BRPI0619228A2 - partìcula fabricada para uso em um poço ou reservatório, obturador de cascalho e método de tratamento de um poço ou reservatório - Google Patents

Abstract

PARTìCULA FABRICADA PARA USO EM UM POçO OU RESERVATóRIO, OBTURADOR DE CASCALHO E MéTODO DE TRATAMENTO DE UM POçO OU RESERVATóRIO. São providas partículas fabricadas compreendendo um agente de tratamento químico que são úteis em poços. As partículas têm a vantagem de ser capazes de tratar quimicamente um poço, por exemplo, para remover torta de filtro. Modos de realização da invenção melhoram a produção do poço ao proverem controle de areia e/ou aumento de permeabilidade de um recheio de cascalho. Métodos de usar as partículas e um recheio de cascalho compreendendo as partículas também são providos.

Description

"PARTÍCULA FABRICADA PARA USO EM UM POÇO OU RESERVATÓRIO, OBTURADOR DE CASCALHO E MÉTODO DE TRATAMENTO DE UM POÇO OU RESERVATÓRIO"

Esta invenção refere-se a partículas fabricadas, e método para seu uso em poços, particular, mas não exclusivamente, para controle de areia e/ou dispensação de produtos químicos para poços de produção de hidrocarboneto.

Produção de areia a partir de poços de produção de hidrocarboneto é um problema comum que pode inibir o fluxo de hidrocarbonetos e danificar o poço. Para minorar este problema, uma tela de areia pode ser posicionada no poço agindo como um filtro para conter o ingresso de partículas acima de um determinado diâmetro.

A fim de proteger a tela de areia do colapso do furo, cargas geomecânicas in situ e esforços e, de modo a realçar sua função de filtração, é conhecido adicionar um "recheio de cascalho" externo às telas, para sustentar o furo aberto na estrutura da formação rochosa do poço. Um recheio de cascalho é uma pluralidade de partículas de cascalho, que permitem o fluxo do fluido entre elas, mas contêm o fluxo da areia entre elas.

A dispensação dos agentes de tratamento químico é feito, freqüentemente, usando-se colunas de tubulação enrolada. Os produtos químicos dispensados podem ser escolhidos para várias aplicações diferentes. Uma destas aplicações é dissolver uma torta de filtro que se depositou durante um processo de perfuração e completação.

Entretanto, um problema com esta dispensação é que os produtos químicos tenderão a atuar na seção mais fina da torta de filtro. Uma vez dissolvida esta seção relativamente fina, os fluidos de tratamento dentro da seção do furo fluirão hidrostaticamente para a vizinhança do furo do poço/reservatório e não atuarão sobre a torta de filtro dentro do poço.

Na presença de um recheio de cascalho, a aplicação de produtos químicos usando colunas de tubulação enrolada para colocar o tratamento in situ para atuar sobre, por exemplo, uma torta de filtro, é particularmente ineficaz, porque muitas vezes é difícil direcionar os produtos químicos para a torta de filtro devido a maior parte do espaço estar tomada pelo recheio de cascalho. Isto é particularmente verdadeiro para o lado superior de um furo horizontal.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provida uma partícula fabricada para uso em um poço ou reservatório, a partícula fabricada tendo uma superfície externa curva, a partícula compreendendo, pelo menos, um agente de tratamento químico.

O agente de tratamento químico pode, adequadamente, ser um agente, apropriado para dissolver a torta de filtro que foi depositado durante um processo de perfuração e completação Tipicamente são usados ácidos para dissolver a torta de filtro, e conseqüentemente agentes apropriados de tratamento químico incluem ácidos. O agente de tratamento químico pode compreender, apropriadamente, ácidos divalentes sólidos, tais como, ácidos orgânicos de cadeia curta, por exemplo, um ou mais de ácido acético, ácido propiônico, ácido glutárico e ácido maleico. Alternativa ou adicionalmente, os agentes de tratamento químico podem compreender demulsificadores, modificadores de permeabilidade relativa e/ou inibidores de incrustação. Deve-se, entretanto, notar que qualquer agente de tratamento químico, aplicável dentro do contexto de um furo perfurado, pode ser usado.

Uma vantagem da superfície externa curva é a características de fluxo realçadas das partículas, que podem resultar em uma velocidade de produção mais alta de hidrocarboneto do poço. Outra vantagem da superfície curva é prover um trajeto de fluxo mais eficiente para os fluidos no poço. Isto reduz a queda de pressão associada aos recheios de cascalho. A queda de pressão é preferivelmente minimizada. As partículas fabricadas podem ser, pelo menos, parcialmente esféricas, ovais, em forma de ovo, ou qualquer outra forma com uma superfície externa curva.

Em determinados modos de realização, as partículas fabricadas com a superfície externa curva são substancialmente esféricas.

Partículas fabricadas neste contexto significam partículas sintéticas. As partículas fabricadas podem, por exemplo, ser feitas de material baseado em plástico (isto é polimérico) ou de um material vítreo. Apropriadamente, as partículas fabricadas são bastante não-reativas, e essencialmente inertes, tipicamente por todo o ciclo de vida do poço. O tipo de material será obviamente escolhido de modo que, seja inerte nas condições típicas esperadas dentro do poço.

Alternativamente, as partículas poderiam ser fabricadas, pelo menos parcialmente, de preferência substancialmente, de um agente de tratamento químico. Quando a partícula é fabricada de um agente de tratamento químico, este deveria, geralmente, ser sólido às temperaturas e outras condições físicas que se espera sejam encontradas pela partícula ao ser introduzida em um furo de poço. O agente de tratamento químico pode ser combinado com um ou mais agentes aglutinantes, que podem servir para adicionar força ou resistência química à partícula, embora, em muitos casos, isto não seja essencial. Agentes de tratamento químico específicos, apropriados para formar a partícula, incluem ácidos que são sólidos às temperaturas desejadas (por exemplo a 5O°C). Por exemplo, ácidos divalentes sólidos; por exemplo ácido malônico, glutárico ou maleico, ou variantes podem ser particularmente apropriados, dependendo das exigências em termos do ponto de fusão etc.

O agente de tratamento químico pode, convenientemente, ser liberado da partícula pela introdução de um agente de ativação. Em um modo de realização, a composição de ativação pode ser água que dissolve o agente de tratamento químico, ativando-o deste modo; sistema deste tipo é particularmente apropriado para ácidos solúveis em água. Em um modo de realização da presente invenção, um agente de tratamento químico é provido dentro de um vazio na partícula, o vazio estando em comunicação fluídica com o ambiente exterior à partícula. Isto é particularmente apropriado quando a partícula não é fabricada de um agente de tratamento químico, embora, também, perfeitamente possível quando o for.

O vazio pode, adequadamente, se estender de um lado da partícula ao outro e, assim, prover a ela pelo menos um trajeto de fluxo. A partícula pode, conseqüentemente, compreender um trajeto de fluxo que leva de um primeiro lado da partícula a um segundo lado da partícula, típica e geralmente oposto.

A partícula pode compreender um segundo trajeto de fluxo que se estende inteiramente de um lado da partícula ao outro. O segundo trajeto de fluxo pode apropriadamente, ser perpendicular ao primeiro trajeto de fluxo.

A partícula pode ter um terceiro trajeto, ou trajeto adicional de fluxo se estendendo inteiramente de um lado da partícula ao outro.

Quando dois ou três trajetos de fluxo são providos, é preferível que estes sejam dispostos, aproximadamente, perpendiculares um ao outro, embora outros ângulos possam ser apropriados.

Quando três trajetos de fluxo são providos, é preferido que cada trajeto de fluxo seja, aproximadamente, perpendicular ao outro, isto é, formando efetivamente eixos X, Y e Z em 3-dimensões.

No entanto, deve ser entendido que outros ângulos, por exemplo, entre 1 e 90 graus, preferivelmente entre 45 e 90 graus, entre os trajetos de fluxo, podem ser usados. Além disso, onde mais de três trajetos de fluxo são providos, deve-se que não é possível ter todos os trajetos de fluxo perpendiculares uns aos outro. Embora, a partícula possa, naturalmente, compreender mais de três trajetos de fluxo, modos de realização preferidos têm, geralmente, um, dois ou três trajetos de fluxo.

Assim, em modos de realização particularmente preferidos, três trajetos de fluxo se estendem através da partícula cada um deles perpendicular aos outros dois trajetos de fluxo; os três trajetos de fluxo poderiam, assim, ser representados pelo eixos X, Y e Z de coordenadas Cartesianas.

Pode ser preferido que pelo menos um trajeto de fluxo seja linear e se estenda de um lado da partícula até o lado oposto da partícula. E geralmente preferido que, pelo menos um trajeto de fluxo, esteja substancialmente em linha reta, isto é tomando o trajeto mais curto de um ponto na superfície da partícula até outro ponto na superfície da partícula, embora seja previsto que a curvatura ou tortuosidade do trajeto de fluxo podem estar presentes em alguns modos de realização.

O pelo menos um trajeto de fluxo pode ou não se estender através do centro da partícula. Quando mais de um trajeto de fluxo é provido, estes podem se interceptar em algum ponto ao longo de sua extensão. Tipicamente, isto será no, ou, perto do meio da partícula, embora não necessariamente.

Quando a partícula é substancialmente esférica, o pelo menos um trajeto de fluxo pode, apropriadamente, se estender através de um diâmetro da partícula, isto é, tomando a rota mais longa possível através da partícula. Deve ser entendido que o termo "diâmetro" não precisa ter seu significado geométrico estrito, e poderia ser usado para aplicar-se às partículas que não são particularmente esféricas. Quando mais de um trajeto de fluxo é provido, segue-se que os trajetos de fluxo podem ser providos com diâmetros diferentes, que podem ser, convenientemente, perpendiculares uns aos outros.

A seção transversal do pelo menos um trajeto de fluxo pode ter, essencialmente, qualquer forma, embora, por conveniência, seja geralmente esférica.

O diâmetro mínimo do pelo menos um trajeto de fluxo pode ser pelo menos 0,1 mm, preferivelmente, pelo menos, 0,25 mm, mais preferencialmente, 0,4 mm.

O diâmetro mínimo do pelo menos um trajeto de fluxo pode ser no máximo de 15 mm, preferivelmente, no máximo, de 5 mm, mais preferencialmente, no máximo, de 1 mm.

A proporção entre diâmetro mínimo do pelo menos um trajeto de fluxo e o diâmetro da partícula deverá ficar, preferivelmente, entre 1:1,25 a 1: 5.

O diâmetro do pelo menos um trajeto de fluxo pode ser constante, ou pode variar através de sua extensão. Em um modo de realização, o trajeto de fluxo pode ter um dado diâmetro na, ou, perto da superfície da partícula, e se expandir para prover um vazio relativamente grande dentro da partícula.

Deve-se, por conseguinte, entender que o vazio pode, em um modo de realização, tomar a forma de uma cavidade interna ligada ao exterior via aberturas, definindo, deste modo, um trajeto de fluxo. Em outro modo de realização, o vazio pode ser provido pelo espaço vazio provido por, pelo menos, um trajeto de fluxo de diâmetro essencialmente constante (também referido como uma "porta"). A configuração do vazio dependerá largamente dos requisitos da partícula e técnica de fabricação. Formas vazadas complexas da partícula exigirão tipicamente moldagem, por exemplo, em duas metades que são, então, unidas uma à outra, enquanto formas mais simples podem ser formadas por numerosas outras maneiras, por exemplo, formação por extrusão ou gotejamento. Trajetos de fluxo retos, de diâmetro constante, podem convenientemente ser formados por perfuração ou extrusão, mas isto pode ser difícil ou impossível de conseguir para trajetos de fluxo mais complexos.

Deve-se notar que o número de trajetos de fluxo pode ser alterado para prover um nível desejado de porosidade à partícula, e conseqüentemente ao recheio de cascalho ao qual ela pode ser incorporada. E geralmente mais fácil prover um grande número de trajetos de fluxo em uma partícula maior. Em partículas particularmente pequenas pode, em algumas circunstâncias, apenas ser praticável prover um trajeto de fluxo.

Em determinados modos de realização pode ser desejável que onde o trajeto de fluxo encontra a superfície da partícula, a borda formada seja pelo menos parcialmente, de certo modo suavizada. Isto pode ser conseguido, por exemplo, arredondando-se (usando-se o raio) ou chanfrando- se a borda. Isto tem a vantagem de maximizar a interação de um agente de tratamento químico dentro da partícula com o ambiente externo. A suavização pode ser conseguida provendo-se uma borda arredondada tendo um raio equivalente da metade a duas vezes o trajeto de fluxo. A suavização pode ser provida como parte do processo de moldagem ou extrusão, ou poderia ser provida mais tarde, por exemplo, através de uma perfuração de escareador etc.

As partículas fabricadas podem ter, pelo menos, 0,25 mm de diâmetro. Tipicamente, têm de preferência pelo menos 1 mm, mais preferencialmente, pelo menos, 2,5 mm. Pensando-se em onde o controle de areia é exigido, será entendido que partículas pequenas, isto é, até 2 mm, são preferidas.

Embora não haja um limite superior real para o tamanho da partícula, aspectos tais como a dureza da partícula, facilidade de fabricação, facilidade de manuseio e o tamanho típico do furo de poço significam que partículas com um limite superior de tamanho de, aproximadamente, 30 mm de diâmetro, mais preferencialmente ao redor de 20 mm, são típicas.

Partículas tendo um diâmetro máximo de 10 mm são geralmente preferidas, mais preferencialmente, 4 mm.

Para aplicações de partículas fabricadas que incluam controle de areia, partículas menores são preferivelmente usadas, comparadas às aplicações (tais como a dispensação do produto químico), onde nenhum controle de areia é executado.

Tipicamente, partículas tendo um diâmetro de 5 mm ou menos podem ser apropriadas para o controle de areia. As partículas com diâmetros maiores do que ao redor de 5 mm não são apropriadas para o controle de areia, embora possam executar algum papel no gerenciamento da areia. Geralmente, para controle de areia confiável, é importante que o diâmetro da partícula seja, no máximo, 2 mm, mais preferencialmente, 1 mm, e este é um modo de realização preferido da presente invenção. O controle de areia é extremamente importante em muitas aplicações de poço, e meios para conseguir controle enquanto maximizando a produção do poço, são altamente desejados. Os canais menores formados entre as partículas menores ajudam a função de filtração do recheio de cascalho; isto não é necessário quando as partículas fabricadas não são para ajudar no controle de areia. Assim, para prover uma capacidade maior, as partículas fabricadas apenas para a dispensação química são, tipicamente, maiores do que aquelas usadas para controlar a areia.

Quando a partícula servir primariamente para dispensação do produto químico, pode ser preferido que a partícula seja essencialmente vazada, isto é, que haja um grande vazio no interior da mesma. Convenientemente, pode ter uma espessura de parede substancialmente constante, a espessura da parede sendo geralmente selecionada para prover força mecânica suficiente à partícula enquanto maximizando seu volume interno. A espessura da parede de uma partícula vazada pode apropriadamente

ser de aproximadamente 0,5 mm a 2 mm. E muitas vezes útil considerar a espessura da parede em relação ao diâmetro da partícula; relações preferidas da espessura da parede/diâmetro da partícula estão entre 1:5 a 1:30, embora se compreenda que outras relações podem ser apropriadas dependendo das características desejadas da partícula. Uma esfera vazada é uma forma particularmente apropriada para aplicações de partículas vazadas, porque maximiza o volume e a resistência da partícula para uma dada massa de partícula. Onde as partículas são essencialmente vazadas, resta uma exigência do volume interno estar em comunicação com o ambiente exterior à partícula, de modo que o aditivo químico possa escapar da partícula. Isto é conseguido, tipicamente, via uma ou mais aberturas providas na parede da partícula, Tipicamente, uma partícula vazada deste tipo compreende, pelo menos, duas aberturas, que provêm, convenientemente, um trajeto de fluxo através da partícula. Pode ser preferível prover mais de 2 aberturas, por exemplo, 4 ou 6 aberturas provendo 2 ou 3 trajetos de fluxo lineares respectivamente. Os trajetos de fluxo podem convenientemente ser providos perpendiculares entre si. Naturalmente, deve-se notar que o número de aberturas pode ser variado de acordo com as propriedades desejadas de porosidade ou liberação da partícula; mais aberturas resultam em porosidade aumentada e velocidade de liberação aumentada .

Tipicamente, há menos perspectiva de uma partícula pequena prover uma partícula vazada e, assim maximizar, o volume interno, embora isto possa ser conseguido.

As partículas fabricadas usadas para o controle de areia podem ter pelo menos 0,25 mm de diâmetro, preferivelmente, pelo menos 0,5 mm.

De preferência, as partículas fabricadas usadas para o controle de areia não têm mais de 5 mm de diâmetro, sendo, preferivelmente, menores de 4 mm em diâmetro, especialmente com menos de 2 mm de diâmetro.

As partículas tipicamente maiores fabricadas, que não se destinam a controle de areia, podem estar acima de aproximadamente 5 mm. Embora não haja nenhum limite superior real para o tamanho da partícula, aspectos tais como a resistência da partícula, facilidade de fabricação, facilidade de manuseio e o tamanho típico do furo do poço significam que partículas com um limite superior de tamanho com aproximadamente 30 mm de diâmetro, mais preferencialmente, ao redor de 20 mm são preferidas. Partículas fabricadas podem ser obtidas usando-se um processo contínuo de extrusão por alimentação. Um aspecto conveniente deste processo é que um ou mais trajetos de fluxo podem ser introduzidos muito simplesmente às partículas como parte do processo de extensão, particularmente trajeto(s) de fluxo que seja(m) orientado(s) totalmente no sentido da extrusão. Trajetos de fluxo adicionais podem ser introduzidos por numerosos processos bastante conhecidos da técnica. Estes podem ser combinados com o processo de extrusão, por exemplo, usando-se um arranjo de pino retrátil para formar trajeto(s) de fluxo na partícula recentemente extrusada.

As partículas podem, igualmente, ser feitas usando-se um gabarito usinado dentro do qual as dimensões e formas necessárias à partícula podem ser conseguidos.

Outra técnica que pode ser particularmente apropriada para produzir partícula mais complexa é moldagem. Onde é usada moldagem, os trajetos de fluxo podem, convenientemente, ser introduzidos usando-se núcleos de pinos retráteis para definir as aberturas.

As partículas fabricadas são feitas tipicamente de um material capaz de ser perfurado ou com furos providos de outra maneira ou nelas formados. Estes furos podem ser formados por qualquer técnica convencional. Em alguns modos de realização, podem ser perfurados ou formados depois da produção das partículas. Em outros modos de realização, como mencionado acima, podem ser formados integralmente como parte do processo de fabricação das partículas. Onde é exigida uma porta pode ser conveniente provê-la como parte de um processo de extrusão.

Preferivelmente, a densidade (peso específico) da partícula fabricada é 0,5SG - 4,5SG, preferivelmente 2.,0 a 2,5SG.

Preferivelmente, a partícula fabricada é negativamente flutuante. Flutuabilidade refere-se à flutuação no meio no qual se espera que as partículas sejam mantidas no uso dentro do poço, ou em relação a um fluido que é usado durante o processo pelo qual as partículas são introduzidas no poço, isto é o fluido carreador. A flutuabilidade em relação ao fluido carreador é de particular importância, já que isto determina, em certa medida, a capacidade das partículas de obstruir o furo do poço. Onde as partículas devem ser providas em uma mistura com outro material (por exemplo, cascalho), pode ser desejável combinar a flutuabilidade das partículas e a do outro material, para impedir estratificação ou outra separação da mistura.

As partículas podem ser, pelo menos parcialmente, revestidas com um material de revestimento. O material de revestimento pode ser provido para proteger a partícula ou para prover funcionalidade adicional. O material de revestimento pode apropriadamente ser um material aglutinante que permita que as partículas sejam aglutinadas em conjunto. Materiais aglutinantes apropriados são bem conhecidos da técnica. Tipicamente, o material aglutinante é inativo até que as partículas estejam colocadas em posição, já que seria difícil, ou impossível, bombear ou processar as partículas aglutinadas. O agente de aglutinação pode ser ativado de várias maneiras, por exemplo por cura de tempo retardado, ativação química, ativação por pressão ou ativação por calor. Materiais aglutinantes apropriados são conhecidos da técnica e incluem, tipicamente, resinas. Por exemplo, resina de epóxi pode ser apropriada.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um recheio de cascalho, o recheio de cascalho compreendendo uma pluralidade de partículas fabricadas, as partículas fabricadas tendo uma superfície externa curva e compreendendo um agente de tratamento químico.

O recheio de cascalho pode ser para o controle de areia e/ou pode ser para sustentar o furo aberto na estrutura da formação rochosa.

Preferivelmente a área de contato entre um alvo para o agente de tratamento químico, tal como a torta de filtro, e os produtos químicos é maximizada, preferivelmente colocando-se as partículas fabricadas e, por conseguinte, os aditivos químicos em contacto direto com a torta de filtro ao longo de toda a extensão da seção do furo aberto.

Partículas portando diversos aditivos químicos diferentes e/ou de tamanhos difíceis podem ser usadas no recheio de cascalho. Estas partículas podem prover diferentes funções.

O recheio de cascalho pode igualmente compreender uma pluralidade de partículas não-fabricadas. Preferivelmente pelo menos 1% das partículas no recheio de cascalho compreendem partículas fabricadas como descrito aqui, preferivelmente pelo menos 20%, mais preferencialmente, pelo menos 50%, especialmente, pelo menos 75% das partículas no recheio de cascalho compreendem partículas fabricadas como descrito aqui.

Partículas fabricadas do segundo aspecto da invenção podem ter qualquer característica ou características (incluindo características opcionais) das partículas fabricadas do primeiro aspecto da invenção.

De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é provido um método de tratamento de um poço ou reservatório, o método compreendendo:

- fornecer uma pluralidade de partículas, pelo menos uma porção das partículas sendo partículas fabricadas tendo uma superfície externa curva e compreendendo um agente de tratamento químico; e

- adicionar as partículas ao poço ou reservatório a fim de permitir que o agente de tratamento químico trate o poço ou reservatório.

Tipicamente, o método de acordo com o terceiro aspecto da invenção usa partículas fabricadas de acordo com o primeiro ou segundo aspecto da invenção.

Em um modo de realização, o método pode compreender adicionar um agente de tratamento químico a um vazio em, pelo menos, algumas das partículas fabricadas. Tipicamente, as partículas fabricadas podem ou ser usadas em um recheio de cascalho de um poço ou dispensar produtos químicos para um poço/reservatório, ou para ambas as aplicações, isto é, para uso em um recheio de cascalho e para dispensar produtos químicos para um poço/reservatório.

Referências ao poço são aqui, tipicamente, referências a um furo de poço.

Referências ao reservatório são aqui apresentadas, tipicamente, para o reservatório próximo ao furo de poço.

O método pode, apropriadamente, envolver adicionar as partículas ao poço ou reservatório em associação com um agente inibidor que iniba a ativação do agente de tratamento químico. O agente inibidor pode apropriadamente compreender um fluido não-aquoso onde o agente químico precise de água para torna-se ativo, por exemplo, um ácido. Outros agentes inibidores podem ser apropriados para outros agentes de tratamento químico e seriam aparentes a um perito na técnica. Preferivelmente, o agente inibidor é um fluido carreador que é usado quando as partículas são bombeadas no poço ou reservatório, por exemplo, como uma pasta fluida.

O método pode, adicionalmente, compreender a adição de um agente de ativação ao poço ou reservatório. Este pode, apropriadamente, ser água. Novamente, outros agentes de ativação seriam apropriados para outros agentes de tratamento químico.

De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é provido um método de prover um recheio de cascalho em um poço ou reservatório, o método compreendendo:

- fornecer uma pluralidade de partículas, pelo menos uma porção das partículas sendo partículas fabricadas tendo uma superfície externa curva e compreendendo um agente de tratamento químico;

- dispor as partículas no poço ou reservatório para prover um recheio de cascalho apropriado para conter a produção de areia do poço.

Tipicamente, o método de acordo com o quarto aspecto da invenção usa partículas fabricadas de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

Em determinados modos de realização, o método de acordo com o quarto aspecto da presente invenção pode igualmente usar qualquer característica ou características, incluindo características opcionais, do método de acordo com o terceiro aspecto da invenção.

As partículas fabricadas podem ser bombeadas para o poço como uma pasta fluida, e permitido ao líquido dentro da pasta fluida dissipar- se na vizinhança do furo de poço. O líquido carreador usado na pasta fluida pode, apropriadamente, compreender um agente inibidor. Por exemplo, o agente inibidor pode ser um óleo onde o agente de tratamento químico seja um ácido. Água pode então ser introduzida no poço que dissolverá, e, assim, ativará o ácido. Apropriadamente o fluido carreador é inteiramente compreendido substancialmente pelo agente inibidor.

O recheio de cascalho pode igualmente compreender uma pluralidade de partículas não-fabricadas. Preferivelmente, pelo menos 1% das partículas no recheio de cascalho compreende partículas fabricadas como descrito aqui, preferivelmente pelo menos 20%, mais preferencialmente, pelo menos 50%; especialmente, pelo menos 75% das partículas no recheio de cascalho compreendem partículas fabricadas como descrito aqui.

Qualquer característica de qualquer aspecto de qualquer invenção ou modo de realização aqui descrito pode ser combinada com qualquer característica de qualquer aspecto de qualquer outra invenção ou modo de realização aqui descrito mutatis mutandis.

Serão agora descritos modos de realização da presente invenção, apenas como exemplo, em referência aos desenhos anexos, nos quais: Fig. 1. é uma vista em perspectiva de um primeiro modo de realização de uma partícula de acordo com a presente invenção;

Fig. 2 é uma vista em perspectiva de um segundo modo de realização de uma partícula de acordo com a presente invenção;

Fig. 3 é uma vista em seção transversal de um terceiro modo de realização de uma partícula de acordo com a presente invenção; e

Fig. 4 é uma vista em seção transversal de um quarto modo de realização de uma partícula de acordo com a presente invenção.

Um recheio de cascalho (não mostrado) para uso em um poço compreende uma pluralidade das partículas, tal como a partícula fabricada 10, mostrada na Fig. 1.

A partícula 10 é esférica e por isto, o fluxo de hidrocarbonetos através do recheio de cascalho compreendendo uma pluralidade destas partículas é mais rápido comparado ao uso convencional de cascalho que tem uma face externa irregular em vez de uma face externa curva. Além disto, descobriu-se que a queda de pressão que ocorre quando os hidrocarbonetos fluem através de um recheio de cascalho é menor para recheios de cascalho que incluem a partícula 10 comparada ao cascalho de forma irregular que é tradicionalmente usado.

E mostrada uma porta 12 que é provida através do centro da partícula 10. A porta provê um trajeto de fluxo através da partícula. Hidrocarbonetos podem fluir através da porta 12, aumentando, deste modo, ainda mais a velocidade de fluxo total dos hidrocarbonetos através do recheio de cascalho compreendendo estas partículas.

As partículas com portas recheadas reduzem o número de finalizações dentro do recheio de cascalho, aumentando, assim, a eficiência da velocidade total do fluxo do recheio em 10% ou mais em relação a um recheio de cascalho padrão.

Agentes do tratamento químico, como ácidos ou alcalinos compostos de polímero, cerâmica líquida, salmouras ou outros podem ser adicionados à porta 12. Isto provê um método para os produtos químicos acessarem muito da, ou, mesmo toda a área próximo ao furo de poço. Os produtos químicos podem revestir ou, de outra maneira, tratar o furo perfurado ou a área próxima ao furo perfurado. Por exemplo, produtos químicos podem ser providos para decompor uma torta de filtro (por exemplo, bicarbonato de cálcio, carbonato de cálcio) ou para outros usos como atuar como um modificador da permeabilidade relativa para reduzir a produção de água. Outros agentes químicos apropriados são bem conhecidos da técnica.

Prover uma partícula fabricada 10 compreendendo um agente de tratamento químico tem benefícios sobre técnicas convencionais para a remoção de uma torta de filtro de uma parede do furo perfurado porque pode tratar uma área muito maior da torta de filtro.

Nas técnicas convencionais, a adição de um agente de tratamento químico a um poço resulta na decomposição de uma seção da torta de filtro, geralmente a mais fina. Uma vez esta seção inicial da torta de filtro decomposta, o agente de tratamento químico tende a fluir através do furo e dissipar. Deste modo, aplicação posterior do tratamento químico não resulta em uma decomposição continuada da torta de filtro, e a produção não é adicionalmente melhorada.

O tratamento usando partículas compreendendo um agente de tratamento químico tem a vantagem do agente ser localizado na área que exige o tratamento e não estar livre para fluir para fora tão prontamente. Em conseqüência, é possível uma decomposição maior da torta de filtro.

Os agentes de tratamento podem compreender ácidos monovalentes congelados, por exemplo, ácido acético, propiônico, butírico ou pentanóico, ou variantes, dependendo das propriedades exigidas em termos de ponto de fusão, solubilidade e intensidade do ácido. Por exemplo, ácido acético é solúvel em água (Ka = 1,8 χ IO"5) com um ponto de fusão a 17°C. CaHCO3 (s) + 2 CH3CO2H (1) Ca(CH3CO2)2 (aq.) + CO2 (g) + H2O (aq.)

No entanto, a temperatura em algumas aberturas de perfuração (aproximadamente +80°C) torna difícil o manuseio de ácidos congelados a menos que pressurizados e liberado no local-alvo ou mantidos dentro de uma membrana que é perfurada no local-alvo ou dissolvida/decomposta no local- alvo.

Um modo de realização alternativo compreende ácidos divalentes sólidos, isto é, ácido malônico, glutárico ou maleico ou variantes, dependendo das exigências em termos do ponto de fusão, solubilidade e intensidade do ácido, por exemplo, ácido glutárico - ponto de fusão 98°C, solubilidade 64 g/100 g de água a 20°C, Ka = 4,5 e 0,4 x 10-5; ácido maleico - ponto de fusão 130°C, solubilidade 79 g/100 g de água a 20°C, Ka = 1000 e 0.06 x 10-5.

Os pontos de fusão estão acima dos encontrado para a maioria das colunas de perfuração. Reação similar àquela acima para o ácido acético, mas exigindo 1 mol de ácido por 1 mol de carbonato hidrogenado de cálcio.

Entretanto, a velocidade com que depósitos inorgânicos encontrados em aberturas de perfuração são solubilizados por ácidos na presença de salmoura pode ser testada experimentalmente, dependendo das condições específicas para cada aplicação. Várias soluções de engenharia podem ser usadas para mecanismos de dispensação no local e assegurar dissolução mínima do produto químico antes do posicionamento no local. Por exemplo, produtos químicos podem ser vedados dentro da porta por uma membrana que se dissolve, ou, de outra maneira, se decompõe ao contatar com a proximidade do furo perfurado ou qualquer outra área onde o tratamento é alvejado. Alternativamente, os produtos químicos podem ser revestidos ou incluir retardadores a fim de retardar sua liberação.

Os produtos químicos podem ser produtos químicos de liberação controlada (fluidos/sólidos), que, uma vez no lugar dispensam vigorosamente os produtos químicos para a solução.

Um segundo modo de realização de uma partícula 100 é mostrado na Fig.2. A partícula na Fig. 2 é a mesma partícula da Fig. 1 salvo por incluir portas adicionais 114, 116 que estão em ângulo reto com uma primeira porta 112.

A velocidade do fluxo através de um recheio de cascalho compreendendo partículas tais como a partícula 100, é mais elevada, do que mesmo àquela do primeiro modo de realização da invenção.

Um terceiro modo de realização de uma partícula 210 é mostrado na Fig. 3. A partícula é similar àquela da Fig. 1, mas tem a borda radial 213 onde a porta 212 encontra a superfície externa da superfície da partícula 210.

Um quarto modo de realização de uma partícula 310 é mostrado na Fig. 4. A partícula 310 compreende um centro vazado 315, ou vazio, que é ligado à parte externa via duas aberturas 312, para prover um trajeto de fluxo através da partícula. O centro vazado é apropriado para acomodar uma quantidade relativamente grande de agente de tratamento químico (não mostrado) em relação ao volume da partícula 310. A partícula 310 tem uma borda radial 313 onde as aberturas 312 encontram a superfície externa da partícula.

Deste modo, pode ser conseguido aumento de produção de um poço que exige proteção de areia, como um recheio de cascalho, usando-se modos de realização da presente invenção. Em um modo de realização alternativo, a partícula pode ter, nela, duas portas correspondendo aos eixos X e Y de coordenadas cartesianas ou, como uma alternativa adicional, mais de três portas.

Formas alternativas podem ser usadas para as partículas, tais como, uma forma de anel ou forma de rosca; mas a partícula é geralmente formada para gerar um trajeto de fluxo ótimo através, ou, ao redor dela, enquanto minimizando a queda de pressão através da mesma. Sua interação com outros partículas vizinhas in situ para gerar um padrão de fluxo ótimo através do recheio de cascalho, como um todo, é igualmente importante.

Nestes modos de realização, as partículas esféricas 10, 100, 200, 300 têm 3,0 mm de diâmetro (nominal), com diâmetro das portas, em ambos os casos, de 0,5 mm. O diâmetro da porta foi escolhido para representar o diâmetro limitante para o ingresso de areia através dos furos, e é o mesmo que o do vão entre as esferas.

Partículas fabricadas menores, de acordo com a presente invenção, dispensam, preferivelmente, tratamentos químicos, executam o controle de areia e melhoram o desempenho de entrada/saída do fluxo. A aplicação primária de partículas menores é para um projeto de poço que exija recheio por cascalho para o controle de areia.

Partículas fabricadas maiores, de acordo com a presente invenção, dispensam tratamentos químicos e parecem ser hidrodinamicamente invisíveis in situ (isto é, não impactam prejudicialmente o desempenho de entrada/saída do fluxo). A aplicação primária da partícula fabricada maior é para um projeto de poço que não exija recheio por cascalho para o controle de areia, mas que poderia beneficiar-se das melhorias do desempenho de saída/entrada de fluxo.

As partículas 10, 100, 200 podem ser feitas por Fabricação por Extrusão Contínua. Neste processo, a forma esférica da partícula é conseguida a partir de um molde girando continuamente que molda a partícula e a retira da alimentação contínua. Uma porta controlada dimensionalmente (não mostrada) permite a extrusão do material para fornecer o diâmetro exigido para o raio da porta. Duas portas traspassantes adicionais (eixo-y & eixo-z) podem ser adicionadas ao produto durante esta fase em relação ao eixo de extrusão principal (eixo-x). Uma haste de extrusão do eixo-x pode ser usada para dispensar qualquer produto(s) químico requerido para o espaço portado na extremidade da alimentação contínua. Estas técnicas baseadas em extrusão são particularmente apropriadas aos materiais baseados em plástico e vítreos.

Alternativamente, as partículas podem ser feitas a partir de moldagem por injeção usando-se um gabarito. Neste processo alternativo, um gabarito usinado permite que um composto baseado em plástico seja injetado no molde formando as partículas. É, então, permitida a cura da partícula e que ela se solidifique. As partículas são retiradas e o processo é repetido.

Quando a partícula deva ser formada de um agente de tratamento químico, por exemplo um ácido sólido, isto pode ser conseguido convertendo-se o agente de tratamento químico a um estado líquido e, então, introduzindo-o em um molde, por exemplo, por injeção ou derramamento. Uma vez no molde é permitido ao fluido reverter a uma forma sólida; isto pode ser conduzido sob pressão que pode resultar em certos casos em propriedades melhoradas da partícula. Tipicamente, conversão a um estado fluido é conseguida aquecendo-se o agente de tratamento químico acima de seu ponto de fusão. Em algumas circunstâncias pode ser desejável combinar o agente de tratamento químico com um agente aglutinante para melhorar propriedades mecânicas, embora, freqüentemente isto não será exigido. Deve- se notar que outras técnicas para formar partícula destes produtos químicos são conhecidas, por exemplo no campo do processamento farmacêutico, e estas técnicas poderiam ser usadas como apropriadas.

Experiências

Foram executadas experiências que detalharam a modelagem do fluxo através de cascalho recheado, usando-se simulação de Elemento Finito (FE) das equações Navier-Stokes. Numerosas simulações de fluxo através de esferas recheadas foram determinadas e os resultados comparados a soluções teóricas.

Teoria

Fluxo em recheio de poço de óleo é bem descrito em macro- escala, e em meio isotrópico, pela lei de Darcy:

<formula>formula see original document page 22</formula>

onde o μά é a medida em Darcy, ou específica por unidade de área (ms"1), K é

a permeabilidade saturada (m ), η é a viscosidade dinâmica (kgm" s" ), ρ é a pressão do fluido (kgm - 2), g é a aceleração gravitacional e ζ é a coordenada vertical. Aqui, a aceleração gravitacional pode ser ignorada.

Numerosas equações e relações foram propostas para a permeabilidade saturada. A relação de Carman-Kozensky1 é largamente utilizada para meio granulado.

<formula>formula see original document page 22</formula>

onde D é o diâmetro de grão (m) e 0 é a porosidade. E aplicável às partículas arbitrariamente formadas, com diâmetro variável, e neste caso o diâmetro, D, é o diâmetro da superfície média do grão. Aqui, D é apenas o diâmetro do grão para as partículas fabricadas 10, 100, 200, 300. Acredita-se que a faixa de validade da relação Carman-Kozensky deva ser 0,1 < Re < a 75."

A porosidade, 0, é a porcentagem de "espaço" entre o cascalho e pode ser determinada considerando-se a relação entre a densidade do material volumoso e a densidade do material particulado:

<formula>formula see original document page 22</formula>

Para esferas de tamanho único, regularmente recheadas, a porosidade pode ser calculada da relação de volume. Para recheio cúbico:

<formula>formula see original document page 22</formula>

Para embalagem tetraédrica compacta:

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Para esferas recheadas irregularmente a porosidade encontrar- se-á geralmente entre estes dois valores. Para partículas irregularmente formadas (tais como cascalho) a porosidade tenderá a ser mais alta. Para partículas com uma distribuição de tamanhos, a porosidade tenderá a ser mais baixa uma vez que partículas menores ocupam os espaços na rede formada pelas partículas maiores.

Experimental

O recheio de modelagem usado aqui é produzido por Fluent of Sheffield Business Park, Sheffield, UK, e compreende um pré-processador (GAMBIT) e uma ferramenta de pesquisa integrada e pós-processador (Fluent).

Este pré-processador incorpora seu próprio modelador sólido, e pode importar modelos sólidos em uma variedade de outras formas- padrão. A função principal do pré-processador é prover uma combinação do volume de fluido para exportar para o Fluent. O Fluent resolve as equações Navier- Stokes (N-S) (equações básicas do movimento do fluido) baseado na combinação importada do GAMBIT.

Resultados do Modelagem e Comparação com a Teoria

Para o caso da esfera recheada próxima, a porosidade é 0 = 0,260, dando um valor de K = 1,605* IO"9. A viscosidade dinâmica de η = 1.003* IO"3 kg/m-s e o gradiente de pressão é pz — 408 Pa/m (4Pa sobre 4 fileiras com um espaçamento de 2,45 mm por fileira). Isto dá uma medida específica teórica de ud = 0,65 mms"1, em concordância muito aproximada com os resultados numéricos.

Desse modo, descobriu-se que modelagem realística do fluxo através de uma camada de esferas recheadas pode ser executada. A simulação numérica do fluxo envolvendo recheio de cascalho da ordem de 50 - 100 esferas foi possível, e representou um método apropriado para o estudo de formas mais complexas. Resultados modificados do cascalho

O modelo testou o primeiro modo de realização 10 tendo a porta 12 traspassante, e o segundo modo de realização, com as três portas 112, 114, 116 através de partículas esféricas.

As esferas foram então giradas aleatoriamente com incrementos de 30° em dois eixos. Assim algumas das esferas puderam ter um núcleo alinhado com o fluxo, e algumas perpendiculares, com muitas entre elas.

As simulações foram realizadas para comparar o desempenho de partículas esféricas fabricadas sem portas e aqueles modos de realização 10, 100 mostrados aqui com portas; tudo em uma pressão de 4Pa. Os furos permitem o transporte de fluido adicional e, dependendo de sua orientação, podem ajudar o fluxo, ou ter pouco, ou nenhum efeito sobre o fluxo. O movimento de um único furo para um conjunto de furos de eixo triplo aumenta a conectividade entre os espaços e resulta em velocidade de fluxo aumentada.

Partículas esféricas não-modificadas (dentro do escopo da presente invenção) forneceram uma velocidade média de 0,73*10-3 ms-1; o primeiro modo de realização teve uma velocidade média de O5TVms-1; e o segundo modo de realização de 3-eixos forneceu uma velocidade média de 0,82*10-1 ms-1. Estas já não podem ser comparadas ao padrão teóricos. Embora a "porosidade" (equação 5, mas com "furos ") pudesse ser calculada como 0,26, 0,29, e 0,35 respectivamente, a relação de Carmen-Kozensky (equação 2) se aplica, estritamente, apenas às partículas esféricas e uma comparação direta não é razoável.

Assim, o aumento da porosidade do cascalho aumenta a velocidade de fluxo, demonstrando que o método é sensível o bastante para ser usado, demonstrando as prováveis vantagens de modificações futuras do "cascalho". O segundo modo de realização 100 conseguiu mais de 10% de aumento na velocidade do fluxo.

Modos de realização da invenção podem ter uma pluralidade de partículas com seus trajetos de fluxo complementando trajetos de fluxo vizinhos, de modo que eles se "liguem" radialmente e ao longo do furo para aumentar a eficiência do fluxo em comparação aos cascalhos padrão.

Um benefício de incluir produtos químicos dentro das partículas é a maior capacidade de dispensar mecanicamente tratamento(s) de estimulação por toda a extensão do furo de poço, e uma maior capacidade (ou, talvez mesmo, única) de dispensar mecanicamente tratamento(s) de estimulação e similares ao lado superior do furo de poço.

Além disso, é possível, em determinados modos de realização da presente invenção, ter a pasta fluida do recheio de cascalho fluindo por distâncias maiores do que com o cascalho padrão dentro de um furo de poço, embora usando o mesmo equipamento de colocação convencional, uma vez que a característica de fluxo das partículas são melhores do que aquelas da areia convencional. Além disto, a flutuabilidade neutra preferida das partículas também ajuda o fluxo.

Melhoramentos e modificações podem ser feitos sem fugirmos do escopo da invenção.

Referências

i. Carman, PZ, 1956, Flow of gases through porous media, Butterworths, London

ii. Pan C, Hiplert M, Miller CT, 2001, Pore-scale modeling of saturated permeabilities in random sphere packings, Physical Rewiew E, 64.

Claims (35)

1. Partícula fabricada para uso em um poço ou reservatório, caracterizada pelo fato de a partícula fabricada ter uma superfície externa curva, a partícula compreendendo pelo menos um agente de tratamento químico, em que o agente de tratamento químico é provido no interior de um vazio na partícula, o vazio ficando em comunicação fluídica com o ambiente externo à partícula e em que o vazio se estende de um lado da partícula para o outro, provendo, desse modo, pelo menos um trajeto de fluxo através da partícula.

2. Partícula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de tratamento químico é um agente adequado para dissolver torta de filtro.

3. Partícula de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o agente de tratamento químico compreende um ácido.

4. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o agente de tratamento químico compreende um desemulsificador, modificador de permeabilidade relativa ou inibidor de incrustação.

5. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que compreende de modo substancialmente inteiro um material baseado em plástico ou material vítreo.

6. Partícula de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende substancialmente de modo inteiro um agente de tratamento químico.

7. Partícula de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o agente de tratamento químico é combinado com um ou mais agentes aglutinantes.

8. Partícula de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que o agente de tratamento químico é um ácido divalente sólido.

9. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que compreende um segundo trajeto de fluxo estendendo-se inteiramente de um lado da partícula para outro.

10. Partícula de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os primeiro e segundo trajetos de fluxo são lineares e o segundo trajeto de fluxo é perpendicular ao primeiro trajeto de fluxo.

11. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que pelo menos um trajeto de fluxo é linear e se estende de um lado da partícula para o lado oposto da partícula.

12. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que mais de um trajeto de fluxo é provido, e os trajetos de fluxo se intersectam em algum ponto ao longo de suas extensões.

13. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a partícula é substancialmente esférica e o pelo menos um trajeto de fluxo se estende por um diâmetro da partícula.

14. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o diâmetro mínimo do pelo menos um trajeto de fluxo varia de 0,1 mm a 15 mm.

15. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a relação do diâmetro mínimo do pelo menos um trajeto de fluxo e o diâmetro da partícula variar de 1:1,25 a 1:5.

16. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o diâmetro do pelo menos um trajeto de fluxo é substancialmente constante ao longo de sua extensão.

17. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o diâmetro do pelo menos um trajeto de fluxo varia ao longo de sua extensão.

18. Partícula de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um trajeto de fluxo tem um diâmetro dado na superfície ou próximo a ela da partícula e se expande para prover um vazio relativamente grande dentro da partícula.

19. Partícula de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o vazio forma uma cavidade interna ligada ao exterior via aberturas.

20. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações -17 a 19, caracterizada pelo fato de que é essencialmente uma esfera vazada tendo uma espessura de parede substancialmente constante.

21. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que onde o trajeto de fluxo encontra a superfície da partícula, a borda formada é suavizada.

22. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que tem de 0,25 a 30 mm de diâmetro.

23. Partícula de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que tem de 0,25 mm a 2 mm de diâmetro.

24. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que tem um peso específico de 0,5 a 4,5.

25. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que tem um peso específico de 2,0 a -2,5.

26. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é negativamente flutuante com respeito a um fluido usado durante o processo pelo qual as partículas são introduzidas no poço.

27. Partícula de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é pelo menos parcialmente revestida de um material de revestimento.

28. Partícula de acordo com a reivindicação 27, caracterizada pelo fato de que o material de revestimento é um material aglutinante.

29. Recheio de cascalho, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de partículas fabricadas como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 28.

30. Método de tratamento de um poço ou reservatório, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma pluralidade de partículas como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 28; e adicionar as partículas ao poço ou reservatório para permitir que o agente de tratamento químico trate o poço ou reservatório e/ou proveja um recheio de cascalho adequado para resistir produção de areia do poço.

31. Método de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que compreende adicionar as partículas ao poço ou reservatório em associação com um agente inibidor que inibe ativação do agente de tratamento químico.

32. Método de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o agente inibidor constitui substancialmente todo o fluido carreador.

33. Método de acordo com as reivindicações 31 ou 32, caracterizado pelo fato de que o agente inibidor compreende um fluido não aquoso.

34. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 30 a 33, caracterizado pelo fato de que compreende adicionar um agente de ativação ao poço ou reservatório.

35. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o agente de ativação é água.