BR102014022538A2 - método para tratar uma formação subterrânea, e, fluido de fraturamento - Google Patents

Abstract

método para tratar uma formação subterrânea, e, fluido de fraturamento. as formas de realização descritas referem-se a fluidos e métodos para tratamento de poço, que utilizam nanopartículas. as nanopartículas exemplares são selecionadas do grupo consistido de nanossílica particulada, nanoalumina, óxido de nanozinco, nanoboro, óxido de nanoferro e combinações dos mesmos. as formas de realização também referem-se a métodos de cimentar que incluem o uso de nanopartículas. um método exemplar de cimentação compreende introduzir uma composição de cimento em uma formação subterrânea, em que a composição de cimento compreende cimento, água e uma nanossílica particulada. as formas de realização também referem-se ao uso de nanopartículas em fluidos de perfuração, fluidos de completamento, fluidos de simulação e fluidos de limpeza de poço.

Description

“MÉTODO PARA TRATAR UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA, E, FLUIDO DE FRATURAMENTO” REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido é uma continuação parcial do Pedido de Patente U.S. No. 12/833.189, depositado em 9 de julho de 2010, que é um divisional do Pedido de Patente U.S. No. 12/472.561, depositado em 27 dê maio de 2009 (agora emitido como Patente U.S. No. 7.784.542), que é uma continuação parcial do Pedido de Patente U.S. 12/426.645, depositado em 20 de abril de 2009 (agora emitido como Patente U.S. No. 7.806.183), que é uma continuação parcial do Pedido de Patente U.S. No. 11/747.002, depositado em 10 de maio de 2007 (agora emitido como Patente U.S. No. 7.559.369), cujos inteiros conteúdos são incorpordos aqui por referência.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] As formas de realização exemplares referem-se a composições e métodos de tratamento de poço, utilizando nano-partículas e, mais particularmente, a composições e métodos de cimento de poço utilizando nanossílica particulada.

[0003] Em geral, os tratamentos de poço incluem uma larga variedade de métodos que podem ser realizados em poços de óleo, gás, geotérmicos e/ou de água, tais como métodos de perfuração, completamento e intervenções. Os métodos de perfuração, completamento e intervenções podem incluir mas não são limitados a métodos de perfuração, cimentação, registro, fraturamentò, acidificação, invólucro de cascalho e conformação. Muitos destes tratamentos de poço são projetados para intensificar e/ou facilitar a recuperação de fluidos desejáveis de um poço subterrâneo.

[0004] Nos métodos de cimentação, tais como construção e cimentação corretiva de poço, as composições de cimento são comumente utilizadas. Por exemplo, em construção subterrânea de poço, uma coluna de tubos (p. ex., revestimento e revestimentos internos) podem ser colocados dentro de um furo de poço e cimentados em posição usando-se uma composição de cimento. O processo de cimentação da coluna de tubos em posição é comumente referido como “cimentação primária”. Em um método de cimentação primária típico, uma composição de cimento pode ser bombeada dentro de uma coroa anular entre as paredes do furo de poço e a superfície externa da coluna de tubos disposta dentro dele. A composição de cimento endurece dentro do espaço anular, desse modo formando um revestimento anular de cimento endurecido, substancialmente impermeável, que suporta e posiciona a coluna de tubos dentro do furo de poço e liga a superfície externa da coluna de tubos à formação subterrânea. Entre outras coisas, o revestimento anular do cimento endurecido circundando a coluna de tubos funciona para evitar a migração de fluidos dentro da coroa anular, bem como proteger a coluna de tubos de corrosão. As composições de cimento também podem ser usadas em métodos de cimentação corretiva, tais como cimentação com compressão e a colocação de tampões de cimento.

[0005] Em operação, o revestimento anular de cimento formado entre o furo de poço e a coluna de tubos com frequência sofre falha estrutural devido a movimentos do tubo, o que provoca tensões de cisalhamento sejam exercidas sobre o cimento endurecido. Tais condições de tensão são comumente o resultado de pressões e/ou temperaturas de fluido relativamente elevadas dentro da coluna de tubos cimentada durante teste, perfuração, injeção de fluido ou produção de fluido. Por exemplo, tal tensão pode ocorrer em poços submetidos a recuperação de vapor ou produção de fluidos de formação quentes de formações de elevada temperatura. A pressão e/ou temperatura de tubo internas elevadas podem resultar na expansão da coluna de tubos, tanto radial como longitudinalmente, o que coloca tensões no revestimento de cimento, fazendo com que a ligação de cimento entre as superfícies externas do tubo ou paredes do furo de poço, ou ambas, falhem e, assim, permitem vazamento de fluidos da formação etc. Portanto, pode ser desejável que a composição de cimento utilizada para cimentar colunas de tubo dentro dos furos de poço desenvolva elevada resistência após endurecer e tenha suficiente resiliência (p. ex., elasticidade e ductibilidade) para resistir a perda da ligação do cimento entre as superfícies externas do tubo ou as paredes do furo de poço, ou ambas. Também pode ser desejável para a composição de cimento ser capaz de resistir a fissuração e/ou despedaçamento, que pode resultar de outras forças sobre o revestimento de cimento. Por exemplo, pode ser desejável para o revestimento de cimento incluir características estruturais, que protegem sua integridade estrutural de forças associadas com o deslocamento da formação, pressão de sobrecarga, recalque, deslocamento tectônico, movimentos de tubos, impactos e choques subsequentemente gerados por perfuração e outras operações de poço. Além de incluir componentes que melhoram as propriedades mecânicas do cimento, em numerosos métodos de cimentação, pode também ser desejável incluir um ou mais aceleradores do endurecimento nas composições de cimentação de poço, para neutralizar certos constituintes e/ou característica ambientais que, excessivamente, tomam lentos os tempos de cura. Por exemplo, entre outras coisas, baixas temperaturas e aditivos de cimento (p. ex., aditivos de controle de perda de fluido e dispersantes) podem provocar ou contribuir pra um excessivo tempo de endurecimento para uma composição de cimento. Por conseguinte, em certas situações pode Ser desejável reduzir o tempo de endurecimento pela inclusão de um acelerador de cura na composição de cimento. Isto é, o acelerador de cura pode ser incluído em uma composição de cimento para neutralizar componentes da composição de cimento ou condições circundando a composição de cimento que estão provocando um excessivo tempo de cura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das formas de realização do presente método e não devem ser usados para limitar ou definir o método.

[0007] A Figura representa um exemplo de um sistema para distribuir fluidos de tratamento.

DESCRIÇÃO DE FORMAS DE REALIZAÇÃO ESPECÍFICAS

[0008] As formas de realização exemplares referem-se a composições e métodos de tratamento de poço utilizando nanopartículas e, mais particularmente, a composições e métodos de cimento de poço, utilizando nanossílica particulada.

[0009] Uma forma de realização exemplar das composições de cimento compreende cimento, água e nanossílica particulada. Aqueles de habilidade comum na técnica observarão que as composições de cimento exemplares geralmente devem ter uma densidade adequada para uma aplicação particular. Como exemplo, a composição de cimento pode ter uma densidade na faixa de cerca de 476,8 kilos por metro cúbico (kg/m ) (4 libras por galão (“lb/galão”)) a cerca de 2384 kg/m3 (20 Ib/galão). Em formas de realização exemplares, as composições de cimento podem ter uma densidade na faixa de cerca de 953,6 kg/m3 (8 lb/galão) a cerca de 2026,4 kg/m3 (17 lb/galão). Formas de realização exemplares das composições de cimento podem ser espumadas ou não espumadas ou podem compreender outros meios para reduzir suas densidades, tais como microesferas ocs, contas elásticas de baixa densidade ou outros aditivos redutores de densidade conhecidos na técnica. Aqueles de habilidade comum na técnica, com o benefício desta descrição, reconhecerão a apropriada densidade para uma aplicação particular.

[00010] As formas de realização exemplares das composições de cimento compreendem um cimento. Qualquer um de uma variedade de cimentos adequados para uso em operações de cimentação subterrânea pode ser usado de acordo com formas de realização exemplares. Exemplos adequados incluem cimentos hidráulicos que compreendem cálcio, alumínio, silício, oxigênio e/ou enxofre, que curam e endurecem por reação com água.

Tais cimentos hidráulicos incluem mas não são limitados a cimentos Portland, cimentos pozzolana, cimentos de gesso, cimentos de elevado teor de alumina, cimentos de escória, cimentos de sílica e combinações dos mesmos. Em certas formas de realização, o cimento hidráulico pode compreender um cimento Portland. Os cimentos Portland que podem ser adequados para uso em formas de realização exemplares são classificados como cimentos Classe, C, H e G, de acordo com American Petroleum Institute, APJ Specification for Materials and Testingfor Well Cements, API Specification 10, Quinta Ed., 1 de julho de 990. [00011J A água usada nas formas de realização exemplares das composições de cimento podem ser água doce ou água salgada (p. ex., água contendo um ou mais sais dissolvidos, água do mar, salmouras, água salgada saturada etc.). Em geral, a água pode estar presente em uma quantidade suficiente para formar uma pasta fluida bombeável. Em formas de realização exemplares, a água pode estar presente nas composições de cimento em uma quantidde na faixa de cerca de 33% a cerca de 200% em peso do cimento em uma base seca (“bwoc”). Em formas de realização exemplares, a água pode estar presente em uma quantidade na faixa de cerca de 35% a cerca de 70% bwoc. Em formas de realização exemplares, a água pode estar presente em uma quantidade na faixa de cerca de 35% a cerca de 70% bwoc.

[00012] Além disso, as formas de realização exemplares das composições de cimento compreendem nanossílica. A nanossílica pode ser descrita como nanossílica particulada. Isto é, a nanossílica pode ser particulada por natureza e não, por exemplo, uma sílica coloidal ou uma suspensão de sílica em solução. Na realidade, em uma forma de realização, a nanossílica particulada pode ser adicionada à composição de cimento como um pó de nanossílica seco. Geralmente, a nanossílica particulada pode ser definida como nanossílica tendo um tamanho de partícula menor do que ou igual a cerca de 100 nm. Por exemplo, a nanossílica particulada pode ter um tamanho de partícula na faixa de cerca de 1 nm a cerca de 100 nm (cerca de 1 χ 10'9 m a cerca de 100 x 10‘9 m). Em certas formas de realização exemplares, a nanossílica particulada pode ter um tamanho de partícula menor do que ou igual a cerca de 50 nm. Por exemplo, a nanossílica particulada pode ter um tamanho de partícula na faixa de cerca de 5 nm a cerca de 50 nm. Em outras formas de realização exemplares, a nanossílica particulada pode ter um tamanho de partícula menor d oque ou igual a cerca de 30 nm. Por exemplo, as nanossílicas particuladas podem ter um tamanho de partícula na faixa de cerca de 5 nm a cerca de 30 nm. Entretanto, deve ser citado que a nanossílica particulada pode ser utilizada em combinação com partículas de sílica diferentemente dimensionadas, de acordo com as presentes formas de realização. Por exemplo, um número de partículas de sílica, com tamanhos de partícula maiores do que 100 nm, pode ser incluído em uma composição de cimento, de acordo com as presentes formas de realização.

[00013] Foi agora reconhecido que a nanossílica particulada, utilizada com as presentes formas de realização, que podem incluir dióxido de silício, pode ter um impacto sobre certas características físicas dos cimentes resultantes. Por exemplo, em relação à inclusão de silica coloidal ou maiores partículas de sílica em uma pasta fluida de cimento, a inclusão de nanossílica particulada na pasta fluida de cimento pode prover melhoradas propriedades mecânicas, tai socmo resistência compressiva, resistência à tração, módulo de Young e relação de Poisson. Além disso, a nanossílica particulada pode também ser incluída na composição de cimento como um acelerador de cura para acelerar o tempo de cura da composição de cimento resultante. Por conseguinte, uma composição de cimento de acordo com as presentes formas de realização pode compreender uma quantidade suficiente de nanossílica particulada, para prover as desejadas características em um cimento resultante. Em formas de realização exemplares, a nanossílica particulada pode estar presente na composição de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 1% a cerca de 25% bwoc. Nas formas de realização exemplares, a nanossílica particulada pode estar presente na composição de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 5% a cerca de 15% bwoc.

[00014] Outros aditivos adequados para uso em operações de cimentação subterrânea também podem ser adicionados a formas Ide realização exemplares das composições de cimento. Exemplos de tais aditivos incluem aditivos de retrogressão de resistência, aceleradores de cura, agentes de ponderação, aditivos redutores de peso, aditivos pesados, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtragem, dispersantes, agentes desespumantes e combinações dos mesmos. Exemplos específicos destes e outros aditivos incluem sílica cristalina, sílica amorfa, sais, fibras, argilas hidratáveis, xisto vitrificado, microesferas, cinza fina, cal, látex, aditivos tixotrópicos, combinações dos mesmos e similares. Uma pessoa tendo habilidade comum na técnica, com o benefício desta descrição, será prontamente capaz de determinar o tipo e quantidade do aditivo útil para a aplicação particular e o resultado desejado.

[00015] Como será apreciado por aqueles de habilidade comum na técnica, formas de realização exemplares das composições de cimento podem ser usadas em uma variedade de aplicações subterrâneas, incluindo cimentação primária e corretiva. As formas de realização exemplares das composições de cimento podem ser introduzidas em uma formação subterrânea e permitidas curar ali. As formas de realização exemplares das composições de cimento podem compreender cimento, água e a nanossílica particulada. Como exemplo, em formas de realização de cimentação primária exemplares, uma composição de cimento pode ser introduzida em um espaço entre uma formação subterrânea e uma coluna de tubos localizada na formação subterrânea. A composição de cimento pode ser permitida curar para formar uma massa endurecida no espaço entre a formação subterrânea e a coluna de tubos. Além disso, nas formas de realização de cimentação corretiva exemplares, uma composição de cimento pode ser usada, por exemplo, em operações de cimentação com compressão ou na colocação de tampões de cimento. Um ou mais hidrocarbonetos (p. ex., óleo, gás etc.) podem ser produzidos de um furo de poço penetrando na formação subterrânea.

[00016] Embora a discussão precedente seja dirigida ao uso de nanossílica particulada, aqueles de habilidade comum na técnica também apreciarão que pode ser desejável utilizarem-se outros tipos de nanopartícuias, de acordo com formas de realização. Exemplos de tais nanopartí cuias incluem nanoalumina, óxido de nano-zinco, nanoboro, óxido de nanoferro e combinações dos mesmos. Em certas formas de realização exemplares, as nanopartículas podem ser particuladas por natureza e não, por exemplo, unia nanossílica particulada coloidal ou uma suspensão da nanopartícula em solução. Além disso, embora a discussão precedente seja dirigida ao uso de nanossílica particulada em métodos de cimentação de poço, aqueles de habilidade comum na técnica apreciarão que a presente técnica também abrange o uso de nanopartículas em qualquer uma de uma variedade de diferentes tratamentos subterrâneos. Por exemplo, as nanopartículas podem ser incluídas em qualquer um de numerosos fluidos de tratamento de poço que podem ser usados em tratamentos subterrâneos, incluindo fluidos de perfuração, fluidos de completamento, fluidos de estimulação e fluidos de limpeza de poço. De acordo com outra forma de realização, as nanopartículas podem ser incluídas como estruturante em um fluido de tratamento de poço. Por exemplo, um fluido de tratamento de poço contendo as nanopartículas pode ser introduzido em uma formação subterrânea em ou acima de uma pressão suficiente para criar ou intensificar fraturas na formação subterrânea. Intensificar uma fratura inclui alargar uma fratura pré-existente na formação. Pelo menos uma parte das nanopartículas pode ser depositada na uma ou mais fraturas, de modo que as fraturas sejam impedidas de fechar totalmente quando da liberação da pressão, formando canais condutivos através dos quais fluidos fluam para o (ou do) furo de poço.

[00017] Com respeito a fluidos de fraturam en to, destes fluidos são comumente viscosificados, gelados e/ou reticulados. A função do fluido de fraturamento é usada para aplicar pressão às rochas da formação em tomo do poço, até uma pressão pela qual a formação seja fraturada. Uma função essencial destes fluidos é ser capaz de suspender um estruturante e, especialmente, transportar este estruturante sem sedimentar na fratura criada pelo fluido. Mais uma vez a reologia, especialmente a chamada propriedade de “suspensão”, e a estabilidade destes fluidos é de primeira importância, bem como a propriedade de controle de perda de fluido.

[00018] Além do uso de nanopartícuias sem encapsulação, as formas de realização podem incluir encapsulação das nanopartículas, para facilitar o transporte e incorporção das nanopartículas em fluidos de tratamento de poço (p. ex., composições de cimento). Especificamente, a encapsulação das nanopartículas, de acordo com as presentes formas de realização, pode incluir as nanopartículas dentro de um revestimento externo ou recipiente em forma particulada. Métodos exemplares de encapsulação são expostos nas Patentes U.S. Nos. 5.373.901; 6.444.316; 6.527.051; 6.554.071; 7.156.174; e 7.204.312, cujas descrições pertinentes são incorporadas aqui por referência.

[00019] Vários tipos de encapsulação podem ser empregados, de modo que as nanopartículas (p. ex. a nanossílica partícula) sejam contidas porém retenham sua natureza particulada e, assim, retenham seu correspondente impacto nas propriedades físicas das pastas fluidas de cimento. Por exemplo, as nanopartículas podem ser encapsuladas dentro de um saco, cápsula, camada, revestimento ou similar. Além disso, o material utilizado para encapsular as nanopartículas pode ser selecionado para facilitar o transporte e/ou incorporação das nanopartículas em um fluido de tratamento de poço. Por exemplo, para facilitar o manuseio das nanopartículas e/ou facilitar a liberação regulada das nanopartículas, o material de encapsulação pode ser degradável. Isto pode facilitar o manuseio das nanopartícuias permitindo a inclusão de nanopartículas encapsuladas em um fluido de tratamento de poço sem requerer que as nanopartículas sejam primeiro removidas do material de encapsulação. Além disso, o material de encapsulação pode ser projetado para degradar em uma certa taxa quando em contato com certos materiais (p. ex., água), de modo que as nanopartículas sejam liberadas dentro do fluido de tratamento de poço em um tempo desejado. Materiais dissolvíveis em água exemplares, que podem ser utilizados para encapsular as nanopartículas são descritos nas Patentes U.S. Nos. 4.961.790 e 5.783.541, cujas descrições pertinentes são incorporadas aqui por referência.

[00020] De acordo com fonnas de realização exemplares, as composições de cimento podem utilizar uma fração volumétrica de invólucro adequada para uma aplicação particular, como desejado. Como aqui usada, a expressão “fração volumétrica de invólucro” refere-se ao volume dos materiais particulados em um fluido dividido pelo volume total do fluido. As faixas de tamanho dos materiais particulados preferidos são selecionadas, bem como suas respectivas proporções, a fim de prover uma fração volumétrica de invólucro maximizada, de modo que o fluido esteja em um estado de sedimentação impedido. É sabido que, em um tal estado, os materiais particulados comportam-se “coletivamente” como um material sólido poroso. O estado de sedimentação impedida acredita-se corresponder, na prática, a uma concentração de material sólido muito mais elevada no fluido do que aquela presente em algumas composições de cimento tradicionais.

[00021] As presentes formas de realização podem incluir uma combinação de pelo menos três detalhes para obter uma fração volumétrica de invólucro máxima. Um é o uso de pelo menos três materiais particulados, em que pelo menos três materiais particulados estão em faixas de tamanho “desunidas” entre si. Em algumas formas de realização, cada uma dos três materiais particulados pode incluir um diferente tamanho de partícula, selecionado das seguintes faixas: cerca de 7 nm a cerca de 50 nm, cerca de 0,05 mícrons a cerca de 0,5 mícrons, 0,5 mícrons a cerca de 10 mícrons, cerca de 10 mícrons a cerca de 20 mícrons, cerca de 20 mícrons a cerca de 200 mícrons, cerca de 200 mícrons a cerca de 800 mícrons e maior do que 1 milímetro. Por exemplo, um primeiro material particulado pode incluir partículas dimensionadas de cerca de 7 nm a cerca de 50 nm, um segundo material particulado pode incluir partículas dimensionadas de cerca de 0,05 mícrons a cerca de 0,5 mícrons e um terceiro material particulado pode incluir partículas dimensionadas de cerca de 10 mícrons a cerca de 20 mícrons. De acordo com as presentes formas de realização, o primeiro material particulado inclui pelo menosum de nanossílica, nanoalumina, óxido de nanozinco, nanoboro, óxido de nanoferro ou sus combinações. Outro detalhe das presentes formas de realização pode incluir a escolha das proporções dos materiais triparticulado, em relação à mistura, de modo que o fluido, quandomisturado, está em um estado de sedimentação impedido. Outro detalhe pode incluir a escolha das proporções dos materiais triparticulados entre si e de acordo com suas respectivas faixas de tamanho, de modo que a fração volumétrica de invólucro máxima seja pelo menos substancialmente obtida para o total da soma de todos os materiais particulados do sistema fluido. A fração volumétrica de invólucro é descrita mais detalhadamente nas Patentes dos Estados Unidos Nos. 5.518.996 e 7.213.646, cujas partes relevantes são incorporadas aqui por referência.

[00022] Em várias formas de realização, são descritos sistemas configurados para distribuir os fluidos de tratamento descritos aqui a um local de furo abaixo. Em várias formas de realização, os sistemas podem compreender uma bomba fluidicamente acoplada a um tubular, o tubular contendo um fluido de tratamento compreeendendo um estruturante compreendendo nanoparticulados.

[00023] A bomba pode ser uma bomba de alta pressão em algumas formas de realização. Como aqui usada, a expressão “bomba de alta pressão” referir-se-á a uma bomba que é capaz de distribuir um fluido no furo abaixo em uma pressão de cerca de 6,89 MPa (1000 psi) ou maior. Uma bomba de alta pressão pode ser usada quando for desejado introduzir o fluido de tratamento em uma formação subterrânea no ou acima de um gradiente de fratura da formação subterrânea, porém pode também ser usada em casos em que a fratura não é desejada. Em algumas formas de realização, a bomba de alta pressão pode ser capaz de fluidicamente transportar matéria particulada, tal como particulados estruturantes, para dentro da formação subterrânea. Bombas de alta pressão adequadas serão conhecidas de uma pessoa tendo habilidade comum na técnica e podem incluir mas não são limitadas a bombas de pistão flutuante e bombas de deslocamento positivo.

[00024] Em outras formas de realização, a bomba pode ser uma bomba de baixa pressão. Como aqui usada, a expressão “bomba de baixa pressão” referir-se-á a uma bomba que opera em uma pressão de cerca de 6,89 MPa (1000 psi) ou menos. Em alguns formas de realização, uma bomba de baixa pressão pode ser fluidicamente acoplada a uma bomba de alta pressão que é íluidicmente acoplada ao tubular. Isto é, em tais formas de realização, a bomba de baixa pressão pode ser configurada para transportar o fluido de tratamento para a bomba de alta pressão. Em tais formas de realização, a bomba de baixa pressão pode “elevar” a pressão do fluido de tratamento antes de ela alcançar a bomba de alta pressão.

[00025] Em algumas formas de realização, os sistemas descritos aqui podem ainda compreender um tanque de mistura que está a montante da bomba e em que o fluido de tratamento é formulado. Em várias formas de realização, a bomba (p. ex., uma bomba de baixa pressão, uma bomba de alta pressão ou uma combinação delas) pode transporter o fluido de tratamento do tanque de mistura ou outra fonte do fluido de tratamento para o tubular. Em outras formas de realização, entretanto, o fluido de tratamento pode ser fomulado fora do local e transportado para um local de trabalho, em cujo caso o fluido de tratamento pode ser introduzido no tubular via a bomba, diretamente de seu contêiner de embarque (p. ex., um caminhão, um vagão, uma barcaça ou similar) ou de uma linha de tubos de transporte. Em qualquer caso, o fluido de tratamento pode ser puxado para dentro da bomba, elevado para uma pressão apropriada e então introduzido para dentro do tubular para fornecimento de furo abaixo.

[00026] A FIGURA mostra um esquemático ilustrativo de um sistema que pode suprir fluidos de tratamento da presente invenção para um local de furo abaixo, de acordo com uma ou mais formas de realização. Deve ser observado que, enquanto a FIGURA genericamente representa um sistema baseado em terra, deve ser reconhecido que sistemas semelhantes podem ser operados em locais submarinos também. Como representado na FIGURA, o sistema 1 pode incluir tanque de mistura 10, em que um fluido de tratamento da presente invenção pode ser formulado. O fluido de tratamento pode ser transportado via linha 12 para a cabeça de poço 14, onde o fluido de tratamento entra no tubular 16, o tubular 16 estendendo-se da cabeça de poço 14 para dentro da formação subterrânea 18. Ao ser injetado pelo tubular 16, o fluido de tratamento pode subsequentemente penetrar na formação subterrânea 18. A bomba 20 pode ser configurada para elevar a pressão do fluido de tratamento para um grau desejado, antes de sua introdução dentro do tubular 16. Deve ser reconhecido que o sistema 11 é meramente exemplar por natureza e vários componentes adicionais podem estar presentes que não foram necessariamente representados na FIGURA, no interesse da clareza. Componentes adicionais não limitantes que podem estar presentes incluem mas não são limitados a tremonhas de suprimento, válvulas, condensadores, adaptadores, juntas, calibres, sensores, compressores, controladores de pressão, sensores de pressão, controladores de vazão, sensores de vazão, sensores de temperatura etc.

[00027] Embora não representado na FIGURA, o fluido de tratamento pode, em algumas formas de realização, escoar de volta para a cabeça de poço 14 e deixar a formação subterrânea 18. Em algumas formas de realização, o fluido de tratamento que escoou de volta para a cabeça de poço 14 pode subsequentemente ser recuperado e recirculado para a formação subterrânea 18.

[00028] Deve também ser reconhecido que os fluidos de tratamento descritos podem também direta ou indiretamente afetar os vários equipamentos e ferramentas de furo abaixo que podem entrar em contato com os fluidos de tratamento durante a operação. Tais equipamentos e ferramentas podem incluir mas não são limitadas a revestimento de furo de poço, revestimento interno de furo de poço, coluna de completamento, colunas de inserção, coluna de perfuração, tubulação bobinada, cabo de deslizamento, cabo de perfuração, tubo de perfuração, colares de perfuração, motores de lama, motores de furo abaixo e/ou bombas, motores e/ou bombas montados na superfície, centralizadores, turbolizadores, raspadores, flutuantes (p. ex., sapatas, colares, válvula etc.), ferramentas de registro e equipamento de telemetria relacionados, atuadores (p. ex., dispositivos eletromecânicos, dispositivos hidromecânicos etc.), luvas deslizantes, luvas de produção, tampões, telas, filtros, dispositivos de controle de fluxo (p. ex., dispositivos de controle de influxo, dispositivos de controle de influxo autônomos, dispositivos de controle de efluxo etc.), acoplamentos (p. ex., conexão úmida, conexão seca eletro-hidráulicas, acoplador indutivo etc.), linhas de controle (p. ex., elétrica, fibra-óptica, hidráulica etc.), linhas de vigilância, brocas e alargadores, sensores ou sensores distribuídos, trocadores de calor de furo abaixo, válvulas e correspondentes dispositivos de acionamento, vedações de ferramenta, obturadores, tampões de cimento, tampões ponte e outros dispositivos ou componentes de isolamento de furo de poço, etc. Qualquer um destes componentes pode ser incluído nos sistemas genericamente descritos acima e representados na FIGURA.

[00029] Para facilitar um melhor entendimento da presente técnica, os seguintes exemplos de algumas formas de realização específicas são dados. De forma alguma devem os seguintes exemplos ser considerados limitar ou definir o escopo da invenção. EXEMPLO 1 [00030] Cinco diferentes pastas fluidas de cimento (isto é, pasta fluida A, pasta fluida B, pasta fluida C, pasta fluida D e pasta fluida E) foram preparadas. As pastas fluidas e cimentos de cura resultantes foram então tetados pra determinar os tempos de cura ou espessamento e outras propriedades físicas de cada uma das cinco diferentes pastas fluidas. Corrio exposto abaixo, os respectivos resultados de teste para as cinco diferentes pastas fluidas demonstram que a inclusão de nanossílica particulada na pasta fluida reduz o tempo de cura e intensifica a resistência do cimento resultante em relação a cimentos resultantes da inclusão dos outros componentes de sílica que foram testados.

[00031] As pastas fluidas A, B, C e D foram preparadas por união seca de componentes secos com cimento antes da adição de água, para formar a respectiva pasta fluida. A pasta fluida E foi preparada por união seca de componentes secos com cimento antes de adicionar água e então adicionando-se sílica coloidal para formar a respectiva pasta fluida. Além disso, cada uma das cinco pastas fluidas incluíram um diferente tipo de sílica. Duas das cinco pastas fluidas incluíram nanossílica particulada, de acordo com as presentes formas de realização, e as outras três incluíram sílica em diferentes formas e tamanhos (p. ex., sílica e mícronssílica coloidais). Embora a sílica incluída em cada uma das cinco pastas fluidas fosse diferente, os outros componentes utilizados em cada uma das cinco pastas fluidas foram similares. Especificamente, em adição a um tipo específico de sílica, cada uma das cinco pastas fluidas incluiu 100% bwoc de cimento Classe G, 0,5% bwoc de um retardador e suficiente água para tomar a densidade da pasta fluida aproximadamente 1430 kg/m3 (12,00 lb/galão). O retardador específico utilizado nas pastas fluidas foi retardador de cimento HR-5, que é um lignossulfonato sulfometilado. Deve ser observado que o retardador de cimento HR5 é disponível na Halliburton Energy Services, Inc. e é descrito na Patente U.S. No. RE31.190.

[00032] Como exposto acima, cada uma das cinco pastas fluidas incluiu umdiferente tipo de sílica e suficiente água para fazer a pasta fluida Λ resultante ter uma densidade de 1430 kg/m (12,00 lb/galão). As pastas fluidas A e B incluíram nanossílica particulada, de acordo com as presentes formas de realização, e 0,05 m3/saco (15,36 gal/sk) de água. Especificamente, a pasta fluida A incluiu 15% bwoc de nanossílica particulada, tendo um tamanho de partícula de aproximadamente 30 nm, e a pasta fluida B incluiu nanossílica particulada tendo um tamanho de partícula de aproximadamente 30 nm, e a pasta fluida B incluiu nanossílica particulada tendo um tamanho de partícula de aproximadamente 10 nm. A pasta fluida C incluiu 15% bwoc de aditivo de cimento SILICALITE e 0,05 m3/saco (15,68 gal/sk) de água. Aditivo de cimento SILICALITE (compactado), que é disponível na Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma, é uma sílica amorfa genericamente dimensionada em uma faixa de cerca dc 2,5 mícrons a ccrca de 50 mícrons. A pasta fluida D incluiu 15% bwoc de aditivo de cimento M1CROSAND e 0,059 m3/saco (15,77 gal/sk) de água. O aditivo de cimento MICROSAND, que é disponível na Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma, é uma sílica cristalina moída a uma distribuição de tamanho de partícula substancialmente uniforme, de aproximadamente 5 a 10 o mícrons. A pasta fluida E incluiu 0,019 m /saco (5,12 gal/sk) de aditivo de cimento leve GasCon 469™ e 0,041 m3/saco (10,9 gal/sk) de água. O aditivo de cimento leve GASCON 469 é disponível na Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, Oklahoma e pode ser definido como uma suspensão de ácido silícico coloidal, contendo partículas de ácieo silícico suspensas, genericamente tendo um tamanho de partícula menor do que cerca de 20 nm.

[00033] Após as cinco pastas fluidas serem preparadas, os testes foram realizados para determinar várias características físicas associadas com |a inclusão dos diferentes componentes de sílica, em cada uma das composições de cimento associadas. Um destes testes foi realizado para medir um tempo de espessamento associado com cada uma das cinco pastas fluidas. Especificamente, o tempo de espessamento total (TTT) associado com cada pasta fluida de cimento foi determinado realizando-se um teste de tempo de espessamento, de acordo com API Recommended Practice 10, API Specification for Materials and Testing for Well Cements. A medição do ITT para cada pasta fluida foi baseada na respectiva pasta fluida alcançando uma consistência de 70 unidades Bearden (Bc) a 26,66°C (80°F). Os resultados destas medições são dados para cada uma das cinco pastas fluidas na Tabela 1 abaixo.

[00034] Testes adicionais foram realizados nas pastas fluidas de cimento, para determinar as propriedades de resistência-força (p. ex., resistência compressiva, resistência de ligação-cisalhamento e resitência à tração) para cada uma das pastas fluidas. Cada um dos testes de propriedade de resistência-força foi realizado nas respectivas pastas fluidas de cimento em uma temperatura de 26,66°C (80°F) e após as pastas fluidas terem curadfo por 72 horas. Os testes de propriedade de resistência-força incluíram testes de resistência ultrassônica não destrutiva e destrutiva, um teste de resistência compressiva, um teste de ligação de cisalhamento e um teste de resistência à tração. Os testes de analisador ultrasônico não destrutivo e destrutivo foram conduzidos utilizando-se um analisador de cimento ultrassônico UCA, para determinar um valor UCA72 h e um valor UCAesrnagamento, respectivamente. Os testes de resistência compressiva e testes de analisador UCA foram realizados de acordo com API Recommended Practice 10B. Além disso, os testes de ligação-cisalhamento e resistência-tração-Brasileiro foram realizados pra determinar os valores de resistência ao cisalhamento e resistência à tração, respectivamente, para as diferentes composições de cimento. Os testes de resistência-ligação-cisalhamento foram realizados como descrito em SPE 764 intitulado “A Study of Cement — Pipe Bonding” por L. G. Carter e G. W. Evans. Os testes de resistência-tração-Brasileiros foram realizados de acordo com ASTM C496-96. Os resultados dos testes realizados em cada uma das cinco composições são mostrados na Tabela 1 abaixo. TABELA 1 EXEMPLO 2 [00035] Amostras das pastas fluidas A, C, D e E discutidas acima foram também testadas para determinar várias propriedades físicas adicionais, associadas com os resultantes cimentos curados e para confirmar diferenças relativas demonstradas acima. Embora diferentes instrumentos e ajustes de calibração fossem usados no teste adicional das pastas fluidas, os dados de teste indicam que as diferenças relativas entre as diferentes pastas fluidas são similares àquelas diferenças ilustradas no Exemplo 1. Na realidade, como indicado acima no Exemplo 1, os respectivos resultados de teste do Exemplo 2, para os cinco diferentes cimentos, demonstraram que a inclusão de nanossílica particulada na composição de cimento intensifica a resistência do cimento resultante relativa aos cimentos resultantes da inclusão dos outros componentes de sílica que foram testados.

[00036] Três amostras para cada uma das três pastas fluidas de cimento convencionais (pasta Fluida C, pasta Fluida D e pasta Fluida E) e quatro amostras de pasta fluida A foram testadas para determinar a resistência compressiva, o módulo de Young e a relação de Poisson. Os testes de resistência compressiva foram realizados de acordo com a API Specifícation 10. Deve ser observado que as medições de resistência compressiva no Exemplo 1 são diferentes daquelas do Exemplo 1 porque diferente equipamento e diferentes calibrações foram utilizados. Entretanto, as diferenças relativas entre resistências compressivas para cada uma das cinco pastas fluidas são similares. O módulo de Young e a relação de Poisson foram estaticamente determinados por meio de teste de compressão, usando-se uma estrutura de carga. O módulo de Young ou módulo de elasticidade para cada amostra foi obtido tomando-se uma relação de um esforço de tensão simples, aplicado em cada amostra para uma deformação resultante, paralela à tensão daquela amostra. A relação de Poisson para cada amostra foi determinada calculando-se um relação da deformação transversal para um correspondente deformação axial, resultnte da tensão axial uniformemente distribuída em baixo de um limite proporcional de cada amostra. Os valores determinados para as três amostras de cada uma das cinco diferentes pastas fluidas de cimento são dados abaixo na Tabela 2. TABELA 2 [00037] As formas de realização particulares descritas acima são somente ilustrativas, visto que as formas de realização exemplres podem ser susceptíveis de várias modificações e formas alternativas. Entretanto, deve ser entendido que as formas de realização não são destinadas a serem limitadas às formas de realização particulares descritas. Sem dúvida, as formas de realização cobrem todas as modificações, equivalentes e alternativas situando-se no escopo e espírito da presente invenção, como definida pelas reivindicações anexas a seguir. Além disso, cada faixa de valores (da forma “de cerca de a a cerca de b” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a para b ” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) descrita na presente Descrição de Formas de Realização Especificas é para ser entendida como referindo-se ao conjunto de força (o conjunto de todos os subconjuntos) da respectiva faixa de valores, e estabelecida para cada faixa abrangida dentro da mais ampla faixa de valor.

REIVINDICAÇÕES

Claims (21)

1. Método para tratar uma formação subterrânea, caracterizado pelo fato de que compreende: introduzir na formação subterrânea um fluido de tratamento em ou em cima de uma pressão suficiente para criar ou intensificar uma ou mais fraturas na formação subterrânea, em que pelo menos uma parte do fluido de tratamento contém um estruturante compreendendo nanopartículas; e depositar pelo menos uma parte das nanopartículas em uma ou mais fraturas, em que as fraturas são evitadas de fechar totalmente quando da liberação da pressão.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fraturas formam canais condutivos, através dos quais os fluidos podem escoar.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas compreendem nanossílica.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas compreendem uma nanossílica particulada.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estruturante compreende uma união particulada de pelo menos partículas menores do que 0,5 mícrons e particulados maiores do que 1 milímetro.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os nanoparticulados têm um tamanho de partícula menor do que ou igual a cerca de 100 nm.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os nanoparticulados têm um tamanho de partícula na faixa de cerca de 1 nm a cerca de 100 nm.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os nanoparticulados são revestidos.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os nanoparticulados são selecionados do grupo consistindo de nanoalumínio, óxido de nanozinco, nanoboro, nanoóxido de ferro e combinações dos mesmos.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda produirum ou mais hidrocarbonetos de um furo de poço penetrando na formação subterrânea.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de tratamento compreende pelo menos um membro selecionado do grupo consistindo de um agente de geleificação e um agente de reticulação.

12. Fluido de fraturamento, caracterizado pelo fato de que compreende um estruturante nanodimensionado.

13. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado evita que fraturas em uma formação subterrânea feche totalmente quando da liberação da pressão dela.

14. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado tem um tamanho de partícula menor do que ou igual a cerca de 100 nm.

15. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado tem um tamanho de partícula na faixa de cerca de 1 nm a cerca de 100 nm.

16. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado é revestido.

17. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado compreende nanossílica.

18. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado compreende uma nanossílica particulada.

19. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estruturante nanodimensionado é selecionádo do grupo consistindo de nanoalumínio, óxido de nanozinco, nanoboro, nanoóxido de ferro e combinações dos mesmos.

20. Fluido de fraturamento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluido de fraturamento compreende pelo menos um membro selecionado do grupo consistindo de um agente de geleificação e um agente de reticulação.

21. Método para tratar uma formação subterrânea, caracterizado pelo fato de que compreende: introduzir na formação subterrânea um fluido de tratamento compreendendo materiais particulados, os materiais particulados compreendendo um particulado tendo um tamanho de partícula menor do que ou igual a cerca de 100 nm; e determinar uma fração de volume de empcotamento para os materiais particulados do fluido de tratamento.