanodi-quaternário da Degussa Corp., e 80% de mono-butil éter etileno glicol foramacrescentados em uma das garrafas, e a outra garrafa foi usada como controle. As garrafasforam energicamente sacudidas e então deixadas descansar para permitir que os"propants" sedimentem. Todo o "propants" sedimentou imediatamente no fundo nagarrafa controle. Naquela que contém Tegopren 6924 aproximadamente 25% de"propants" flutuavam no topo e 75% restantes sedimentados no fundo, mesmo o volumede 75% dos "propants" sedimentado foi ainda significativamente maior do que aquele nocontrole. Quando as garrafas foram inclinadas lentamente, o "propants" sedimentado nagarrafa com a água pura tendeu a mover-se como grãos individuais, enquanto o "propants" sedimentado naquela que contém Tegopren 6924 tendeu a mover-se como umamassa coesiva.
Exemplo 4
100 ml de água e 50 gramas de areia fraturante de 40/70 mesh foramacrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,1 ml de Tegopren 6924 e 0,1 ml de TEGO Betaína 810, foram acrescentados e além destes acrescentou-se 2% empeso de KCl. A outra garrafa foi usada como controle. As garrafas foram energicamentesacudidas e então deixadas descansar para permitir que a areia sedimente. Os volumes deareia sedimentada nas duas garrafas foram comparados. Toda a areia sedimentouimediatamente no fundo na garrafa de controle. Na garrafa que contém Tegopren 6924, aproximadamente 15% da areia flutuou no topo e 85% restantes sedimentou no fundo,mesmo o volume de 85 % de areia sedimentada foi ainda significativamente maior do queno controle. Quando as garrafas foram inclinadas lentamente, a areia sedimentada nagarrafa com a água pura tendeu a mover-se como grãos individuais, enquanto a areiasedimentada naquele que contém Tegopren 6924 tendeu a mover-se como massascoesivas.
Exemplo 5
100 ml de água e 50 gramas de areia fraturante de 40/70 mesh foramacrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,5 ml de TEGO Betaína810 e 1 ml de uma solução que contém Tegopren de 20% 6924 e 80% de mono-butil éteretileno glicol foram acrescentados em uma das garrafas. Após mistura vigorosa, a areiafoi separada do líquido e seca a temperatura ambiente. A areia pre-hidrofobizadas foimisturada com IOOml de água e sacudidas energicamente. Toda a areia sedimentouimediatamente no fundo na garrafa controle. Na garrafa que contém areia pre-hidrofobizada, aproximadamente 40% da areia flutuava no topo e 60% restantessedimentou no fundo, mesmo o volume de 60% da areia sedimentada foi aindasignificativamente maior do que no controle. Quando as garrafas foram inclinadaslentamente, a areia sedimentada na garrafa com a água pura tendeu a mover-se comogrãos individuais, enquanto a areia pre-hidrofobizada sedimentada tendeu a mover-secomo uma massa coesiva.
Exemplo 6
100 ml de água e 50 gramas de particulados de carvão foram acrescentadosem cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,5 ml de TEGO Betaína 810 e 1 ml deuma solução que contém Tegopren de 20% 6924 e 80% de mono-butil éter de etilenoglicol foram acrescentados em uma das garrafas. A outra garrafa foi usada como controle. As garrafas foram energicamente sacudidas e então deixadas descansar para permitir queos particulados de carvão sedimentem. Os particulados de carvão na garrafa de controlesedimentaram imediatamente. Na garrafa que contém Tegopren 6924, aproximadamente45% de particulados de carvão flutuavam no topo e 55% restantes sedimentados no fundo,mesmo o volume de 55% de particulados de carvão sedimentados foi aproximadamenteapenas 15% menor do que o volume de 100% das partículas de carvão no controle.
Exemplo 7
100 ml de água e 50 gramas de areia fraturante de 40/70 mesh foramacrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,03 ml de Maquat QSX,um composto de silano quaternário caracterizado como cloreto de trietoxisilil sojapropildiamônio em butileno glicol foi adicionado a uma das garrafas. A outra garrafa foi usadacomo controle. Após ser completamente misturado, o líquido acima da areia sedimentadanaquela que contém Maquat QSX foi descartado e substituído com o mesma quantidade deágua. As garrafas foram energicamente sacudidas e então deixadas descansar para permitirque a areia sedimente. Os volumes de areia sedimentada nas duas garrafas foramcomparados. Toda a areia sedimentou imediatamente no fundo na garrafa controle. Nagarrafa que contém Maquat QSX, aproximadamente 5% da areia flutuava no topo e 95%restantes sedimentou no fundo, mesmo o volume de 95% de areia sedimentada foi aindasignificativamente maior do que no controle. Quando as garrafas foram inclinadaslentamente, a areia sedimentada na garrafa controle tendeu a mover-se como grãos individuais, enquanto a areia sedimentada naquele que contém Maquat QSX tendeu amover-se como uma massa coesiva.
Exemplo 8
100 ml de água e 50 gramas de areia revestida com resina de 20/40 meshforam acrescentados em cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 1 ml de uma solução que contém 20% de Tegopren 6924 e 80% de mono-butil éter de etileno glicol foiacrescentado em uma das garrafas, e a outra garrafa foi usada como controle. As garrafasforam energicamente sacudidas e então deixadas descansar para permitir que a areiarevestida com resina sedimente. Toda areia revestida com resina sedimentouimediatamente no fundo na garrafa controle. Na garrafa que contém Tegopren 6924,aproximadamente 15% de areia revestida com resina flutuavam no topo e 85% restantessedimentados no fundo, mesmo o volume de 85% areia sedimentada foi aindasignificativamente maior do que no controle. Quando as garrafas foram inclinadaslentamente, a areia sedimentada na garrafa com a água pura tendeu a mover-se comogrãos individuais, enquanto a areia sedimentada naquele que contém Tegopren 6924 tendeu a mover-se como uma massa coesiva.
Exemplo 9
50 gramas de areia fraturante de 30/50 mesh foram misturados com 10 mlde óleo de silicone (polidimetilsiloxano) de viscosidade de 20 cp e deixado sobre papel defiltro a temperatura ambiente durante 24 horas. 10 gramas de areia pre-hidrofobizada e 50 ml de água são misturados na garrafa de vidro (200 ml). 10 gramas de areia não tratadaem 50 ml de água foram usados como controle. As garrafas foram energicamentesacudidas e então deixadas descansar para permitir que a areia com resina sedimente.Toda a areia na garrafa de controle sedimentou imediatamente no fundo. Na garrafa quecontém areia pré-hidrofobizada, uma pequena quantidade de areia flutuava no topo da água. O volume de areia pré-tratada sedimentado é significativamente maior do que nocontrole. Quando as garrafas foram inclinadas lentamente, a areia sedimentada na garrafacontrole tendeu a mover-se como grãos individuais, enquanto a areia pré-hidrofobizadassedimentada tendeu a mover-se como uma massa coesiva.
Exemplo 10
100 ml de água e 25 gramas de areia fraturante 30/50 foram acrescentadosem cada uma de duas garrafas de vidro (200ml). 0,05 ml de Tegopren 6922, umpolidimetilsiloxano di-quaternário da Degussa Corp., foi acrescentado em uma dasgarrafas. A outra garrafa foi usada como controle. As garrafas foram energicamentesacudidas e então deixadas descansar para permitir que os particulados de carvãosedimentem. A areia na garrafa controle sedimentou imediatamente. Na garrafa quecontém Tegopren 6922, a areia sedimentou mais devagar e uma camada de areia flutuavano topo e além disto a areia tornou-se mais fluida do que aquelas no controle. O volumede areia sedimentada naquela que contém Tegopren 6922 foi cerca de duas vezes o docontrole.
Exemplo 11
Um tratamento hidráulico fraturante confidencial e experimental foiexecutado num poço de gás. A profundidade do poço foi aproximadamente 2500 m e atemperatura de formação foi aproximadamente 76°C. O fluido fraturante usado foi apelícula de água, onde um pequena quantidade de polímeros foi acrescentada na água parareduzir a pressão de fricção. Dois "propants" foram usados, um foi areia 40/70 e o outrofoi areia 30/50. Durante a etapa "proppant", Tegopren 6922 foi acrescentado no fluidofraturante pela mistura contínua nas concentrações de 1 L/m3 a 3 L/m3 pela etapa"proppant", onde a pasta fluida foi preparada e bombeada na formação por perfuração. Ogás nitrogênio foi misturado com o fluido e a pasta fluida durante a operação. As amostras tomadas durante a operação mostraram que em comparação com a fratura com areia depelícula de água convencional, a areia sedimentou mais lentamente e foi mais fluida.
Como acima mencionado, a presente invenção é especialmente útil emmuitas aplicações na indústria de poço de petróleo como em outras indústrias. Osexemplos incluem vário operações de serviço de poço inclusive fratura hidráulica, pacotede cascalho, perfuração de limpeza e perfuração, transporte de particulados por linhas deduto, dinamitação de areia, e escavação de uma formação geológica inclusive construçãode túnel, dragagem, escavação e similares.
Quando usado em uma operação de fratura hidráulica, um grandequantidade de "propants" pode ser efetivamente transportado em uma formaçãosubterrânea sem usar um espessante. Não só é rentável mas também elimina danos àformação e pacote de "proppant" causados pelos resíduos de polímero. EHRC, porexemplo, um polisiloxano di-quaternário podem ser misturado com um líquido aquoso e"propants" durante o uso para produzir a pasta fluida e posteriormente bombeados naformação durante a etapa "proppant", com ou sem um gás, ou além disso, um hidrocarboneto surfatante, por exemplo, uma betaína surfatante, pode ser combinado nacomposição. É especialmente benéfico usar a pasta fluida no assim chamado tratamento defratura com película de água. Em operações de fratura com película de águaconvencionais, devido à baixa viscosidade do fluido, apenas concentrações mais baixas de"propants" podem ser efetivamente bombeadas profundamente numa formação, e alémdisto os "propants" tendem a sedimentar no fundo da fratura, resultando numacondutividade mais baixa. Com a composição da presente invenção, a alta concentração de"propants" pode ser facilmente bombeada profundamente numa formação e os "propants"são melhor distribuídos na fratura, levando à uma melhor condutividade do pacote de"proppant". Outros fluidos fraturantes aquosos inclusive água, salmoura, fluido depolímero com ligação cruzada ligado e surfatante viscoelástico fluido também podem serempregados na presente invenção. Um EHRC pode ser acrescentado diretamente oumisturado no poço antes de usar com um solvente ou acrescentado como uma emulsãodurante uma operação. Semelhantemente, pode-se usar "propants" pré-hidrofobizado paraproduzir as pastas fluidas nas operações de fratura. Outro benefício das pastas fluidas dapresente invenção é que o líquido aquoso é re-utilizável após ser separado dosparticulados. Isto tem maior significância considerando haver distribuição limitadosuprimento de água em um número de locais.
A presente invenção também fornece um novo método para evitar fluxo deretorno de "propant" após um tratamento de fratura. Em operações de campo, o"propants" pode ser bombeado numa formação que utiliza a composição da presenteinvenção. Alternativamente, um meio fluido que contém um EHRC pode ser bombeado naformação após da etapa "proppant" para misturar-se com os particulados já na formação.Os particulados na pasta fluida tendem a mover-se coesivamente em contraste com aspastas fluidas convencionais nas mesmas condições. Observe que a natureza coesiva entreos grãos "proppant" na pasta fluida presente se origina das interações hidrofóbicas, aoinvés da pegajosidade como descrito, por exemplo na patente US No. 6.047.772.
A pasta fluida da presente invenção é especialmente útil nas operações defiltro de cascalho onde a pasta fluida de areia é normalmente bombeada numa perfuraçãopara impedir quantidades excessivas de areia de fluir na perfuração da formação. O presente método é de custo eficaz e o pacote de areia formado tem uma condutividadealta. Semelhantemente, a pasta fluida também pode ser usada nas assim chamadasoperações de consolidação de formação. Em tal operação, um fluido que contém umEHRC é injetado em uma formação para aumentar a natureza coesiva entre grãos de areiapara consolidar a formação e reduzir a produção de areia.
Em operações de perfuração, um EHRC pode ser acrescentado em umfluido de perfuração a base de água. É especialmente útil quando o EHRC é acrescentadoa água ou salmoura para uso como um fluido perfurante. Durante uma operação deperfuração, o fluido forma a pasta fluida in situ com os detritos e os transporta para forada perfuração. Um gás como nitrogênio ou gás carbônico pode ser misturado com a pastafluida durante a perfuração. Uma vez que não é necessário usar polímero ou argilas paraespessar o fluido, há muito menos danos de formação. Além disto, os detritos podem serfacilmente retirados na superfície e o líquido aquoso torna-se re-utilizável. As formaçõesdiferentes inclusive arenito, carbonato, xisto e carvão parecem podem ser perfuradasusando a pasta fluida da presente invenção.
De mesmo modo em operações de limpeza de perfurações, por exemplo, aágua que contém um EHRC pode circular na perfuração e formar a pasta fluida com oentulho in situ. O entulho é posteriormente transportado para fora da perfuração comouma pasta fluida. O fluido é re-utilizável após a separação do entulho.
Para transportar os particulados através dos dutos, a pasta fluida pode serpreparada misturando os ingredientes e então bombeando a pasta fluida pelo duto.
Claims (46)
1. Composição lodosa aquosa, CARACTERIZADA por compreender:(a) um líquido aquoso;(b) particulados; e(c) um composto químico para tornar a superfície dos particuladosextremamente hidrofóbica.
2. Composição lodosa aquosa de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADA pelo tamanho dos particulados estar numa faixa de 10-100 meshUS.
3. Composição lodosa aquosa de acordo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADA pelos particulados serem selecionados de um grupo composto deareia, areia revestida com resina, cerâmica, carbonato, bauxita, xisto e particulados decarvão.
4. Composição de alguém de reclamações 1 para 4, CARACTERIZADA pelos particulados são a formação subterrânea particulados.
5. Composição de acordo com as reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADA pelo composto químico ser selecionado de um grupo composto deorganosilanos, organosiloxanos, fluoro-organosilanos, fluoro-organosiloxanos e compostosfluoro-orgânicos.
6. Composição de acordo com as reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADA pelo composto químico ser um organosilano que tem a fórmula:RnSÍX(4-n)em que R é um radical orgânico que tem de 1-50 átomos de carbono quepodem ter uma funcionalidade contendo porções de N, S, ou P que conferem ascaracterísticas desejadas, X é um halogênio, alcoxi, aciloxi ou amina e η tem um valor de-0-3.
7. Composição de acordo com as reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADA pelo composto químico ser selecionado de um grupo composto de:CH3SiCh, CH3CH2SiCb, (CH3)2SiCh, (CH3CH2)2SiCh, (CeH5)2SiCh, (CeH5)SiCh,(CH3)3SiCl, CH3HSiCh, (CH3)2HSiCl, CH3SiBr3, (CeH5)SiBr3, (CH3)2SiBr2,(CH3CH2)2SiBr2, (CeH5)2SiBr2, (CH3)3SiBr, CH3HSiBr2, (CH3)2HSiBr, Si(OCH3)4,CH3Si(OCH3)3, CH3Si(OCH2CH3)3, CH3Si(OCH2CH2CH3)3, CH3Si[0(CH2)3CH3]3, CH3CH2Si(OCH2CH3)3, CeH5Si(OCH3)3, CeH5CH2Si(OCH3)3, CeH5Si(OCH2CH3)3,CH2 = CHCH2Si(OCH3)3, (CH3)2Si(OCH3)2, (CH2=CH)Si(CH3)2Cl, (CH3)2Si(OCH2CH3)2,(CH3)2Si(OCH2CH2CH3)2, (CH3)2Si[0(CH2)3CH3]2, (CH3CH2)2Si(OCH2CH3)2,(CeH5)2Si(OCH3)2, (CeH5CH2)2Si(OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH3)2, (CH2=CH2)Si(OCH3)2,(CH2=CHCH2)2Si(OCH3)2, (CH3)3SiOCH3, CH3HSi(OCH3)2, (CH3)2HSi(OCH3), CH3Si(OCH2CH2CH3)3, CH2=CHCH2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH2OCH3)2,(CH3)2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CH2=CH2)2Si(OCH2CH2OCH3)2,(CH2 = CHCH2)2Si(OCH2CH2OCH3)2, (CeH5)2Si(OCH2CH2OCH3)2, CH3Si(CH3COO)3, 3-aminotrietoxisilano, metildietilclorosilano, butiltriclorosilano, difenildiclorosilano,viniltriclorosilano, metiltrimetoxisilano, viniltrietoxisilano, viniltris(metoxietoxi)silano,metacriloxipropiltrimetoxisilano, glicidoxipropiltrimetoxisilano, aminopropiltrietoxisilano,divinildi-2-metoxisilano, etiltributoxisilano, isobutiltrimetoxisilano, hexiltrimetoxisilano,n-octiltrietoxisilano, dihexildimetoxisilano, octadeciltriclorosilano,octadeciltrimetoxisilano, octadecildimetilclorosilano, octadecildimetilmetoxisilano esilanos amônio quaternários inclusive 3-(trimetoxisilil)propildimetiloctadecil cloreto de amônio, 3-(trimetoxisilil) propildimetiloctadecil brometo de amônio, 3-(trimetiletoxisililpropil) didecilmetil cloreto de amônio, cloreto de trietoxisilil sojapropildiamônio, 3-(trimetiletoxisililpropil)didecilmetil brometo de amônio, 3-(trimetiletoxisililpropil) didecilmetil brometo de amônio, brometo de trietoxisilil sojapropildiamônio, (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeH5)3Cl, (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeH5)3Br,(CH3O)3Si(CH2)3P+(CH3)3Cr, (CH3O)3Si(CH2)3P+(CeHi3)3Cr,(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C4H9Cl, (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2CeH5Cl",(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2CH2OHCl", (CH3O)3Si(CH2)3N+(C2Hs)3Cl",(C2H5O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CisH37Cl".
8. Composição de acordo com as reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADA pelo composto químico ser um organosiloxano.
9. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser selecionado de um grupo composto de polialquilsiloxanos,polisiloxano catiônico, polisiloxanos anfóteros, sulfato de polisiloxanos, fosfato depolisiloxanos, carboxilato de polisiloxanos, sulfonato de polisiloxanos, tiosulfato depolisiloxanos, hexametilciclotrisiloxano, octametilciclotetrasiloxano,decametilciclopentasiloxano, hexametildisiloxano, hexaetildisiloxano, 1,3-divinil-l,1,3,3-tetrametildisiloxano, octametiltrisiloxano e decametiltetrasiloxano.
10. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser selecionado de um grupo composto de hexametilciclotrisiloxano,octametilciclotetrasiloxano, decametilciclopentasiloxano, hexametildisiloxano,hexaetildisiloxano, 1,3-divinil-l, 1,3,3 -tetrametildisiloxano, octametiltrisiloxano,decametiltetrasiloxano.
11. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApleo organosiloxano ser um polialquilsiloxano.
12. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser um polisiloxano catiônico.
13. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser um polisiloxano quaternário.
14. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser um polisiloxano anfótero.
15. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser um polisiloxano de betaína.
16. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser selecionado de um grupo composto de sulfato de polisiloxano,sulfonato de polisiloxano, fosfato de polisiloxano, carboxilato de polisiloxano e tiosulfatode polisiloxano.
17. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser um polisiloxano catiônico que tem a fórmula<formula>formula see original document page 27</formula>em que cada Ri a Rô e Rs a Rio representam um alquil que contém 1-6 átomos de carbono,tipicamente um grupo metil, R7 representa um grupo quaternário e associa-se a um íonaniônico e pode ter um grupo hidroxila e pode ser interrompido por um átomo deoxigênio, um grupo amino ou um grupo amida, e o m e η serem de 1 a 200.
18. Composição da reclamação 8, em que o organosiloxano é um betaínapolisiloxano ter a fórmula<formula>formula see original document page 27</formula>um alquil que contém 1-6 átomos de carbono, tipicamente um grupo metil, R7 representaum grupo betaína orgânico e pode ter um grupo hidroxila e pode ser interrompido por umátomo de oxigênio, um grupo amino ou um grupo amida, e o m e η serem de 1 a 200.
19. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano é segundo a fórmula:<formula>formula see original document page 27</formula>de carbono, tipicamente um grupo metil, Ru e Ris cada um representa um grupo betaínaorgânico e podem ter um grupo hidroxila e podem ser interrompidos por um átomo deoxigênio, um grupo amino ou um grupo amida e o m ser de 1 a 200.
20. Composição de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADApelo organosiloxano ser segundo a fórmula:<formula>formula see original document page 28</formula>onde R12 a Rn cada um representa um alquil que contém 1-6 átomos de carbono,tipicamente um grupo metil, Rn e Ris cada um independentemente representa um grupoquaternário orgânico e associa-se com um íon aniônico e podem ter um grupo hidroxila epodem ser interrompidos por um átomo de oxigênio, um grupo amino ou um grupo amidae o m ser de 1 a 200.
21. Composição de acordo com as reivindicações 1 a 20,CARACTERIZADA por ainda incluir um gás.
22. Fluido fraturante, CARACTERIZADO por incluir a composiçãolodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21.
23. Fluido de filtro de cascalho, CARACTERIZADO por incluir acomposição lodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21.
24. Fluido perfurante, CARACTERIZADO por incluir a composiçãolodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21.
25. Uso da composição lodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21,CARACTERIZADO pelo fato de transportar particulados por um duto.
26. Uso da composição lodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21,CARACTERIZADO pelo fato de ser usado em operação de serviço de poço.
27. Método para produzir uma composição lodosa aquosa,CARACTERIZADO por compreender as etapas:(a) tratar os particulados com um composto químico para tornar a superfíciedos particulados extremamente hidrofóbica, e então(b) misturar os particulados tratados com um líquido aquoso para produziruma pasta fluida aquosa.
28. Método para produzir uma composição lodosa aquosa,CARACTERIZADO por compreender as etapas de misturar:(a) um líquido aquoso;(b) particulados; e(c) um composto químico para tornar a superfície dos particulados extremamente hidrofóbica.
29. Método de acordo com a reivindicação 27 ou 28,CARACTERIZADO pelo tamanho dos particulados estar na faixa de 10-100 mesh US.
30. Método de acordo com as reivindicações 27 a 29,CARACTERIZADO pelos particulados serem selecionados de um grupo composto de areia revestida com resina, cerâmicas, carbonato, bauxita, xisto e particulados de carvão.
31. Método de acordo com as reivindicações 27 a 30,CARACTERIZADO por ainda incluir a etapa de misturar a pasta fluida com um gás.
32. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser selecionado de um grupo composto deorganosilanos, organosiloxanos, fluoro-organosilanos, fluoro-organosiloxanos e compostosfluoro-orgânicos.
33. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser um organosilano que tem a fórmula:<formula>formula see original document page 29</formula>em que R é um radical orgânico que tem de 1-50 átomos de carbono que pode possuir umafuncionalidade que contém porções de N, S, ou P que conferem as característicasdesejadas, X é um halogênio, alcoxi, aciloxi ou amina e η tem um valor de 0-3.
34. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico da reivindicação 21 ser um organosiloxanoselecionado de um grupo composto de polialquilsiloxanos, polisiloxano catiônico,polisiloxanos anfóteros, sulfato de polisiloxanos, fosfato de polisiloxanos, carboxilato depolisiloxanos, sulfonato de polisiloxanos, tiosulfato de polisiloxanos,hexametilciclotrisiloxano, octametilciclotetrasiloxano, decametilciclopentasiloxano,hexametildisiloxano, hexaetildisiloxano, 1,3-divinil-l, 1,3,3-tetrametildisiloxano,octametiltrisiloxano e decametiltetrasiloxano.
35. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser um polialquilsiloxano.
36. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser um polisiloxano catiônico.
37. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser um polisiloxano quaternário.
38. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser um polisiloxano anfótero.
39. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31 pelo compostoquímico ser um polisiloxano de betaína.
40. Método de acordo com as reivindicações 27 a 31,CARACTERIZADO pelo composto químico ser selecionado de um grupo composto dosulfato de polisiloxano, sulfonato de polisiloxano, fosfato de polisiloxano, carboxilato depolisiloxano e tiosulfato de polisiloxano.
41. Método de acordo com as reivindicações 27 a 40,CARACTERIZADO por ainda incluir a etapa de misturar um surfatante com acomposição lodosa.
42. Composição lodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21,CARACTERIZADA por incluir um surfatante.
43. Fluido fraturante de acordo com a reivindicação 22,CARACTERIZADO por ainda incluir um surfatante.
44. Fluido de filtro de cascalho de acordo com a reivindicação 23,CARACTERIZADO por ainda incluir um surfatante.
45. Fluido perfurante de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO por ainda incluir um surfatante.
46. Fluido de limpeza de perfuração, CARACTERIZADO por incluircomposição lodosa de acordo com as reivindicações 1 a 21.
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