BR112014016981B1

BR112014016981B1 - "filtro de fundo de poço com espuma de célula aberta contendo nanopartículas"

Info

Publication number: BR112014016981B1
Application number: BR112014016981-0A
Authority: BR
Inventors: Soma Chakraborty; Michael H. Johnson; Gaurav Agrawal
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2020-09-08
Also published as: NO20140728A1; WO2013106154A1; GB2511961B; BR112014016981A8; US20130175026A1; CA2860697A1; US9441462B2; NO347433B1; CA2860697C; GB2511961A; GB201410090D0; BR112014016981A2

Abstract

nanocompósitos para tela de retenção de areia sintonizável com absorção. a presente invenção refere-se a um filtro de fundo de poço compreendendo incluir uma espuma de célula aberta; e nanopartículas dispostas na espuma de célula aberta e expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta. um método para a preparação do filtro de fundo do poço inclui combinar um poli-isocianato e poliol para formar uma composição polimérica; introduzir nanopartículas na composição polimérica; e formar espuma da composição de polímero para produzir o filtro de fundo de poço compreendendo uma espuma de célula aberta com nanopartículas expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta. as nanopartículas podem ser derivadas com grupos funcionais.

Description

"FILTRO DE FUNDO DE POÇO COM ESPUMA DE CÉLULA ABERTA CONTENDO NANOPARTÍCULAS"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido norte-americano No. 13/348090, depositado em 11 de janeiro de 2012, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES

[002] Um ambiente de fundo de poço, tal como, por exemplo, um poço de petróleo ou gás em um ambiente de campos petrolíferos ou submarino, um furo geotérmico, uma perfuração de sequestro de dióxido de carbono, e outros tais ambientes de fundo de poço, equipamentos sujeitos utilizados nesses ambientes a condições severas de temperatura, pressão, ou corrosividade. Além disso, os equipamentos utilizados nesses ambientes podem ser localizados a milhares de metros da superfície constituindo questões de recuperação do equipamento. Uma questão em particular sobre a produção de fluido de um ambiente de fundo de poço é que os fluidos dentro de uma formação contêm uma combinação de componentes, alguns dos quais são desejados para a produção, enquanto outros não são. Um outro problema para a produção de fluido é a intrusão de partículas, por exemplo, detritos de pedra e areia, para dentro do furo a partir da formação. Produção de partículas pode resultar em falha prematura do equipamento do fundo do poço e da superfície. Além disso, as partículas, por exemplo, a areia pode acumular-se no tubo de produção e obstruir o fluxo de furo. Além disso, a produção de fluidos indesejáveis ou partículas pode ser problemática de manusear e eliminar na superfície.

[003] Telas de retenção de areia têm sido utilizadas ao longo da perfuração para filtrar partículas de fluidos com sucesso variável. No entanto, o meio de filtração em muitas telas de retenção de areia é uma malha metálica ou tela, que opera com base na exclusão de tamanho de partícula e, portanto, remove algumas partículas, mas não todas as partículas. Consequentemente, materiais alternativos e construções para filtros em perfuração seriam bem recebidos na técnica.

BREVE DESCRIÇÃO

[004] As deficiências do estado da técnica anterior e outras são ultrapassadas por, em uma modalidade, um filtro de fundo de poço que compreende uma espuma de célula aberta; e nanopartículas dispostas na espuma de célula aberta e expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta.

[005] Em uma modalidade, um método de preparação do filtro de fundo de poço compreende a combinação de um poli-isocianato e poliol para formar uma composição polimérica; introdução de nanopartículas na composição polimérica; e a formação de espuma da composição polimérica para produzir o filtro de fundo de poço compreendendo uma espuma de célula aberta com nanopartículas expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] As seguintes descrições não devem ser consideradas como limitativas de qualquer maneira. Com referência aos desenhos anexos, os elementos semelhantes são numerados da mesma forma:

[007] FIGURA 1 mostra uma seção transversal de uma espuma de célula aberta; e

[008] FIGURAS 2A-C mostram seções transversais de espumas de células abertas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[009] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método descritos é aqui apresentada a título de exemplo e não de limitação, com referência às figuras.

[0010] É aqui divulgado um filtro de fundo do poço, que inclui um nanocompósito de polímero formado por um polímero e uma nanopar-tícula, que em algumas circunstâncias, é derivada. Foi surpreendentemente descoberto que as nanopartículas desempenham um papel no tamanho dos poros na forma de uma espuma de célula aberta que contém os materiais nanocompósitos de polímero e que a derivação das nanopartículas controla seletivamente a absorção pela espuma de célula aberta. Desta maneira, a espuma de célula aberta pode ser implementada ao longo do furo para controlar a produção de partículas e taxa de fluxo de fluido.

[0011] De acordo com uma modalidade, um filtro de fundo de poço inclui uma espuma de célula aberta e nanopartículas dispostas na espuma de célula aberta. As nanopartículas podem ser expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta. Adicionalmente, as nanopartículas podem ser dispostas entre as cadeias de um polímero contido na espuma de célula aberta para ser não expostas nos poros das células abertas. O filtro de fundo do poço é, por exemplo, uma tela de retenção de areia, mas não está limitado a isto, por exemplo, o filtro de furo de poço pode ser utilizado em várias aplicações que envolvem a filtragem de um fluido em um ambiente de fundo de poço, tal como um filtro para uma bomba de circulação.

[0012] A espuma de célula aberta inclui um polímero de base e nanopartículas. As nanopartículas podem ser não derivadas ou derivadas para incluir grupos funcionais químicos para aumentar a dispersibilidade, reatividade, propriedades de superfície, compatibilidade, e outras propriedades desejáveis. Combinações compreendendo nano-partículas derivadas e não derivadas também podem ser usadas.

[0013] Em uma modalidade, o polímero de base da espuma de célula aberta é poliuretano. O poliuretano é, em geral, um produto de condensação de um di- ou poli-isocianato e um composto di- ou poli-hidróxi (também referido como diol ou poliol aqui). Um extensor de ca-deia, por exemplo, os extensores de cadeia com base em di- ou poli-aminas, em alternativa ou em complemento, os dióis podem ser incluídos no lugar de parte da carga de diol para formar o polímero de base. O diol, poliol, di-isocianato, poli-isocianato, extensor de cadeia, e outras espécies que reagem para formar o polímero de base são referidos coletivamente como monômeros reativos.

[0014] Os compostos de di e poli-hidróxi podem incluir, por exemplo, dióis e polióis com 2 a 30 átomos de carbono. Dióis úteis incluem glicóis incluindo glicóis oligoméricos tendo unidades de alquilenóxi repetidas incluindo di, tri e glicóis superiores, ou poliglicóis. Dióis exemplares podem incluir etileno glicol, propileno glicol, trimetileno glicol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, bishidroximetil ciclo-hexano, neopentilglicol, dietilenoglicol, hexanodiol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, polipropileno glicol, trietileno glicol, polietileno glicol, tetraetileno glicol, glicóis oligoméricos e poliméricos, tais como polietileno glicóis, polipropileno glicóis, polibutileno glicóis, poli (etileno-propileno) glicóis, e semelhantes. As combinações que compreendem pelo menos um dos compostos de di-hidróxi precedentes podem ser utilizadas.

[0015] Exemplos de polióis adequados incluem trióis é, por exemplo, glicerol, trimetilolpropano, pentaeritritol, tris (2-hidroxietil) isocianu-rato, e semelhantes; tetróis tais como o dipentaeritritol; e outros álcoois de açúcar tais como inositol, mioinositol, sorbitol, e outros semelhantes. As combinações que compreendem, pelo menos, um dos compostos poli-hidróxi anteriores podem ser usadas.

[0016] Os poliuretanos são tipicamente preparados pela condensação de um di-isocianato com um diol. Poliuretanos alifáticos com pelo menos duas porções de uretano por unidade de repetição são úteis, em que os di-isocianato e diol usados para preparar o poliuretano compreendem grupos alifáticos divalentes que podem ser iguais ou diferentes. As unidades alifáticas bivalentes podem ser C2 a C30, es-pecialmente C3 a C25, mais especificamente C4 a C20 grupos alquileno, incluindo alquileno de cadeia linear, alquileno de cadeia de ramificada, cicloalquileno, heteroalquileno tais como oxialquileno (incluindo polieteralquileno), e semelhantes. Grupos di-radical alifáticos exemplares incluem, mas não se limitam a etileno; 1,2- e 1,3-propileno; 1,2-, 1,3-, e 1,4-butileno; 1,5-pentametileno; 1,3-(2,2-dimetil)propileno; 1,6-hexametileno; 1,8-octametileno; 1,5-(2,2,4-trimetil)pentileno, 1,9-nonametileno; 1,6-(2,2,4-trimetil)hexileno; 1,2-, 1,3-, e 1,4-ciclo- hexileno; 1,4-dimetileno ciclo-hexano; 1,11-undecametileno; 1,12-dodecametileno, e semelhantes.

[0017] Di-isocianatos monoméricos podem ser utilizados para preparar o poliuretano. O componente de di-isocianato pode ser um diisocianato monomérico C4-20 alifático ou C4-20 aromático. Di-isocianatos alifáticos exemplares incluem di-isocianato de isoforona; diciclohexilmetano-4,4'-di-isocianato; di-isocianato de 1,4-tetrametileno; di-isocianato de 1,5-pentametileno; di-isocianato de 1,6-hexametileno; di-isocianato de 1,7-heptametileno; di-isocianato de 1,8-octametileno; di-isocianato de 1,9-nonametileno; di-isocianato de 1,10-decametileno; di-isocianato de 2,2,4-trimetil-1,5- pentametileno; diisocianato de 2,2'-dimetil-1,5-pentametileno; di-isocianato de 3-metóxi-1,6-hexametileno; di-isocianato de 3-butóxi-1,6-hexametileno; diisocianato de ω,ω'-dipropiléter; di-isocianato de 1,4-ciclohexila; diisocianato de 1,3-ciclohexila; di-isocianato de trimetilhexametileno; e combinações que compreendem pelo menos um dos acima.

[0018] Exemplos de poli-isocianatos aromáticos incluem diisocianato de tolueno, bis-metileno-fenilisocianato (di-isocianato de di-fenilmetano), metileno-bis-ciclo-hexilisocianato (MDI hidrogenado), diisocianato de naftaleno, e semelhantes.

[0019] Di-isocianatos poliméricos ou oligoméricos também ou alternativamente, podem ser utilizados para preparar um poliuretano ou um copolímero ligado a ureia ou uretano. Cadeias oligoméricas ou poliméricas exemplares para os di-isocianatos poliméricos incluem os poliuretanos, poliésteres, poliéster, policarbonato, poliestercarbonatos, e semelhantes. Em uma modalidade, o poli-isocianato é um poli-isocianato polimérico, tal como uma cadeia polimérica com grupos isocianato terminais. Os poli-isocianatos úteis incluem aqueles à base de poliésteres, tais como os ésteres polialifáticos incluindo polilactonas, ésteres de poliarilato incluindo copolímeros de ftalatos com fenóis tais como o bisfenol A, di-hidroxibenzenos, e semelhantes; e poli (alifáti-cos-aromáticos) ésteres, tais como tereftalato de etileno, tereftalato de butileno, e outros semelhantes.

[0020] Uma classe útil de di-isocianatos à base de éster polialifáti-co baseia-se polilactonas tais como polibutirolactonas, policaprolacto-nas e semelhantes. Exemplos de isocianatos de poliéster à base de tais poliésteres incluem ADIPRENE ® LFP 2950A e PP 1096, disponível a partir de Chemtura, que são pré-polímeros de policapro lactona terminados em di-isocianato de p-fenileno (PPDI).

[0021] Em alternativa, ou em adição a um composto di-hidróxi, o di-isocianato pode ser condensado com uma diamina, por vezes referido como um extensor de cadeia. Será apreciado que a condensação de um di-isocianato com um composto di-hidróxi produz uma ligação de uretano na estrutura principal do polímero, visto que a condensação de di-isocianato com a diamina produz uma ligação de ureia na estrutura principal do polímero. Extensores de cadeia exemplares incluem C4-30 diaminas. As diaminas podem ser alifáticas ou aromáticas. Em uma modalidade específica, diaminas úteis incluem diaminas aromáticas, tais como, por exemplo, 4,4’-bis(aminofenil)metano, 3,3'-dicloro-4,4'-diaminodifenil metano (também referidos como 4,4'-metileno-bis(o-cloroanilina), abreviado para MOCA), dimetilsulfetotolueno diamina (DADMT), e semelhantes.

[0022] Além do polímero de base de poliuretano descrito acima, a espuma de célula aberta inclui nanopartículas. Em uma modalidade, as nanopartículas são não derivadas, derivadas com grupos funcionais, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores. Nanopartículas, a partir das quais as nanopartículas derivadas são formadas, são geralmente partículas com um tamanho médio de partícula, em pelo menos uma dimensão, de menos de um micrômetro μm). Tal como aqui utilizado "tamanho médio de partícula" refere-se ao tamanho de partícula médio com base na maior dimensão linear da partícula (por vezes referido como "diâmetro"). O tamanho das partículas, incluindo tamanhos de partículas médio, máximo e mínimo, pode ser determinado por um método adequado de dimensionamento de partículas, tais como, por exemplo, dispersão de luz estática ou dinâmica (SLS ou DLS) utilizando uma fonte de luz laser. As nanopartículas podem incluir tanto as partículas com um tamanho médio de partículas de 250 nanômetros (nm) ou menos, e partículas tendo um tamanho médio de partícula superior a 250 nm a menos de 1 μm (por vezes referido na técnica como partículas "de tamanho submícron"). Em uma modalidade, uma nanopartícula pode ter um tamanho médio de partícula de cerca de 0,5 nm a cerca de 500 nm, mais especificamente cerca de 0,5 nm a cerca de 250 nm, mais especificamente cerca de 0,5 nm a cerca de 150 nm, ainda mais especificamente cerca de 0,5 nm a cerca de 125 nm e, ainda mais especificamente cerca de 1 nm a cerca de 75 nm. As nanopartículas podem ser monodispersas, em que todas as partículas são do mesmo tamanho, com uma pequena variação, ou polidispersas, em que as partículas têm uma variedade de tamanho, e é calculada a média. Geralmente, são utilizadas nanopartículas polidispersas. Nanopartículas de tamanho médio de partículas diferente podem ser usadas, e desta forma, a distribuição de tamanho de partícula das nanopartículas pode ser unimodal (exibindo uma única distri-buição), bimodal exibindo duas distribuições ou multimodal, exibindo mais do que uma distribuição de tamanho de partícula.

[0023] O tamanho de partícula mínimo para as 5 porcento nano-partículas menores pode ser inferior a 1 nm, nomeadamente inferior ou igual a 0,8 nm, e, mais especificamente, menor do que ou igual a 0,7 nm. Da mesma forma, o tamanho de partícula máximo de 95% das nanopartículas é maior do que ou igual a 900 nm, especialmente maior ou igual a 750 nm, e, mais especificamente, igual ou superior a 500 nm.

[0024] As nanopartículas têm uma elevada área superficial superior a 300 m2/g, e em uma modalidade específica, 300 m2/g a 1800 m2/g, especificamente cerca de 500 m2/g a 1500 m2/g.

[0025] As nanopartículas aqui divulgadas compreendem um fule-reno, um nanotubo, nanografite, nanografeno, fibra de grafeno, nano-diamantes, polissilsesquioxanos, nanopartículas de sílica, nanoargila, partículas de metal, partículas de cerâmica, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores.

[0026] Os fulerenos, tal como aqui divulgado, podem incluir qualquer uma das formas alotrópicas ocas conhecidas em forma de gaiola de carbono possuindo uma estrutura poliédrica. Os fulerenos podem incluir, por exemplo, de cerca de 20 a cerca de 100 átomos de carbono. Por exemplo, C60 é um fulereno tendo 60 átomos de carbono e alta simetria (D5h), e é um fulereno disponível comercialmente relativamente comum. Fulerenos exemplares podem incluir C30, C32, C34, C38, C40, C42, C44, C46, C48, C50, C52, C60, C70, C76 e semelhantes.

[0027] Nanotubos podem incluir nanotubos de carbono, nanotubos inorgânicos, nanotubos metalados, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores. Os nanotubos de carbono são estruturas tubulares de fulereno que têm extremidades abertas ou fechadas, podem ser inorgânicos ou feitos inteira ou parcialmente de carbono, e podem incluir outros componentes, tais como metais ou metaloides. Nanotubos, incluindo nanotubos de carbono, podem ser nanotubos de única parede (SWNTs) ou nanotubos de múltiplas paredes (MWNTs).

[0028] Nanografite é um conjunto de folhas tipo placa de grafite, em que uma estrutura empilhada de uma ou mais camadas de grafite, que tem duas estruturas bidimensional tipo placa de anéis hexagonais fundidos com um sistema de elétrons π deslocalizados extensos, é mergulhado e fracamente ligado um ao outro por meio da interação de empilhamento π-π. Nanografites tem dimensões de micro- e nano-escala, como, por exemplo, um tamanho médio de partícula de 1 a 20 μm, especificamente de 1 a 15 μm; e uma dimensão de espessura média (menor) em dimensões de nano escala de menos de 1 μm, especificamente menor do que ou igual a 700 nm, e ainda mais especificamente menor ou igual a 500 nm.

[0029] Em uma modalidade, a nanopartícula é um grafeno incluindo nanografeno e fibras de grafeno (isto é, partículas de grafeno possuindo uma maior dimensão média superior a 1 mm e uma relação de aspecto maior do que 10, onde as partículas formam uma cadeia de grafeno interligada). Grafeno e nanografeno, como aqui divulgado, são eficazmente partículas bidimensionais de espessura nominal, tendo de uma ou mais camadas de anéis hexagonais fundidos com um sistema de elétrons π deslocalizado estendido, em camadas e fracamente ligados um ao outro por meio de interação de empilhamento π-π. Grafeno em geral, e incluindo nanografeno, pode ser uma única folha ou uma pilha de várias folhas que têm ambas as dimensões micro e nano escala, tais como em algumas modalidades de um tamanho médio de partícula de 1 a 20 μm, especificamente de 1 a 15 μm, e uma dimensão de espessura média (menor) em dimensões em nano escala de menos do que ou igual a 50 nm, nomeadamente menos ou igual a 25 nm, e, mais especificamente, menor do que ou igual a 10 nm. Um na-nografeno exemplar pode ter um tamanho de partícula média de 1 a 5 μm, e especificamente de 2 a 4 μm. Além disso, as nanopartículas menores ou tamanho de partículas submícron tal como definidas acima podem ser combinadas com as nanopartículas com um tamanho de partícula médio maior do que ou igual a 1 μm. Em uma modalidade específica, o derivado de nanopartículas é um nanografeno derivado.

[0030] Grafeno, incluindo nanografeno, pode ser preparado por esfoliação de nanografite ou por um processo de síntese por "descom-pactação" de um nanotubo de modo a formar uma fita de nanografeno, seguido por derivatização do nanografeno para preparar, por exemplo, óxido de nanografeno.

[0031] A esfoliação para formar grafeno ou nanografeno pode ser realizada por esfoliação de uma fonte de grafite, tal como grafite, grafite intercalada e nanografite. Métodos de esfoliação exemplares incluem, mas não estão limitados a, aqueles praticados na técnica, tais como fluoração, intercalação de ácido, intercalação de ácido seguido por um tratamento de choque térmico, e outros semelhantes, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores. Esfoliação da nanografite fornece uma nanografeno tendo menos camadas do que nanografite não esfoliada. Será apreciado que a esfoliação de nanografite pode fornecer o nanografeno como uma única folha de apenas uma molécula de espessura, ou como uma pilha de camadas de relativamente poucas folhas. Em uma modalidade, nanografeno esfoliado tem menos de 50 camadas de única folha, especificamente menos de 20 camadas de única folha, especificamente menos de 10 camadas de única folha, e mais especificamente menos de 5 camadas de única folha.

[0032] Polissilsesquioxanos, também conhecidos como poliorga-nossilsesquioxanes ou silsesquioxanos oligoméricos poli-hédricos (POSS) derivados são compostos de óxido de poli-organossilício de Fórmula Geral RSiO1.5 (onde R é um grupo orgânico como metila) tendo estruturas de gaiola fechadas ou abertas definidas (estruturas closo ou nido). Polissilsesquioxanos, incluindo estruturas de POSS, podem ser preparados por ácido e/ou condensação catalisada debase de monômeros contendo silício funcionalizado, tais como tetra-alcoxissilanos incluindo tetrametoxissilano e tetraetoxissilano e alquiltrialcoxissilanos tais como metiltrimetoxissilano e metiltrimetoxissilano.

[0033] Nanoargilas podem ser utilizadas na espuma de célula aberta. Nanoargilas podem ser hidratadas ou minerais de silicatos anidros com uma estrutura em camada e podem incluir, por exemplo, argilas de alumino-silicato, tais como caulins, incluindo haliosita, esmec-titas incluindo montemorilonita, ilita, e semelhantes. Nanoargilas exemplares incluem aquelas comercializadas sob o nome comercial de CLOISITE ® comercializado pela Southern Clay Additives, Inc. Nanoargilas podem ser esfoliadas para separar as folhas individuais, podem ser não esfoliadas, e ainda, podem ser desidratadas ou incluídas como minerais hidratados. Outros preenchedores minerais nanométricos de estrutura semelhante podem também ser incluídos, tais como, por exemplo, o talco, a mica, incluindo moscovita, flogopita, ou fengita, ou semelhantes.

[0034] Nanopartículas inorgânicas, tais como partículas de cerâmica podem também ser incluídas na espuma de célula aberta. Nanopartículas inorgânicas exemplares podem incluir um carboneto de metal ou metaloide, tais como carboneto de tungstênio, carboneto de silício, carboneto de boro, ou semelhantes; um metal ou óxido de meta-lóide, tais como alumina, sílica, titânia, zircônia, ou semelhantes; um metal ou nitreto de metaloide tal como nitreto de titânio, nitreto de boro, nitreto de silício, ou semelhante; e/ou uma nanopartícula de metal, tal como ferro, estanho, titânio, platina, paládio, cobalto, níquel, vaná-dio, as suas ligas, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores.

[0035] Um nanodiamante é uma partícula de diamante que tem um tamanho médio de partícula de menos de 1 μm. Nanodiamantes são de uma fonte que ocorre naturalmente, tal como um subproduto da moagem ou outro processamento de diamantes naturais ou sintéticos e são preparados por qualquer método adequado, tal como métodos comerciais que envolvem a síntese de detonação de compostos de carbono contendo nitrogênio (por exemplo, um combinação de trinitro-tolueno (TNT) e ciclotrimetilenotrinitramina (RDX)).

[0036] As nanopartículas aqui utilizadas podem ser derivadas para incluir um grupo funcional, não derivado, ou podem ser uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores. Grupo funcional exemplar inclui carbóxi (por exemplo, grupos de ácidos carboxílicos), epóxi, éter, cetona, amina, hidróxi, alcóxi, alquila, arila, aralquila, alca-rila, lactona, grupos poliméricos ou oligoméricos funcionalizados, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos grupos funcionais anteriores. Esses grupos funcionais podem ser iônicos. Em uma modalidade não limitante, as nanopartículas são uma combinação de nanopartículas não derivadas e nanopartículas derivadas com um grupo ácido carboxílico, em que alguns dos grupos funcionais são despro-tonados como um grupo carboxilato. As nanopartículas, incluindo na-nografeno após a esfoliação, são derivadas para introduzir funcionalidade química na nanopartícula. Por exemplo, para nanografeno, a superfície e/ou arestas da folha de nanografeno é derivada para aumentar a dispersibilidade e interação com a matriz polimérica. Em uma modalidade, as nanopartículas derivadas podem ser hidrófilas, hidró-fobas, olefílicas, olefóbicas, oxofílicas, lipofílicas, ou podem possuir uma combinação destas propriedades para proporcionar um equilíbrio de propriedades líquidas desejáveis, pelo uso de diferentes grupos funcionais.

[0037] Em uma modalidade, a nanopartícula é derivada, por exemplo, aminação para incluir grupos amina, onde a aminação pode ser realizada por nitração seguido de redução, ou por substituição nu-cleofílica de um grupo de saída por uma amina, amina substituída, ou amina protegida, seguido por desproteção quando necessário. Em uma outra modalidade, o nanografeno pode ser derivado por métodos oxidativos para produzir uma resina epóxi, um grupo hidroxila ou grupo glicol usando um peróxido, ou por clivagem de uma ligação dupla, por exemplo, a oxidação mediada por metal, tal como uma oxidação com permanganato para formar grupos funcionais de cetona, aldeído ou ácido carboxílico.

[0038] Quando os grupos funcionais para nanopartículas derivadas são alquila, arila, aralquila, alcarila, ou grupos poliméricos ou oli-goméricos funcionalizados, ou uma combinação destes grupos, os grupos funcionais podem ser ligados (a) diretamente à nanopartícula derivada por uma ligação de carbono-carbono sem heteroátomos intervenientes, para proporcionar uma maior estabilidade térmica e/ou química para a nanopartícula derivada, bem como um processo de síntese mais eficiente requerendo menos etapas; (b) por uma ligação carbono-oxigênio (em que as nanopartículas contêm um grupo funcional contendo oxigênio, tais como ácido carboxílico ou hidróxi); ou (c) por uma ligação carbono-nitrogênio (onde a nanopartícula contém um grupo funcional contendo nitrogênio, tais como amina ou amida). Em uma modalidade, as nanopartículas podem ser derivadas por uma reação mediada por metal com uma C6-30 arila ou C7-30 haleto de aralquila (F, Cl, Br, I), em uma ligação carbono-carbono formando a etapa, tal como por uma reação mediada por paládio tal como a reação de Stille, acoplamento de Suzuki ou acoplamento de diazo, ou por uma reação de acoplamento mediada por organocobre. Em uma outra modalidade, uma nanopartícula, tal como um fulereno, nanotubo, nanodiamante, ou nanografeno, pode ser diretamente metalada por reação com, por exemplo, um metal alcalino, tal como lítio, sódio ou potássio, seguido de reação com um composto C1-30 alquila ou C7-30 alcarila com um grupo de saída, tal como um haleto (Cl, Br, I) ou outro grupo de saída (por exemplo, tosilato, mesilato, etc.) em uma ligação carbono-carbono formando a etapa. O haleto de arila ou aralquila, ou o grupo alquila ou composto alcarila, podem ser substituídos por um grupo funcional, tal como hidroxila, carboxila, éter, ou similares. Os grupos ilustrativos incluem, por exemplo, grupos hidróxi, grupos ácido carboxílico, grupos alquila, tais como metila, etila, propila, butila, pentila, hexila, octila, do-decila, octadecila, e semelhantes; arila incluindo fenila e hidroxifenila; grupos aralquila, tais como grupos benzila ligados através da porção de arila, tais como um 4-metilfenila, 4-hidroximetilfenila, ou grupo 4-fenil(2-hidroxietila) (também referido como um fenetilálcool), ou semelhante, ou grupos aralquila ligados na posição benzílica (alquila) tal como se encontra em um grupo fenilmetila ou metil-4-hidroxifenila, na posição 2 em um grupo fenetila ou 4-hidroxifenetila, ou semelhantes. Em uma modalidade exemplar, a nanopartícula derivada é nanografeno substituído com um grupo benzila, 4-hidroxibenzila, fenetila, 4-hidroxifenetila, 4-hidroximetilfenila, ou grupo 4-(2-hidroxietil)fenila ou uma combinação que compreende pelo menos um dos grupos anteriores.

[0039] Em uma outra modalidade, as nanopartículas podem ser adicionalmente derivadas enxertando certas cadeias de polímero nos grupos funcionais. Por exemplo, as cadeias poliméricas, tais como cadeias de acrílicos tendo grupos funcionais de ácido carboxílico, grupos funcionais de hidróxi, e/ou grupos funcionais de amina; poliaminas, tais como polietilenoamina ou polietilenoimina; e poli (alquileno glicóis), tais como poli (etileno glicol) e poli (propileno glicol), podem ser incluídos, por reação com grupos funcionais.

[0040] Os grupos funcionais das nanopartículas derivadas podem reagir diretamente com os outros componentes da espuma de célula aberta, incluindo grupos funcionais reativos que possam estar presentes no poliuretano, outros polímeros (se presentes), ou constituintes monoméricos, levando à melhoria da amarração / reação do derivado de nanopartículas com a matriz polimérica. Quando as nanopartículas são uma nanopartícula à base de carbono, tais como nanografeno, um nanotubo de carbono, nanodiamantes, ou semelhante, o grau de derivação para as nanopartículas pode variar a partir de 1 grupo funcional para cada cinco centros de carbono a um grupo funcional para cada 100 centros de carbono, dependendo do grupo funcional.

[0041] Em uma modalidade, além das nanopartículas, a espuma de célula aberta pode incluir partículas de enchimento, tais como negro de carbono, mica, argilas, como, por exemplo, as argilas de montmorilonita, silicatos, fibras de vidro, fibras de carbono, e semelhantes, e combinações compreendendo, pelo menos, um dos agentes de enchimento anteriores.

[0042] De acordo com uma modalidade, a espuma de célula aberta aqui pode incluir um tensoativo para estabilizar as nanopartículas. Tensoativos úteis incluem ácidos graxos de até 22 átomos de carbono, tais como os ácidos esteáricos e seus ésteres e poliésteres dos mesmos, poli (alquileno glicóis), tais como poli (óxido de etileno), poli (óxido de propileno) e bloco e copolímeros aleatórios poli (óxido de etileno - óxido de propileno), tais como os comercializados sob a marca registada PLURONIC ™ pela BASF. Outros tensoativos incluem polis-siloxanos, tais como homopolímeros e copolímeros de poli (dimetil-siloxano), incluindo aqueles que possuem grupos terminais funcionalizados, e semelhantes. Outros tensoativos úteis incluem aqueles que têm um dispersante polimérico com poli (alquileno glicol), cadeias late-rais, ácidos graxos, ou grupos fluorados tais como os ácidos sulfônicos C1-4 perfluorados enxertados na estrutura principal do polímero. Estruturas poliméricas incluem as que se baseiam em um poliéster, um poli (met) acrilato, um poliestireno, um poli (estireno-(met) acrilato), um policarbonato, uma poliamida, uma poli-imida, um poliuretano, um álcool polivinílico ou um copolímero compreendendo pelo menos uma destas estruturas poliméricas. Além disso, o tensoativo pode ser aniônico, catiônico, zwitteriônico ou não iônico. O tensoativo pode estar presente na espuma em uma quantidade de cerca de 0,05 % em peso a cerca de 10 % em peso, mais especificamente cerca de 0,1 % em peso a cerca de 10 % em peso, e, mais especificamente, cerca de 1 % em peso a cerca de 5 % em peso, baseado no peso da espuma.

[0043] Exemplos de tensoativos aniônicos incluem, mas não estão limitadas a sulfatos de alquila, sulfonatos de alquila, sulfatos de alquil benzeno, sulfonatos de alquil benzeno, ácidos graxos, sulfossuccinatos, e fosfatos. Tensoativos catiônicos exemplares incluem, os sais de amônio quaternário e sais de piridínio alquilados. Exemplos de tensoativos não iônicos incluem alquila primária, aminas secundárias, e terciárias, alcanolaminas, álcoois graxos etoxilados, alquilfenóis polietoxi-lados, ésteres de ácidos graxos, ésteres de glicerol, ésteres de glicol, poliéteres, poliglicosídeos de alquila e aminaóxidos. Os agentes tensoativos zwitteriônicos (que incluem um grupo funcional catiônico e aniônico na mesma molécula) incluem, por exemplo, betaínas, tais como carboxilatos de alquil amônio (por exemplo, [(CH3)3N+-CH(R)COO-] ou sulfonatos (sulfo-betaínas) tais como [RN+(CH3)2(CH2)3SO3-]). Exemplos incluem n-dodecil-N-benzil-N-metilglicina [C12H25N+(CH2C6H5)(CH3)CH2COO-], N-alil N-benzil N-metiltaurinas [CnH2n+1N+(CH2C6H5)(CH3)CH2CH2SO3

[0044] Em uma modalidade, a espuma de célula aberta, inclui (em adição ao poliuretano de polímero de base) um polímero adicional para obter as propriedades mecânicas e/ou químicas eficazes para o uso da espuma de célula aberta no fundo do poço, ou seja, o polímero adicional pode ser qualquer polímero útil para a formação de um nanocompó-sito para aplicações em poços. O polímero adicional pode proporcionar uma propriedade hidrofóbica ou hidrofílica para a espuma de célula aberta, assim como proporcionar a elasticidade ou rigidez a uma determinada temperatura. Por exemplo, o polímero pode compreender um fluoroelastômero, perfluoroelastômero, borracha de butil de nitrila hidrogenada, borracha de monômero de etileno-propileno-dieno (EPDM), silicone, epóxi, polieteretercetona, bismaleimida, polietileno, álcool polivinílico, resinas fenólicas, náilon, policarbonato, poliéster, sulfureto de polifenileno, polifenilsulfona, copolímero elastomérico de tetrafluoroeti-leno-propileno, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos polímeros anteriores.

[0045] Exemplos de polímeros incluem resinas fenólicas, tais como as preparadas a partir de fenol, resorcinol, o-, m- e p-xilenol, o-, m, ou p-cresol, etc., e aldeídos tais como formaldeído, acetaldeído, pro-pionaldeído, butiraldeído, hexanal, octanal, dodecanal, benzaldeído, salicilaldeído, onde as resinas fenólicas exemplares incluem resinas de fenol-formaldeído; resinas epóxi, tais como as preparadas a partir de diepóxido de bisfenol A, cetonas poliéter éter (PEEK), bismaleimi-das (IMC), náilons tais como o náilon-6 e náilon 6.6, policarbonatos tais como o policarbonato de bisfenol A, borracha de nitrila-butila (NBR), borracha de butil de nitrila hidrogenada (HNBR); fiuoroelastômeros com alto teor de flúor, tais como etileno de tetrafluoroetileno (ETFE, disponível sob a marca comercial de Teflon ® ETFE), etileno propileno fluorado (FEP, disponível sob a marca comercial de Teflon ® FEP da DuPont), perfluoroalcóxi (PFA, disponível sob a marca comercial de Teflon ® PFA a partir de DuPont), fluoreto de polivinilideno (PVDF, disponível sob a marca Hylar da Solvay Solexis), clorotrifiuoroetileno de etileno (ECTFE, disponí-vel sob a marca ECTFE Halar da Solvay Solexis S. p. A.), e os da família FKM e comercializados sob o nome comercial de VITON ® (disponível a partir de FKM-Industries); e perfluoroelastômeros tais como poli-tetrafluoroetileno (PTFE, disponível sob o nome comercial de Teflon ®, da DuPont), FFKM (também disponível a partir de FKM-Industries) e também comercializado sob o nome comercial Kalrez ® perfluoroelastô-meros (disponíveis a partir da DuPont) e Vector ® (disponíveis a partir de adesivos Dexco LP); organo-polissiloxanos, tais como polidimetilsiloxa-nos funcionalizados ou não funcionalizados (PDMS); copolímeros elas-toméricos de tetrafluoroetileno de propileno, tais como os comercializados sob o nome comercial AFLAS ® e comercializado pela Asahi Glass Co.; borrachas de monômero de etileno-propileno-dieno (EPDM); polietileno; álcool polivinílico (PVA); e semelhantes. Podem também ser utilizadas combinações destes polímeros.

[0046] Em uma modalidade, a espuma de célula aberta, tendo um polímero de base de poliuretano é formada pela combinação de, por exemplo, um di-isocianato e um diol acima descritos. Um agente de sopro pode ser incluído para produzir os poros para a espuma de célula aberta (como discutido abaixo, as células abertas da espuma são criadas pela inclusão de nanopartículas com os monômeros reativos utilizados para produzir o poliuretano de polímero de base). De acordo com uma modalidade, um agente de expansão tal como a água é incluído com o diol para fornecer uma estrutura de espuma, devido à geração de dióxido de carbono a partir da reação entre di-isocianato e a água, quando o di-isocianato é combinado com a água e diol. Alternativamente, a espuma pode ser formada por outros agentes de sopro químicos ou físicos. Exemplos do agente de sopro incluem hidrocloro-fluorocarbonos (por exemplo, cloreto de metileno, tetrafluoroetileno, pentafluoropropano, heptafluoropropano, pentafiuorobutano, hexafluo-robutano e dicloromonofluoroetano), hidrocarbonetos (por exemplo, pentano, isopentano, e ciclopentano), dióxido de carbono, acetona, e água

[0047] Em uma outra modalidade, os poros para a espuma de célula aberta podem ser produzidos através da colocação dos componentes acima em uma câmara de vácuo e a diminuição da pressão abaixo da pressão interna do poliuretano de formação para causar a saída de gás do material polimérico.

[0048] A densidade da espuma pode ser controlada pela quantidade de água ou agente de sopro adicionado. A quantidade de água pode ser de cerca de 0,5 porcento em peso (% em peso) a cerca de 5,0 % em peso, mais especificamente cerca de 0,5 % em peso a cerca de 4,0 % em peso, e, mais especificamente, cerca de 0,5 % em peso a cerca de 3,0 % em peso), com base no peso do diol (ou poliol). Em alternativa ou adicionalmente, os agentes de sopro físicos podem ser utilizados em quantidade de cerca de 0,5 % em peso a cerca de 15 % em peso, e, especificamente, de cerca de 0,5 % em peso a cerca de 10 % em peso, com base no peso combinado do diol (ou poliol) e diisocianato (ou poli-isocianato). Em uma modalidade, os agentes de sopro físicos, tais como o dióxido de carbono, podem ser usados em combinação com água como agente de sopro.

[0049] As nanopartículas podem ser formuladas como uma solução ou dispersão e fundidas ou revestidas, ou podem ser dispersas mecanicamente em uma matriz de resina polimérica. Mistura e dispersão das nanopartículas e da resina polimérica pode ser realizada por métodos tais como, por exemplo, extrusão, mistura de alto cisalhamento, mistura rotativa, moagem de três rolos, e outros semelhantes.

[0050] A mistura de nanopartículas, que podem ser derivadas, com um monômero reativo do polímero de base pode ser conseguida por meio de mistura rotacional ou por um processo do tipo moldagem por injeção reativa utilizando dois ou mais fluxos de alimentação contí-nua, em que as nanopartículas podem ser incluídas como um componente de um dos fluxos de alimentação (por exemplo, na preparação de poliuretano usando diferentes fluxos de alimentação, as nanopartículas são incluídas no di-isocianato ou poliol, diamina, etc. fluxos, ou em um fluxo separado, tal como uma suspensão em um solvente). A mistura em tais sistemas de alimentação contínua é realizada pelo fluxo no interior da zona de mistura no ponto de introdução dos componentes. As nanopartículas podem ser misturadas com os monômeros reativos antes de um aumento de duas vezes na viscosidade da mistura monomérica reativa (isto é, mistura de diol e di-isocianato, por exemplo), em que as nanopartículas, incluindo antes do aumento da viscosidade asseguram a dispersão uniforme das nanopartículas.

[0051] As propriedades da espuma de célula aberta podem ser ajustadas pela seleção das nanopartículas; por exemplo, nanografeno derivados tipo placa podem ser disposto ou montado com o polímero de base, tirando vantagem das propriedades de superfície intrínsecas do nanografeno após a esfoliação, além dos grupos funcionais introduzidos pela derivatização.

[0052] Na espuma de célula aberta, as nanopartículas podem estar presentes em uma quantidade de cerca de 0,01 % em peso a cerca de 30 % em peso, Especialmente cerca de 0,05 % em peso a cerca de 27 % em peso, mais especificamente cerca de 0,1 % em peso a cerca de 25 % em peso, ainda mais especificamente de cerca de 0,25 % em peso a cerca de 22 % em peso, e ainda mais especificamente cerca de 0,5 % em peso a cerca de 20 % em peso, com base no peso total da espuma de célula aberta.

[0053] Em uma modalidade específica, a espuma de célula aberta, inclui uma resina de poliuretano, e 0,05 % em peso a 20 % em peso de nanopartículas com base no peso total da espuma de célula aberta. Em uma outra modalidade específica, a espuma de célula aberta inclui uma resina de poliuretano, e 0,05 a 20 % em peso de um nanodiamante derivado com base no peso total da espuma de célula aberta, o nanodiamante derivado incluindo grupos funcionais que compreendem carbóoxi, epóxi, éter, cetona, amina, hidróxi, alcóxi, alquila, arila, aral-quila, alcarila, lactona, grupos oligoméricos ou poliméricos funcionalizados, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos grupos funcionais acima.

[0054] O poliuretano e nanopartículas derivadas podem ser formados em uma dispersão para facilitar o processamento. O solvente pode ser um solvente inorgânico, tal como a água, incluindo água destilada ou tamponada ou água com pH ajustado, um ácido mineral, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores, ou um solvente orgânico que compreende um alcano, álcool, cetona, óleos, éteres, amidas, sulfonas, sulfóxidos, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores.

[0055] Os solventes inorgânicos exemplares incluem água, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ou semelhantes; óleos exemplares incluem óleo mineral, óleo de silicone, ou semelhantes; e solventes orgânicos exemplares incluem alcanos, tais como hexano, heptano, 2,2,4-trimetilpentano, n-octano, ciclo-hexano, e outros semelhantes; álcoois, tais como metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, t-butanol, octanol, ciclo-hexanol, etileno-glicol, metil éter de etileno glicol, etil éter de etileno glicol, butil éter etileno glicol, propileno glicol, metil éter de propileno glicol, etil éter de propileno glicol, e outros semelhantes; cetonas, tais como acetona, metil-etil cetona, ciclo-hexanona metileterce-tona, 2-heptanona, e semelhantes; ésteres, tais como acetato de etila, acetato de metil éter de propileno glicol, lactato de etila, e similares; éteres tais como tetra-hidrofurano, dioxano, e semelhantes; solventes polares apróticos tais como N,N-dimetilformamida, N-metilcaprolactama, N-metilpirrolidina, dimetilsulfóxido, gama-butirolactona, ou semelhantes; ou uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores.

[0056] O poliuretano, nanopartículas derivadas, e qualquer solvente podem ser combinados por extrusão, mistura de alto cisalhamento, mistura de três rolos, mistura rotacional, ou uma solução de mistura. Em uma modalidade, a dispersão pode ser combinada e misturada em um misturador de rotação. Deste modo, as nanopartículas são distribuídas uniformemente entre as cadeias poliméricas na espuma de célula aberta.

[0057] De acordo com uma modalidade, a composição que contém os monômeros reagentes e as nanopartículas são misturadas durante cerca de 20 segundos e, em seguida, colocadas em um molde, que é imediatamente fechado, colocando uma placa de metal superior no molde. Devido à grande quantidade de pressão gerada pelo processo de formação de espuma, um grampo pode ser usado para manter a placa de metal superior e o molde juntos para evitar a fuga do material de espuma do molde. Após cerca de 2 horas, o material de espuma de poliuretano está suficientemente curado de modo que ele pode ser retirado do molde, isto é, de-moldado. Depois disso, em uma modalidade específica, o material de espuma de poliuretano é pós-curado tratado a uma temperatura de cerca de 100°C durante cerca de 6 horas, de modo que o material de espuma de poliuretano atinge a sua máxima força. Assim, em uma modalidade, um método de preparação de uma espuma de célula aberta, inclui a combinação de um di-isocianato e diol para formar uma composição polimérica; introdução de nanopartículas com a composição polimérica; e espumar a composição de polímero para produzir a espuma de célula aberta com nanopartículas expostas dentro dos poros da espuma de célula aberta. Aqui, as nanopartículas podem ser derivadas com grupos funcionais. Em uma outra modalidade não restritiva, a composição polimérica é introduzida em um molde antes da cura, curada em um molde; e retirada do molde para produzir um filtro de furo de poço que compreende a espuma de célula aberta.

[0058] O material de espuma de poliuretano pode ter uma camada de "pele" do lado de fora da superfície da espuma de poliuretano. A pele é uma camada de elastômero de poliuretano sólido formada quando a mistura contendo os monômeros reativos contata a superfície do molde. A espessura da pele pode depender da concentração de água adicionada à mistura. Teor de água em excesso reduz a espessura da pele e a quantidade de água insuficiente aumenta a espessura da pele. Acredita-se que formação da pele seja devido à reação entre o isocianato na mistura e a umidade na superfície do molde. Portanto, os processos adicionais de conversão mecânicos podem ser utilizados para remover a pele. Ferramentas como serras de fita, serras de esquadria, serras de hackers, e serras de filamentos de fio quente podem ser usadas para remover a pele. Depois de remover a pele do material de espuma de poliuretano, ele terá uma estrutura de células abertas cheia, uma excelente elasticidade, e muito boa resistência ao rasgamento.

[0059] No que diz respeito às células abertas da espuma, sem desejar estar limitado pela teoria, acredita-se que bolhas de gás são criadas no interior da matriz de poliuretano de formação (quer por acumulação de agente de sopro ou um produto de reação de dióxido de carbono, se presente). Defeitos na interface do poliuretano líquido e gás são produzidos pelas nanopartículas, particularmente no caso de nanopartículas derivadas. Os defeitos diminuem a estabilidade das formações de bolhas. Estes locais de defeito permitem que as bolhas vizinhas interliguem-se através de canais na espuma sem coalescência em massa de grandes quantidades de agregados de bolhas. Em última análise, uma rede de bolhas interligadas irá ser unida para pro-duzir uma espuma de célula aberta conforme o poliuretano é curado. Em uma modalidade, uma vez que as nanopartículas servem como locais de defeitos que criam a estrutura de células abertas da espuma, as nanopartículas são dispostas não só ao longo da matriz de poliuretano, mas também estão expostas nos poros da espuma de célula aberta. De acordo com uma modalidade, as nanopartículas são uniformemente dispersas entre as cadeias de poliuretano no interior da espuma de célula aberta, de tal modo que uma porção das nanopartículas não é exposta no interior dos poros, enquanto uma porção das nanopartículas é exposta nos poros. Os poros interconectados (células abertas) da espuma formam os caminhos de fluxo através da espuma de célula aberta.

[0060] FIGURA 1 mostra uma seção transversal de uma espuma de célula aberta 100. A espuma de célula aberta 100 inclui uma matriz de poliuretano 110 e nanopartículas 120 distribuídas por todo o poliuretano 110 e expostas pelos poros 130 que estão interligados por canais de fluxo 140. Embora a seção transversal mostrada na FIGURA 1 apenas tenha um número limitado de poros 130 que se interligam, a espuma de célula aberta 100 inclui uma rede de poros interligados 130 que estabelecem numerosos caminhos de fluxo 150 (representados pela curva pontilhada com uma seta que indica o sentido do fluxo) em toda a espuma de célula aberta 100 de uma primeira superfície 160 e uma segunda superfície 170.

[0061] De acordo com uma modalidade, o tamanho dos poros da espuma de célula aberta é determinado pelo tamanho das partículas das nanopartículas. Tal como aqui utilizado, "tamanho de poros" refere-se à partícula maior que pode ser acomodada pelo poro. Em uma modalidade não limitante, o tamanho dos poros é de cerca de 75μm a cerca de 1000 μm, mais especificamente cerca de 75 μm até cerca de 850 μm, e mais especificamente de cerca de 75 μm a cerca de 500μm. Assim, a espuma de célula aberta filtra partículas devido ao tamanho. Em uma modalidade, a espuma de célula aberta exclui travessia pela espuma de célula aberta de partículas tendo um tamanho superior a 1000 μm, mais especificamente superior a 500 μm, e mais especificamente superior a cerca de 50 μm. Em outra modalidade, a espuma de célula aberta permite travessia pela espuma de célula aberta de partículas tendo um tamanho menor do que ou igual a 1000 μm, mais especificamente menor do que ou igual a 500 μm, ainda mais especificamente, menor do que ou igual a 100 μm, e ainda mais especificamente, menor do que ou igual a 0,5 μm.

[0062] Em uma modalidade, a taxa de fluxo do fluido através da espuma de célula aberta é determinada pelos grupos funcionais ligados às nanopartículas. Será apreciado que a taxa de fluxo é uma função de outros parâmetros, tais como o tamanho dos poros, a geometria dos canais de fluxo (o que pode incluir caminhos lineares, bem como caminhos curvados), viscosidade do líquido, e outros semelhantes. Em uma modalidade não limitante, a taxa de fluxo do fluido através da espuma de célula aberta é de cerca de 0,5 litro por minuto (LPM) a cerca de 7500 LPM, especificamente cerca de 1 LPM a cerca de 6000 LPM, mais especificamente cerca de 1 LPM a cerca de 5000 LPM, e ainda mais especificamente cerca de 1 LPM a cerca de 2500 LPM. Em particular, os poros da espuma de célula aberta seletivamente transmitem fluidos, mas o fluxo de bloco de partículas. Devido à densidade dos poros da espuma de célula aberta, embora as partículas possam bloquear certos percursos de fluxo através da espuma de célula aberta, a taxa de fluxo de espuma de célula aberta é mantida a um valor elevado.

[0063] No que diz respeito à absorção de fluido, os grupos funcionais das nanopartículas derivadas mediam o comportamento de absorção de líquidos da espuma de célula aberta. Em uma modalidade, as nanopartículas, expostas nos poros da espuma de célula aberta, são derivadas com grupos funcionais para transmitir seletivamente fluidos não polares, mas seletivamente inibem a transmissão de fluidos polares através da espuma de célula aberta. Em uma outra modalidade, as nanopartículas, expostas nos poros da espuma de célula aberta, são derivadas com grupos funcionais para transmitir seletivamente fluidos polares através do filtro de furo de poço e seletivamente inibem a transmissão de fluidos não polares através do filtro de furo de poço. Embora fluidos polares e não polares sejam especificamente mencionados, faz-se observar que os grupos funcionais das nanopartículas fornecem as nanopartículas com propriedades de superfície de tal modo que as nanopartículas são hidrofílicas, hidrofóbicas, olefólicas, ole-fóbicas, oxofílicas, lipofílicas, ou uma combinação destas propriedades. Assim, os grupos funcionais sobre as nanopartículas controlam a absorção e transmissão de fluidos à base de tais propriedades seletivas. Por meio de uma modalidade não restritiva, as nanopartículas são hidrofílicas e permitem o fluxo de fluidos aquosos através da espuma de célula aberta, enquanto que inibem o fluxo de hidrocarbonetos.

[0064] Figura 2A-C mostram o efeito de derivação sobre a exposição das nanopartículas dentro dos poros da espuma de célula aberta. Variação da quantidade de exposição das nanopartículas dentro dos poros pode afetar o tamanho dos poros e a seletividade dos poros para a absorção de fluido e a filtração de partículas. FIGURA 2A mostra nanopartículas derivadas 220 entre poliuretano 210 e nanopartículas derivadas 280 expostas dentro de um poro 230 de uma espuma de célula aberta. Aqui, as nanopartículas derivadas 280 são expostas a uma pequena extensão, por exemplo, apenas 20% da área total da superfície da nanopartícula 280 podem estar presentes no interior do poro 230. A FIGURA 2B mostra nanopartículas derivadas 290 que são expostas a uma maior extensão, por exemplo, 80% da área total da superfície da nanopartícula 290 podem estar presentes no interior do poro 230. A FIGURA 2C mostra um caso em que as nanopartículas derivadas 300 estão distribuídas de tal modo que, em média, 50% da área de superfície 300 da nanopartículas é exposta nos poros 230. A exposição relativa das nanopartículas dentro dos poros da espuma de célula aberta pode ser determinada por seleção do grupo funcional ligado às nanopartículas derivadas. Quando os grupos funcionais interagem fortemente com a matriz de poliuretano, uma menor quantidade de área de superfície das nanopartículas está exposta no interior dos poros, em comparação com modalidades em que os grupos funcionais interagem menos fortemente com a matriz de poliuretano de modo que uma maior quantidade de área de superfície das nanopartículas é exposta no interior dos poros da espuma de célula aberta. Acredita-se que a taxa de fluxo de um fluido em particular através da espuma de célula aberta, depende do número absoluto de nanopartículas expostas nos poros da espuma de célula aberta, assim como a quantidade de área de superfície exposta nos poros. Devido ao tempo de interação do fluido com as nanopartículas no interior dos poros, a taxa de fluxo pode variar. Por conseguinte, um filtro de fluido e partículas altamente eficaz e seletivo é construído a partir de espuma de célula aberta.

[0065] Assim, em uma modalidade, um filtro de furo de poço inclui a espuma de célula aberta e as nanopartículas dispostas na espuma de célula aberta e expostas no interior dos poros da espuma de célula aberta. Um tal filtro de furo de poço pode ser um tela de retenção de areia ou outro artigo para a filtração de partículas ou fluidos de separação (incluindo gases, líquidos, ou uma combinação que compreende um dos anteriores).

[0066] Embora uma ou mais modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas nas mesmas sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Por conseguinte, deve ser entendido que a presente invenção foi descrita para fins de ilustrações e não como limitação.

[0067] Todas as faixas aqui divulgadas são inclusive dos pontos finais e pontos finais são independentemente combináveis entre si. O sufixo "(s)" como aqui utilizado destina-se a incluir tanto o singular como o plural da palavra que ele modifica, incluindo, assim, pelo menos, um dos temos (por exemplo, o corante (s) inclui pelo menos um corante). "Opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui casos em que o evento ocorre e casos em que isso não acontece. Tal como aqui utilizado, "combinação" é inclusivo de misturas, misturas, ligas, produtos de reação, e outros semelhantes. Todas as referências são aqui incorporadas por referência.

[0068] O uso dos termos "um/uma" e "o/a" e similares referentes no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das seguintes reivindicações) devem ser interpretados de modo a cobrir ambos o singular e o plural, salvo se claramente indicado aqui ou contradito pelo contexto. Além disso, deve ainda ser salientado que os termos "primeiro", "segundo", e afins aqui não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas são usados para distinguir um elemento do outro. O modificador "cerca de" usado em conexão com uma quantidade é inclusivo do valor declarado e tem o significado ditado pelo contexto (por exemplo, ele inclui o grau de erro associado à medição da quantidade particular).

Claims

Filtro de furo de poço compreendendo uma espuma de célula aberta (100); o filtro de furo de poço, caracterizado por:
nanopartículas (120) dispostas na espuma de célula aberta e expostas dentro dos poros (130) da espuma de célula aberta, as nanopartículas sendo derivatizadas com um grupo funcional incluindo carboxi, epóxi, éter, cetona, amina, hidroxi, alcoxi, alquil, aril, aralquil, alcaril, lactona, grupos poliméricos ou oligoméricos funcionalizados ou uma combinação compreendendo pelo menos um dos grupos funcionais anteriores e o grupo funcional das nanopartículas sendo selecionado de modo que o filtro de fundo de poço transmita seletivamente fluidos polares ou não polares,
em que os poros são células abertas formando canais de fluxo (140) através da espuma de célula aberta e o tamanho das nanopartículas é selecionado de modo que o tamanho dos poros da espuma de célula aberta seja de 0,75 μm a 1000 μm.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro de fundo do poço é um tela de retenção de areia.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espuma de célula aberta compreende poliuretano.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a espuma de célula aberta compreende ainda um fluoroelastômero, perfluoroelastômero, borracha de butil de nitrila hidrogenada, borracha de monômero de etileno-propileno-dieno, silicone, epóxi, polieteretercetona, bismaleimida, polietileno, álcool polivinílico, resinas fenólicas, náilon, policarbonato, poliéster, sul-fureto de polifenileno, polifenilsulfona, copolímero elastomérico de te-trafluoroetileno-propileno, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos polímeros anteriores.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas são uniformemente dispersas entre as cadeias de poliuretano no interior da espuma de célula aberta, de tal modo que uma porção das nanopartículas não é exposta no interior dos poros.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas compreendem um fulereno, nanotubos, nanografite, nanografeno, fibra de grafeno, polis-silsesquioxanos, nanopartículas de sílica, nano-argila, nanodiamantes, partículas de metal, partículas de cerâmica, ou uma combinação que compreende pelo menos uma das nanopartículas precedentes.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as partículas de metal incluem ferro, estanho, titânio, platina, paládio, cobalto, níquel, vanádio, as suas ligas, ou de uma combinação que compreende pelo menos um dos anteriores.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grupo funcional é iônico.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grupo funcional é amina, e as nanopartículas estão presentes em uma quantidade de 0,01 % em peso a 20 % em peso, com base no peso da espuma de célula aberta.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas derivadas compreendem partículas Janus.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, adicionalmente caracterizado pelo fato de que compreende um tensoativo para estabilizar as nanopartículas.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espuma de célula aberta adicionalmente compreende um material de enchimento, incluindo o negro de carbono, mica, argila, fibra de vidro, fibra de carbono, ou uma combinação que compreende pelo menos um dos agentes de enchimento anteriores.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas estão presentes em uma quantidade de 0,01 % em peso a 20 % em peso, com base no peso da espuma de célula aberta.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma taxa de fluxo do fluido através do filtro de furo de poço é de 1 litro por minuto (LPM) até 5000 LPM.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas, expostas nos poros da espuma de célula aberta, são derivadas com grupos funcionais para transmitir seletivamente fluidos não polares através do filtro de furo de poço.
Filtro de furo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas, expostas nos poros da espuma de célula aberta, são derivadas com grupos funcionais para transmitir seletivamente fluidos polares através do filtro de furo de poço.