BR112014015091B1 - METHOD OF TREATMENT OF AN UNDERGROUND HYDROCARBIDE RESERVOIR, SAMPLE TAKEN FROM AN UNDERGROUND HYDROCARBIDE RESERVOIR, UNDERGROUND HYDROCARBIDE RESERVOIR AND COMPOSITION TO TREAT THE UNDERGROUND HYDROCARBIDE RESERVOIR - Google Patents

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Karen Kozielski
Khoa Pham
Ghaithan A Al-Muntasheri
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Abstract

método e composição para o tratamento de um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto, amostra retirada de um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto e reservatório subterrâneo de hidrocarboneto a presente invenção refere-se à modificação das características de reservatórios de carbonato que produzem óleo/ou gás. especificamente, é descrito aqui um método de tratamento de um reservatório subterrâneo compreendendo um substrato contendo carbonato, uma composição para tratar o reservatório subterrâneo de hidrocarboneto compreendendo um substrato contendo carbonato, uma amostra retirada de um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto compreendendo um substrato contendo carbonato e a composição de tratamento, e um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto compreendendo um substrato contendo carbonato e a composição de tratamento.method and composition for treating an underground hydrocarbon reservoir, sample taken from an underground hydrocarbon reservoir and underground hydrocarbon reservoir The present invention relates to modifying the characteristics of carbonate reservoirs that produce oil/or gas. specifically, described herein is a method of treating an underground reservoir comprising a carbonate-containing substrate, a composition for treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, a sample taken from an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, and the treatment composition, and an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate and the treatment composition.

Description

Campo da InvençãoField of Invention

[001] A presente invenção refere-se à modificação das características de reservatório de carbonato produtor de petróleo e/ou gás.[001] The present invention relates to the modification of the characteristics of an oil and/or gas producing carbonate reservoir.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

[002] A referência a qualquer técnica anterior no presente relatório não é e não deve ser considerada uma confirmação ou qualquer forma de sugestão de que esta técnica anterior faça parte do conhecimento geral comum na Austrália ou qualquer outra jurisdição ou de que esta técnica anterior poderia ser razoavelmente determinada, entendida e considerada relevante por uma pessoa versada na técnica.[002] Reference to any prior art in this report is not and should not be considered a confirmation or any form of suggestion that this prior art forms part of common general knowledge in Australia or any other jurisdiction or that this prior art could be reasonably determined, understood and considered relevant by a person skilled in the art.

[003] Há uma necessidade de modificar as características de reservatórios que produzem petróleo e/ou gás para prover um ambiente de produção mais favorável. A modificação das características de um reservatório pode intensificar a produção de petróleo e/ou gás ou melhorar os problemas com a produção de água que surge como resultado da extração de petróleo e/ou gás.[003] There is a need to modify the characteristics of reservoirs that produce oil and/or gas to provide a more favorable production environment. Changing the characteristics of a reservoir can intensify oil and/or gas production or ameliorate the problems with water production that arise as a result of oil and/or gas extraction.

[004] Sabe-se que o ambiente interno de um reservatório pode ser alterado através da inclusão de composições que compreendem agentes modificadores de superfície tais como os macromoléculas/polímeros orgânicos. Estes podem ser usados para alterar as propriedades físicas do ambiente do reservatório interno. Uma das considerações principais é a ancoragem ou ligação da macromolécula/polímero orgânico a uma superfície dentro do reservatório. Em muitos casos, o macromolécula/polímero orgânico é um composto de organossilício.[004] It is known that the internal environment of a reservoir can be changed through the inclusion of compositions that comprise surface modifying agents such as macromolecules / organic polymers. These can be used to alter the physical properties of the inner reservoir environment. One of the main considerations is the anchoring or bonding of the macromolecule/organic polymer to a surface within the reservoir. In many cases, the macromolecule/organic polymer is an organosilicon compound.

[005] Sabe-se que os compostos de organossilício se ligam fortemente às superfícies de silicato. Isto torna seu uso particularmente bem-ajustado aos reservatórios que compreendem um grande componente de silicato tal como argila, feldspato, arenito, ou outras superfícies minerais de silicato. A publicação de patente US 2007/0039732 (para Dawson et al.) e a publicação de patente US 2011/0114314 (para Wang et al.) discutem o uso de composições de macromoléculas que podem compreender os compostos de organossilício para a recuperação de hidrocarboneto em um reservatório.[005] It is known that organosilicon compounds bind strongly to silicate surfaces. This makes their use particularly well suited to reservoirs comprising a large silicate component such as clay, feldspar, sandstone, or other silicate mineral surfaces. US patent publication 2007/0039732 (to Dawson et al.) and US patent publication 2011/0114314 (to Wang et al.) discuss the use of macromolecule compositions that can comprise organosilicon compounds for hydrocarbon recovery in a reservoir.

[006] A publicação da patente US 2007/0039732 é direcionada à provisão de um método para a recuperação intensificada de hidrocarbonetos de uma formação subterrânea usando um modificador de permeabilidade relativa (RPM) que pode ser uma macromolécula ou microgel. Neste método, composição aquosa compreendendo o RPM é introduzida em um poço injetor. Espera-se que o RPM seja adsorvido dentro do poço melhorando, assim, a extração de hidrocarbonetos ao impedir a produção de água ou limitar o movimento da água através de materiais de formação de reservatório permeáveis. Este documento revela que o RPM pode ser um composto de organossilício, uma vez que estes compostos fornecem ainda ligação ao material de substrato contendo silicatos incluindo quartzo, argila, chert, xisto, silte, zeólito ou combinações dos mesmos.[006] The patent publication US 2007/0039732 is directed to the provision of a method for the enhanced recovery of hydrocarbons from an underground formation using a relative permeability modifier (RPM) which can be a macromolecule or microgel. In this method, an aqueous composition comprising the RPM is introduced into an injector well. The RPM is expected to be adsorbed within the well, thus improving hydrocarbon extraction by preventing water production or limiting water movement through permeable reservoir formation materials. This document discloses that the RPM can be an organosilicon compound, as these compounds further provide binding to silicate-containing substrate material including quartz, clay, chert, shale, silt, zeolite or combinations thereof.

[007] A publicação da patente US 2011/0114314 é direcionada no sentido de proporcionar um método para a redução do fluxo de água indesejada em um reservatório subterrâneo. Isto é alcançado por meio de gelificação e/ou polimerização de um silicato solúvel com um ativador e de um composto de organossilano hidrolisável, tal como formando assim uma rede de silanóis. Os silanóis reagem com as superfícies siliciosas na rocha para ligar covalentemente à rede para as superfícies de formação. Os silanóis também interagem com o silicato de sódio, e ligam os mesmos uns aos outros e às superfícies da formação subterrânea. Isto resulta na formação de uma camada de gel. Isto é, o silicato de sódio e silanóis efetivamente formam um tampão para parar ou reduzir o fluxo de água através da formação subterrânea. Como com o documento US 2007/0039732, a aplicação deste método é limitada às formações contendo silicato.[007] The patent publication US 2011/0114314 is directed towards providing a method for reducing the flow of unwanted water in an underground reservoir. This is achieved by gelling and/or polymerizing a soluble silicate with an activator and a hydrolyzable organosilane compound, such as thereby forming a network of silanols. Silanols react with the siliceous surfaces in the rock to covalently bond the network to the formation surfaces. Silanols also interact with sodium silicate, and bind them to each other and to the surfaces of the underground formation. This results in the formation of a gel layer. That is, the sodium silicate and silanols effectively form a buffer to stop or reduce the flow of water through the underground formation. As with US 2007/0039732, the application of this method is limited to silicate-containing formations.

[008] A técnica anterior é direcionada aos métodos de melhoria da produção de hidrocarbonetos na formação subterrânea, em que a formação é principalmente silicioso através da utilização de moléculas que incluem organossilanos. No entanto, a aplicação de organossilícios é geralmente restrita a reservatórios compreendendo superfícies siliciosas. Em vista do que foi dito anteriormente, é evidente que existe uma necessidade de desenvolver um mecanismo para modificar as características de um reservatório que não é de natureza siliciosa.[008] The prior art is directed to methods of improving the production of hydrocarbons in underground formation, in which the formation is primarily siliceous through the use of molecules that include organosilanes. However, the application of organosilicon is generally restricted to reservoirs comprising siliceous surfaces. In view of the above, it is evident that there is a need to develop a mechanism to modify the characteristics of a reservoir that is not siliceous in nature.

[009] É um objetivo da invenção para melhorar pelo menos alguns dos problemas acima mencionados.[009] It is an object of the invention to improve at least some of the aforementioned problems.

[010] Como usado aqui, exceto onde o contexto exige o contrário, o termo “compreender” e as variações do termo, tais como "compreendendo", “compreende” e “compreendeu” não são destinadas a excluir outros aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.[010] As used herein, except where the context requires otherwise, the term "comprise" and variations of the term such as "comprising", "comprises" and "understood" are not intended to exclude other additives, components, numbers integers or steps.

Sumário da InvençãoInvention Summary

[011] É desejável desenvolver um meio para melhorar a produção de hidrocarbonetos no reservatório carbonáceo (isto é contendo carbonato). Assim, a presente invenção é direcionada para proporcionar um método de tratamento de um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo compreendendo a substrato contendo carbonato. Amplamente, o método compreende a etapa de adicionar uma quantidade de um silicato ou de uma molécula contendo silicato ao reservatório para interagir quimicamente com uma superfície de carbonato do substrato contendo carbonato dentro do reservatório.[011] It is desirable to develop a means to improve the production of hydrocarbons in the carbonaceous reservoir (ie containing carbonate). Thus, the present invention is directed to providing a method of treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate. Broadly, the method comprises the step of adding an amount of a silicate or silicate-containing molecule to the reservoir to chemically interact with a carbonate surface of the carbonate-containing substrate within the reservoir.

[012] Em um aspecto da invenção, é provido um método de tratamento de um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo compreendendo um substrato contendo carbonato, o método compreendendo: a adição de uma quantidade de um silicato ou uma molécula contendo silicato ao reservatório para interagir quimicamente com uma superfície de carbonato do substrato contendo carbonato; em que o silicato é adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0% e até 8% em peso/volume.[012] In one aspect of the invention, there is provided a method of treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, the method comprising: adding an amount of a silicate or a silicate-containing molecule to the reservoir to chemically interact with a carbonate surface of the carbonate-containing substrate; wherein silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0% and up to 8% by weight/volume.

[013] Em outro aspecto da invenção, é provida uma amostra feita a partir de um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo, a amostra compreendendo: um substrato contendo carbonato que tem uma camada de silicato ou uma molécula contendo silicato que interagiu quimicamente com pelo menos uma porção de uma superfície do substrato contendo carbonato.[013] In another aspect of the invention, a sample made from an underground hydrocarbon reservoir is provided, the sample comprising: a carbonate-containing substrate that has a silicate layer or a silicate-containing molecule that has chemically interacted with at least one portion of a surface of the carbonate-containing substrate.

[014] A presença de um silicato na camada de superfície de base é evidenciada pela concentração de sílica sendo mais elevada na superfície do substrato em comparação com a concentração de sílica do volume da amostra.[014] The presence of a silicate in the base surface layer is evidenced by the silica concentration being higher on the substrate surface compared to the silica concentration of the sample volume.

[015] O silicato pode ser determinado usando qualquer técnica adequada disponível para um versado na técnica, incluindo as técnicas espectroscópicas e de raios X (por exemplo, FTIR, Raman, UV/Vis, microscopia eletrônica de transmissão ou display de espectrometria dispersiva de energia).[015] Silicate can be determined using any suitable technique available to one skilled in the art, including spectroscopic and X-ray techniques (eg, FTIR, Raman, UV/Vis, transmission electron microscopy or energy dispersive spectrometry display ).

[016] Prefere-se que a amostra proveja uma indicação de que as concentrações superficiais de sílica na amostra são maiores do que a concentração de sílica na amostra volumosa por uma razão em peso de pelo menos 2:1. Mais preferivelmente, a razão em peso de sílica na amostra é para a sílica na amostra volumosa em uma razão em peso de pelo menos 5:1. Ainda mais preferivelmente a razão em peso de sílica na amostra é para a sílica na amostra volumosa em uma razão em peso de pelo menos 10:1. Espera-se que a % em peso de sílica na camada superficial é determinada pela microssonda de elétron (EPMA). A composição volumosa também é preferivelmente determinada por EPMA, com a amostra volumosa preparada através de micronização inicial da amostra para obter uma representação homogênea do volume da amostra. O feixe de foco da microssonda de elétron deve ser tão grande quanto aplicável (por exemplo, pelo menos cerca de 10 mícrons de diâmetro) para evitar as variações composicionais localizadas. Preferivelmente, a concentração de sílica é baseada nas três medições de microssonda de cada um dentre a superfície do substrato e o volume do substrato.[016] It is preferred that the sample provides an indication that the surface silica concentrations in the sample are greater than the silica concentration in the bulky sample by a weight ratio of at least 2:1. More preferably, the weight ratio of silica in the sample is to silica in the bulky sample in a weight ratio of at least 5:1. Even more preferably the weight ratio of silica in the sample is to silica in the bulky sample in a weight ratio of at least 10:1. It is expected that the % by weight of silica in the surface layer is determined by the electron microprobe (EPMA). Bulk composition is also preferably determined by EPMA, with the bulk sample prepared by initial micronization of the sample to obtain a homogeneous representation of the sample volume. The electron microprobe focus beam should be as large as applicable (eg, at least about 10 microns in diameter) to avoid localized compositional variations. Preferably, the silica concentration is based on the three microprobe measurements of each of substrate surface and substrate volume.

[017] Em outro aspecto da invenção, é provido um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo compreendendo: um substrato contendo carbonato que foi tratado e tem uma camada de silicato ou uma molécula contendo silicato interagido quimicamente com pelo menos uma porção de uma superfície do substrato contendo carbonato.[017] In another aspect of the invention, an underground hydrocarbon reservoir is provided comprising: a carbonate-containing substrate that has been treated and has a silicate layer or a silicate-containing molecule chemically interacted with at least a portion of a surface of the carbonate-containing substrate .

[018] Em outro aspecto da invenção, é provida uma composição para tratar o reservatório de hidrocarboneto subterrâneo compreendendo um substrato contendo carbonato, a composição compreendendo: uma quantidade de um silicato ou uma molécula contendo silicato para interagir quimicamente com uma superfície de carbonato do substrato contendo carbonato; uma quantidade de um composto de organossilício; em que o silicato ou o material contendo silicato pode ser quimicamente reagido com o composto de organossilício.[018] In another aspect of the invention, there is provided a composition for treating the underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, the composition comprising: an amount of a silicate or a silicate-containing molecule to chemically interact with a carbonate surface of the substrate containing carbonate; an amount of an organosilicon compound; wherein the silicate or silicate-containing material can be chemically reacted with the organosilicon compound.

[019] Os silicatos podem ser selecionados de qualquer molécula contendo silicato. O termo 'silicato'é usado em seu sentido mais amplo para se referir a qualquer composto contendo um ânion que porta silício. Preferivelmente, o silicato é um ânion contendo silício-oxigênio, isto é, um ânion Si-O, isto é, um ânion incluindo um átomo de silício tendo pelo menos uma ligação a um átomo de oxigênio (isto é, tendo pelo menos uma ligação de Si-O). Ânions de silicato adequados podem incluir aqueles do tipo: [SiO4]4-, [Si2O7]6-, [SinO3n]2n-, [Si4nO11n]6n-( [Si2nO5n]2n- ou [AlxSiyO2(x+y)]x-. Mais preferivelmente, os silicatos são silicatos de metais alcalinos. Mais preferivelmente, o silicato é silicato de sódio ou silicato de potássio.[019] Silicates can be selected from any silicate-containing molecule. The term 'silicate' is used in its broadest sense to refer to any compound containing an anion that carries silicon. Preferably, the silicate is a silicon-oxygen containing anion, i.e., a Si-O anion, i.e., an anion including a silicon atom having at least one bond to an oxygen atom (i.e., having at least one bond of Si-O). Suitable silicate anions may include those of the type: [SiO4]4-, [Si2O7]6-, [SinO3n]2n-, [Si4nO11n]6n-([Si2nO5n]2n- or [AlxSiyO2(x+y)]x- More preferably the silicates are alkali metal silicates More preferably the silicate is sodium silicate or potassium silicate.

[020] O silicato pode ser adicionado ao reservatório em uma concentração de silicato, calculada como sílica, maior do que 0% e até 8% em peso/volume. Prefere-se que este silicato seja adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0,1% e até 5% em peso/volume (calculada como sílica). Mais preferivelmente, o silicato é adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0,2% e até 4% em peso/volume (calculada como sílica). Ainda mais preferivelmente, o silicato é adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0,3% e até 3% em peso/volume (calculada como sílica). Ainda mais preferivelmente, o silicato é adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0,5% e até 2% em peso/volume (calculada como sílica).[020] Silicate can be added to the reservoir at a silicate concentration, calculated as silica, greater than 0% and up to 8% by weight/volume. It is preferred that this silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0.1% and up to 5% by weight/volume (calculated as silica). More preferably, silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0.2% and up to 4% weight/volume (calculated as silica). Even more preferably, silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0.3% and up to 3% by weight/volume (calculated as silica). Even more preferably, silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0.5% and up to 2% by weight/volume (calculated as silica).

[021] A quantidade de silicato adicionada ao sistema é dada em termos de fração de sílica em peso/volume. Isto se deve à maioria dos silicatos comerciais citarem a concentração em termos de uma concentração de sílica. Embora a concentração seja dada em termos da concentração a ser adicionada ao reservatório, é preferido que a concentração de silicato (como sílica) na fase aquosa no interior do reservatório, após a adição é maior do que 0% e até 8% em peso/volume. Mais preferivelmente, o silicato (como sílica) é adicionado de modo que a concentração da fase aquosa dentro do reservatório é maior do que 0,1% e até 5% em peso/volume. Mais preferivelmente, a concentração de silicato (como sílica) na fase aquosa dentro do reservatório é maior do que 0,2% e até 4% em peso/volume. Ainda mais preferivelmente, a concentração de silicato (como sílica) na fase aquosa dentro do reservatório é maior do que 0,3% e até 3% em peso/volume. Ainda mais preferivelmente, a concentração de silicato (como sílica) na fase aquosa dentro do reservatório é maior do que 0,5% e até 2% em peso/volume.[021] The amount of silicate added to the system is given in terms of silica fraction in weight/volume. This is because most commercial silicates quote concentration in terms of a silica concentration. Although the concentration is given in terms of the concentration to be added to the reservoir, it is preferred that the concentration of silicate (as silica) in the aqueous phase within the reservoir after addition is greater than 0% and up to 8% by weight/ volume. More preferably, silicate (such as silica) is added so that the concentration of the aqueous phase within the reservoir is greater than 0.1% and up to 5% by weight/volume. More preferably, the concentration of silicate (as silica) in the aqueous phase within the reservoir is greater than 0.2% and up to 4% by weight/volume. Even more preferably, the concentration of silicate (as silica) in the aqueous phase within the reservoir is greater than 0.3% and up to 3% by weight/volume. Even more preferably, the concentration of silicate (as silica) in the aqueous phase within the reservoir is greater than 0.5% and up to 2% by weight/volume.

[022] Em uma modalidade preferida, o método compreende ainda a adição de um composto de organossilício, tal como um organossilano. O composto de organossilício se liga quimicamente com o material de silicato. Juntos, o silicato e o composto de organossilício formam uma camada siliciosa na superfície do substrato de carbonato. Preferivelmente, o composto de organossilício é adicionado ao reservatório em uma concentração maior do que 0 e menor que 1,0 mol/L. Mais preferivelmente, o composto de organossilício é adicionado ao reservatório em uma concentração dentre 0,05 e 0,2mol/L. Como acima, é preferido que a concentração do composto de organossilício na fase aquosa dentro do reservatório seja menor que 1,0 mol/L. Mais preferivelmente, o composto de organossilício está presente na fase aquosa dentro do reservatório na concentração dentre 0,05 e 0,2 mol/L. Em uma modalidade alternativa, o silicato pode ser reagido com o composto de organossilício antes de serem adicionados ao reservatório de hidrocarboneto subterrâneo. É preferido que o silicato e o composto de organossilício provejam juntos um meio para alterar as características da superfície dentro do reservatório de hidrocarboneto subterrâneo.[022] In a preferred embodiment, the method further comprises adding an organosilicon compound, such as an organosilane. The organosilicon compound chemically bonds with the silicate material. Together, the silicate and organosilicon compound form a siliceous layer on the surface of the carbonate substrate. Preferably, the organosilicon compound is added to the reservoir at a concentration greater than 0 and less than 1.0 mol/L. More preferably, the organosilicon compound is added to the reservoir at a concentration of between 0.05 and 0.2 mol/L. As above, it is preferred that the concentration of organosilicon compound in the aqueous phase within the reservoir is less than 1.0 mol/L. More preferably, the organosilicon compound is present in the aqueous phase within the reservoir at a concentration of between 0.05 and 0.2 mol/L. In an alternative embodiment, the silicate can be reacted with the organosilicon compound before being added to the underground hydrocarbon reservoir. It is preferred that the silicate and the organosilicon compound together provide a means to alter the surface characteristics within the underground hydrocarbon reservoir.

[023] Em outro aspecto da invenção, o composto de organossilício inclui um grupo funcional que permite um agente modificador de superfície (por exemplo, um polímero orgânico ou macromolécula, excluindo um composto de organossilício) para a ligação covalentemente do composto de organossilício através de um grupo funcional adequado no composto de organossilício.[023] In another aspect of the invention, the organosilicon compound includes a functional group that allows a surface modifying agent (for example, an organic polymer or macromolecule, excluding an organosilicon compound) to covalently bond the organosilicon compound through a suitable functional group on the organosilicon compound.

[024] O agente modificador de superfície pode ser adicionado ao reservatório ou pré-reagido com o composto de organossilício. O agente modificador de superfície pode, por exemplo, ser um polímero. Espera-se que o agente modificador de superfície se ligue covalentemente com o organossilício por meio de um grupo ativo (ou um grupo de ligação) no agente modificador de superfície. Espera-se que este grupo ativo (ou grupo de ligação) no agente modificador de superfície covalentemente interage com um grupo funcional no composto de organossilício. Preferivelmente, existe suficiente agente modificador de superfície no sistema de modo que pelo menos 70% do composto de organossilício interage com o agente modificador de superfície. Mais preferivelmente, o agente modificador de superfície é adicionado de tal modo que a razão dos grupos ativos no agente modificador de superfície para organossilício é de 1:1,5 a 1:5. Ainda mais preferivelmente a razão dos grupos ativos no agente modificador de superfície para organossilício é de 1:1,5 a 1:3.[024] The surface modifying agent can be added to the reservoir or pre-reacted with the organosilicon compound. The surface modifying agent can, for example, be a polymer. The surface modifying agent is expected to covalently bond with the organosilicon via an active group (or a linking group) on the surface modifying agent. This active group (or linking group) on the surface modifying agent is expected to covalently interact with a functional group on the organosilicon compound. Preferably, there is sufficient surface modifying agent in the system so that at least 70% of the organosilicon compound interacts with the surface modifying agent. More preferably, the surface modifying agent is added such that the ratio of active groups in the surface modifying agent to organosilicon is from 1:1.5 to 1:5. Even more preferably the ratio of active groups on the surface modifying agent to organosilicon is from 1:1.5 to 1:3.

[025] O resultado líquido do agente modificador de superfície é funcionalizar a superfície do reservatório de carbonato com o objetivo de estimular o reservatório para os propósitos incluindo: recuperação de óleo intensificada, modificação de permeabilidade (vedação total do fluido e modificação de permeabilidade relativa), fraturamento e desvio de ácido. O agente modificador de superfície é preferivelmente selecionado de polímeros, inclusive de macromoléculas, e a seleção deve ser combinada com o grupo R do organossilano para garantir que o agente modificador de superfície possa se ligar quimicamente ao organossilano. A seleção de combinações adequadas de organossilano e de agente modificador de superfície para garantir que uma ligação química estável seja formada será clara à pessoa versada na técnica. Dentro do grupo R pode estar o radical(é) orgânico(s) não hidrolisável(é) que possui uma funcionalidade que confere características desejadas. Isto inclui: alquila, alquenila, arila, alila, halogênios, aminas, grupos funcionais de enxofre, hidroxila, aldeídeo, epóxi, nitrobenzamida, ciano, piridila, azida, éster, isocianato, fosfina, fosfato. Por exemplo, se o grupo R no organossilano for um grupo epóxido então os agentes modificadores de superfície contendo a seguinte funcionalidade são adequados: uretanos, acrílicos, polissulfetos. Se o grupo R no organossilano for uma amina então os agentes modificadores de superfície contendo a seguinte funcionalidade são adequados: acrílico, uretano, melaminas, epóxi, ésteres de N-hidroxissuccinimida (NHS) e hidroxilmetilacrilamida. Os ésteres de NHS e hidroxilmetilacrilamida contendo agentes modificadores de superfície podem ser preparados de poliacrilamida, copolímeros de poliacrilamida incluindo poliacrilamida hidrolisada ou ácido poliacrilamida-co-acrílico, sal de sódio parcial de ácido poliacrilamida-co-acrílico, ácido poli(ácido acrílico-co-ácido maleico), poliacrilamidas catiônicas, poliacrilamidas aniônicas e poliacrilamidas anfotéricas.[025] The net result of the surface modifying agent is to functionalize the surface of the carbonate reservoir for the purpose of stimulating the reservoir for purposes including: enhanced oil recovery, permeability modification (full fluid sealing and relative permeability modification) , fracturing and acid shift. The surface modifying agent is preferably selected from polymers, including macromolecules, and the selection must be combined with the R group of the organosilane to ensure that the surface modifying agent can chemically bond to the organosilane. The selection of suitable combinations of organosilane and surface modifying agent to ensure that a stable chemical bond is formed will be clear to the person skilled in the art. Within the R group may be the non-hydrolyzable organic radical(s) which has a functionality that imparts desired characteristics. This includes: alkyl, alkenyl, aryl, allyl, halogens, amines, sulfur functional groups, hydroxyl, aldehyde, epoxy, nitrobenzamide, cyano, pyridyl, azide, ester, isocyanate, phosphine, phosphate. For example, if the R group on the organosilane is an epoxy group then surface modifying agents containing the following functionality are suitable: urethanes, acrylics, polysulfides. If the R group on the organosilane is an amine then surface modifying agents containing the following functionality are suitable: acrylic, urethane, melamines, epoxy, N-hydroxysuccinimide (NHS) esters and hydroxylmethylacrylamide. NHS and hydroxylmethylacrylamide esters containing surface modifying agents can be prepared from polyacrylamide, polyacrylamide copolymers including hydrolyzed polyacrylamide or polyacrylamide-co-acrylic acid, polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt, poly(acrylic acid-co) acid -maleic acid), cationic polyacrylamides, anionic polyacrylamides and amphoteric polyacrylamides.

[026] Outros aspectos da presente invenção e outras modalidades dos aspectos descritos nos parágrafos anteriores tornar-se-ão aparentes da descrição a seguir, dados por meio de exemplo e com referência aos desenhos em anexo.[026] Other aspects of the present invention and other embodiments of the aspects described in the preceding paragraphs will become apparent from the following description, given by way of example and with reference to the accompanying drawings.

[027] A recitação de faixas de valores aqui é meramente destinada a servir como um método abreviado de referência individual a cada valor separado e cada faixa potencial abrangida, a menos que recitado de outra forma. Além disso, cada valor separado e cada faixa potencial são incorporados no relatório descritivo como se fosse individualmente recitado aqui.[027] The recitation of ranges of values here is merely intended to serve as an abbreviated method of individual reference to each separate value and each potential range covered, unless otherwise recited. In addition, each separate value and each potential range is incorporated into the descriptive report as if it were individually recited here.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of Drawings

[028] A Figura 1 provê uma ilustração da interação entre o organossilano, o silicato e uma superfície de um substrato de carbonato de cálcio.[028] Figure 1 provides an illustration of the interaction between the organosilane, the silicate and a surface of a calcium carbonate substrate.

[029] A Figura 2 é um gráfico que mostra a pressão diferencial através do núcleo do carbonato durante injeção de solução salina após o tratamento com o sistema de adsorção, a pressão diferencial estabiliza mostrando uma redução de 560 vezes em permeabilidade através do núcleo em comparação com o tratamento de pré-adsorção. Condições: 100% de saturação de água, 3.500 psi (24131,65 kPa) de tensão de confinamento, 500 psi (3447,38 kPa) de contrapressão e temperatura de 105°C.[029] Figure 2 is a graph showing the differential pressure across the carbonate core during saline injection after treatment with the adsorption system, the differential pressure stabilizes showing a 560 times reduction in permeability through the core compared with the pre-adsorption treatment. Conditions: 100% water saturation, 3500 psi (24131.65 kPa) confinement voltage, 500 psi (3447.38 kPa) back pressure, and 105°C temperature.

[030] A Figura 3 provê uma ilustração de um mecanismo para o sistema de adsorção (com polímero) na presença de solução salina e na presença de petróleo.[030] Figure 3 provides an illustration of a mechanism for the adsorption system (with polymer) in the presence of saline solution and in the presence of oil.

[031] A Figura 4 mostra os espectros de carbono com alta resolução coletados usando XPS que mostra os grupos C-O para a amostra contendo epóxi a 287eV (linha contínua) versus o controle de carbonato onde os grupos C-O não estão presentes sem o sistema de adsorção (linha pontilhada).[031] Figure 4 shows the carbon spectra with high resolution collected using XPS that shows the CO groups for the sample containing epoxy at 287eV (solid line) versus the carbonate control where the CO groups are not present without the adsorption system (dotted line).

Descrição Detalhada das ModalidadesDetailed Description of Modalities

[032] É descrito aqui um método de tratamento de um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo compreendendo um substrato contendo carbonato, o método compreendendo a etapa de adição de uma quantidade de um silicato para interagir quimicamente com a superfície de carbonato. Sem desejar estar ligado por teoria, acredita-se que os silicatos reajam com cátions parcialmente dissolvidos em uma superfície de um substrato de carbonato. Esta interação resulta na adsorção de silicato à superfície do substrato contendo carbonato. Os silicatos também podem interagir uns com os outros para formar uma camada de sílica na superfície de carbonato. Este método é destinado a prover um meio genérico para a modificação de uma superfície contendo carbonato em um reservatório de hidrocarboneto subterrâneo.[032] Described herein is a method of treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, the method comprising the step of adding an amount of a silicate to chemically interact with the carbonate surface. Without wishing to be bound by theory, silicates are believed to react with partially dissolved cations on a surface of a carbonate substrate. This interaction results in the adsorption of silicate to the surface of the carbonate-containing substrate. Silicates can also interact with each other to form a layer of silica on the carbonate surface. This method is intended to provide a generic means for modifying a carbonate-containing surface in an underground hydrocarbon reservoir.

[033] O silicato pode ser adicionado de modo que a concentração resultante de silicato, calculada como sílica, no reservatório está em uma concentração de maior do que 0% e até 8% em peso/volume. Prefere-se que este silicato seja adicionado ao reservatório de modo que a concentração resultante de silicato, quando calculada como sílica, é maior do que 0,1 % e até 5% em peso/volume. Mais preferivelmente, silicato é adicionado ao reservatório de modo que a concentração resultante, quando calculada como sílica, é maior do que 0,2% e até 4% em peso/volume. Ainda mais preferivelmente, o silicato é adicionado ao reservatório de modo que a concentração resultante, quando calculada como sílica, seja maior do que 0,3% e até 3% em peso/volume. Ainda mais preferivelmente ainda, o silicato é adicionado ao reservatório de modo que a concentração resultante, quando calculada como sílica, seja maior do que 0,5% e até 2% em peso/volume. O volume do reservatório é o volume aquoso total (isto é, o volume de vazios) do reservatório; isto é, o volume do reservatório ocupado pela fase aquosa.[033] Silicate can be added so that the resulting concentration of silicate, calculated as silica, in the reservoir is at a concentration of greater than 0% and up to 8% by weight/volume. It is preferred that this silicate is added to the reservoir so that the resulting concentration of silicate, when calculated as silica, is greater than 0.1% and up to 5% by weight/volume. More preferably, silicate is added to the reservoir so that the resulting concentration, when calculated as silica, is greater than 0.2% and up to 4% weight/volume. Even more preferably, silicate is added to the reservoir so that the resulting concentration, when calculated as silica, is greater than 0.3% and up to 3% by weight/volume. Even more preferably, silicate is added to the reservoir so that the resulting concentration, when calculated as silica, is greater than 0.5% and up to 2% by weight/volume. The reservoir volume is the total aqueous volume (ie, the void volume) of the reservoir; that is, the volume of the reservoir occupied by the aqueous phase.

[034] O termo 'carbonato'é usado em seu sentido mais amplo para se referir a qualquer mineral, rocha ou composto que compreenda um ânion carbonato (CO32-). Preferivelmente, os carbonatos são carbonatos contendo cálcio, carbonatos contendo magnésio ou misturas de ambos. Preferivelmente, a rocha é uma rocha de carbonato tal como: calcário e/ou dolomita. Preferivelmente, os minerais de carbonato incluem: dolomita, calcita, vaterita, aragonita, ikaita, mono- hidrocalcita, magnesita e/ou landsfordita.[034] The term 'carbonate' is used in its broadest sense to refer to any mineral, rock or compound that comprises a carbonate anion (CO32-). Preferably, the carbonates are calcium-containing carbonates, magnesium-containing carbonates or mixtures of both. Preferably, the rock is a carbonate rock such as: limestone and/or dolomite. Preferably, carbonate minerals include: dolomite, calcite, vaterite, aragonite, ikaite, monohydrocalcite, magnesite and/or landsfordite.

[035] O substrato de carbonato compreende preferivelmente um componente de carbonato de pelo menos 5% em peso, mais preferivelmente pelo menos 10% em peso, ainda mais preferivelmente pelo menos 30% em peso e mais preferivelmente pelo menos 50% em peso.[035] The carbonate substrate preferably comprises a carbonate component of at least 5% by weight, more preferably at least 10% by weight, even more preferably at least 30% by weight and most preferably at least 50% by weight.

[036] O termo "agente modificador de superfície"pata os propósitos da presente invenção significa um polímero orgânico ou macromolécula, excluindo os compostos de organossilício, os quais uma vez adsorvidos pela superfície do reservatório modificarão as características fisioquímicas da superfície.[036] The term "surface modifying agent" for the purposes of the present invention means an organic polymer or macromolecule, excluding organosilicon compounds, which once adsorbed by the surface of the reservoir will modify the physiochemical characteristics of the surface.

[037] Ainda é descrito aqui um método para a ligação química de um material alvo à superfície de um substrato de carbonato pela alteração da umectabilidade daquela superfície. Um sistema de múltiplos componentes pode ser usado que se liga quimicamente à superfície de carbonatos enquanto provendo funcionalidade para a ligação modificação da superfície. As moléculas de silicato e organossilício são combinadas que interagem quimicamente com a superfície de carbonato e proveem uma camada siliciosa onde outras moléculas alvo podem ser ligadas. Esta abordagem pode ser usada para ancorar as moléculas alvo tais como polímeros solúveis em água ou macromoléculas à superfície do substrato de carbonato. Assim, este método provê um meio para a fixação das moléculas de organossilício a uma superfície de um substrato contendo carbonato por meio de um intermediário de silicato.[037] Further described here is a method for chemically bonding a target material to the surface of a carbonate substrate by altering the wettability of that surface. A multi-component system can be used that chemically bonds to the surface of carbonates while providing functionality for the surface modification bond. The silicate and organosilicon molecules are combined that chemically interact with the carbonate surface and provide a siliceous layer where other target molecules can be bonded. This approach can be used to anchor target molecules such as water-soluble polymers or macromolecules to the surface of the carbonate substrate. Thus, this method provides a means for attaching organosilicon molecules to a surface of a carbonate-containing substrate by means of a silicate intermediate.

[038] O termo ‘organossilício' é usado em seu sentido mais amplo para se referir aos compostos orgânicos contendo ligações de carbono-silício e grupos hidrolisáveis (isto é, um composto de organossilício hidrolisável). Preferivelmente, o composto de organossilício hidrolisável é um organossilano hidrolisável. O composto de organossilano pode ser selecionado do grupo consistindo em compostos de organossilano solúveis em água e compostos de organossilano que hidrolisam em meios aquosos para formar silanóis solúveis em água. Mais preferivelmente, o composto de organossilício é um alcóxi silano ou um amino organossilano. Outros compostos adequados, que podem ser usados como o composto de organossilício hidrolisável em modalidades da presente invenção, serão aparentes àqueles versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção. Dentre os compostos de organossilício adequados para o uso nesta invenção são organossilanos tendo a fórmula:

Figure img0001
[038] The term 'organosilicon' is used in its broadest sense to refer to organic compounds containing carbon-silicon bonds and hydrolyzable groups (ie, a hydrolyzable organosilicon compound). Preferably, the hydrolyzable organosilicon compound is a hydrolyzable organosilane. The organosilane compound can be selected from the group consisting of water soluble organosilane compounds and organosilane compounds which hydrolyze in aqueous media to form water soluble silanols. More preferably, the organosilicon compound is an alkoxy silane or an amino organosilane. Other suitable compounds, which can be used as the hydrolyzable organosilicon compound in embodiments of the present invention, will be apparent to those skilled in the art and should be considered within the scope of the present invention. Among the organosilicon compounds suitable for use in this invention are organosilanes having the formula:
Figure img0001

[039] X é um grupo hidrolisável tipicamente alcóxi, acilóxi, halogênio ou amina onde n pode ser 1 a 4, mas preferivelmente é de 1 a 3. O grupo R é um radical orgânico não hidrolisável que possui uma funcionalidade que confere características desejadas e inclui: alquila, alquenila, arila, alila, halogênios, aminas, grupos funcionais de enxofre, hidroxila, aldeído, epóxi, nitrobenzamida, ciano, piridila, azida, éster, isocianato, fosfina e fosfato, assim como multifuncionais e organossilanos ligados a polímeros onde o organossilano pode ainda formar uma rede com o silicato (por exemplo, polietilenoimina modificada com organossilano).[039] X is a hydrolyzable group typically alkoxy, acyloxy, halogen or amine where n can be 1 to 4, but preferably is from 1 to 3. The group R is a non-hydrolyzable organic radical that has a functionality that imparts desired characteristics and includes: alkyl, alkenyl, aryl, allyl, halogens, amines, sulfur functional groups, hydroxyl, aldehyde, epoxy, nitrobenzamide, cyano, pyridyl, azide, ester, isocyanate, phosphine and phosphate, as well as multifunctional and organosilanes linked to polymers where the organosilane can further form a network with the silicate (eg organosilane modified polyethyleneimine).

[040] Os compostos hidrolisáveis adequados de organossilano que podem ser usados na presente invenção podem incluir monômeros, monômeros hidrolisados, dímeros hidrolisados e oligômeros hidrolisados de trialcoxiorganossilano, aminopropiltrialcoxissilano, aminoetilaminopropiltrialcoxissilano, alquiltrialcoxissilano, viniltrialcoxissilano, feniltrialcoxissilano, mercaptotrialcoxissilano, stirilaminotrialcoxissilano, metacriloxipropiltrialcoxissilano, glicidoxipropiltrialcoxissilano, perfluorotrialcoxissilano, perfluoroéter trialcoxissilano funcionalizado, azol trialcoxissilano funcional, tetra-alcoxissilano ou combinações dos mesmos. Em uma modalidade preferida, o grupo hidrolisável no composto de organossilício é um grupo amina.[040] Suitable hydrolyzable compounds of organosilane that can be used in the present invention may include monomers, hydrolysed monomers, hydrolyzed and oligomers dimers hydrolysates trialcoxiorganossilano, aminopropiltrialcoxissilano, aminoetilaminopropiltrialcoxissilano, alquiltrialcoxissilano, viniltrialcoxissilano, feniltrialcoxissilano, mercaptotrialcoxissilano, stirilaminotrialcoxissilano, metacriloxipropiltrialcoxissilano, glicidoxipropiltrialcoxissilano, perfluorotrialcoxissilano , perfluoroether functionalized trialkoxysilane, azole functional trialkoxysilane, tetraalkoxysilane or combinations thereof. In a preferred embodiment, the hydrolyzable group on the organosilicon compound is an amine group.

[041] Os exemplos específicos de exemplos de organossilanos adequados incluem: aminopropiltrietioxissilano, metildietilclorossilano, dimetildiclorossilano, metiltriclorossilano, dimetildibromossilano, dietildi-iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, feniltribromossilano, difenildiclorossilano, toliltribromossilano, metilfenildiclorossilano, metildietilclorossilano, dimetildiclorossilano, metiltri-clorossilano, dimetildibromossilano, dietildi-iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, feniltribromossilano, difenildiclorossilano, toliltribromossilano, metilfenildiclorossilano e os similares. Preferivelmente, o organossilano é aminopropiltrietoxissilano (APTS).[041] Specific examples of organosilanes suitable examples include: aminopropiltrietioxissilano, metildietilclorossilano, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, dimetildibromossilano, dietildi-iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, feniltribromossilano, difenildiclorossilano, toliltribromossilano, metilfenildiclorossilano, metildietilclorossilano, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, dimetildibromossilano , diethyldiiodosilane, dipropyldichlorosilane, dipropyldibromosilane, butyltrichlorosilane, phenyltribromosilane, diphenyldichlorosilane, tolyltribromosilane, methylphenyldichlorosilane and the like. Preferably the organosilane is aminopropyltriethoxysilane (APTS).

[042] Uma vantagem do método da presente invenção é que a combinação de silicato e moléculas de organossilício permite a forte interação com superfície de carbonatos, diferentemente das abordagens tradicionais as quais apenas proveem fracas interações temporárias. A adição de silicato em combinação com silano provê forte ligação ao carbonato. Os métodos existentes não incluem o silicato o que é essencial à operação deste método.[042] An advantage of the method of the present invention is that the combination of silicate and organosilicon molecules allows strong interaction with carbonate surface, unlike traditional approaches which only provide weak temporary interactions. The addition of silicate in combination with silane provides strong carbonate bonding. Existing methods do not include silicate which is essential to the operation of this method.

[043] Em uma modalidade, o silicato é adicionado ao reservatório e quaisquer outros componentes tais como um composto de organossilício ou um polímero ou outros aditivos são ligados após o silicato ter sido adicionado. Em outra modalidade, o organossilício é adicionado a uma solução de silicato antes de ser adicionado ao reservatório de hidrocarboneto subterrâneo.[043] In one embodiment, silicate is added to the reservoir and any other components such as an organosilicon compound or a polymer or other additives are bonded after the silicate has been added. In another embodiment, organosilicon is added to a silicate solution before being added to the underground hydrocarbon reservoir.

[044] A quantidade de cada componente que precisa ser adicionada a um reservatório é dependente do reservatório e é preferivelmente dependente de dados tais como permeabilidade, porosidade e volumes do poro, produção de hidrocarboneto, proporção do reservatório que exige o tratamento ou outros parâmetros físicos, químicos ou operacionais tais como a composição do fluido.[044] The amount of each component that needs to be added to a reservoir is reservoir dependent and is preferably dependent on data such as permeability, porosity and pore volumes, hydrocarbon production, proportion of reservoir requiring treatment or other physical parameters , chemical or operational such as the composition of the fluid.

[045] Em uma modalidade da invenção, modelagem computacional é usada para determinar a quantidade de silicato que precisa ser adicionada ao reservatório. A modelagem computacional também pode ser usada para determinar as quantidades de organossilício, polímero ou outros aditivos a serem adicionadas ao reservatório. Em outros aspectos, os dados de modelagem computacional são baseados em informações incluindo permeabilidade, porosidade e volumes do poro, produção de hidrocarboneto, proporção do reservatório que exigem o tratamento, o tamanho ou volume do reservatório ou outros parâmetros físicos, químicos ou operacionais.[045] In an embodiment of the invention, computational modeling is used to determine the amount of silicate that needs to be added to the reservoir. Computational modeling can also be used to determine the amounts of organosilicon, polymer or other additives to be added to the reservoir. In other respects, computational modeling data is based on information including permeability, porosity and pore volumes, hydrocarbon production, proportion of reservoir requiring treatment, reservoir size or volume, or other physical, chemical or operational parameters.

[046] Em uma modalidade alternativa, a abordagem de determinação da quantidade de cada componente a ser adicionado ao reservatório pode ser empírica tal que 1/2 a 1 volume de produção por dia é adicionado ou volume específico por pé ou volume de pagamento para alcançar certo raio do poço. Esta informação pode, por exemplo, ser obtida de ferramentas de perfilagem do reservatório e dados de amostragem.[046] In an alternative modality, the approach of determining the quantity of each component to be added to the reservoir can be empirical such that 1/2 to 1 production volume per day is added or specific volume per foot or payment volume to achieve right radius of the well. This information can, for example, be obtained from reservoir logging tools and sampling data.

[047] A concentração do composto de organossilício é preferivelmente adicionada ao reservatório em uma concentração de menos do que 1mol/L. Mais preferivelmente, o composto de organossilício é adicionado em uma concentração dentre 0,05 - 0,2 mol/L. também é preferido que a concentração do organossilício no reservatório é menos do que 1 mol/L. Mais preferivelmente, a concentração do composto de organossilício no reservatório é 0:05 - 0,2 mol/L; em que o volume do reservatório é em termos do volume aquoso total (isto é, o volume de vazios) do reservatório; isto é, o volume do reservatório ocupado pela aquosa.[047] The concentration of organosilicon compound is preferably added to the reservoir at a concentration of less than 1mol/L. More preferably, the organosilicon compound is added at a concentration of between 0.05 - 0.2 mol/L. it is also preferred that the concentration of organosilicon in the reservoir is less than 1 mol/L. More preferably, the concentration of organosilicon compound in the reservoir is 0:05 - 0.2 mol/L; wherein the reservoir volume is in terms of the total aqueous volume (i.e., void volume) of the reservoir; that is, the volume of the reservoir occupied by the aqueous.

[048] Mediante a adição do agente modificador de superfície ao sistema, o agente modificador de superfície reage com os grupos de reação na molécula de organossilício. O agente modificador de superfície pode ser ativado para torná-lo mais reativo com os grupos de reação no composto de organossilício. Em uma modalidade preferida, o agente modificador de superfície reage com grupos amina em uma molécula de organossilano.[048] Upon adding the surface modifying agent to the system, the surface modifying agent reacts with the reaction groups on the organosilicon molecule. The surface modifying agent can be activated to make it more reactive with the reaction groups on the organosilicon compound. In a preferred embodiment, the surface modifying agent reacts with amine groups on an organosilane molecule.

[049] Preferivelmente, há suficiente agente modificador de superfície no sistema de modo que pelo menos 70% do silano interaja com o agente modificador de superfície. Isto é, para cada 1 mol de organossilício há 0,7 mol de grupos ativos no agente modificador de superfície. Mais preferivelmente, a razão de grupos ativos no agente modificador de superfície para organossilício é de 1:1,5 a 1:5. Ainda mais preferivelmente, a razão de grupos ativos no agente modificador de superfície para silano é de 1:1,5 a 1:3.[049] Preferably, there is sufficient surface modifying agent in the system so that at least 70% of the silane interacts with the surface modifying agent. That is, for every 1 mole of organosilicon there are 0.7 mole of active groups on the surface modifier. More preferably, the ratio of active groups in the surface modifying agent to organosilicon is from 1:1.5 to 1:5. Even more preferably, the ratio of active groups in the surface modifying agent to silane is from 1:1.5 to 1:3.

[050] A concentração máxima do agente modificador de superfície precisa ser baixa o suficiente de modo que a reologia da solução ainda seja trabalhável, isto é, ela não seja tão viscosa para bombear ou preferivelmente autogel. Prefere-se que o agente modificador de superfície seja adicionado ao reservatório em uma solução de 1 a 20% em p/v do agente modificador de superfície. No entanto, isto depende no peso molecular do agente modificador de superfície e o grau de ativação do agente modificador de superfície.[050] The maximum concentration of the surface modifying agent needs to be low enough so that the rheology of the solution is still workable, that is, it is not so viscous to pump or preferably autogel. It is preferred that the surface modifying agent is added to the reservoir in a 1 to 20% w/v solution of the surface modifying agent. However, this depends on the molecular weight of the surface modifying agent and the degree of activation of the surface modifying agent.

[051] O silicato é essencial para a interação com os cátions na superfície do substrato de carbonato. O organossilício se liga ao silicato e pode prover uma funcionalidade exposta para permitir a fixação de outro(s) agente(s) modificador(es) de superfície, se desejado. Prefere-se que o silicato cocondense com o organossilício. O silicato, organossilício e outros aditivos (tais como um agente modificador de superfície adicional) podem ser distribuídos em solução aquosa seja sequencialmente ou em combinação. O agente modificador de superfície adicional pode ser um polímero(s) solúvel(is) em água ou outra(s) macromolécula(s) orgânica(s). o meio de fixação pode ser através de ligação covalente. A funcionalidade do organossilício pode ser selecionada em consideração da aplicação à qual foi destinada ou a natureza do agente modificador de superfície pretendido.[051] The silicate is essential for the interaction with the cations on the surface of the carbonate substrate. Organosilicon binds to silicate and can provide exposed functionality to allow attachment of other surface modifier(s) if desired. It is preferred that the silicate cocondenses with the organosilicon. Silicate, organosilicon and other additives (such as an additional surface modifying agent) can be distributed in aqueous solution either sequentially or in combination. The additional surface modifying agent may be a water-soluble polymer(s) or other organic macromolecule(s). the means of attachment can be through covalent bonding. The functionality of organosilicon can be selected in consideration of the application for which it is intended or the nature of the intended surface modifier.

[052] Esta abordagem tem amplas aplicações alcançadas no reservatório subterrâneo de carbonatos que produz petróleo e gás visto que ele provê um método para se ligar quimicamente à superfície provendo assim um efeito a longo prazo.[052] This approach has broad applications achieved in the underground carbonate reservoir that produces oil and gas as it provides a method to chemically bond to the surface thus providing a long-term effect.

[053] A Figura 1 mostra a interação entre o silicato, composto de organossilício e a superfície de um substrato de carbonato de cálcio. Em particular, a Figura 1 mostra a interação entre um substrato de carbonato de cálcio (101) e um composto de organossilício (102) por meio de um composto de íon silicato livre (103), isto é, de uma solução de silicato de sódio que interage com a superfície do substrato de carbonato de cálcio (101) por meio de íons cálcio parcialmente dissolvidos (104) na superfície do substrato (101). O composto de organossilício (102) neste caso é um aminossilano.[053] Figure 1 shows the interaction between silicate, composed of organosilicon and the surface of a calcium carbonate substrate. In particular, Figure 1 shows the interaction between a calcium carbonate substrate (101) and an organosilicon compound (102) by means of a free silicate ion compound (103), i.e. a sodium silicate solution which interacts with the surface of the calcium carbonate substrate (101) via partially dissolved calcium ions (104) on the surface of the substrate (101). The organosilicon compound (102) in this case is an aminosilane.

[054] Esta disposição mostrada na Figura 1 supera o problema pelo qual sem a inclusão de um silicato, silanos não reagem prontamente com uma superfície de carbonato (101). Os átomos de íons cálcio na superfície dissolvidos (104) reagem com os íons silicato livres (103) na solução. Os íons cálcio na superfície dissolvidos (104) formam uma ligação iônica (105) com os íons silicato (103) e também formam uma ligação iônica (107) com a superfície do substrato de carbonato (101). Os íons silicato livres (103) coagulam uns com os outros e com o aminossilano (102) para formar uma camada siliciosa na superfície do substrato de carbonato de cálcio (101).[054] This arrangement shown in Figure 1 overcomes the problem that without the inclusion of a silicate, silanes do not readily react with a carbonate surface (101). The dissolved surface calcium ion atoms (104) react with the free silicate ions (103) in the solution. The dissolved surface calcium ions (104) form an ionic bond (105) with the silicate ions (103) and also form an ionic bond (107) with the surface of the carbonate substrate (101). The free silicate ions (103) coagulate with each other and with the aminosilane (102) to form a siliceous layer on the surface of the calcium carbonate substrate (101).

[055] A molécula de amino silano (102) sofre uma reação de condensação que forma uma ligação (107) entre a molécula de amino silano (102) e o íon silicato livre (103). O grupo amino no silano (102) pode ser usado para fixar covalentemente (108) um agente modificador de superfície adicional (não mostrado) tal como um polímero.[055] The amino silane molecule (102) undergoes a condensation reaction that forms a bond (107) between the amino silane molecule (102) and the free silicate ion (103). The amino group on the silane (102) can be used to covalently attach (108) an additional surface modifying agent (not shown) such as a polymer.

[056] Os métodos descritos aqui são amplos em aplicação e são destinados a serem aplicáveis onde os agentes modificadores de superfície são providos para os reservatórios de hidrocarboneto subterrâneos compreendendo substratos de carbonato para os propósitos incluindo: recuperação de óleo intensificada, modificação da superfície, modificação de permeabilidade (vedação total e modificação de permeabilidade relativa), fraturamento e desvio de ácido.[056] The methods described here are broad in application and are intended to be applicable where surface modifying agents are provided for underground hydrocarbon reservoirs comprising carbonate substrates for purposes including: enhanced oil recovery, surface modification, modification permeability (full sealing and relative permeability modification), fracturing and acid drift.

[057] A menos que determinados o contrário, a referência a um polímero ou macromolécula será tomada como a referência a um agente modificador de superfície.[057] Unless otherwise stated, reference to a polymer or macromolecule shall be taken as reference to a surface modifying agent.

[058] Entender-se-á que a invenção descrita e definida neste relatório descritivo se estende a todas as combinações alternativas de duas ou mais das características individuais mencionadas ou evidentes do texto ou desenhos. Todas estas combinações diferentes constituem os vários aspectos alternativos da invenção.[058] It will be understood that the invention described and defined in this specification extends to all alternative combinations of two or more of the individual features mentioned or evident from the text or drawings. All these different combinations constitute the various alternative aspects of the invention.

ExemplosExamples Exemplo 1 - Teste do modelo de carbonato de cálcioExample 1 - Calcium Carbonate Model Test

[059] A fim de determinar a adsorção à superfície de carbonatos, amostras precisamente pesadas de pó de carbonato de cálcio foram expostas para direcionar o agente modificador de superfície que se liga à superfície e, após extensiva lavagem, as amostras foram pesadas novamente e aumentos gravimétricos são indicativos de adsorção. Por exemplo, uma quantidade de pós de carbonato conhecida é pesada (~ 2,5 g, área da superfície ~37m2/g) e dispersa em água (10 mL). Vários componentes de um tratamento são adicionados de acordo com o procedimento de tratamento relevante, tipicamente silicato (0,68g de um silicato de sódio de 28 % em peso) diluídos em 8,9 mL de água, seguido por fonte de amina (aminopropiltrietóxi silano, 0,5 mL). A solução é deixada por 12 horas e a seguir o pó é lavado por centrifugação repetida e sobrenadante de decantação com água de modo que o fator de diluição total é pelo menos 106, isto é, resta no máximo 1 parte por milhão do soluto original. A amostra é a seguir seca in vacuo até o peso constante. A amostra seca é pesada e qualquer mudança em peso é calculada. As amostras de carbonato foram pré-tratadas para prover amostras com diferentes perfis de umectabilidade (umectável com água, umectável com petróleo e misturado). A fim de preparar estas amostras, elas foram expostas à água e/ou água e aguarrás mineral antes do teste de adsorção.[059] In order to determine the surface adsorption of carbonates, precisely weighed samples of calcium carbonate powder were exposed to direct the surface modifying agent that binds to the surface and, after extensive washing, the samples were reweighed and increased. gravimetrics are indicative of adsorption. For example, a known quantity of carbonate powders is weighed (~2.5 g, surface area ~37m2/g) and dispersed in water (10 mL). Various components of a treatment are added according to the relevant treatment procedure, typically silicate (0.68g of a 28 % by weight sodium silicate) diluted in 8.9 ml of water, followed by amine source (aminopropyltriethoxy silane , 0.5 ml). The solution is left for 12 hours and then the powder is washed by repeated centrifugation and decant supernatant with water so that the total dilution factor is at least 106, i.e. a maximum of 1 part per million of the original solute remains. The sample is then dried in vacuo to constant weight. The dry sample is weighed and any change in weight is calculated. The carbonate samples were pre-treated to provide samples with different wettability profiles (wettable with water, wettable with oil and mixed). In order to prepare these samples, they were exposed to water and/or mineral water and turpentine before the adsorption test.

[060] Um sistema baseado em silicato consistindo em silicato de sódio e um silano funcionalizado (em particular aminopropiltrietoxissilano, APTS) exibiu boa adsorção ao material carbonato (tabela 1). O silicato de sódio é um componente essencial visto que o APTS sozinho não proveu suficiente adsorção. É amplamente aceito que as moléculas de silano sozinhas não interagem fortemente com substratos de carbonato visto que o silano não pode formar uma ligação forte com a superfície.[060] A silicate-based system consisting of sodium silicate and a functionalized silane (in particular aminopropyltriethoxysilane, APTS) exhibited good adsorption to the carbonate material (table 1). Sodium silicate is an essential component as APTS alone did not provide sufficient adsorption. It is widely accepted that silane molecules alone do not strongly interact with carbonate substrates as the silane cannot form a strong bond with the surface.

[061] O método descrito acima foi usado para identificar sucessivamente funcionalidade baseada em silicato inorgânico que exibiu boa adsorção (>4%) em relação ao material do reservatório modelo mencionado acima (Tabela 1, entrada 1). Este é um método potencial para prover forte adsorção ao reservatório de carbonatos que representaria um avanço significativo. Muitos reservatórios são tipicamente neutros a molháveis em petróleo, portanto, os experimentos de triagem foram realizados com carbonato de cálcio que foi exposto a uma fase de petróleo antes dos estudos de adsorção. Portanto, o sistema de adsorção foi testado em uma amostra de carbonato de cálcio umectável em água (tabela 1, amostra 1) e uma amostra de carbonato de cálcio que foi exposta ao petróleo (tabela 1 , amostra 2) - todo o resto é o mesmo entre a amostra 1 e 2. A quantidade de material adsorvido foi determinada gravimetricamente e ambas as amostras deram a mesma absorção (4,1%) o que mostra que neste caso a umectabilidade não teve um bom efeito. Tabela 1: Valores experimentais para a triagem por adsorção usando carbonato de cálcio como um material modelo. As amostras expostas ao petróleo antes do teste de adsorção são negritadas. Sistema baseado em silicato de adsorção é adsorvido sobre uma amostra umectável com água (1) e uma amostra umectável com petróleo (2). O sistema baseado em silicato de adsorção provê os sítios de adsorção para um material polimérico para se ligar quimicamente às amostras (isto é, amostras 3 e 4, que representam os sistemas umectáveis com água e umectáveis com petróleo, respectivamente).

Figure img0002
[061] The method described above was used to successively identify functionality based on inorganic silicate that exhibited good adsorption (>4%) relative to the model reservoir material mentioned above (Table 1, entry 1). This is a potential method to provide strong adsorption to the carbonate pool that would represent a significant advance. Many reservoirs are typically neutral to oil wettable, so screening experiments were performed with calcium carbonate that was exposed to an oil phase prior to adsorption studies. Therefore, the adsorption system was tested on a water-wettable calcium carbonate sample (table 1, sample 1) and a calcium carbonate sample that was exposed to oil (table 1, sample 2) - everything else is the even between sample 1 and 2. The amount of material adsorbed was determined gravimetrically and both samples gave the same absorption (4.1%) which shows that in this case wetting did not have a good effect. Table 1: Experimental values for adsorption screening using calcium carbonate as a model material. Samples exposed to oil before the adsorption test are bold. Silicate-based adsorption system is adsorbed onto a water-wettable sample (1) and an oil-wettable sample (2). The silicate-based adsorption system provides the adsorption sites for a polymeric material to chemically bond to the samples (ie, samples 3 and 4, which represent the water-wettable and oil-wettable systems, respectively).
Figure img0002

[062] A Tabela 1 mostra os valores para um teste de triagem por adsorção usando carbonato de cálcio como um material modelo: A amostra 1 mostra o ganho de massa percentual para um sistema completamente umectado, isto é, o sistema baseado em silicato de adsorção adsorve sobre a amostra umectável com água. A amostra 2 mostra o ganho de massa percentual para um sistema umectado misturado, que neste caso é uma amostra umectável com petróleo. As amostras 3 e 4 (correspondendo aos sistemas umectáveis com água e umectáveis com petróleo, respectivamente) relatam o ganho de massa percentual onde os sítios de adsorção do sistema baseado em silicato de adsorção são expostos para a ligação química de um material tipo polimérico.[062] Table 1 shows the values for an adsorption screening test using calcium carbonate as a model material: Sample 1 shows the percent mass gain for a fully wetted system, that is, the silicate adsorption-based system adsorbs onto the water-wettable sample. Sample 2 shows the percent mass gain for a wetted mixed system, which in this case is an oil wettable sample. Samples 3 and 4 (corresponding to the water-wettable and oil-wettable systems, respectively) report the percent mass gain where the adsorption sites of the silicate-based adsorption system are exposed to chemical bonding of a polymeric type material.

[063] Essencialmente existem três interfaces a considerar 1) a funcionalidade de adsorção do substrato de carbonato a silicato; 2) grupos de funcionalidade de adsorção ao silicato a alvo (isto é, polímero); e 3) polímero a polímero no caso onde as camadas devem ser construídas.[063] Essentially there are three interfaces to consider 1) the adsorption functionality of the carbonate to silicate substrate; 2) target silicate adsorption functionality groups (i.e. polymer); and 3) polymer to polymer in the case where the layers are to be constructed.

[064] O sistema baseado em silicato de adsorção (isto é, APTS) é capaz de se ligar à superfície de carbonato de cálcio (interface número 1) com base nas observações na Tabela 1. O agente modificador de superfície que consiste em um éster de N-hidroxissuccinimida de poliacrilamida hidrolisada (sal de sódio parcial de ácido poliacrilamida-co-acrílico, Mw 520.000, Mn 150.000, nível de acrilamida típico 80%) foi a seguir testado e considerado capaz de se ligar ao sistema de adsorção (interface número 2) ao reagir com o grupo amina do APTS (tabela 2, entradas 3 e 4). Interessantemente, quando isto foi tentado, ganhos de massa maiores foram observados do que com apenas o sistema de adsorção que pode ser atribuído ao fato de que os agentes modificadores de superfície foram projetados para se ligar covalentemente à superfície (7,8% e 6,3% com o agente modificador de superfície versus 4,1% sem). Os experimentos de controle com o agente modificador de superfície que foram incapazes de se ligar ao sistema de adsorção não mostraram qualquer adsorção aumentada. Em adição, vale a pena notar que o agente modificador de superfície sozinho não mostrou qualquer adsorção ao modelo carbonato e nenhum aumento de peso foi observado.[064] Silicate adsorption-based system (ie APTS) is able to bond to the calcium carbonate surface (interface number 1) based on the observations in Table 1. The surface modifying agent consisting of an ester of hydrolyzed polyacrylamide N-hydroxysuccinimide (polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt, Mw 520,000, Mn 150,000, typical acrylamide level 80%) was then tested and found to be able to bind to the adsorption system (interface number 2) by reacting with the amine group of the APTS (table 2, entries 3 and 4). Interestingly, when this was attempted, greater mass gains were observed than with just the adsorption system which can be attributed to the fact that surface modifying agents were designed to covalently bond to the surface (7.8% and 6. 3% with the surface modifier versus 4.1% without). Control experiments with the surface modifying agent that were unable to bind to the adsorption system did not show any increased adsorption. In addition, it is worth noting that the surface modifying agent alone did not show any adsorption to the carbonate model and no weight gain was observed.

[065] Nos casos onde os agentes modificadores de superfície foram incluídos, o efeito da umectabilidade do carbonato de cálcio não teve o efeito sobre a absorção gravimétrica. Por exemplo, quando um sistema de carbonato de cálcio umectável com água foi utilizado com o sistema de adsorção e um agente modificador de superfície, uma absorção gravimétrica de 7,8% foi observada (tabela 1, amostra 3). Quando um carbonato de cálcio umectável com petróleo foi usado com o exato mesmo sistema, a absorção diminuiu para 6,3% sob as mesmas condições (tabela 1, amostra 4). A conclusão aqui é que a umectabilidade tem um efeito sobre a adsorção - para amostras umectáveis com petróleo, a adsorção é menor. No entanto, vale a pena notar que apesar da diminuição na adsorção para uma amostra umectável com petróleo de carbonato de cálcio, a adsorção não é completamente comprometida e ainda oferece uma abordagem viável de adsorção que se acredita ser devido á forte ligação química (isto é, quimiossorção).[065] In cases where surface modifying agents were included, the wettability effect of calcium carbonate did not have the effect on gravimetric absorption. For example, when a water-wettable calcium carbonate system was used with the adsorption system and a surface modifier, a gravimetric absorption of 7.8% was observed (Table 1, Sample 3). When a petroleum-wettable calcium carbonate was used with the exact same system, the absorption decreased to 6.3% under the same conditions (Table 1, Sample 4). The conclusion here is that wettability has an effect on adsorption - for oil-wettable samples, adsorption is lower. However, it is worth noting that despite the decrease in adsorption for a sample wettable with calcium carbonate oil, adsorption is not completely compromised and still offers a viable adsorption approach that is believed to be due to strong chemical bonding (ie. , chemosorption).

Exemplo 2 - Teste em uma amostra de um reservatório de carbonatoExample 2 - Test on a sample from a carbonate reservoir

[066] Estes dados (Tabela 2) foram realizados em uma amostra real de um reservatório de carbonato no Médio Oriente a qual foi moída em um pó fino. O sistema de adsorção foi testado à temperatura ambiente (amostra 1 e 2), e 90°C (amostras 3 e 4). Tabela 2: Valores experimentais para triagem por adsorção gravimétrica à temperatura ambiente e 90°C usando uma amostra de núcleo do carbonato moída de um reservatório de petróleo como um material modelo.

Figure img0003
Figure img0004
[066] These data (Table 2) were performed on a real sample from a carbonate reservoir in the Middle East which was ground into a fine powder. The adsorption system was tested at room temperature (samples 1 and 2), and 90°C (samples 3 and 4). Table 2: Experimental values for screening by gravimetric adsorption at room temperature and 90°C using a carbonate core sample ground from an oil reservoir as a model material.
Figure img0003
Figure img0004

[067] Como pode ser visto, quando a amostra do núcleo de carbonato foi submetida à sequência de lavagem descrita acima em ambas a temperatura ambiente (amostra 1), e 90°C (amostra 3), a amostra realmente perdeu peso e a quantidade perdida aumentou em temperaturas mais altas. Deve ser esperado que a lavagem remova quaisquer contaminantes residuais das amostras. Quando o sistema de adsorção de silicato foi investigado cada amostra ganhou peso mesmo após extensiva lavagem: à temperatura ambiente (amostra 2) a amostra ganhou 6,8 % em peso e a 90°C (amostra 4) a amostra ganhou 11,2 % em peso. Isto é indicativo de que o sistema de adsorção trabalha eficazmente com a amostra do reservatório atual à temperatura ambiente e temperatura elevada.[067] As can be seen, when the carbonate core sample was subjected to the washing sequence described above at both room temperature (sample 1), and 90°C (sample 3), the sample actually lost weight and quantity. lost increased at higher temperatures. Washing should be expected to remove any residual contaminants from the samples. When the silicate adsorption system was investigated each sample gained weight even after extensive washing: at room temperature (sample 2) the sample gained 6.8% in weight and at 90°C (sample 4) the sample gained 11.2% by weight. This is indicative that the adsorption system works effectively with the current reservoir sample at room temperature and elevated temperature.

Exemplo 3 - Estudos da Superfície do Sistema de silicato/silanoExample 3 - Silicate/Silane System Surface Studies

[068] Os números dados nos exemplos 1 e 2 foram obtidos usando uma técnica gravimétrica que foi complementada usando espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS) que é uma técnica de caracterização da superfície avançada (tabela 3) que usa raios X para ejetar elétrons da órbita do invólucro interno dos elementos em uma superfície que provê informação referente à química da superfície.[068] The numbers given in examples 1 and 2 were obtained using a gravimetric technique that was supplemented using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) which is an advanced surface characterization technique (Table 3) that uses X-rays to eject electrons of the orbit of the inner shell of elements on a surface that provides information regarding surface chemistry.

[069] Nos reservatórios de carbonato compostos principalmente de dolomita (que é com base no carbonato de cálcio e magnésio CaMg(CO3)2) e, como pode ser visto claramente dos resultados na tabela 3 (entrada 1), a superfície é predominantemente baseada nestes elementos como medido por XPS. Seguindo esta observação, o sistema de adsorção química foi testado e os experimentos foram realizados com silicato e silano (entrada 2, tabela 3) como destacado no exemplo 2.[069] In carbonate reservoirs composed mainly of dolomite (which is based on calcium and magnesium carbonate CaMg(CO3)2) and, as can be clearly seen from the results in table 3 (entry 1), the surface is predominantly based on these elements as measured by XPS. Following this observation, the chemical adsorption system was tested and the experiments were carried out with silicate and silane (entry 2, table 3) as highlighted in example 2.

[070] Tabela 3: Dados de pesquisa medidos por XPS (percentual atômico, %). São listados os valores médios (± desvio).

Figure img0005
[070] Table 3: Survey data measured by XPS (atomic percentage, %). Mean values (± deviation) are listed.
Figure img0005

[071] Se forem considerados os níveis de silício nas amostras que foram expostas ao sistema de adsorção, há um aumento dramático de 0% para o controle (material do reservatório apenas) para 16%. Isto pode ser atribuído à incorporação de silício sobre a superfície. Outra evidência é provida pelo aumento em nitrogênio de 0 a 6% que pode ser atribuído aos grupos amina do silano. É importante salientar que os níveis de cálcio e magnésio diminuíram substancialmente (33 a 27% para cálcio e 5,7 a 0,9%). Isto é indicativo do mecanismo químico proposto na figura 1, visto que o silicato está interagindo com o cálcio e magnésio.[071] If silicon levels are considered in the samples that were exposed to the adsorption system, there is a dramatic increase from 0% for the control (reservoir material only) to 16%. This can be attributed to the incorporation of silicon on the surface. Further evidence is provided by the 0 to 6% increase in nitrogen that can be attributed to the silane's amine groups. Importantly, calcium and magnesium levels decreased substantially (33 to 27% for calcium and 5.7 to 0.9%). This is indicative of the chemical mechanism proposed in Figure 1, as the silicate is interacting with calcium and magnesium.

Exemplo 4 - Sistema de Controle com nenhum SilicatoExample 4 - Control System with no Silicate

[072] Outro teste usando silano apenas (nenhum silicato) também foi realizado nas amostras do reservatório moídas e o sistema com silano apenas não trabalhou na triagem gravimétrica como mostrado na tabela 4 (entrada 1 e 4 tinham nenhum silicato presente e a absorção é negativa). Fica claro a partir destes dados que quando silano é usado sem o silicato não há qualquer aumento na adsorção gravimétrica.[072] Another test using silane only (no silicate) was also performed on the milled reservoir samples and the silane only system did not work in the gravimetric screening as shown in table 4 (input 1 and 4 had no silicate present and absorption is negative ). It is clear from these data that when silane is used without silicate there is no increase in gravimetric adsorption.

[073] O silicato, por outro lado, é conhecido por reagir com íons cálcio e magnésio e na superfície da amostra do reservatório, existem preferivelmente átomos de cálcio na superfície parcialmente dissolvidos que podem reagir com íons silicato livres na solução. Íons silicato coagulam uns com os outros e com o aminossilano para formar uma camada de sílica (Figura 1). Tabela 4: Adsorção gravimétrica para sistemas com silano apenas (dados coletados a 90°C).

Figure img0006
[073] Silicate, on the other hand, is known to react with calcium and magnesium ions and on the surface of the reservoir sample, there are preferably partially dissolved surface calcium atoms that can react with free silicate ions in the solution. Silicate ions coagulate with each other and with the aminosilane to form a layer of silica (Figure 1). Table 4: Gravimetric adsorption for silane-only systems (data collected at 90°C).
Figure img0006

[074] Os sistemas com silano apenas também foram investigados usando XPS e estes dados são mostrados na tabela 5. Tabela 5: Dados de pesquisa medidos por XPS (percentual atômico, %) para sistemas com silano apenas. Listados são os valores médios (± desvio).

Figure img0007
[074] Silane-only systems were also investigated using XPS and this data is shown in table 5. Table 5: Survey data measured by XPS (atomic percent, %) for silane-only systems. Listed are the mean values (± deviation).
Figure img0007

[075] Como pode ser visto quando somente silano é usado nos testes de adsorção, a quantidade de silício aumenta (zero a 1,3%) em comparação com a amostra de controle (núcleo do carbonato apenas), mas a quantidade de silício é baixa (1,3%) e se o presente pedido for comparado à amostra com silicato, a quantidade é muito menor (1% para silano apenas, 16% com silicato). Em conclusão, o nível de silício na superfície é muito menor, mas quantidades pequenas de silano são retidas na superfície, mas não é previsto se ligar quimicamente à superfície como evidenciado pelos testes de adsorção gravimétrica (tabela 4). Em adição, se forem considerados os níveis de cálcio e magnésio na amostra com silano apenas (tabela 5, entrada 1), o cálcio diminui apenas levemente (de 10,8% para o carbonato a 9,1%) e o magnésio não diminui. Estes são essencialmente as alças químicas no reservatório onde um material pode se ligar assim, se estes níveis não estiverem diminuindo, isso mostra que o silano não esta se ligando fortemente. Contrariamente, as amostras contendo silicato demonstraram diminuições dramáticas no cálcio e magnésio diferente das amostras com silano apenas e silicato é conhecido por reagir com cálcio e magnésio enquanto o silano apenas não pode reagir. Exemplo 5 - Diferentes moléculas de Silano Tabela 6: Análise da superfície de XPS da rocha de carbonato (controle) e molécula de silano terminada com epóxi incluída no sistema de adsorção e silano terminado em amina.

Figure img0008
[075] As can be seen when only silane is used in the adsorption tests, the amount of silicon increases (zero to 1.3%) compared to the control sample (carbonate core only), but the amount of silicon is low (1.3%) and if the present order is compared to the silicate sample, the amount is much smaller (1% for silane only, 16% with silicate). In conclusion, the level of silicon on the surface is much lower, but small amounts of silane are retained on the surface, but it is not predicted to chemically bond to the surface as evidenced by the gravimetric adsorption tests (table 4). In addition, if the levels of calcium and magnesium in the silane-only sample are considered (Table 5, entry 1), the calcium decreases only slightly (from 10.8% for the 9.1% carbonate) and the magnesium does not decrease . These are essentially the chemical loops in the reservoir where a material can bind so if these levels are not going down this shows that the silane is not binding strongly. In contrast, samples containing silicate demonstrated dramatic decreases in calcium and magnesium unlike silane only samples and silicate is known to react with calcium and magnesium while silane alone cannot react. Example 5 - Different Silane Molecules Table 6: Analysis of the XPS surface of the carbonate rock (control) and epoxy-terminated silane molecule included in the adsorption system and amine-terminated silane.
Figure img0008

[076] O aminopropiltrietoxilsilano (APTS), assim, tem sido utilizado até agora, então para este conjunto de experimentos os testes foram repetidos usando um silano terminado em epóxi. APTS foi incluído neste conjunto de amostra visto que a amostra de carbonato foi diferente. A incorporação bem-sucedida foi confirmada como a porcentagem de silício aumentada devido ao sistema de adsorção (tabela 6) e o cálcio e o magnésio diminuíram. O nitrogênio aumentou quando APTS foi incluído devido aos grupos amina. No caso do silano terminado em epóxi (que incorpora o carbono e o oxigênio), o oxigênio realmente aumentou, mas isto poderia ser em parte devido ao aumento substancial em silício mascarando o aumento em oxigênio. Interessantemente as energias de ligação (figura 4) determinaram usando XPS a presença de C-0 ligações (a 286eV, figura 4, linha contínua) que estavam presentes a partir de grupos epóxi que não estavam presentes na rocha de carbonato original (ausência de pico a 286eV, figura 4, linha pontilhada).[076] Aminopropyltriethoxylsilane (APTS) thus has been used so far, so for this set of experiments the tests were repeated using an epoxy-terminated silane. APTS was included in this sample set as the carbonate sample was different. Successful incorporation was confirmed as the percentage of silicon increased due to the adsorption system (Table 6) and calcium and magnesium decreased. Nitrogen increased when APTS was included due to amine groups. In the case of the epoxy-terminated silane (which incorporates carbon and oxygen), the oxygen did increase, but this could be in part due to the substantial increase in silicon masking the increase in oxygen. Interestingly the binding energies (figure 4) determined using XPS the presence of C-0 bonds (at 286eV, figure 4, solid line) that were present from epoxy groups that were not present in the original carbonate rock (absence of peak at 286eV, figure 4, dotted line).

Exemplo 6 - Injeção do núcleo com o Sistema de adsorção a 100% de saturação de águaExample 6 - Injection of the core with the Adsorption System at 100% water saturation

[077] Os testes de injeção no núcleo foram realizados que simulam as condições encontradas nos reservatórios subterrâneos usando o sistema de adsorção pata determinar a eficácia. O sistema testado inclui uma molécula polimérica que é ligada ao carbonato usando o sistema de adsorção. Estes testes estabelecem: a permeabilidade padrão do núcleo à solução salina (e petróleo no caso de umectabilidade misturada); pode estabelecer a umectabilidade da superfície do complexo no núcleo representativa do reservatório; a capacidade de colocar o sistema de adsorção sob as condições do reservatório; o efeito do sistema de adsorção sobre a permeabilidade à solução salina (e petróleo) (antes e após o tratamento). Este exemplo foi realizado a 100% de saturação de água a fim de determinar a capacidade do sistema de adsorção de funcionar a 100% de saturação de água. O Exemplo 7 inclui outras investigações que foram realizadas com os sistemas com umectabilidade misturada (petróleo e água presentes).[077] Core injection tests were performed that simulate the conditions found in underground reservoirs using the adsorption system to determine effectiveness. The system tested includes a polymer molecule that is bonded to the carbonate using the adsorption system. These tests establish: the standard permeability of the core to saline (and oil in the case of mixed wettability); can establish the wettability of the complex surface in the representative core of the reservoir; the ability to place the adsorption system under reservoir conditions; the effect of the adsorption system on the permeability to saline (and oil) solution (before and after treatment). This example was run at 100% water saturation to determine the ability of the adsorption system to operate at 100% water saturation. Example 7 includes other investigations that were carried out with systems with mixed wettability (oil and water present).

[078] A permeabilidade e a porosidade da amostra foram medidas usando um instrumento para a medição da permeabilidade e porosidade do hélio automatizado sob pressão eficaz líquida in situ, os dados são mostrados na tabela 7. Estes dados são usados para calcular os volumes de tratamento com base no volume do poro. Tabela 7: Porosidade e permeabilidade da amostra da rocha de carbonato cilíndrica sob pressão eficaz líquida in situ complete

Figure img0009
[078] The permeability and porosity of the sample were measured using an instrument for measuring the permeability and porosity of automated helium under effective liquid pressure in situ, the data are shown in table 7. These data are used to calculate the treatment volumes based on pore volume. Table 7: Porosity and permeability of cylindrical carbonate rock sample under liquid effective pressure in situ complete
Figure img0009

[079] Depois disso, a amostra do núcleo de carbonato cilíndrica de um reservatório subterrâneo foi carregada em um instrumento de injeção no núcleo e a superfície externa foi pressurizada para simular as cargas encontradas em um reservatório (pressão de sobrecarga, 3500 psi (24131,65 kPa), 500 psi (3447,38 kPa) contrapressão, a 105°C).[079] Thereafter, the cylindrical carbonate core sample from an underground reservoir was loaded into a core injection instrument and the outer surface was pressurized to simulate the loads encountered in a reservoir (overhead pressure, 3500 psi (24131, 65 kPa), 500 psi (3447.38 kPa) back pressure, at 105°C).

[080] Subsequentemente, injeção de solução salina prolongada foi realizada em diferentes taxas de fluxo para determinar a permeabilidade padrão da amostra do núcleo, a composição de solução salina é mostrada na tabela 8. Tabela 8: Composição de Solução Salina

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[080] Subsequently, prolonged saline injection was performed at different flow rates to determine the standard permeability of the core sample, the saline composition is shown in table 8. Table 8: Saline composition
Figure img0010

[081] A Tabela 9 apresenta os resultados da etapa de injeções de solução salina e mostra a pressão diferencial medida sobre a amostra para cada taxa de fluxo após alcançar condições de estado constante (isto é, pressão diferencial estável e constante sobre a amostra), esta pode ser usada para calcular a permeabilidade do núcleo real usando a lei de Darcy. Tabela 9: Pressão diferencial sobre a amostra de rocha de carbonato cilíndrica em várias taxas de fluxo usadas para calcular a permeabilidade à solução salina (antes do tratamento com o sistema de adsorção)

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Figure img0012
[081] Table 9 presents the results of the saline injections step and shows the measured differential pressure over the sample for each flow rate after reaching steady state conditions (ie, stable and constant differential pressure over the sample), this can be used to calculate the actual core permeability using Darcy's law. Table 9: Differential pressure over the cylindrical carbonate rock sample at various flow rates used to calculate permeability to saline solution (prior to treatment with the adsorption system)
Figure img0011
Figure img0012

[082] A rocha é a seguir tratada com o sistema de adsorção incluindo um agente modificador de superfície que é um polímero solúvel em água capaz de ligação ao sistema de adsorção. Uma solução de polímero aquoso a 4% (p/v) de ácido poliacrilamida-co-acrílico (PAM-co-AA) Mw 520.000, Mn 150.000 (Típica), acrilamida ~80 % em peso foi preparada. 0,275 g de uma solução de formaldeído (37% de solução) foi adicionado a 20,5 g da solução de polímero a 4% (solução A), isto confere o polímero reativo aos grupos amina encontrados no silano terminado em amino. Uma solução separada foi preparada usando 7,15 g de solução de silicato de sódio (26,5% de silicato), 92 mL de água, e 5,25 ml de 3- aminopropil trietoxissilano (APTS) foram preparados (solução B). A solução A foi a seguir adicionada à solução B, o volume total é aproximadamente 125 mL. O tratamento foi adicionado usando um pistão de troca e 3,7 vezes o volume do poro (tabela 7) do núcleo foram injetados sucessivamente na amostra de núcleo. A pressão diferencial sobre a amostra foi de >2000 psi (13789,51 kPa) que é extremamente alta para uma injeção de polímero que é indicativa de adsorção à superfície da rocha, a pressão aumentou rapidamente uma vez que o sistema de adsorção passou sobre a face da rocha de carbonato. Antes do sistema de adsorção alcançar a face da rocha, uma taxa de injeção de 60cc h foi seguida, mas foi subsequentemente reduzida para 2-3 cc/h devido à forte adsorção causando alta pressão diferencial sobre a amostra.[082] The rock is then treated with the adsorption system including a surface modifying agent which is a water-soluble polymer capable of binding to the adsorption system. A 4% (w/v) aqueous polymer solution of polyacrylamide-co-acrylic acid (PAM-co-AA) Mw 520,000, Mn 150,000 (Typical), acrylamide ~80% by weight was prepared. 0.275 g of a formaldehyde solution (37% solution) was added to 20.5 g of the 4% polymer solution (solution A), this gives the polymer reactive to the amine groups found in the amino-terminated silane. A separate solution was prepared using 7.15 g of sodium silicate solution (26.5% silicate), 92 ml of water, and 5.25 ml of 3-aminopropyl triethoxysilane (APTS) were prepared (solution B). Solution A was then added to solution B, the total volume is approximately 125 ml. The treatment was added using an exchange piston and 3.7 times the pore volume (Table 7) of the core was successively injected into the core sample. The differential pressure over the sample was >2000 psi (13789.51 kPa) which is extremely high for a polymer injection which is indicative of adsorption to the rock surface, the pressure rapidly increased as the adsorption system passed over the carbonate rock face. Before the adsorption system reached the rock face, an injection rate of 60cc h was followed, but was subsequently reduced to 2-3 cc/h due to strong adsorption causing high differential pressure over the sample.

[083] Após a injeção, a amostra foi travada com nenhum fluxo de fluido por 24 horas, após isto o sistema de adsorção residual (em espaço de poro) foi removido pela injeção de solução salina e após a pressão através do núcleo ter estabilizado, a permeabilidade à solução salina foi medida novamente e considerada 560 vezes (determinado como p ponto onde a pressão diferencial sobre a rocha é estável). A Figura 2 mostra a pressão diferencial sobre o núcleo do carbonato após o tratamento com o sistema de adsorção e pode ser dividida em três diferentes partes: a) um estágio inicial durante o qual a solução salina é empurrada através do núcleo para romper o sistema de adsorção; b) um estágio intermediário durante o qual a solução salina rompeu a face externa da amostra após a qual, visto que a solução salina penetra no espaço de poro, a pressão diferencial começaria a diminuir; e c) Visto que a solução salina continua a fluir através do espaço de poro, a pressão diferencial sobre a amostra começa a diminuir, mas eventualmente estabiliza à medida que o sistema de adsorção (incluindo polímero) inibe o fluxo de solução salina. Essa pressão diferencial estabilizada final através do núcleo demonstra uma redução de 560 vezes em permeabilidade através do núcleo em comparação com o tratamento de pré-adsorção (Tabela 9). Em adição, este efeito foi mantido por >140 volumes do poro o que provê forte evidência para a adsorção eficaz, sem adsorver à superfície o sistema de adsorção solúvel em água seria lavado com solução salina. Isto demonstra que a abordagem trabalha sob condições de reservatório.[083] After injection, the sample was locked with no fluid flow for 24 hours, after which the residual adsorption system (in pore space) was removed by saline injection and after the pressure through the core had stabilized, the permeability to the saline solution was measured again and considered 560 times (determined as p point where the differential pressure on the rock is stable). Figure 2 shows the differential pressure over the carbonate core after treatment with the adsorption system and can be divided into three different parts: a) an initial stage during which the saline solution is pushed through the core to break the system. adsorption; b) an intermediate stage during which the saline solution broke the outer face of the sample after which, as the saline solution penetrates the pore space, the differential pressure would begin to decrease; and c) Since the saline solution continues to flow through the pore space, the differential pressure over the sample begins to decrease, but eventually stabilizes as the adsorption system (including polymer) inhibits the saline solution flow. This final stabilized differential pressure across the core demonstrates a 560-fold reduction in permeability across the core compared to the pre-adsorption treatment (Table 9). In addition, this effect was maintained for >140 pore volumes which provides strong evidence for effective adsorption, without surface adsorption the water-soluble adsorption system would be washed with saline. This demonstrates that the approach works under reservoir conditions.

Exemplo7-InjeçãonoNúcleocomoSistemadeadsorção em condições de umectabilidade misturadasExample 7-Injection into the Core as an Adsorption System under mixed wettability conditions

[084] A permeabilidade e porosidade de uma amostra do núcleo de carbonato foi medida usando um instrumento de medição de permeabilidade e porosidade do hélio automatizado sob pressão eficaz líquida in situ, os dados são mostrados na tabela 10. Estes dados são usados para calcular os volumes de tratamento com base no volume do poro. Este experimento foi direcionado ao teste do sistema de adsorção em saturação de água com petróleo residual assim a amostra do núcleo de carbonato é exposta a ambos a solução salina e petróleo (ARAB D petróleo bruto, gravidade API = 28,80, Densidade = 0,8820) antes do tratamento com o sistema de adsorção. Portanto, a permeabilidade da rocha à solução salina e petróleo é determinada escoando a solução salina e petróleo separadamente através da amostra para prover uma permeabilidade padrão (calculada usando a lei de Darcy). Tabela 10: Porosidade (expressa como a %) e permeabilidade (mD é mili-Darcy) para a amostra do núcleo de carbonato sob pressão eficaz líquida completa in situ.

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[084] The permeability and porosity of a carbonate core sample was measured using an automated helium permeability and porosity measuring instrument under effective liquid in situ pressure, the data are shown in table 10. These data are used to calculate the treatment volumes based on pore volume. This experiment was directed to testing the adsorption system in water saturation with residual oil so the carbonate core sample is exposed to both saline and petroleum (ARAB D crude oil, API gravity = 28.80, Density = 0, 8820) before treatment with the adsorption system. Therefore, the permeability of the rock to saline and petroleum solution is determined by draining the saline and petroleum solution separately through the sample to provide a standard permeability (calculated using Darcy's law). Table 10: Porosity (expressed as %) and permeability (mD is milli-Darcy) for carbonate core sample under complete liquid effective pressure in situ.
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[085] Após o carregamento da amostra na injeção do núcleo, a sequência a seguir foi realizada na amostra: a) Medição da permeabilidade in situ no pré- tratamento para a solução salina através da injeção de solução salina com múltiplas taxas. b) Injeção de petróleo-solução salina cíclica no pré- tratamento sob condições de reservatório in situ.[085] After loading the sample into the core injection, the following sequence was performed on the sample: a) Measurement of in situ permeability in the pre-treatment for saline solution through saline injection with multiple rates. b) Injection of cyclic petroleum-saline solution in the pre-treatment under in situ reservoir conditions.

[086] Isto foi necessário para estabelecer um caso base para a permeabilidade relativa do ponto de viragem para ambas a solução salina e o petróleo cujos pontos de viragem são medidos após o tratamento. c) Injeção do sistema de adsorção. d) Injeção de petróleo-solução salina cíclica pós- tratamento para avaliar o efeito do tratamento sobre as medidas das permeabilidades no ponto de viragem na etapa (b).[086] This was necessary to establish a base case for the relative permeability of the turning point for both saline and oil whose turning points are measured after treatment. c) Adsorption system injection. d) Post-treatment cyclic petroleum-saline injection to evaluate the treatment effect on the permeability measurements at the turning point in step (b).

[087] Em geral, a seguinte sequência de injeção de petróleo-água foi realizada: água - petróleo - água -petróleo - água - tratamento - água - petróleo.[087] In general, the following oil-water injection sequence was performed: water - oil - water - oil - water - treatment - water - oil.

[088] A Tabela 11 apresenta as pressões diferenciais medidas sobre a amostra durante os resultados das medições de permeabilidade da solução salina in situ conduzidas na amostra como parte do estágio (a) do procedimento de injeção no núcleo. Tabela 11: Medições da permeabilidade da solução salina em taxas de fluxo variáveis antes do tratamento com o sistema de adsorção.

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Figure img0016
[088] Table 11 presents the measured differential pressures on the sample during the results of the in situ saline permeability measurements conducted on the sample as part of stage (a) of the core injection procedure. Table 11: Permeability measurements of saline solution at variable flow rates before treatment with the adsorption system.
Figure img0015
Figure img0016

[089] Como mencionado anteriormente, a fim de medir as permeabilidades do ponto de viragem estabilizadas no pré- tratamento ao petróleo e à solução salina, um padrão cíclico de injeção de petróleo-solução salina foi implementado (estágio (b)). Este estágio consistia em três injeções de petróleo conduzidas em alternância com três injeções de solução salina. Cada injeção continuou até as condições de estado constante serem alcançadas, isto é, a pressão diferencial estável e constante sobre a amostra e sem mais produção do fluido deslocado sobre o lado da saída da amostra de núcleo.[089] As mentioned earlier, in order to measure the stabilized turning point permeabilities in the pre-treatment to oil and saline, a cyclical oil-saline injection pattern was implemented (stage (b)). This stage consisted of three petroleum injections conducted in alternation with three saline injections. Each injection continued until steady state conditions were reached, that is, stable and constant differential pressure over the sample and no further production of displaced fluid on the output side of the core sample.

[090] A Tabela 12 apresenta os resultados da injeção de petróleo-solução salina cíclica descrita acima conduzida e para cada fluido a pressão diferencial permanece relativamente a mesma do 2° ciclo de injeção até o 3°. Tabela 12: Estabilização da pressão diferencial sobre a amostra com injeção de petróleo-solução salina cíclica.

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[090] Table 12 presents the results of the cyclical saline solution injection described above conducted and for each fluid the differential pressure remains relatively the same from the 2nd injection cycle to the 3rd. Table 12: Stabilization of the differential pressure over the sample with cyclic petroleum-saline injection.
Figure img0017

[091] A rocha é a seguir tratada com o sistema de adsorção (mesma composição que no exemplo 6) incluindo um agente modificador de superfície que é um polímero solúvel em água capaz de se ligar ao sistema de adsorção. O tratamento foi adicionado usando um pistão de troca e 3,7 vezes o volume do poro do núcleo foram injetados na amostra do núcleo. A pressão diferencial sobre a amostra foi de >2000 psi (13789,51 kPa) que é extremamente alta para uma injeção de polímero que é evidência de forte adsorção à superfície da rocha.[091] The rock is then treated with the adsorption system (same composition as in example 6) including a surface modifying agent which is a water-soluble polymer capable of binding to the adsorption system. The treatment was added using an exchange piston and 3.7 times the core pore volume was injected into the core sample. The differential pressure over the sample was >2000 psi (13789.51 kPa) which is extremely high for a polymer injection which is evidence of strong adsorption to the rock surface.

[092] Os dados da permeabilidade pós-tratamento foram a seguir coletados ao injetar água e petróleo até uma pressão diferencial estável ser alcançada. A razão de redução para a solução salina foi medida como sendo de 39,2 (96 volumes do poro injetados no volume do poro da amostra de 10,5 cm3) determinada como o ponto onde a pressão diferencial sobre a rocha é estável. Sem forte adsorção à superfície, o sistema de adsorção solúvel em água seria lavado. A razão de redução foi a seguir determinada pela comutação para a injeção de petróleo e uma pressão diferencial estável resultou em uma razão de redução de permeabilidade para petróleo de 16,94 (96 volumes do poro injetados) novamente determinado como o ponto onde a pressão diferencial sobre a rocha é estável. Portanto, quando um polímero adequado é ligado sobre o sistema de adsorção (por meio do grupo funcional no silano), o sistema de adsorção pode reduzir a permeabilidade à solução salina mais do que o petróleo, isto é conhecido como modificação de permeabilidade relativa.[092] Post-treatment permeability data were then collected by injecting water and oil until a stable differential pressure was reached. The reduction ratio for the saline solution was measured to be 39.2 (96 pore volumes injected into the pore volume of the 10.5 cm3 sample) determined as the point where the differential pressure over the rock is stable. Without strong surface adsorption, the water-soluble adsorption system would be washed away. The reduction ratio was then determined by switching to oil injection and a stable differential pressure resulted in an oil permeability reduction ratio of 16.94 (96 injected pore volumes) again determined as the point where the differential pressure on the rock is stable. Therefore, when a suitable polymer is attached onto the adsorption system (via the functional group on the silane), the adsorption system can reduce the permeability to saline solution more than oil, this is known as relative permeability modification.

[093] Após o experimento de injeção no núcleo, a amostra foi removida do instrumento e extensivamente extraída com tolueno para remover qualquer petróleo e foi a seguir moída e a análise de XPS foi realizada para tentar detectar o sistema de adsorção (Tabela 13). É previsto que a concentração da camada de adsorção seja extremamente baixa visto que a porosidade da amostra é 28%, então a rocha é principalmente material volumoso onde a camada de adsorção não é revestida. No entanto, aproximadamente 1% de silício foi detectado na amostra (observe que isto está medindo o material volumoso total) e, quando combinado com todos os dados da injeção no núcleo, ocorreu a adsorção bem-sucedida dos produtos químicos. Tabela 13: A análise de XPS da rocha de carbonato após a análise de injeção no núcleo (medindo o material volumoso).

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[093] After the core injection experiment, the sample was removed from the instrument and extensively extracted with toluene to remove any oil and then ground and XPS analysis was performed to try to detect the adsorption system (Table 13). The concentration of the adsorption layer is predicted to be extremely low as the porosity of the sample is 28%, so the rock is mostly bulky material where the adsorption layer is uncoated. However, approximately 1% silicon was detected in the sample (note this is measuring the total bulky material) and when combined with all the core injection data successful adsorption of the chemicals occurred. Table 13: XPS analysis of carbonate rock after core injection analysis (measuring bulk material).
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Exemplo 8 - Injeção no Núcleo com o Sistema de adsorção em condições de umectabilidade misturadas com um petróleo diferente.Example 8 - Core Injection with Adsorption System under wettability conditions mixed with a different oil.

[094] Este experimento combina com o exemplo 7 exceto pelo fato de que desta vez um tipo diferente de petróleo bruto foi utilizado (gravidade API = 18,3, Densidade = 0,9442) e, portanto, a composição do petróleo é substancialmente diferente. A Tabela 14 apresenta a porosidade e a permeabilidade da amostra medidas sobre a pressão eficaz líquida in situ usando o instrumento de medição de porosidade-permeabilidade do hélio automatizado mencionado anteriormente. Tabela 14: Porosidade e permeabilidade (mD é mili-Darcy) sob a pressão eficaz líquida completa in situ.

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[094] This experiment matches example 7 except that this time a different type of crude oil was used (API gravity = 18.3, Density = 0.9442) and therefore the composition of the oil is substantially different . Table 14 presents the sample porosity and permeability measured over the net effective pressure in situ using the automated helium porosity-permeability measurement instrument mentioned above. Table 14: Porosity and permeability (mD is milli-Darcy) under complete liquid effective pressure in situ.
Figure img0020

[095] A Tabela 15 apresenta as pressões diferenciais medidas sobre a amostra durante os resultados das medições in situ da permeabilidade da solução salina conduzidas na amostra como parte do estágio (a) do procedimento de injeção no núcleo (antes do tratamento com o sistema de adsorção) Tabela 15: Pressão diferencial sobre a amostra da rocha em várias taxas de fluxo usadas para calcular a permeabilidade à solução salina.

Figure img0021
[095] Table 15 shows the differential pressures measured on the sample during the results of the in situ measurements of saline permeability conducted on the sample as part of stage (a) of the core injection procedure (prior to treatment with the adsorption) Table 15: Differential pressure over the rock sample at various flow rates used to calculate permeability to saline solution.
Figure img0021

[096] A Tabela 16 apresenta os resultados da injeção de petróleo-solução salina cíclica no pré-tratamento conduzida na amostra a fim de estabelecer as permeabilidades relativas do ponto de viragem padrão. Tabela 16: Pressão diferencial sobre a amostra da rocha para as injeções de petróleo e solução salina cíclicas usadas para calcular a permeabilidade à solução salina.

Figure img0022
[096] Table 16 presents the results of the cyclic petroleum-saline injection in the pre-treatment conducted on the sample in order to establish the relative permeabilities of the standard turning point. Table 16: Differential pressure over the rock sample for the cyclic oil and saline injections used to calculate the permeability to the saline solution.
Figure img0022

[097] Após as injeções de petróleo/solução salina cíclicas para determinar a permeabilidade padrão, a rocha é então tratada com o sistema de adsorção (o mesmo que nos exemplos 6 e 7) incluindo um agente modificador de superfície que é um polímero solúvel em água capaz de se ligar ao sistema de adsorção (o mesmo que no exemplo 7). O tratamento foi adicionado usando um pistão de troca e 1,6 vezes o volume do poro do núcleo foi sucessivamente injetado na amostra do núcleo. A pressão diferencial sobre a amostra foi novamente de >2000 psi (13789,51 kPa) que é extremamente alta para uma injeção de polímero que é evidência de forte adsorção à superfície da rocha.[097] After cyclic petroleum/saline injections to determine the standard permeability, the rock is then treated with the adsorption system (same as in examples 6 and 7) including a surface modifying agent that is a polymer soluble in water capable of binding to the adsorption system (same as in example 7). The treatment was added using an exchange piston and 1.6 times the core pore volume was successively injected into the core sample. The differential pressure over the sample was again >2000 psi (13789.51 kPa) which is extremely high for a polymer injection which is evidence of strong adsorption to the rock surface.

Dados de Permeabilidade Pós-tratamentoPost-treatment Permeability Data

[098] A razão de redução para solução salina foi medida previamente para ser 296 - determinado como o ponto quando a pressão diferencial sobre a rocha é estável, sem adsorver à superfície, o sistema de adsorção solúvel em água seria lavado. A pressão diferencial final registrada no final do dia resultou em uma razão da redução da permeabilidade para petróleo de 9,3 - determinado como o ponto quando a pressão diferencial sobre a rocha é estável.[098] The reduction ratio for saline solution was previously measured to be 296 - determined as the point when the differential pressure over the rock is stable, without adsorbing to the surface, the water-soluble adsorption system would be washed away. The final differential pressure recorded at the end of the day resulted in an oil permeability reduction ratio of 9.3 - determined as the point when the differential pressure over the rock is stable.

Exemplo 9 - Injeção no Núcleo com menor concentração de sistema de adsorçãoExample 9 - Injection into the Core with lower concentration of adsorption system

[099] Anteriormente, quando o sistema de adsorção foi injetado, pressões diferenciais excessivas foram encontradas (>2000 psi = 13789,51 kPa) o que pode ser atribuído à capacidade do sistema de adsorver quimicamente à superfície. A pressão durante a injeção não pode alcançar a pressão de sobrecarga (3500 psi = 24131,65 kPa) senão o experimento falhará. Para este experimento, o sistema de adsorção foi diluído em 25% da formulação original dada no exemplo 6 com água e a pressão diferencial foi de aproximadamente 600 psi = 4136,85 kPa (comparado a 2000 psi (13789,51 kPa) na concentração original) que é uma melhoria nos experimentos anteriores e, nesta concentração, múltiplos volumes do poro do sistema de adsorção poderiam ser injetados em maiores taxas de fluxo. Em 25%, o sistema de adsorção poderia ser injetado a 60cc/h com 600 psi (4136,85 kPa) de pressão diferencial enquanto anteriormente 2 - 3 cc/h foi a taxa de injeção máxima dando pressões diferenciais >2000 psi (13789,51 kPa).[099] Previously, when the adsorption system was injected, excessive differential pressures were found (>2000 psi = 13789.51 kPa) which can be attributed to the capacity of the system to chemically adsorb to the surface. The pressure during injection cannot reach the overload pressure (3500 psi = 24131.65 kPa) otherwise the experiment will fail. For this experiment, the adsorption system was diluted 25% of the original formulation given in example 6 with water and the differential pressure was approximately 600 psi = 4136.85 kPa (compared to 2000 psi (13789.51 kPa) at the original concentration ) which is an improvement on previous experiments and, at this concentration, multiple pore volumes of the adsorption system could be injected at higher flow rates. At 25%, the adsorption system could be injected at 60cc/h with 600 psi (4136.85 kPa) differential pressure whereas previously 2 - 3 cc/h was the maximum injection rate giving differential pressures >2000 psi (13789, 51 kPa).

[100] A Figura 3 mostra um substrato (301) tendo uma camada de adsorção (302) com polímero (303) como descrito, na presença de solução salina (304), o polímero (303) é hidratado e expande sobre o espaço do poro (imagem à esquerda); na presença de petróleo (305), o polímero (303) entra em colapso e o espaço do poro é mais acessível.[100] Figure 3 shows a substrate (301) having an adsorption layer (302) with polymer (303) as described, in the presence of saline (304), the polymer (303) is hydrated and expands over the space of the pore (left image); in the presence of oil (305), the polymer (303) collapses and the pore space is more accessible.

[101] Ao diluir o sistema de adsorção, esta camada não pode se acumular tão rapidamente resultando em pressões diferenciais excessivas (>2000 psi = 13789,51 kPa) durante a injeção. Apesar de usar uma menor concentração de sistema de adsorção, a eficácia é mantida como evidenciado pelos dados de permeabilidade de pós-tratamento: a razão de redução para a solução salina foi de 62 e para petróleo foi de 14,5.[101] When diluting the adsorption system, this layer cannot accumulate as quickly resulting in excessive differential pressures (>2000 psi = 13789.51 kPa) during injection. Despite using a lower concentration of adsorption system, the effectiveness is maintained as evidenced by the post-treatment permeability data: the reduction ratio for saline was 62 and for oil was 14.5.

Exemplo 10: Núcleo flood experiment with different rock amostraExample 10: Flood core experiment with different rock sample

[102] Este experimento foi realizado em uma amostra alternativa do núcleo de carbonato usando o mesmo procedimento delineado nos exemplos 6 e 8 usando o petróleo ARAB D. A química da superfície dos diferentes núcleos do carbonato (#2) versus os núcleos testados até aqui (#1) foi diferente usando XPS (Tabela 17). O núcleo #1 tem os mesmos dados que aqueles mostrados na tabela 3 (controle) e o núcleo #2 é a amostra do núcleo diferente. Como pode ser visto na tabela 16, cálcio e magnésio estão ainda presentes os quais foram identificados como estando envolvidos no mecanismo de adsorção. No entanto, há uma quantidade significativa de silício na superfície no núcleo sintético (8,2%) versus nenhum silício da superfície nos núcleos atuais o que preferivelmente faz a diferença em como o sistema de adsorção interage com a superfície. A presença de silício é mais em linha com os reservatórios de arenito. Tabela 17: Dados de pesquisa medidos por Espectroscopia de Fotoelétrons de raios X (percentual atômico, %) para diferentes amostras do núcleo do reservatório.

Figure img0023
[102] This experiment was carried out on an alternative carbonate core sample using the same procedure outlined in examples 6 and 8 using ARAB D oil. The surface chemistry of the different carbonate cores (#2) versus the cores tested so far (#1) was different using XPS (Table 17). Core #1 has the same data as those shown in table 3 (control) and core #2 is the sample from the different core. As can be seen in table 16, calcium and magnesium are still present which have been identified as being involved in the adsorption mechanism. However, there is a significant amount of surface silicon in the synthetic core (8.2%) versus no surface silicon in today's cores which preferably makes a difference in how the adsorption system interacts with the surface. The presence of silicon is more in line with sandstone reservoirs. Table 17: Survey data measured by X-ray Photoelectron Spectroscopy (atomic percentage, %) for different samples of the reservoir core.
Figure img0023

[103] A mesma sequência de injeções foi realizada neste diferente núcleo e os dados de permeabilidade de pós- tratamento mostram uma razão de redução para solução salina de 11 - e para petróleo foi de 4,0. Isto demonstra que o sistema de adsorção ainda é eficaz mesmo com menos cálcio e magnésio e significativa presença de silício na amostra.[103] The same sequence of injections was performed in this different core and the post-treatment permeability data show a reduction ratio for saline solution of 11 - and for petroleum it was 4.0. This demonstrates that the adsorption system is still effective even with less calcium and magnesium and a significant presence of silicon in the sample.

[104] Os núcleos também foram avaliados em termos de porosidade e permeabilidade e estes foram novamente diferenças chave, visto que os núcleos anteriores tinham uma permeabilidade de 200mD e 28% de porosidade enquanto os diferentes núcleos tinham uma permeabilidade de 420mD e 40% de porosidade. Como descrito na figura 3, se a porosidade for maior então mais do sistema de adsorção é exigido a fim de preencher o espaço do poro. Portanto, para este experimento o sistema de adsorção não foi diluído e foi usado na concentração dada no exemplo 6.[104] The cores were also evaluated for porosity and permeability and these were again key differences as the previous cores had a permeability of 200mD and 28% porosity while the different cores had a permeability of 420mD and 40% porosity . As described in Figure 3, if the porosity is greater then more of the adsorption system is required in order to fill the pore space. Therefore, for this experiment the adsorption system was not diluted and was used at the concentration given in example 6.

Claims (13)

1. Método de tratamento de um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto compreendendo um substrato contendo carbonato, o método caracterizado pelo fato de que compreende: adição de uma quantidade de um silicato ou uma molécula contendo silicato ao reservatório para interagir quimicamente com uma superfície de carbonato do substrato contendo carbonato para formar uma camada de silicato ou molécula contendo silicato interagido quimicamente com pelo menos uma porção da superfície de carbonato; adição de uma quantidade de composto de organossilício para se ligar quimicamente com o material contendo silicato; adição de uma quantidade de um agente modificador de superfície compreendendo um polímero orgânico ou macromolécula excluindo um composto de organossilício para se ligar covalentemente ao composto de organossilício através de um grupo funcional adequado no composto de organossilício; em que o silicato é adicionado ao reservatório a uma concentração superior a 0% e até 8% em peso/volume.1. A method of treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, the method characterized in that it comprises: adding an amount of a silicate or a silicate-containing molecule to the reservoir to chemically interact with a carbonate surface of the substrate containing carbonate to form a silicate layer or silicate-containing molecule chemically interacted with at least a portion of the carbonate surface; adding an amount of organosilicon compound to chemically bond with the silicate-containing material; adding an amount of a surface modifying agent comprising an organic polymer or macromolecule excluding an organosilicon compound to covalently bond to the organosilicon compound through a suitable functional group on the organosilicon compound; wherein silicate is added to the reservoir at a concentration greater than 0% and up to 8% by weight/volume. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o silicato ou molécula contendo silicato é reagido com o composto de organossilício antes de ser adicionado ao reservatório subterrâneo de hidrocarboneto.2. Method according to claim 1, characterized in that the silicate or silicate-containing molecule is reacted with the organosilicon compound before being added to the underground hydrocarbon reservoir. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o composto de organossilício é um organossilano tendo a fórmula:
Figure img0024
onde X é um grupo hidrolisável selecionado do grupo consistindo em alcóxi, acilóxi, halogênio ou amina; R é um radical orgânico não hidrolisável selecionado do grupo consistindo em alquila, alquenila, arila, alila, halogênios, aminas, grupos funcionais de enxofre, hidroxila, aldeído, epóxi, nitrobenzamida, ciano, piridila, azida, éster, isocianato, fosfina, fosfato ou silanos poliméricos ou multifuncionais; e n é 1 a 4.
3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the organosilicon compound is an organosilane having the formula:
Figure img0024
where X is a hydrolyzable group selected from the group consisting of alkoxy, acyloxy, halogen or amine; R is a non-hydrolyzable organic radical selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, aryl, allyl, halogens, amines, sulfur functional groups, hydroxyl, aldehyde, epoxy, nitrobenzamide, cyano, pyridyl, azide, ester, isocyanate, phosphine, phosphate or polymeric or multifunctional silanes; and n is 1 to 4.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o organossilano é selecionado do grupo consistindo em: monômeros, monômeros hidrolisados, dímeros hidrolisados, e oligômeros hidrolisados de: um aminopropiltrialcoxissilano, um aminoetilaminopropiltrialcoxissilano, um alquitrialcoxissilano, um viniltrialcoxissilano, um feniltrialcoxissilano, mercaptotrialcoxissilano, um estirilaminotrialcoxissilano, um metacriloxipropiltrialcoxissilano, um glicidoxipropiltrialcoxissilano, um perfluortrialcoxissilano, um perfluoréter trialcoxissilano funcionalizado, um azol trialcoxissilano funcional, um tetra-alcoxissilano, metildietilclorossilano, dimetildiclorossilano, metiltriclorossilano, dimetildibromossilano, dietildi-iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, feniltribromossilano, difenildiclorossilano, toliltribromossilano, metilfenildiclorossilano ou combinações dos mesmos; ou metildietilclorossilano, dimetildiclorossilano, metiltriclorossilano, dimetildibromossilano, dietildi- iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, feniltribromossilano, difenildiclorossilano, toliltribromossilano, metilfenildiclorossilano.4. Method according to claim 3, characterized in that the organosilane is selected from the group consisting of: monomers, hydrolyzed monomers, hydrolyzed dimers, and hydrolyzed oligomers of: an aminopropyltrialkoxysilane, an aminoethylaminopropyltrialkoxysilane, an alkyltrialkoxysilane, a vinyltrialkoxysilane one feniltrialcoxissilano, mercaptotrialcoxissilano a estirilaminotrialcoxissilano a metacriloxipropiltrialcoxissilano a glicidoxipropiltrialcoxissilano a perfluortrialcoxissilano a trialkoxysilane functionalized perfluoréter one functional trialkoxysilane azole, a tetra-alkoxysilane, metildietilclorossilano, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, dimetildibromossilano, dietildi-iodossilano, dipropildiclorossilano, dipropildibromossilano, butiltriclorossilano, phenyltribromosilane, diphenyldichlorosilane, tolyltribromosilane, methylphenyldichlorosilane or combinations thereof; or methyldiethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, dimethyldibromosilane, diethyldiiodosilane, dipropyldichlorosilane, dipropyldibromosilane, butyltrichlorosilane, phenyltribromosilane, diphenyldichlorosilane, tolyltribromodichlorosilane, methyl. 5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o organossilano é um amino organossilano.5. Method according to claim 3, characterized in that the organosilane is an amino organosilane. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o silicato ou molécula contendo silicato é adicionado ao reservatório a uma concentração superior a 0,1% e até 5% em peso/volume.6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the silicate or silicate-containing molecule is added to the reservoir at a concentration greater than 0.1% and up to 5% by weight/volume. 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o silicato ou molécula contendo silicato é adicionado ao reservatório a uma concentração superior a 0,2% e até 4% em peso/volume.7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the silicate or silicate-containing molecule is added to the reservoir at a concentration greater than 0.2% and up to 4% by weight/volume. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o composto de organossilício é adicionado ao reservatório a uma concentração de menos de 1,0 mol/L.8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the organosilicon compound is added to the reservoir at a concentration of less than 1.0 mol/L. 9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o composto de organossilício é adicionado ao reservatório a uma concentração entre 0,05 e 0,2 mol/L.9. Method according to claim 8, characterized in that the organosilicon compound is added to the reservoir at a concentration between 0.05 and 0.2 mol/L. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o agente modificador de superfície é adicionado de modo que a razão de grupos ativos no agente modificador de superfície para organossilício é de 1:1,5 a 1:5.10. Method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the surface modifying agent is added so that the ratio of active groups in the surface modifying agent to organosilicon is 1:1.5 to 1:5. 11. Amostra retirada de um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto, submetida ao método conforme definido na reivindicação 1, a amostra caracterizadapelo fato de que compreende: um substrato contendo carbonato tendo uma camada de silicato ou uma molécula contendo silicato que interagiu quimicamente com pelo menos uma porção de uma superfície do substrato contendo carbonato; um composto de organossilício que é covalentemente ligado ao silicato; e um agente modificador de superfície que é covalentemente ligado ao composto de organossilício.11. Sample taken from an underground hydrocarbon reservoir, subjected to the method as defined in claim 1, the sample characterized by the fact that it comprises: a carbonate-containing substrate having a silicate layer or a silicate-containing molecule that has chemically interacted with at least one portion from a surface of the carbonate-containing substrate; an organosilicon compound that is covalently bonded to the silicate; and a surface modifying agent that is covalently bonded to the organosilicon compound. 12. Reservatório subterrâneo de hidrocarboneto tratado de acordo com o método conforme definido na reivindicação 1, o reservatório tratado caracterizadopor compreender: um substrato contendo carbonato que tem uma camada de silicato ou uma molécula contendo silicato interagida quimicamente com pelo menos uma porção de uma superfície do substrato contendo carbonato; um composto de organossilício que é covalentemente ligado ao silicato; e um agente modificador de superfície que é covalentemente ligado ao composto de organossilício.Underground hydrocarbon reservoir treated according to the method as defined in claim 1, the treated reservoir characterized by comprising: a carbonate-containing substrate having a silicate layer or a silicate-containing molecule chemically interacted with at least a portion of a surface of the carbonate-containing substrate; an organosilicon compound that is covalently bonded to the silicate; and a surface modifying agent that is covalently bonded to the organosilicon compound. 13. Composição para tratar um reservatório subterrâneo de hidrocarboneto compreendendo um substrato contendo carbonato, de acordo com o método conforme definido na reivindicação 1, a composição caracterizadapelo fato de que compreende: uma quantidade de um silicato ou uma molécula contendo silicato para interagir quimicamente com uma superfície de carbonato do substrato contendo carbonato; uma quantidade de um composto de organossilício; e uma quantidade de um agente modificador de superfície que pode estar ou não covalentemente ligado com o composto de organossilício; em que o silicato ou material contendo silicato pode ser quimicamente reagido com o composto de organossilício e o composto de organossilício inclui um grupo funcional que permite que o agente modificador de superfície se ligue covalentemente ao composto de organossilício.13. Composition for treating an underground hydrocarbon reservoir comprising a carbonate-containing substrate, according to the method as defined in claim 1, the composition characterized by the fact that it comprises: an amount of a silicate or a silicate-containing molecule to chemically interact with a carbonate surface of the carbonate-containing substrate; an amount of an organosilicon compound; and an amount of a surface modifying agent which may or may not be covalently bonded with the organosilicon compound; wherein the silicate or silicate-containing material can be chemically reacted with the organosilicon compound and the organosilicon compound includes a functional group that allows the surface modifying agent to covalently bond to the organosilicon compound.
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