BRPI0919234B1

BRPI0919234B1 - Géis de polímero como melhoradores de fluxo em sistemas de injeção de água

Info

Publication number: BRPI0919234B1
Application number: BRPI0919234-4A
Authority: BR
Inventors: Torbjorn Tenold Eikaas; Jan Erik Solbakken; Egil Sunde
Original assignee: Schlumberger Norge As; Statoil Asa
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2019-06-04
Also published as: WO2010031804A3; CA2737377C; EA201170453A1; US9903169B2; CA2737377A1; DK2334893T3; US20110220354A1; BRPI0919234A2; EA019926B1; MX2011002934A; WO2010031804A2; EP2334893A2; EP2334893B1

Abstract

géis de polímero como melhoradores de fluxo em sistemas de injeção de água é mostrado um sistema de injeção de água que inclui uma linha de injeção de água primária; um tanque de suprimento de f1ui do de injeção; uma bomba de injeção de alta pressão em comunicação de fluido com o suprimento de fluido de injeção e a linha de injeção de água primária para bombeamento de fluido de injeção em um tanque de suprimento de fluido de injeção através da linha de injeção de água primária; um tanque de suprimento de gel de polímero; e uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão em comunicação de fluido com o tanque de suprimento de gel de polímero e a linha de injeção de água configurada para bombear um gel de polímero tendo uma viscosidade de pelo menos em torno de 50.000 cp (a 20 oc, medida usando-se um reômetro de bohlin csr 50, um sistema de medição de cone e placa cp 4° i 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s) no tanque de suprimento de gel de polímero para a linha de injeção de água para mistura com um fluido de injeção.

Description

¹ GÉIS DE POLÍMERO COMO MELHORADORES DE FLUXO EM SISTEMAS DE * INJEÇÃO DE ÁGUA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção

As modalidades mostradas aqui se referem geralmente a métodos e sistemas para o tratamento de água para a mudança de propriedades da mesma, incluindo propriedades reológicas, de floculação e de fluxo. Mais especificamente, as modalidades mostradas aqui se referem geralmente a métodos e sistemas para a redução de arrasto / melhoria de fluxo de água em sistemas de injeção de água para a recuperação de hidrocarbonetos.

Técnica Antecedente

Os hidrocarbonetos acumulados em uma formação subterrânea portando hidrocarbonetos são recuperados ou produzidos a partir dali através de poços de produção perfurados na formação subterrânea. Inicialmente, o óleo é produzido a partir de uma formação pela exaustão da pressão. Adicionalmente, algumas formações contêm um óleo o qual é viscoso demais para ser eficientemente recuperado a partir da formação usando-se métodos de exaustão de pressão. Devido à necessidade de recuperação de um percentual maior do óleo original no lugar a partir da formação, vários métodos foram desenvolvidos, os quais facilitam a recuperação de óleo, o qual não poderia ser recuperado usando-se técnicas de exaustão de pressão. Estes métodos são referidos, às vezes, a partir deste ponto, como técnicas de recuperação de óleo.

Quando a produção de hidrocarbonetos desacelera, um ou mais poços de injeção podem ser perfurados na formação, nos

2/22 quais um fluido pode ser injetado para manutenção das pressões de reservatório e para servir como um mecanismo de comando para o fluxo de hidrocarbonetos através da formação, de modo que eles possam ser produzidos a partir de poço(s) de injeção. Um tipo dessa operação de recuperação usa uma fonte de água, tal como água doce, salmouras, água do mar ou água produzida / da formação, etc., como o fluido de injeção para a manutenção da pressão do reservatório e, assim, manutenção ou intensificação dos níveis de produção.

Ainda, a água injetada pode criar uma frente de inundação vertical, empurrando o óleo na frente da frente de água a poço de produção, o que é referido como inundação com água. A água injetada se move na formação e mobiliza os acúmulos de óleo contidos ali. O óleo mobilizado é movido na formação em direção a um poço ou a poços de produção, onde ele é recuperado. Uma inundação com água pode ser usada sozinha, ou ela pode ser combinada com outras técnicas, as quais são realizadas concorrentemente com a inundação com água ou subseqüentemente a ela. Os fluidos injetados mais tarde podem ser referidos como fluidos de comando. Embora a água seja o mais comum, outros fluidos de injeção e comando podem incluir fluidos gasosos, tais como vapor, dióxido de carbono e similares.

Além disso, conforme os reservatórios amadurecem, a quantidade de água produzida aumenta. Para se permitir que seja ambientalmente amigável, um descarte economicamente eficiente da água produzida ocorre freqüentemente pela reinjeção da água produzida no reservatório de produção ou pela injeção em um reservatório abandonado.

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A injeção de água, contudo, freqüentemente é limitada pela capacidade de bombeamento na plataforma ou no local do poço, pela capacidade de tubulação ou condutos de injeção e pelo reservatório. Em particular, um fluxo turbulento 5 através dos tubos apresenta limitações ainda maiores sobre a capacidade de bombeamento e a energia expelida para injeção de água em um reservatório de produção (ou um reservatório abandonado para descarte).

Assim sendo, existe uma necessidade contínua de 10 melhoramentos em métodos e sistemas para injeção de água em reservatórios.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a um sistema de injeção de água que inclui uma 15 linha de injeção de água primária; um tanque de suprimento de fluido de injeção; uma bomba de injeção de alta pressão em comunicação de fluido com o suprimento de fluido de injeção e a linha de injeção de água primária para bombeamento de fluido de injeção em um tanque de suprimento 20 de fluido de injeção através da linha de injeção de água primária; um tanque de suprimento de gel de polímero; e uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão em comunicação de fluido com o tanque de suprimento de gel de polímero e a linha de injeção de água configurada para 25 bombear um gel de polímero tendo uma viscosidade de pelo menos em torno de 50.000 cP (a 20 °C, medida usando-se um reômetro de Bohlin CSR 50, um sistema de medição de cone e placa CP 4^o / 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s) no tanque de suprimento de gel de polímero para a linha de 30 injeção de água para mistura com um fluido de injeção.

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Em um outro aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a um sistema de injeção de poço que inclui um poço de injeção através de uma formação subterrânea se estendendo para um reservatório de hidrocarboneto; uma linha de injeção de poço primária terminando no poço de injeção; um tanque de suprimento de fluido de injeção; uma bomba de injeção à alta pressão em comunicação de fluido com o suprimento de fluido de injeção e a linha de injeção de poço primária para bombeamento de fluido de injeção em um suprimento de fluido de injeção através da linha de injeção de poço primária; um tanque de suprimento de gel de polímero; e uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão em comunicação de fluido com o tanque de suprimento de gel de polímero e a linha de injeção de poço para bombeamento do gel de polímero no tanque de suprimento de gel de polímero para a linha de injeção de poço para mistura com um fluido de injeção.

Em um outro aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a um método de tratamento de água, que inclui a mistura de um sólido de polímero com água; permitir que o sólido de polímero misturado na água forme um gel de polímero tendo uma viscosidade de pelo menos em torno de 50.000 cP (a 20 °C, medida usando-se um reômetro de Bohlin CSR 50, um sistema de medição de cone e placa CP 4° / 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s); e bombeamento do gel de polímero na água pela aplicação de pressão.

Em ainda um outro aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a um método de melhoria do fluxo de um fluido através de uma tubulação que inclui o bombeamento de um fluido de injeção na tubulação a uma pressão elevada; e

5/22 o bombeamento de um gel de polímero no fluido de injeção bombeado a uma pressão elevada.

Em ainda um outro aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a um método de produção de um poço que inclui o bombeamento de um fluido de injeção em uma pressão elevada em uma linha de injeção de poço para um poço de injeção; o bombeamento de um gel de polímero no fluido de injeção bombeado a uma pressão elevada; permitir que o fluido de injeção bombeado e o gel de polímero fluam através da linha de injeção de poço para um reservatório contendo hidrocarbonetos; e a produção de hidrocarbonetos a partir de um poço de produção.

Outros aspectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações em apenso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 mostra um sistema de injeção de poço convencional.

A	FIG. 2	mostra	um	sistema de	injeção	de	poço	de
acordo	com uma	modalidade	da presente	exposição	•
A	FIG. 3	mostra	um	equipamento	de teste	de	laço	de

fluxo usado em testes de fluidos da presente exposição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Em um aspecto, as modalidades mostradas aqui se referem a métodos e sistemas para o tratamento de água para a mudança das propriedades da mesma, incluindo propriedades reológicas, de floculação e de fluxo. Mais especificamente, as modalidades mostradas aqui se referem a métodos e sistemas para a redução de arrasto / melhoria de fluxo de água em sistemas de injeção de água para a recuperação de

6/22 hidrocarbonetos. Em particular, as modalidades mostradas aqui se referem ao uso e à injeção de géis de polímero em tubulações de sistemas de injeção de água, para a redução do arrasto e a melhoria do fluxo de água através dali.

Uma redução de arrasto é definida como a redução de uma resistência ao atrito de um fluido em um fluxo turbulento e, assim, aumentar a capacidade de bombeamento do fluido causada pela adição de pequenas quantidades de uma outra substância, freqüentemente polímeros de peso molecular alto, ao fluido. Especificamente, uma redução de arrasto é uma redução na queda de pressão por algum comprimento de uma tubulação, quando traços de um agente de redução de arrasto forem dissolvidos no fluido da tubulação. Convencionalmente, os fatores chaves que governam a quantidade de redução de arrasto obtenível em um dado sistema são: solubilidade do agente na fase contínua; efetividade na distribuição do agente; peso molecular do agente; e concentração do agente. O fenômeno de redução de arrasto tem sido usado em uma variedade de tubulações para a redução das tensões de cisalhamento e, desse modo, aumento da quantidade de entrada de potência de bomba necessária para o fluxo de fluidos através dali.

Um fluxo de fluido é caracterizado processamento ser laminar ou turbulento. Em um fluxo laminar, o fluido se move em camadas, com uma deslizando suavemente sobre a outra. Não há uma mistura de fluido de camada para camada, uma vez que as forças de cisalhamento viscosas forçam um amortecimento de movimentos relativos entre as camadas. Uma vez que cada camada de fluido, com efeito, está fluindo sobre aquela adjacente a ela, a velocidade de fluido

7/22 aumenta com a distância a partir da parede de tubo. O perfil de velocidade resultante é aproximadamente de formato parabólico.

Em um fluxo turbulento, não há camadas discretas de fluido fluindo. O momento do fluido vence as forças de cisalhamento viscoso, e há uma mistura extensiva e contínua através da corrente de fluxo. Isto faz com que o perfil de velocidade através de um tubo seja aproximadamente plano. Em dinâmica dos fluidos, um fluxo turbulento é caracterizado por rápidas flutuações de propriedades, tais como velocidade, pressão e tensão de cisalhamento como uma função do tempo e da posição no fluxo. Estas flutuações levam a uma alta convecção de momento e à produção de vórtices ou rodamoinhos não permanentes, os quais levam a um aumento no atrito de película. Este aumento no arrasto tem implicações no projeto de sistemas de tubulação em que há a energia requerida para o bombeamento de fluidos turbulentos aumenta consideravelmente em relação ao fluxo laminar.

Estes dois regimes de fluxo são definidos pelo número de Reynolds (Re), a relação das forças de corpo de fluido para as forças viscosas. Os valores de Re de menos de 2000 definem o regime de fluxo laminar para tubos. Conforme Re aumenta, o fluxo de tubo transita de laminar para turbulento por uma faixa de valores de 2.000 a 10.500 e é plenamente turbulento acima de 10.500.

A adição de pequenas quantidades de polímeros de peso molecular alto a um fluido newtoniano em um fluxo turbulento poderia reduzir consideravelmente o arrasto por atrito exercido pelo fluido, quando ele fluísse sobre uma

8/22 superfície, tal como uma tubulação. Quando adicionados a uma tubulação, estes polímeros reduzem os gradientes de fluxo transversais, efetivamente criando um fluxo laminar no tubo. Isto é especialmente verdadeiro perto das paredes do tubo, onde o perfil de velocidade de fluxo axial tem um gradiente muito abrupto no qual perdas significativas de pressão ocorrem. A diminuição destas perdas internas do fluido aumenta a produção bruta da tubulação para uma dada energia de bombeamento. Este fenômeno é referido como uma redução de arrasto turbulento de polímero. A aplicação mais contundente deste comportamento é na redução das exigências de energia de bombeamento para um fluxo de tubulação. Uma redução do arrasto não apenas é importante de um ponto de vista de aplicação, mas também de um ponto de vista fundamental. Um entendimento do mecanismo de redução de arrasto também proverá um insight para o fenômeno de turbulência, uma entidade muito complexa em si.

Os polímeros são moléculas de cadeia longa de uma dimensão típica de em torno de 10 a 100 nm. Quando adicionados em concentrações dilutas a fluidos, eles reduzem o arrasto por atrito em tubos por tanto quanto de 20% a 80%. A origem do mecanismo de redução de arrasto é a distensão das moléculas de polímero em um fluxo turbulento. Esta distensão amortece as flutuações turbulentas e reduz o arrasto. Assim, a extensão de redução de arrasto é uma função do tamanho do polímero (governado por sua massa molar) e o número de moléculas de polímero (governado pela concentração de polímero). Convencionalmente, esses polímeros são supridos em uma forma não diluída de pó / partícula ou como líquidos (dispersões ou emulsões). A

9/22 quantidade ou atividade de polímero nas combinações de polímero é limitada pelo perfil de viscosidade da combinação à qual é bombeável. Isto é, conforme o teor de polímero aumenta, há uma viscosidade aumentada devido à inchação das cadeias de polímero, resultando em limitações de bombeamento de 1 a 2 por cento em peso (dependendo do tamanho molecular e da estrutura de cadeia do polímero em particular). Além disso, quando se usam polímeros em forma de pó, as propriedades de solubilidade intrínseca do polímero freqüentemente são vistas como limitantes devido à necessidade de um período de maturação, onde os polímeros podem inchar em água, antes de os polímeros serem vistos como sendo efetivos.

Assim, convencionalmente, esses redutores de arrasto polimérico são postos em suspensão em um solvente para se permitir uma dispersão do polímero no fluido de injeção necessitando a redução de arrasto. Em particular, os polímeros têm sido convencionalmente enviados como um polímero disperso em uma emulsão ou em um volume de solvente. Para uma emulsão, o polímero é disperso em um volume de líquido carreador / solvente que contém solventes orgânicos e algum fluido aquoso para a formação da emulsão. Para uma dispersão, o polímero é disperso em um volume de líquido carreador / solvente que consiste apenas em solventes orgânicos. Em ambos os casos, tensoativos / agentes de emulsificação são adicionados aos líquidos carreadores para a obtenção de um líquido estabilizado homogêneo em que os polímeros não se agregam ou se separam nos líquidos. Contudo, os tensoativos / agentes de emulsificação podem impor riscos de corrosão por

10/22 acidificação ou corrosão do reservatório, mediante uma degradação dos solventes ou tensoativos (levando a uma atividade microbiana aumentada).

De acordo com a presente exposição, os redutores de arrasto poliméricos são enviados para o fluido de injeção como um gel. Conforme usado aqui, o termo gel se refere a uma rede polimérica reticulada tridimensional que contém um meio líquido, tal como água, confinado na rede polimérica sólida. Embora os géis pareçam ser materiais sólidos, tipo de gelatina, em peso, os géis são principalmente líquidos, devido ao volume de fase líquida contínua na qual as partículas sólidas são envolvidas. Os inventores do presente pedido descobriram que, pela injeção desses polímeros geleifiçados em um fluido de injeção (água) por um sistema de injeção de água, uma dispersão dos polímeros de redução de arrasto pode ser obtida, sem o uso de solventes ou tensoativos, os quais podem impor riscos de corrosão por acidificação ou corrosão mediante uma degradação de solventes ou tensoativos (levando a uma atividade microbiana aumentada). Para se permitir um bombeamento e uma dispersão dos polímeros geleifiçados, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que esses géis podem ter uma dureza ou rigidez na faixa de dureza Shore A ou B. Em uma modalidade em particular, o polímero geleificado pode ter uma viscosidade de pelo menos 50.000 cP (a 20 °C, medida usando-se um reômetro de Bohlin CSR 50, um sistema de medição de cone e placa CP 4^o / 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s) e variando de 50.0000 a 1.000.000 cP (a 20 °C, medida usando-se um reômetro de Bohlin CSR 50, um sistema de medição de cone e

11/22 placa CP 4^o / 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s) e de 100.000 a 750.000 cP (a 20 °C, medida usando-se um reômetro de Bohlin CSR 50, um sistema de medição de cone e placa CP 4° / 40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s).

Os polímeros geleifiçados podem ser formados ao se permitir que um polímero de redução de arrasto, tal como uma poliacrilamida de peso molecular alto se misture com um produto de polímero seco, tal como um pó com água em qualquer sistema de injeção baseado em água para melhoramento do fluxo ou para fins de modificação da reologia. Ainda, alguém versado na técnica apreciaria que a fonte de água a ser tratada ou modificada pelos géis de polímero da presente exposição não está limitada. Por exemplo, está especificamente no escopo da presente exposição que o termo água inclui água doce, água destilada, água desionizada, salmoura, água do mar, água da formação (sintética ou natural), água de campo, água produzida, etc.

Com referência à FIG. 1, um sistema de poço de injeção comum é mostrado. Conforme mostrado na FIG. 1, o sistema de poço de injeção de água 100 permite o bombeamento ou a injeção de um fluido de injeção (água) 102 no poço de injeção 104 (mostrado na FIG. 1 como sendo um poço de injeção submarino) através de uma formação 103 para o reservatório 105. 0 fluido de injeção 102 é bombeado usando-se um sistema de bomba 106, de modo que o fluido de injeção 102 seja injetado no reservatório a uma pressão suficientemente alta para a operação de recuperação de hidrocarboneto. Adicionalmente, o sistema de bomba 106 opcionalmente pode incluir uma bomba de alta pressão 106a e

12/22 uma bomba auxiliar 106b para se permitir um aumento de pressão no sentido do incremento do fluido de injeção 102. O fluido de injeção 102 pode ser bombeado através de uma linha de injeção primária 108, a qual opcionalmente pode ser dividida por um manifold e válvulas de injeção (não mostradas separadamente) em múltiplas linhas de injeção de poço 108a através das quais o fluido de injeção 102 pode fluir e através do poço de injeção 104 para o reservatório 105. Alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que as pressões nas quais o fluido de injeção 102 deve ser bombeado pelo sistema de bomba 106 podem variar, dependendo das exigências do sistema, tais como a pressão de reservatório, o equipamento disponível, etc. Com essas pressões altas e vazões, níveis altos de turbulência são observados no fluxo de fluido, com os números de Reynolds freqüentemente maiores do que 500.000 e, freqüentemente, de até 2.500.000. Devido a esses fluxos de fluido altamente turbulentos, há mesmo limitações maiores sobre o bombeamento do fluido de injeção 102 através do sistema 100.

Com referência à FIG. 2, uma modalidade de um sistema de poço de injeção de acordo com a presente exposição é mostrada. Conforme mostrado na FIG. 2, o sistema de poço de injeção 200 permite o bombeamento ou a injeção de um fluido de injeção (água) 202 no poço de injeção 204 (mostrado na FIG. 2 como sendo um poço de injeção submarino) através de uma formação 203 para um reservatório 205. O fluido de injeção 202 é bombeado pelo sistema de bomba 206 tendo uma bomba de alta pressão 206a, de modo que o fluido de injeção 202 seja injetado no reservatório a uma pressão

13/22 suficientemente alta para a operação de recuperação de hidrocarboneto. Adicionalmente, pode haver opcionalmente uma bomba auxiliar 206b para se permitir um aumento de pressão em incrementos do fluido de injeção 202. O fluido de injeção 202 pode ser bombeado através da linha de injeção primária 208, a qual opcionalmente pode ser dividida por válvulas de injeção (não mostradas separadamente) em múltiplas linhas de injeção de poço 208a através das quais o fluido de injeção 202 pode fluir para o poço de injeção 2 04. Contudo, também está no escopo da presente exposição que a linha de injeção primária 208 em si possa se estender para o poço de injeção, sem divisão em linhas para múltiplos poços de injeção. Ainda, conforme mostrado, pelo menos uma linha de injeção de poço 208a, uma alimentação de um gel de polímero é provida através da linha de injeção de gel de polímero 210. Essa injeção de gel de polímero (mediante um fluxo completo através do poço de injeção 204) pode reduzir a turbulência (e, daí, o número de Reynolds). Mediante a obtenção de uma redução de turbulência, uma eficiência de bombeamento aumentada pode ser realizada.

Um gel de polímero é suprido a partir do tanque 212 para um sistema de bomba 216 para injeção em linha(s) de injeção de poço 216b e uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão 216a na(s) linha(s) de injeção de poço 208a, onde o fluxo turbulento de injeção de fluido mistura o gel de polímero injetado ali. Alternativamente, o gel de polímero pode ser injetado a montante de um manifold (não mostrado) para a linha de injeção primária 208, se um tratamento de todas as linhas de injeção de poço for

14/22 desejado. O gel de polímero pode sair do tanque 212 por um fluxo por gravidade ou pela pressurização do tanque 212. Alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que a viscosidade / rigidez (e a atividade) do gel de polímero formado podem ditar sua capacidade de fluir e se uma pressurização do tanque 212 é necessária para um movimento de gel de polímero através do sistema 200. Em uma modalidade em particular, uma pressurização de tanque 212, tal como de 200 a 400 kPa (2 a 4 bar), transporta um gel de polímero para a bomba auxiliar 216b, onde a pressão aumenta para de 1000 a 1500 kPa (10 a 15 bar) e, finalmente, para uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão 216a, onde a pressão é aumentada para níveis de pressão similares àqueles do fluido de injeção 202 na(s) linha(s) 15 de injeção de poço 208a, tal como de mais do que 20 a 32

MPa (200 a 320 bar). Uma pressurização de tanque de suprimento 212 pode ser obtida usando-se quaisquer meios conhecidos na técnica, incluindo pela alimentação de gases comprimidos para o tanque ou pela criação de um vácuo 20 parcial na extremidade de descarga do tanque, qualquer um dos quais podendo ser ajudado pelo ouso de um revestimento interno colapsível no tanque, que pode colapsar e forçar o gel de polímero através de uma descarga de tanque. Um exemplo de um tanque de pressurização inclui um vaso de 25 armazenamento pneumático, tal como o ISO-PUMP™, comercialmente disponível a partir de M-I, L.L.C., Houston,

Texas. O uso desses tanques portáteis pode permitir, por exemplo, a formulação / mistura de partículas de polímero e água em uma primeira localização e o transporte da mistura 30 para uma segunda localização, para uso. Em particular, a

15/22 mistura de pó de polímero e água pode ser realizada em uma instalação de mistura, transferida para um tanque de suprimento antes da inchação / viscosificação do polímero, e o tanque de suprimento então pode ser transportado para a localização de uso, por exemplo, o local do poço, o qual pode ser na costa ou em alto-mar.

Embora várias faixas de pressão tenham sido descritas, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que outras faixas de pressão e/ou bombas adicionais podem ser usadas, conforme necessário, para se elevar de forma eficiente e efetiva a pressão de fluido de injeção 202 (com um gel de polímero injetado ali) em linha(s) de injeção de poço 208a, conforme necessário. Adicionalmente, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que medidores de pressão podem ser incluídos em vários pontos da(s) linha(s) de injeção de poço para a monitoração do fluido fluindo através dali, e, em particular, da efetividade dos agentes de redução de arrasto de gel de polímero adicionados ao fluido de injeção.

Ainda, modificações adicionais no sistema 200 podem ser feitas, conforme necessário. Por exemplo, dependendo da atividade de um gel de polímero inicial, pode ser desejável incluir tanques adicionais para a diluição de um gel de polímero mais concentrado para se permitir uma maturação desejada ou uma extensão ótima da rede de polímero, ou essa maturação pode ocorrer em linhas de injeção, o que pode resultar em um atraso na realização da eficiência de bombeamento.

Em uma modalidade em particular, a atividade (por cento em peso) do polímero no gel de polímero pode variar

16/22 de mais do que em torno de 3 por cento até 50 por cento. Contudo, em outras modalidades, o gel de polímero pode possuir uma atividade variando de em torno de 5 a 20 por cento. Alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que se o poço de injeção é na costa ou em alto-mar pode levar a faixas de atividade mais ou menos favoráveis. Por exemplo, para um poço de injeção em alto-mar, onde um espaço de sonda é limitado, uma atividade variando de 7 a 15 por cento pode ser mais desejável, já que o gel de polímero pode ser formado na costa e enviado para a sonda em tanques de suprimento suficientes para um uso diário (ou outra extensão de tempo) , para se permitir uma maior eficiência de espaço.

Contudo, embora as faixas de atividade ótimas do polímero ativo no gel de polímero possam ser mais altas do que aquelas usadas em sistemas convencionais usando partículas de polímero emulsifiçadas ou solvatadas por um tensoativo ou solvente (atividade de no máximo 1,5%, uma vez diluído para injeção) , alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que a quantidade total de polímero injetado nas linhas de injeção de poço pode ser similar àquelas convencionalmente usadas. Em uma modalidade em particular, a quantidade total de polímero injetado pode variar de 5 a 2000 ppm de polímero ativo,· contudo, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que outras quantidades podem ser usadas, de acordo com uma redução de arrasto ou princípios de reologia. Para uma redução de arrasto, uma injeção de 5 a 120 ppm de polímero ativo é tipicamente suficiente, ao passo que em operações de inundação de polímero, as concentrações variando de 1000 a

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2000 ppm podem ser usadas, para se afetarem a reologia e a viscosidade da água de injeção no reservatório. Alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria a eficiência pode ser assintótica nas faixas mais baixas de concentração, e que uma taxa de dosagem mais alta inicialmente melhorará a eficiência, mas eventualmente proporcionará um aumento linear na eficiência versus taxa de dosagem. Ainda, é possível que uma taxa de dosagem alta demais pudesse resultar em uma queda na eficiência, devido à viscosidade aumentada que poderia influenciar mais do que a redução obtida no fluxo turbulento, mas que essa viscosidade pode ser desejável, se for desejado imprimir uma mudança na reologia da água. Contudo, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que a eficiência também pode variar de sistema para sistema, dependendo de vários fatores, tais como comprimento de tubo, quantidade de turbulência, diâmetro de tubo, etc. Em uma modalidade em particular, uma taxa de injeção de 15 a 25 ppm do polímero ativo no gel pode ser usada para a obtenção de uma redução na turbulência nos sistemas de injeção da presente exposição.

Os exemplos de géis de polímero adequados para uso na presente exposição incluem óxido de polietileno, poliacrilamida e polivinilpirrolidona, dentre outros polímeros naturais ou sintéticos conhecidos na técnica. Tipicamente, os redutores efetivos de arrasto incluem aqueles polímeros tendo pesos moleculares relativamente altos, em particular com um peso molecular médio na faixa de em torno de 10.000 a em torno de 50.000.000 em uma modalidade, a partir de em torno de 100.000 a em torno de 20.000.000 em uma outra modalidade, e a partir de em torno

18/22 de 200.000 a em torno de 15.000.000 em ainda uma outra modalidade. Ainda, polímeros naturais incluindo vários polímeros de polissacarídeos, tais como derivados de amido, derivados de celulose e biopolímeros, tais como: hidroxipropil amido, hidroxietil amido, carboximetil amido e seus derivados ligeiramente reticulados correspondentes; carboximetil celulose, metil celulose, di-hidroxipropil celulose e seus derivados ligeiramente reticulados correspondentes; goma xantana, goma de gellan, goma welan e goma escleroglucana também podem ser usadas para a formação de géis de polímero para uso nos sistemas de injeção da presente exposição em várias outras modalidades.

Embora, convencionalmente, a adição desses redutores de arrasto poliméricos em água em quantidades maiores do que 1 a 1,5 por cento resulte em um gel altamente viscoso e uma combinação inadequada (resultando em olhos de peixe), os géis da presente exposição podem ser formados pela combinação de partículas de polímero em água rapidamente, de modo que as partículas de polímero sejam dispersas e a água revestida antes de um aumento substancial na viscosidade ocorrer. Essa combinação pode incluir agitação mecânica (tal por um agitador magnético) de água à alta velocidade e o derramamento do polímero no cone formado pela água rodando. Contudo, um polímero também pode ser adicionado à água fluindo a uma velocidade alta, com o fluxo de água e a taxa de adição de pó sincronizados, de modo que a atividade desejada de polímero seja obtida. Alternativamente, uma mistura completa pode ser obtida pela mistura de partículas de polímero com água usando-se múltiplos dispositivos de mistura, tal como mostrado no

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Pedido de Patente U.S. N° de Série 60/988.988, o qual é cedido à presente cessionária e incorporado aqui como referência em sua totalidade.

Exemplo

Foram conduzidos testes para a comparação dos géis de polímero da presente exposição com um polímero de poliacrilamida convencional disperso em um tensoativo biodegradável para melhoramento de luxo. Várias atividades de géis de HYPERFLOC® AF 307 HH, um pó de poliacrilamida, o qual está comercialmente disponível a partir da Hychem, Inc. (Tampa, FL) em água do mar foram comparadas com DR201, uma dispersão a 40% de polímero de poliacrilamida em um volume de líquido carreador / solvente contendo solventes orgânicos biodegradáveis e tensoativos biodegradáveis comercialmente disponível a partir da M-I SWACO NORGE AS (Stavanger, Noruega) para se testar a eficácia do polímero geleificado como um melhorador de fluxo ou agente de redução de arrasto. Os testes foram realizados usando-se um equipamento de laço de fluxo de teste, onde a velocidade da água do mar é de aproximadamente 5 m/s e a água do mar flui com um número de Reynolds de 51.000 (um regime de fluxo turbulento). O equipamento de laço de fluxo é mostrado na FIG. 3. Conforme mostrado na FIG. 3, a água do mar é bombeada 33 a partir de um tanque 31 (o qual pode ser uma caldeira para simulação de temperaturas de poço abaixo) através do laço de linha de fluxo 30, tendo indicador(es) de pressão para a medição da pressão do fluido fluindo. O fluido pode fluir através de um banho de água temperado 34 tendo uma circulação de água de resfriamento 35, antes do retorno para o tanque 31. O

20/22 diferencial de pressão é causado pela adição de um redutor de arrasto através da tremonha 32. O equipamento de teste usado neste exemplo incluía um comprimento de tubo de 75 m e um diâmetro interno de 10 mm, com um volume de laço total 5 de 20 L. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 1.

Amostra N^Q	Tipo de Amostra	Quantidade de Amostra Adicionada (g)	Polímero Injetado (ppm)	Pfini (x 100 kPa)	dPniax (x 100 kPa)	Eficiência dPmax / Pfini (%)	dPioo (x 100 kPa)	Eficiência dPioo / Pfini (%)
1	DR-201	1	20	11,1	4,28	38,6	1,3	11,7
2	DR-201	1	20	11,2	4,37	39,0	1,8	16,1
3	Gel - 3% em peso	13,3	20	11,0	4,26	38,7	1,3	11,8
4	Gel - 5% em peso	9	22,5	11,3	4,49	39, 7	0,6	5,3
5	Gel - 7% em peso	5,5	19,3	11,3	4,48	39,6	1, 7	15,0
6	Gel - 9% em peso	4,1	18,5	11,0	4,28	38,9	1, 7	15,0
7	Gel - 9% em peso	4,4	19,8	11,7	4,82	41,2	1,3	11,1
8	Gel - 11% em peso	3,7	20,4	11,9	4,99	41,9	2,0	16,8
9	Gel - 13% em peso	3,1	20,2	11,6	4,77	41,1	2,2	19,0
10	Gel - 40% em peso (consistência de borracha)	1	20	11,8	4,71	39,9	3,3	28,0
11	100% em peso de pó	0,4	20	11, 5	4,57	39,7	3,2	27,8
12	Gel - 9% em peso	1,1	5	11,8	3,9	33,0	0,7	5,9
13	DR-201	0,24	4,8	11,4	3,6	31,6	0,2	1,8

Conforme mostrado na Tabela 1, as eficiências dos géis, da borracha e do pó são similares à eficiência da dispersão DR-201. Uma taxa de dosagem de 20 ppm de polímero ativo reduz a perda por atrito no laço de fluxo do 10 analisador em aproximadamente 40%, independentemente de como o polímero tiver sido pré-tratado.

Ainda, além da redução na quantidade de arrasto em um

21/22 fluido, alguém de conhecimento comum na técnica apreciaria que aditivos poliméricos também podem ser usados para a mudança de outras propriedades de água, incluindo propriedades reológicas e a capacidade de flocular ou também está no escopo da presente invenção que os géis poliméricos da presente exposição podem ser injetados em água para fins de tratamento da água, outro além de um melhoramento no fluxo. Por exemplo, outros usos dos géis poliméricos da presente exposição incluem a injeção em água como um modificador de reologia em uma operação de inundação de polímero (operações melhoradas de recuperação de óleo) ou para fins de tratamento de água (floculação) em relação a plantas municipais ou à indústria de papel.

Vantajosamente, as modalidades da presente exposição são para pelo menos um dos seguintes. Pela inclinação de melhoradores de fluxo em sistemas de injeção, um fluido de injeção adicional pode ser injetado em um reservatório em uma energia mais baixa por volume de água, assim se proporcionando um suporte aumentado de pressão para o reservatório. Isto também pode levar a taxas de produção aumentadas de poços de produção vizinhos. Pela injeção dos géis de polímero da presente exposição, o melhoramento de fluxo pode ser proporcionado, sem o risco potencial de uma degradação eventual de solventes, tensoativos, etc., que têm sido convencionalmente usados para a emulsificação ou a dispersão de partículas de polímero em água, e os quais se pensa que contribuem para a corrosão por acidificação de um reservatório. Ainda, para a minimização da área ocupada do equipamento necessário para a produção de géis de polímero

22/22 em um local de poço, os géis podem ser formados fora do local e transportados para o local durante (ou após) uma maturação. Isto pode permitir a redução no equipamento de combinação e no pessoal.

Embora a invenção tenha sido descrita com respeito a um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo o benefício desta exposição, apreciarão que outras modalidades podem ser divisadas, as quais não se desviam do escopo da invenção, conforme mostrado aqui.

Assim sendo, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de injeção de água compreendendo:

uma linha de injeção de água primária (208);

um tanque de suprimento de fluido de injeção;

uma bomba de injeção à alta pressão (206a) em comunicação de fluido com o tanque de suprimento de fluido de injeção e a linha de injeção de água primária (208), para bombear fluido de injeção (202) em um tanque de suprimento de fluido de injeção através da linha de injeção de água primária (208); e um tanque de suprimento de gel de polímero (212);

caracterizado pelo fato do sistema de injeção de água ainda compreender uma bomba de injeção de produto químico à alta pressão (216a) em comunicação de fluido com o tanque de suprimento de gel de polímero (212) e a linha de injeção de água primária (208) configurada para bombear o gel de polímero tendo uma viscosidade de 50 Pa.s no tanque de suprimento de gel de polímero (212) para a linha de injeção de água primária (208) para mistura com um fluido de injeção (202);

em que a viscosidade do gel de polímero é medido a 20°C, usando um reômetro de Bohlin CSR 50, sistema de

medição de cone e placa CP 4°/40 mm, taxa de cisalhamento única de 1/s. 2. Sistema de injeção de água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do tanque de suprimento de gel de polímero (212 ) ser pressurizável. 3. Sistema de injeção de água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

um poço de injeção (204) através de uma formação

Petição 870180168274, de 27/12/2018, pág. 12/15
2/4 subterrânea (203) se estendendo para um reservatório de hidrocarboneto (205);

em que a linha de injeção de água primária (208) é uma linha de injeção de poço primária terminando no poço de injeção (204).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda:

uma bomba auxiliar (216b) entre o tanque de suprimento de gel de polímero (212) e a bomba de injeção de produto químico à alta pressão (216a).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda:

uma pluralidade de linhas de injeção de poço conectadas em termos de fluido à linha de injeção de poço primária, onde o gel de polímero é bombeado para pelo menos uma da pluralidade de linhas de injeção de poço para mistura com um fluido de injeção (202).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda:

uma bomba auxiliar (206b) entre o tanque de suprimento de fluido de injeção e a bomba de injeção à alta pressão (206a).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda:

pelo menos um medidor de pressão na linha de injeção de poço primária.

8. Método de melhoria do fluxo de um fluido através de uma tubulação caracterizado por compreender:

bombear um fluido de injeção (202) na tubulação em uma pressão elevada; e

Petição 870180168274, de 27/12/2018, pág. 13/15
3/4 bombear um gel de polímero no fluido de injeção bombeado (202) a uma pressão elevada.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da tubulação ser uma linha de injeção de poço para um poço de injeção (204) e do método compreender ainda:

permitir que o fluido de injeção bombeado (202) e o gel de polímero fluam através da linha de injeção de poço para um reservatório (205) contendo hidrocarbonetos; e produzir hidrocarbonetos a partir de um poço de produção.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do bombeamento do fluido de injeção (202) ser realizado a uma pressão que varia de 20 a 32 MPa (200 a 320 bar).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do bombeamento do gel de polímero ser realizado a uma pressão que varia de 20 a 32 MPa (200 a 320 bar).

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do bombeamento do gel de polímero ser realizado à mesma pressão que o bombeamento do fluido de injeção (202).

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do gel de polímero compreender uma atividade variando de 5 a 20 por cento. 14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do gel de polímero ser bombeado

para o fluido de injeção (202) em uma quantidade que varia de 5 a 120 ppm de uma quantidade ativa do polímero no gel

Petição 870180168274, de 27/12/2018, pág. 14/15
4/4 de polímero.

15. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda:

misturar sólidos poliméricos com água; e
5 permitir que os sólidos poliméricos misturados na água formem o gel polimérico, em que o gel polimérico tem uma viscosidade de pelo menos 50 Pa.s, a viscosidade do gel de polímero é medida a 20°C, usando um reômetro de Bohlin CSR 50, sistema de medição de cone e placa CP 4°/40 mm, taxa de 10 cisalhamento única de 1/s.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda:

transferir os sólidos poliméricos misturados com água de um tanque de mistura a um tanque de suprimento de gel 15 polimérico (212) antes da formação do gel polimérico.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda:

transferir o tanque de suprimento de gel polimérico (212) para um local de poço em uma plataforma offshore.