BRPI0720979A2

BRPI0720979A2 - mÉtodo para produzir material para escoramento de fraturas, e mÉtodo de aumentar a produÇçode um poÇo

Info

Publication number: BRPI0720979A2
Application number: BRPI0720979-7A
Authority: BR
Inventors: o'neill Eamonn; Elena Mikhailovna Pershikova
Original assignee: Prad Res & Dev Ltd
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2013-01-08
Also published as: RU2344156C2; US9145513B2; WO2008105678A1; CA2678059C; RU2007107435A; CA2678059A1; US20100193189A1; CN101611114A

Abstract

MÉTODO PARA PRODUZIR MATERIAL PARA ESCORAMENTO DE FRATURAS, E MÉTODO DE AUMENTAR A PRODUÇçO DE UM POÇO. Essa invenção está relacionada à indústria de petróleo e gás e pode ser usado para prevenir o fechamento da fratura mediante bombear particulados especiais (material para escoramento de fraturas) para o interior da fratura após o fraturamento hidráulico do reservatório. De acordo com a invenção, o material para escoramento de fraturas é constituído de particulados de material cerâmico sinterizado os quais são modelados como esferas ideais. O uso desse tipo de material para escoramento de fraturas pode aumentar a produção do poço em cerca de 25 %.

Description

MÉTODO PARA PRODUZIR MATERIAL PARA ESCORAMENTO DE FRATURAS, E MÉTODO DE AUMENTAR A PRODUÇÃO DE UM POÇO

Essa invenção está relacionada com a indústria de petróleo e gás e pode ser usada a melhoria da produção de poços através do uso de material para escoramento de fraturas e fraturamento hidráulico para reservatórios portadores de petróleo.

0 fraturamento hidráulico de um reservatório é uma técnica bem estabelecida para a melhoria da produção de um poço. O elemento chave do fraturamento hidráulico para tratamento de um reservatório é o bombeamento em alta pressão de um fluido viscoso para o interior da parte rentável de um reservatório de petróleo ou gás: esse procedimento cria fraturas no reservatório. Para manter essas fraturas abertas, particulados esféricos (material para escoramento de fraturas). são acrescentados dentro do fluido bombeado. O material para escoramento de fraturas é aplicado pelo fluido ao interior da fratura preenchendo a fratura e construindo uma estrutura granulosa, que se deixa penetrar pelo fluxo de gás e óleo proveniente do reservatório no sentido ao furo de poço. Materiais para escoramento de fraturas são projetados para sustentar uma alta pressão de fechamento e prevenir o impacto dos fluidos corrosivos da formação (água, gases ácidos, água salinizada) nas altas temperaturas da formação. Dependendo das condições quanto ao material para escoramento de fraturas, a matéria prima para a produção deles pode ser escolhida a partir de areia de quartzo, bauxita, arqila caulinita, alumina, e diferentes tipos minerais silicato de alumínio.

Os parâmetros importantes dos grãos do material para escoramento de fraturas são seu grau de arredondamento, esfericidade e uniformidade em tamanho e forma. Essas propriedades são crucias para a permeabilidade do recheio de material para escoramento de fraturas e, portanto para a condutividade dos fluidos hidrocarbonetos através dos vazios do recheio de material para escoramento de fraturas.

A maioria dos materiais comercialmente disponíveis atualmente para escoramento de fraturas não possuem forma esférica (exceto microesferas de vidro) mas em lugar disso são esferóides. Indiretamente, isso é confirmado pela existência do gráfico de Krumbein & Sloss usado nessa indústria: o gráfico descreve a perfeição da forma do grão do material para escoramento de fraturas. Porém, o gráfico ainda assim não tem o valor 1 correspondente a uma forma perfeitamente esférica do material para escoramento de fraturas. A Patente russa RU 2.0 98.618 descreve o uso de grãos do material para escoramento de fraturas com formas esféricas perfeitas (microesferas de vidro) porém sua aplicação prática está restringida pela baixa resistência mecânica das microesferas.

A Patente norte americana U.S. No. 4879181 revela a fabricação de um material para escoramento de fraturas a partir de uma mistura de bauxita e argila caulinita. 0 material inicial para a modelagem de um material para escoramento de fraturas tem apropriada elasticidade; isso torna maiores os parâmetros de arredondamento e

esfericidade quanto aos grãos do material para escoramento de fraturas (até 0,7 pelo gráfico de Rrumbein). A desvantagem desse material para escoramento de

fraturas é a insuficiente esfericidade que reduz a área de fluxo livre entre grãos do material para escoramento de fraturas; isso fluido da formação através do recheio de material para escoramento de fraturas. A Patente norte americana U.S. No. 5.188.175 revela

o método de fabricação de esferóides cerâmicos produzidos a partir de argila caulinita sinterizada, compreendendo também alumina, silica, óxidos de ferro e titânio. A composição em óxidos desse material é a seguinte (%peso): alumina - 25-40, silica - 50-65, óxido de ferro - 1,6, e óxido de titânio - 2,6. A esfericidade dos grãos produzidos é de 0,7. Esse tipo de material para escoramento de fraturas é eficiente principalmente para o tratamento de reservatórios de petróleo e gás em profundidades de baixa a 2 5 moderada. ;

A desvantagem desse material para escoramento de fraturas é a insuficiente esfericidade, que reduz a área de fluxo livre entre os grãos do material para escoramento de fraturas; isso reduz a velocidade de fluidez do fluido da formação através do recheio de material para escoramento de fraturas.

A Patente norte americana U.S. No. 3.929.191 revela um material para escoramento de fraturas para a estimulação da produção de petróleo através da técnica de fraturamento hidráulico: o material para escoramento de fraturas é obtido por sinterização de mineral alumino-silicato ou produzido a partir de aço ou ferro modelados na forma de grãos com tamanhos de 6-100 mesh, preferivelmente de 10-40 mesh; a esfericidade e arredondamento dos grãos pelo gráfico de Krumbein é acima de 0,8, a densidade é de 2,6 g/cm3; o material particulado é revestido com uma resina fenólica sólida fusível.

A desvantagem desse material para escoramento de fraturas é a insuficiente esfericidade que reduz a área de fluxo livre entre grãos do material para escoramento de fraturas; isso reduz a velocidade de fluidez do fluido da formação através do recheio de material para escoramento de fraturas.

O análogo mais próximo da nossa invenção é o material para escoramento de fraturas revelado na Patente norte americana U.S. No. 3.929.191 usado para hidro- fraturamento de formações subterrâneas; o material para escoramento de fraturas é produzido a partir de mineral alumino-silicato sinterizado na forma granular com tamanhos de 6-100 mesh, preferivelmente de 10-40 mesh, com o arredondamento e esfericidade pelo gráfico de Krumbein acima de 0,8, a densidade é de 2,6 g/cm3; o material particulado é revestido com uma resina fenólica sólida fusível.

O objetivo da presente invenção é o desenvolvimento de um material para escoramento de fraturas.que facilite o fluxo do fluido da formação devido à otimização da forma do material para escoramento de fraturas; quanto melhor a forma mais aumenta a área de fluxo livre entre os canais formados pelos grãos do recheio na fratura. Isso pode reduzir o arrasto do fluxo do fluido da formação.

Esse objetivo pode ser conseguido mediante produzir um material para escoramento de fraturas a partir de matéria prima cerâmica sinterizada na forma esférica (com desvio da perfeita esfericidade menor que 0,05% do raio da esfera). A dispersão do raio do grão precisa estar ao mesmo nível como para uma drágea de uso medicinal na indústria farmacêutica. O material inicial para a produção é uma carga de sílica, alumina, alumino-silicatos com aditivos de óxidos metálicos (grupo do ferro) ou óxido de manganês. 0 aprimoramento do resultado técnico pode ser conseguido através do fracionamento do material para escoramento de fraturas pronto: isso aumenta as passagens do fluxo intersticial no recheio de material para escoramento de fraturas. É preferível que a relação do diâmetro máximo grão do material para escoramento de fraturas relativamente ao diâmetro mínimo de uma fração seja menor que 2.

A tecnologia para a produção de materiais para escoramento de fraturas com forma esférica quase perfeita é a mesma como para a dos convencionais materiais para escoramento de fraturas, exceto quanto ao uso de pratos nodulizadores e outros dispositivos que assegurem verdadeiramente a forma esférica do produto semi-acabado após nodulação; outras. ferramentas necessárias são fornos- túneis ou unidades de sinterização para a sinterização no leito fluidizado. Esse equipamento em lugar dos fornos giratórios garantem a forma esférica intacta do produto semi-acabado.

0 uso e of materiais para escoramento de fraturas com forma esférica quase perfeita para a tecnologia de hidro-fraturamento, especialmente com distribuição monodispersa de tamanho de grão e com a posterior aplicação dos grãos na formação subterrânea cria uma malha uniforme do tipo capilar no recheio. Essa geometria reduz os efeitos adversos correlacionados com o turbilhonamento do fluxo nas irregularidades da estrutura e descritos pela equação de (1) . A maior a velocidade de fluidez significa uma maior queda de pressão; portanto, a permeabilidade do recheio de material para escoramento de fraturas se reduz. 0 coeficiente que liga a queda de pressão e a velocidade de fluidez nessa equação é conhecido como um "fator beta", que descreve a tortuosidade de poro quanto a um fluxo de fluido através de um recheio de material para escoramento de fraturas.

£ = ^ + (D

AL k

ΔΡ - queda de pressão;

AL - distância entre os sitios de medição da pressão; μ - viscosidade do líquido;

ν - velocidade do líquido; v=q/s, onde q - é a taxa de bombeio, s - é a seção transversal do recheio de material para escoramento de fraturas; β - fator beta; k - permeabilidade;

ρ - densidade do líquido.

Essa teoria indica que o se o material para escoramento de fraturas é fabricado do mesmo material, o fator-beta para um recheio de esferas perfeitas é menor que o fator-beta para um recheio de esferóides.

0 uso de materiais cerâmicos para a fabricação de materiais para escoramento de fraturas é melhor que o vidro: a resistência do material cerâmicO é maior devido à presença das fases cristalinas na composição dos materiais cerâmicos que superam a resistência da fase vitrea amorfa. Além disso, o material compreendendo fases cristalinas torna o material menos sensível à deformação por altas temperaturas durante a queima (em comparação com as formas em vidro) .

O método preferível para a produção desse tipo de materiais para escoramento de fraturas começa com a moagem e a mistura dos ingredientes e a mistura é alimentada a um prato nodulizador e sinterização em fornos-túneis em um suporte ou em um cadinho. A altura da camada de material para escoramento de fraturas como uma relação relativamente ao diâmetro do cadinho não é maior que 0,7/1, o produto sinterizado é para ser separado em frações. A composição usual da carga é de alumina e sílica e, pelo menos, um ou mais componentes: óxido de magnésio, óxido de cálcio, óxido ferroso, óxidos de metais alcalinos ou de metais alcalino- terrosos, óxido de manganês ou óxido de titânio. A composição da carga depende da aplicação futura do material para escoramento de fraturas pronto. As características importantes da produção do

material para escoramento de fraturas são as seguintes: Os ingredientes (talvez, recozidos) são triturados até que 90% do produto passe através da medida de 63 mesh. Se necessário, plastificantes e outros componentes podem ser acrescentados à mistura. O processo de trituração pode ser realizado para os materiais em separado ou para uma mistura. Os ingredientes são misturados parcialmente em moinhos (a menos que o procedimento de trituração combinada fosse aplicado) ou diretamente no nodulizador de prato (sem lâminas). Uma vez que não existem lâminas nesse projeto, isso exclui a deformação extra dos grãos no equipamento, as esfera somente aumentam em tamanho. Se necessário, um aglomerante plastificante temporário é acrescentado à carga - a quantidade requerida para formar o núcleo dos grãos esféricos e seu futuro crescimento. A faixa regular do material aglomerante temporário é de 3 a 20 %p, e o tempo total para a mistura e formação dos nódulos é de 2 a 10 minutos. Os aditivos aglomerantes são tomados das classes de água, soluções aquosas ou soluções orgânicas de polímeros, látex, micro-ceras, ceras, etc. Após os núcleos das esferas serem formados e o apropriado tamanho do grão ser conseguido, alimentação próxima de 12 %p do pó inicial é acrescentada ao nodulizador, e a carga mantém a mistura por um curto período de tempo, menos que 3 minutos. Em seguida, esses grãos.são classificados por tamanho levando em conta a adicional contração durante o estágio de sinterização. Os grãos fora de tamanho podem ser enviados para a reciclagem. Se são usados aglomerantes orgânicos temporários durante o estágio de mistura e de formação de nódulos, o pré-cozimento pode ser usado para a remoção desses orgânicos. Os grãos secados e dimensionados são alimentados para recozimento em um leito (em uma caixa de recozimento) ou em cadinhos em fornos-túneis. Essa abordagem para recozimento ajuda a evitar deformação nesse estágio. A temperatura e o tempo de residência são escolhidos para assegurar a apropriada sinterização do material tão logo a resistência seja conseguida. A separação em frações é também possível após o estágio do recozimento.

Embora a tecnologia para a aplicação do desenvolvido material para escoramento de fraturas seja a mesma para os tipos padrões dos materiais para escoramento de fraturas, o uso de material perfeitamente esférico para escoramento de fraturas pode ser benéfico para uma maior produção de fluido proveniente do reservatório e para a drenagem ao furo de poço. Nesse ponto a invenção é ilustrada através de

diversos exemplos.

Os experimentos foram realizados no conjunto de poços, isto é, sob condições idênticas.

1. Após o hidro-fraturamento ter sido realizado na profundidade em poços ativos na área da Sibéria Ocidental, o uso de materiais cerâmicos para escoramento de fraturas com esfericidade de 0,7 propicia a produtividade do poço ao nível de 110 m3 por dia, embora a produtividade estimada esteja na faixa de 100 a 160 m3 por dia.

2. 0 uso do material para escoramento de fraturas de mesma composição e nas mesmas condições, mas com

esfericidade de 0,85, aumenta a produção do poço ao nível de 157 m3 por dia, com a produtividade estimada de poço na faixa de 100 a 160 m3 por dia.

3. 0 uso do material para escoramento de fraturas de mesma composição com forma esférica perfeita (desvio é

menor que 2% do raio) aumenta a produção do poço até 201 m3 por dia.

O material para escoramento de fraturas constituído de grãos com forma esférica perfeita em lugar do material para escoramento de fraturas com esfericidade de 0,9 aumenta a produção do poço em 25% mantendo-se as demais condições iguais.

Claims

1. MÉTODO PARA PRODUZIR MATERIAL PARA ESCORAMENTO DE FRATURAS, caracterizado por compreender os particulados de material cerâmico sinterizado, em que o referido material para escoramento de fraturas possui uma forma esférica ideal.

2. Material para escoramento de fraturas com aperfeiçoamento, caracterizado por a matéria prima para a produção do material para escoramento de fraturas ser uma mistura de componentes compreendendo silica, alumina, óxidos de metal alcalino, óxidos de metal alcalino-terroso, óxidos de metal do grupo do ferro, e óxido de manganês.

3. Material para escoramento de fraturas produzido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material para escoramento de fraturas ser separado na forma de frações.

4. Material para escoramento de fraturas de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a relação do diâmetro máximo relativamente ao diâmetro minimo do material para escoramento de fraturas de uma fração não ser maior que 2.

5. MÉTODO DE AUMENTAR A PRODUÇÃO DE UM POÇO, caracterizado por compreender o uso de material para escoramento de fraturas em que o referido material cerâmico para escoramento de fraturas tem a forma esférica ideal.