BRPI0714117A2

BRPI0714117A2 - materiais e métodos de tratamento de poços

Info

Publication number: BRPI0714117A2
Application number: BRPI0714117-3A
Authority: BR
Inventors: Richard Rediger; Michael J Aron; Bedford W Fennell
Original assignee: Georgia Pacific Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2013-01-01
Also published as: RU2462498C2; EP2049615A1; CA2659114C; US20080011477A1; CA2659114A1; CN101479360A; US8003214B2; RU2009104710A; WO2008008625A1; MX2008016487A

Abstract

MATERIAIS E MéTODOS DE TRATAMENTO DE POçOS A presente invenção é direcionada a uma composição particulada revestida com material termoplástico melhorada útil para tratamentos de fratura hidráulica, empacotamento de cascalho para controle de areia ou outros tratamentos de formação de poços e especialmente aos métodos relacionados de seu uso e é particularmente direcionada ao uso de um material termoplástico como parte de uma composição particulada num método para intensificar a estabilização de e reduzir o fluxo reverso particulado e transporte de partículas finas numa formação de poço.

Description

"MATERIAIS E MÉTODOS DE TRATAMENTO DE POÇOS" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção é direcionada para composições particuladas melhoradas úteis para tratamentos de fendimentos hidráulicos, empacotamento de cascalho para controle de areia ou para outros tratamentos de formação de poço e é especialmente direcionada para os métodos relacionados para os seus usos. A invenção é particularmente direcionada para o uso de um material termoplástico e especialmente um adesivo termoplástico como parte de uma composição particulada (apoiador (proppant) revestido) num método para intensifi- car a estabilização de um fluxo reverso de particulado reduzido e o transporte de partículas finas numa formação de poço. O apoiador revestido exibe uma pegajosidade latente que ajuda na facilidade de manuseio deste produto antes de abaixar a colocação do poço, onde a agregação então ocorre.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Sólidos particulados são introduzidos nas formações de poços por várias razões. Nas operações de fendimentos hidráulicos, apoiadores particulados são efetuados em fratu- ras criadas na formação da rocha subterrânea por pressão hidráulica. Apoiadores suspen- sos no fluido de fratura são empregados em fraturas e na liberação da pressão da fratura, os apoiadores permanecem nas fraturas mantendo a formação rochosa separada distante para criar canais para o fluxo de fluidos de formação, por exemplo, hidrocarbonetos incluindo pe- tróleo e gás natural, de volta para a perfuração do poço e, por último para o topo do poço.

É também comum colocar material particulado na área ao redor de um furo de poço para manter a permeabilidade e controlar a entrada de areia. Tais porções de cascalho, co- mo são chamadas, agem como filtros para restringir o fluxo de areias finas e de formação com o fluido hidrocarboneto no furo do poço. Tipicamente, cascalho ou areia com um tama- nho de malha entre malha 10 e 60 na Série de Peneiras Padrão Americana é colocado na região adjacente ao furo do poço; essas partículas podem ser unidas usando uma composi- ção de resina termocurável.

Não obstante dessas técnicas e geralmente como uma conseqüência delas, sólidos particulados são gerados durante a operação de um poço que são suficientemente flutuan- tes para serem transportados pelo fluido de formação (hidrocarboneto) como parte do esfor- ço de recuperação. Por exemplo, a natureza da própria formação pode ser povoada com partículas suficientemente pequenas para entrarem no fluido de formação. Quando esses particulados transportados permanecem no fluido de formação recuperado no topo do poço, o desgaste do equipamento de produção de hidrocarbonetos se torna um problema. Tais particulados também podem obstruir o poço reduzindo significativamente, se não interrom- pendo, a taxa de produção do poço. Eventualmente, os sólidos devem ser removidos do fluido, aumentando o custo da operação de recuperação. O fluxo reverso de apoiadores é um exemplo desse fenômeno, no qual o próprio apoiador é desalojado da fratura e é arrastado no fluido de formação (hidrocarboneto) con- forme ele é recuperado do poço. Conforme notado acima, os sólidos arrastados podem cau- sar um desgaste inadequado no equipamento de produção e, em casos severos, pode tam- bém reduzir a condutividade da formação.

A natureza de longa data deste problema tem produzido uma ampla variedade de soluções potenciais.

Uma das abordagens mais comuns para reduzir o fluxo reverso de apoiadores tem sido empregar apoiadores revestidos com resina termocurada (curados) ou revestidos com resina termocurável (curáveis). Resinas típicas incluem resinas epóxi e resinas de fenol- formaldeído. Nessa abordagem, exemplificada, por exemplo, na US 4.336.842, US 5.128.390 e US 5.639.806, o apoiador revestido com resina é introduzido na formação. No caso dos apoiadores revestidos com resina curávef, a pressão encontrada nas fraturas de formação faz com que o apoiador revestido com resina termocurável se aglomere ou se li- guem em ponte entre si e o calor presente faz com que a resina seja curada no iocal. Duran- te a curagem, a natureza consolidada dos apoiadores aglomerados fixa o material no local.

US 4.869.960 descreve o uso de uma resina epóxi novolac curada para revestir o apoiador.

Outra abordagem é descrita nas Patentes Americanas 5.330.005; 5.439.055 e 5.501.275, onde as fibras são adicionadas na formação na esperança de que elas formem uma estrutura de esteira ou armação que auxilie a manter os particulados no iocal e redu- zam o fluxo reverso.

US 5.501.274 descreve a adição de um material termoplástico, tal como um deriva- do de celulose, poliolefina, poliamida, polivinila na forma de particulados, tiras ou flocos indi- viduais juntamente com o apoiador numa quantidade de 0,01% até 15% em peso do apoia- dor. Uma vez que o apoiador e os elementos separados do material termoplástico se alojem na formação, o amaciamento do material termoplástico ocorre causando a formação de pon- tes entre as partículas apoiadoras e as partículas separadas di material termoplástico, le- vando à formação de aglomerados. Esses aglomerados esperançosamente criam uma es- trutura de armação na formação, muito semelhantemente aos apoiadores revestidos com resina termocurável curada no local, retardando o fluxo reverso da formação. De acordo com a US 5.582.249, o material termoplástico pode também ser um material eiastomérico, também na forma particulada, de tira ou flocos individual, adicionado com o apoiador. Con- forme acima, o material eiastomérico preferivelmente amacia na temperatura encontrada na formação, de modo que os particulados, tiras ou flocos se aderem ao apoiador.

Nas Patentes US 5.330.005, 5.439.055 e 5.501.275, um material fibroso é adicio- nado ao fluido em tratamento tendo nele suspenso os sólidos particulados (por exemplo, apoiador) e o fluido em tratamento é introduzido na formação subterrânea. E sugerido que as fibras atuem para ligar em ponte através das constrições e orifícios no pacote do apoia- dor. A ligação em ponte forma uma esteira ou armação que retém os particulados no local e limita o fluxo reverso.

As patentes Americanas 5.775.425, 5.787.986, 5.833.000, 5.839.510, 5.853.048, 6.047.772 e 6.209.643 usam um composto aderente para revestir pelo menos uma porção dos particulados introduzidos numa formação. O composto aderente faz com que os particu- lados adjacentes ao material revestido se aglomerem e cria uma estrutura de armação na formação. A patente '510 também inclui uma resina que pode endurecer na formulação, de modo que a cura da resina atue para fixar aquela estrutura aglomerada no local. O compos- to aderente é um líquido ou uma solução que reveste parcialmente o substrato particulado antes de ou subseqüentemente à colocação do particulado na formação. O composto ade- rente forma parte da suspensão do fluido de tratamento para distribuir os particulados na formação. Exemplos específicos de um composto aderente incluem poliamidas e líquidos e soluções de poliésteres, policarbamatos, policarbonatos e resinas naturais, tais como Iaca purificada. Uma principal desvantagem desse método é que o revestimento do aderente deve ser feito no local do poço ou o aderente deve ser transportado para o poço como uma pasta. Uma vez que o aderente seja aplicado no apoiador, o apoiador não possui mais fluxo livre.

Na US 6.832.650, fragmentos de espuma reticulados são misturados no fluido de tratamento juntamente com o material particulado (apoiador) como um forma de reduzir ou prevenir o fluxo reverso de sólidos no fluido recoberto.

Apesar dessas várias abordagens, o interesse no desenvolvimento de novas solu- ções para o problema da geração e transporte de particulados nas operações de recupera- ção de poços ainda permanece forte. A escolha do apoiador correto permanece como um importante aspecto das operações de recuperação e incentivo de poços bem sucedidas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção é baseada no uso de materiais termoplásticos como um reves- timento em particulados (apoiadores) usados juntamente com operações de perfuração de poços e a recuperação concomitante de hidrocarbonetos das formações subterrâneas e, especialmente, juntamente com procedimentos de fraturas escoradas, com empacotamento de cascalho e com outros tratamentos de formação. O revestimento termoplástico fornece o apoiador com pegajosidade latente, de modo que a pegajosidade do revestimento não se desenvolva até que o apoiador seja colocado na formação suportando o hidrocarboneto.

Deste modo, de acordo com uma modalidade dessa invenção, uma formação sub- terrânea é estimulada pela injeção de um fluido de tratamento na formação subterrânea para criar uma fratura na formação subterrânea. Seja pela inclusão do material particulado reves- tido termoplástico (apoiador) da presente invenção no fluido de tratamento inicial ou pela injeção de um jato separado de fluido de tratamento contendo o material particulado revesti- do termoplástico (apoiador) da presente invenção na formação subterrânea após a operação de fratura inicial, o fluido de tratamento com o material particulado revestido com termoplás- tico suspenso é injetado na formação subterrânea de modo que o material particulado reves- tido seja depositado na fratura, o revestimento termoplástico, depois disso, se funde fazendo com que o material adesivo (adesivo) produza aglomerados como particulados ligados em ponte um em relação ao outro, formando desta forma uma armação estável na fratura para proporcionar uma região permeável a fluido na formação subterrânea. De acordo com outra modalidade, o material particulado revestido termoplástico da

invenção também pode ser usado juntamente com procedimentos de empacotamento de cascalho no qual um dispositivo de varredura é colocado nu furo de um poço. Numa abor- dagem, um fluido de tratamento com o material particulado revestido dessa invenção sus- penso nela é injetado no furo do poço de um modo que faz co que o material particulado se empacote ao redor do exterior do dispositivo de varredura. O material particulado revestido empacotado, deste modo, age como uma barreira permeável a fluido ao redor do dispositivo de varredura para reduzir ou prevenir a migração de particulados de formação pelo disposi- tivo de varredura. Em outra abordagem, um dispositivo de varredura pré-empacotado é usa- do no qual um leito particulado permeável a fluido contendo o material particulado revestido da presente invenção é posicionado entre uma tela permeável a fluido e uma parede de conduto, definindo o furo do poço, em que o revestimento tenha se fundido formando aglo- merados como particulados se ligando em ponte uns aos outros, criando desta forma uma estrutura estável de uma região permeável a fluido.

Numa modalidade preferida da presente invenção, uma formação subterrânea é tra- tada de um modo que reduza ou previna o fluxo reverso de sólido particulado e o transporte de partículas finas de formação da formação subterrânea como parte do fluido de formação subterrâneo recuperado (por exemplo, petróleo). De acordo com essa modalidade, sólidos particulados (partículas apoiadoras) com pelo menos um revestimento parcial do material termoplástico são suspensos num fluido de tratamento. O fluido de tratamento contendo esses sólidos suspensos revestidos é, a seguir, introduzido na formação subterrânea de modo a depositar os sólidos particulados revestidos no local desejado na formação. A ener- gia térmica na formação subterrânea faz com que o material termoplástico revestindo se funda suficientemente para fazer com que os particulados se aglomerem na formação e formem uma estrutura estável de permeabilidade suficiente para o fluido de formação sub- terrâneo recuperado (por exemplo, petróleo) fluir através da formação, com os aglomerados formados, reduzindo ou prevenindo o fluxo reverso dos sólidos particulados e o transporte de outras partículas finas de formação com o fluido de formação recuperado. Outra modalidade da invenção se refere a um método de fratura de uma formação subterrânea, na qual um fluido de fratura com as partículas apoiadoras revestidas com ter- moplástico é ali suspenso. O fluido de fratura com partículas de apoiadores pelo menos par- cialmente revestidas ali suspensas é, a seguir, introduzido na formação subterrânea numa taxa e pressão suficiente para prolongar fraturas na formação subterrânea. Depois disso, as partículas de apoiador pelo menos parcialmente revestidas são depositadas na formação subterrânea e a energia térmica na formação faz com que tais partículas apoiadoras parci- almente revestidas se aglomerem da forma descrita acima, por meio do que as partículas apoiadoras aglomeradas formam uma estrutura estável de permeabilidade suficiente para o fluido de formação subterrâneo recuperado (por exemplo, petróleo) fluir pela formação, po- rém suficiente para prevenir ou reduzir o fluxo reverso das partículas apoiadoras e o trans- porte de partículas finas de formação da formação subterrânea com o fluido de formação recuperado na produção de fluidos a partir da formação.

Em outra modalidade, o apoiador revestido termoplástico tem um revestimento ex- terno ou camada de uma resina termocurável curada. O revestimento termocurado envolve o revestimento termoplástico interno e o protege da contribuição para a aglomeração de partículas até as fraturas da camada externa expondo o material termoplástico interno, cujo material, então, exibe a pegajosidade desejada na formação. A estrutura global, deste mo- do, pode ser dita como possuindo uma pegajosidade latente porque a camada termocurada externa torna o apoiador com fluxo livre, até que a camada seja quebrada para expor o ma- terial termoplástico aderente interno.

Quer seja usado numa operação de fraturação de formação, numa operação de empacotamento de cascalho ou em alguma outra aplicação de relacionada à recuperação de hidrocarbonetos, o material particulado da presente invenção será referido de modo geral aqui como um apoiador.

Materiais termoplásticos adequados para uso no fornecimento de um revestimento no material particulado (apoiador) de acordo com a presente invenção são aqueles materiais com uma temperatura do ponto de transição térmico (TTPT) (por exemplo, ponto de fusão ou ponto de amaciamento), isto é, a temperatura na qual o material é capaz de fluir e exibir características adesivas e se tomar grudento ou pegajoso, na faixa de temperaturas encon- tradas na formação subterrânea, e tipicamente na faixa de 30 a 120 0C. O ponto de amaci- amento de um material termoplástico potencialmente útil pode ser determinado usando tais aparelhos como um anel ou uma bola, ou um instrumento de ponto de fusão capilar, con- forme é conhecido pelas pessoas versadas na técnica.

Em temperaturas abaixo da TTPT, Isto é, sob condições de temperatura ambiente, o material particulado revestido é de fluxo livre e pode ser empacotado, transportado para e manuseado no topo do poço sem a necessidade de qualquer equipamento especializado ou trabalho profissional. Também na modalidade na qual uma camada termoendurecível mais externa curável envolve a camada termoplástica, a camada grudenta subjacente é protegi- da, proporcionando um apoiador que é de fluxo livre. Deste modo, não há necessidade de uma pré-mistura de quaisquer ingredientes para criar a composição apoiadora ou para intro- duzir uma formulação separada de ingredientes juntamente com um apoiador para causar a formação de uma composição apoiadora fixa no local in situ. Conforme descrito abaixo, o caráter adesivo do revestimento não é desenvolvido até os particulados revestidos termo- plásticos serem distribuídos dentro de, para colocação na formação subterrânea.

Deste modo, de acordo com a presente invenção, o caráter adesivo (ou pegajoso) do revestimento é considerado como sendo latente e o apoiador é referido como exibindo uma característica pegajosa latente. A característica pegajosa não é desenvolvida até o a - poiador ter sido colocado na formação. Conforme o particulado revestido com material ter- moplástico é colocado no sítio do poço e posteriormente bombeado na formação subterrâ- nea, os particulados revestidos se tomam de livre fluxo. É o calor e a pressão encontrados na formação que faz com que o material teimoplástico do revestimento amacie. Esse ama- ciamento em ou acima da TTPT do material teimoplástico do revestimento permite que a resina flua sob as condições na formação e forme ligações com particulados adjacentes, tanto aqueles naturalmente na formação (tal como areia) quanto àqueles introduzidos como parte do processo de fraturação, juntamente com a própria formação de rocha ao redor. Tal ligação tranca os particulados no local na formação, prevenindo que estes formem fluxo re- verso para fora com o fluido de formação recuperado. O caráter adesivo do revestimento também serve para aprisionar e, deste modo, minimizar a passagem dos sólidos de forma- ção com o fluido recuperado.

Na modalidade alternativa, com um revestimento termoendurecido mais externo ao redor do termoplástico, a pegajosidade não se desenvolve até a pressão de formação cau- sar a fratura da camada externa dura e, deste modo, expor o material teimoplástico interno. Neste ponto, o material termoplástico pode fluir e causar a aglomeração com particulados adjacentes.

Devido a essa propriedade adesiva latente, a qual não se desenvolve até os parti- culados revestidos estarem presentes na formação, os particulados revestidos da presente invenção são mais capazes de alcançar o local desejado no poço (e fluir o mais longe pos- sível da perfuração do poço possível) antes de seu caráter adesivo ser ativado pelas condi- ções térmicas (e condições de pressão) na formação.

Outro benefício importante dessa propriedade adesiva latente é que após o reves- timento do apoiador no ponto de produção, o apoiador revestido permanece com fluxo livre. Deste modo, o apoiador pode ser transportado e manuseado da mesma forma que apoiado- res revestidos convencionais e não precisa ser manuseado como uma pasta. Além disso, a necessidade de aplicar separadamente um componente adesivo ou agente pegajoso no topo do poço como o apoiador sendo bombeado para baixo no poço é eliminada. Pela elimi- nação deste passo de manuseio extra, uma pessoa elimina o seu gasto associado.

Materiais termoplásticos adequados para um possível uso como material de reves- timento de acordo com a presente invenção amplamente incluem polietileno; polipropileno; copolímeros SIS (estireno-isopreno-estireno); copolímeros ABS (isto é, acri Ionitrila- butadieno-estireno); copolímeros SBS (estireno-butadieno-estireno); poliuretanos; copolíme- ros EVA (acetato de etilenovinila); poliestireno; polímeros acrílicos; cloreto de polivinila e outros fluorplásticos similares; resinas de pinheiro e resinas modificadas, tais como ésteres de resina incluindo ésteres de resina de glicerol e ésteres de resina de pentaeritritol; polis- sulfeto; copolímeros EEA (acrilato de etilenoetila); copolímeros de estireno-acriIonitrila; nái- Ions1 resinas, ceras e outros materiais similares e suas misturas de fenol-formaldeído novo- lac; Sio particularmente preferidas para uso como o material termoplástico aquelas subs- tâncias comumente referidas como adesivos termoplásticos. Por exemplo, adesivos termo- plásticos tais como Opt-E-Bond™ HL0033 produzido por HB Fuller co., e Cool-Lok™ 34- 250A produzido por National Adhesives podem ser especificamente mencionados para uso na presente invenção. Outra opção são as resinas de pinheiro e as resinas modificadas co- mercializadas por Georgia-Pacific como NOVARES® 1100 e NOVARES® 1182.

Adesivos termoplásticos são únicos pelo fato de que eles podem ser feitos a partir de uma mistura de resinas termoplásticas, tais como resina de pinheiro juntamente com uma cera adequada para adaptar o caráter da pegajosidade latente do particulado revestido re- sultante. Conforme é entendido pelas pessoas versadas na técnica, a quantidade e tipo de cera que uma pessoa usa para misturar com a resina são usados para modificar e regular o ponto de amaciamento global da mistura. A cera também tem um benefício adicional pelo fato de que ela produz um revestimento no apoiador que tem uma boa lubrificação ou flui- dez. Essa característica auxilia o manuseio e movimento do apoiador revestido da produção, através do transporte e finalmente no equipamento de mistura da pasta no local do poço. Uma vez colocado o apoiador na formação, a cera, a qual é hidrocarboneto na natureza, também pode ser lentamente dissolvida pelos hidrocarbonetos na formação, uma vez que elas são extraídas da formação. Essa dissolução irá tender a deixar o propelente com uma superfície áspera, a qual irá posteriormente auxiliar na prevenção do fluxo reverso das partí- culas finas.

O material termoplástico é fornecido como pelo menos um revestimento parcial nos sólidos particuiados (apoiador). Tipicamente, o material termoplástico está presente nos par- ticuíados numa quantidade na faixa de 1 % a 8% em peso dos sólidos particuiados que são misturados com o fluido de tratamento. Mais comumente, o material termoplástico está pre- sente numa quantidade de 4% a 6% em peso. A espessura do revestimento nas partículas individuais está geralmente na faixa entre 0,5 e 3 milésimos de polegada. A presente invenção não está limitada a qualquer tipo particular de particulado sóli- do para uso como o substrato apoiador (antes de proporcionar o sólido particulado com o revestimento do material termoplástico de acordo com a presente invenção) para introdução no poço com o fluido de tratamento, contanto que o material tenha uma propriedade de força suficiente para resistir ao estresse encontrado na aplicação de recuperação de óleo e gás prevista. A presente invenção é particularmente adequada para uso com apoiadores con- vencionais e materiais de empacotamento de cascalho. Deste modo, conforme comumente encontrado no tratamento de poços e operações de recuperação, areia classificada, areia revestida com resina, materiais cerâmicos incluindo materiais cerâmicos porosos, materiais de bauxita sinterizada, materiais de vidro, pérolas metálicas, certos materiais poliméricos, cascas de nozes e materiais similares podem ser usados para tirar proveito de acordo com a presente invenção. Os sólidos particulados são geralmente incluídos no fluido de tratamento numa quantidade na faixa de cerca de 0,5 até cerca de 8 libras (3,63 Kg) de sólidos particu- lados por galão do fluido de tratamento.

O material particulado que é fornecido com pelo menos um revestimento parcial de material termoplástico de acordo com a presente invenção tem tipicamente uma distribuição de tamanho de partícula na faixa de cerca de malha 8 até malha 100 (tamanho da malha de acordo com a Série de Peneiras Padrões Americana). Particularmente, pelo menos 90% em peso do material particulado adicionado ao fluido de tratamento deve ter um tamanho de partícula dentro desta faixa. Preferivelmente, pelo menos 95% em peso do material particu- lado tem um tamanho dentro da faixa verificada. Em modalidades mais preferidas, o material particulado tem um tamanho de distribuição de partícula na faixa de malha 20 a malha 40. Normalmente, deve haver menos do que 5% em peso de partículas com um tamanho menor do que malha 20 ou maior do que malha 50 e é preferível que a maioria das modalidades não tenha partículas menores do que malha 10 ou maior do que malha 40.

Enquanto qualquer material particulado comumente usado como apoiador para tra- tar furos de poços, tal como areia frac e semelhantes, pode ser usado como o substrato par- ticulado para a presente invenção, materiais apoiadores com um peso específico menor ge- ralmente são preferidos, uma vez que eles podem ser carregados para mais longe numa formação do que os apoiadores de um peso específico maior. Apoiadores de peso específi- co menores também geralmente simplificam a química do fluido de tratamento para propor- cionar uma suspensão estável e podem possibilitar a operação em pressões de bombea- mento mais baixas.

Em modalidades particularmente preferidas, o material particulado consiste de ce-

râmica porosa ou de partículas poltméricas porosas. Particulados de cerâmica porosa ou particulados poliméricos porosos do tipo descrito nas Publicações de Patentes Americanas 2004/0040708 e 2004/0200617 (as descobertas das quais são aqui incorporadas por refe- rência nas suas totalídades) são particularmente adequadas. Tais materiais podem ser de origem natural ou podem ser sínteticamente produzidos. Preferivelmente, o peso especifico aparente de tais materiais é menor do que 2,7 e, preferivelmente, é menor do que 2,2.

Conforme é descrito nessas publicações, a porosidade interna de tais particulados

está geralmente de cerca de 10 a 75 por cento em volume. Uma forma de determinar a po- rosidade é através do uso de um instrumento comercialmente disponível, tal como o Picnô- metro de Gás Automático ACCUPYC 1330 (Micromeritics1 Norcross, Ga.) que usa hélio co- mo um gás inerte juntamente com o procedimento recomendado pelo fabricante para deter- minar a porosidade interna dos particulados. Conforme descrito nessas publicações, os par- ticulados porosos podem ter uma permeabilidade inerente ou induzida, isto é, espaços poro- sos individuais na partícula são interconectados de modo que os fluidos sejam capazes de se mover pelo menos parcialmente através da matriz porosa, tal como pela penetração na matriz porosa da partícula, ou espaços porosos individuais na partícula podem estar desco- nectados, de modo que os fluidos não sejam substancialmente capazes de se mover atra- vés da matriz porosa, tais como não sendo capazes de penetrar na matriz porosa da partí- cula. O grau de interconexão da porosidade desejada pode ser selecionado e projetado nos particulados porosos. Além disso, tais partículas porosas podem ser selecionadas para ter um tamanho e forma de acordo com especificações da partícula do apoiador de fraturação típico (isto é, com uma distribuição de forma e tamanho uniformes), embora tal uniformidade de forma e tamanho não seja necessária.

Um exemplo de um particulado poroso sintético para uso nessa invenção é o produ- to disponível de Carbo Ceramics Inc. como "Ecnoprop".São também adequadas partículas de caolinita queimadas descritas na U.S. 5.188.175, as quais são também aqui incorporadas por referência. Conforme descrito nessa referência, tais partículas podem incluir péletes ou partículas esféricas sólidas a partir de matérias-primas (tais como barro de caulim) com um conteúdo de alumina entre cerca de 25% e 40% e um conteúdo de silica entre 50% e 65%. Um Iigante de amido também pode ser empregado. Tais partículas podem ser caracteriza- das como tendo uma proporção de conteúdo de dióxido de silício em relação à alumina de cerca de 1,39 até cerca de 2,41, e um peso específico aparente entre cerca de 2,20 e cerca de 2,60 ou entre cerca de 2,20 e cerca de 2,70.

Novamente, a presente invenção não está limitada a qualquer material ou apoiador de substrato particulado particular.

Geralmente, o material termoplástico pode ser fornecido num material particulado apoiador usando um processo de revestimento esquentado ou quente no qual o substrato ou material particulado apoiador é primeiramente aquecido até uma temperatura acima do ponto de fusão ou fundição do material termoplástico. O material termoplástico é, a seguir, adicionado com a mistura do particulado apoiador quente, fazendo com que o material ter- moplástico se funda e seja misturado por um período de tempo suficiente para revestir os particulados apoiadores. O apoiador revestido quente é, a seguir, rapidamente suprimido para reduzir a temperatura e fornecer sólidos de fluxo livre, removidos do misturador, adicio- nalmente esfriados e peneirados até a distribuição de tamanho desejada.

No caso onde um revestimento externo de uma resina termoeudurecida deve ser aplicado, uma vez que o revestimento termoplástico tenha sido aplicado e um revestimento suficiente tenha sido desenvolvido no apoiador, uma camada externa teimoendurecível po- de ser empregada da mesma forma.

A camada de resina termoendurecível mais externa é aplicada e, eventualmente, o calor permite que a camada termoendurecível alcance a cura total. Esse procedimento re- sulta num apoiador com múltiplas camadas com uma camada interna termoplástica e uma camada externa termoendurecível dura.

Numa abordagem de endurecimento alternativa, o material termoplástico poderia ser dissolvido num solvente adequado, ou emulsificado num solvente adequado, e o líquido contendo termoplástico poderia, então, ser aplicado ao material apoiador. Após a remoção do solvente, particulados de apoiador revestidos com termoplástico de fluxo livre são recu- perados.

Pode ser adequado, em muitos casos, submeter os particulados a dois ou mais passos de um procedimento de revestimento, de modo a gradualmente desenvolver o reves- timento termoplástico e/ou termoendurecível nos particulados.

Ao usar particulados porosos como os substratos, o peso específico aparente dos particulados porosos revestidos com termoplástico é influenciado pelo grau de penetração do revestimento termoplástico nos particulados porosos, o qual pode ser limitado por porosi- dade desconectada, tal como porosidade substancialmente impermeável ou isolada no inte- rior da matriz do particulado. Esse tipo de porosidade pode ou limitar a extensão de pene- tração uniforme da resina termoplástica para o núcleo, tal como produzindo uma seção cru- zada de partículas estratificadas com um revestimento impenetrável externo com um núcleo incompletamente penetrado, ou pode causar uma penetração não-uniforme da resina ter- moplástica para o núcleo, tal como contornando "bolsos" de porosidade desconectados, po- rém penetrando todo o caminho até o núcleo juntamente com os poros interconectados. Em qualquer evento, o revestimento do substrato apoiador poroso pelo material termoplástico pode ser efetuado de modo a preferívelmente aprisionar ou encapsular o ar (ou outro fluido com um peso específico aparente menor do que a matriz da partícula, menor do que o re- vestimento de resina e menor do que o fluido de tratamento de poço) na porosidade para controlar o peso específico aparente do apoiador particulado revestido numa quantidade Deste modo, em tais casos, o material termoplástico reveste os particuiados poro- sos (apoiador) sem invadir completamente a porosidade, de modo a encapsular eficiente- mente ar na porosidade do apoiador particulado. Tal encapsulação de ar preserva o caráter de peso leve dos particuiados quando colocados no fluido de tratamento ou transporte. A penetração excessiva pelo revestimento do material termoplástico ou revestimento incom- pleto pelo material termoplástico, a qual por sua vez permite a penetração pelo fluido de tratamento ou transporte em uso, pode interferir com qualquer objetivo de proporcionar um particulado de peso leve. O revestimento termoplástico auxilia a força do apoiador particula- do e facilita o manuseio do apoiador particulado e a preparação da suspensão fluida do tra- tamento.

Fluidos de tratamento usados para transportar os sólidos particuiados na formação subterrânea nas várias modalidades da presente invenção podem ser os mesmos que aque- les convencionalmente usados nas operações de recuperação de poços anteriores. Tais fluidos de tratamento incluem fluidos aquosos, tais como água fresca e salmouras, fluidos de hidrocarbonetos líquidos, tais como gasolina, querosene, diesel e óleo bruto, fluidos de hi- drocarbonetos líquidos e aquosos espumados e emulsões. Fluidos de tratamento aquosos são geralmente usados e preferidos.

Conforme é compreendido pelas pessoas versadas na técnica, a viscosidade do fluido de tratamento pode ser modificada pela adição de um agente gelificante ou agente viscosificante para facilitar a suspensão dos sólidos particuiados (apoiador). Qualquer uma da variedade de agentes gelificantes conhecidos pelas pessoas versadas na técnica podem ser utilizados e a presente invenção não está limitada a qualquer química particular para o fluido de tratamento. Deste modo, agentes gelificantes incluindo, porém sem se limitar, a polissacarídeos naturais e derivatizados, os quais são solúveis, dispersáveis ou incháveis em líquidos aquosos e biopolímeros, tais como gomas modificadas xantana, succinoglicon como os derivados carboxialquil de guar incluindo carboximetilguar e os derivados hidroxiai- quílícos de guar tipo hidroxipropilguar e celuloses modificadas e seus derivados tais como carboximeti(celulose, carboximetilidroxietilcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose e semelhantes podem ser potencialmente usados. O apoiador revestido da presente invenção é suspenso no fluido de tratamento e in-

jetado no poço, geralmente no fluido de tratamento que é usado para fraturar o poço, con- forme comumente praticado por outras composições apoiadoras conhecidas. Conforme é bem conhecido pelas pessoas versadas na técnica, o fluido de tratamento precisa reter a sua viscosidade até o apoiador ser carregado para o ponto desejado de deposição no poço e, a seguir, o fluido desejavelmente perde a sua viscosidade suficientemente para permitir que o apoiador se deposite na formação. O equilíbrio desses atributos concorrentes usando os aditivos acima mencionados está bem dentro da técnica da arte e novamente não forma parte da presente invenção.

Outros aditivos ao fluido de tratamento incluem quebradores de gel, tensoativos, tampões de agentes espumantes, desemulsificantes e estabiIizantes de barro. Novamente, esses aspectos dos fluidos de tratamento da formulação para tratamento do apoiador do poço são bem conhecidos, não formam um aspecto específico da presente invenção e, des- te modo, não requerem uma descrição detalhada aqui. Tal informação é disponível a partir de uma ampla faixa de fontes públicas.

Quando presente na formação do poço, o revestimento de material termoplástico nos sólidos particulados (apoiador) amacia conforme ele é aquecido na formação subterrâ- nea, fazendo com que o material termoplástico se tome pegajoso (como um adesivo) na formação. Em virtude de sua pegajosidade, os particulados revestidos se aderem uns aos outros e aos outros particulados sólidos na formação (ponte). Aglomerados, formados por esse processo relacionado com adesivo, se consolidam na formação criando uma estrutura de particulados com permeabilidade suficiente para permitir a passagem do fluido de forma- ção subterrâneo recuperado (por exemplo, petróleo). A estrutura dos particulados, entretan- to, é suficiente para reduzir ou prevenir o fluxo reverso das partículas de apoiador e o trans- porte das partículas finas de formação a partir da formação subterrânea com o fluido de for- mação recuperado na produção de fluidos a partir da formação, devido tanto à própria estru- tura da armação permeável quando â presença do material termoplástico pegajoso naquela estrutura.

Na ampla prática da presente invenção, o material particulado pelo menos particu- larmente revestido (apoiador) pode ser misturado com todo o fluido de tratamento introduzi- do na formação subterrânea, ou ele pode ser misturado somente com aquela porção do flui- do de tratamento introduzido na formação do poço nos estágios finais de tratamento para colocar tal particulado revestido (apoiador) somente na formação na vizinhança do buraco do poço.

Por exemplo, os particulados revestidos da presente invenção podem estar incluí- dos somente no final de 10 a 25 por cento do fluido de tratamento contendo particulado in- troduzido na formação. Dessa forma, as partículas revestidas agem para formar uma fixação na vizinhança do buraco do poço para reduzir ou prevenir o fluxo reverso e o transporte de partículas finas para o buraco do poço com quaisquer fluidos de formação recuperados con- forme descrito acima.

Em outra modalidade dessa invenção, o material particulado revestido é fornecido com um revestimento externo adicional de uma resina termomoldável, isto é, uma resina reticulada ou infundível.

Nessa modalidade, o revestimento termomoldável proporciona uma camada exter- na dura que protege o revestimento interno do material termoplástico durante o manuseio e o uso subseqüente. Nessa modalidade, o caráter da propriedade adesiva térmica latente do material termoplástico adequado para o revestimento interno é aumentado até alguma ex- tensão, em relação à modalidade revelada anteriormente, uma vez que pode não ser neces- sário para o material termoplástico ser livre de cura sob condições ambientes. Deste modo, a faixa operacional da temperatura do ponto de transição térmico (TTPT) (por exemplo, pon- to de fusão) para o material termoplástico o qual é adequado para uso nessa modalidade específica pode ser bem expandida na extremidade inferior em relação à modalidade anteri- or, onde o material termoplástico compreende o revestimento mais externo no particulado. Particularmente, materiais termoplásticos com uma temperatura do ponto de transição tér- mico tipicamente na faixa de 30 a 120 0C devem ser adequados para essa modalidade parti- cular, com uma faixa de 60 a 100 0C sendo mais típica.

Sob a pressão encontrada na formação subterrânea, a camada externa dura dessa modalidade quebra, expondo dessa forma o material termoplástico subjacente, o qual devi- do às condições na formação, tem as características de fluxo necessárias e o caráter adesi- vo, isto é, é pegajosa o suficiente para extrusar pela fenda e causar a formação da estrutura permeável desejada pela facilitação da consolidação com outros particulados na formação, incluindo os próprios outros particulados revestidos.

Os particulados revestidos nessa modalidade, desta forma, têm um revestimento duplo de um revestimento interno de um material termoplástico e uma camada externa de um material termomoldávei.

Os particulados revestidos dessa modalidade particular podem ser preparados pri- meiramente pelo revestimento do material particulado (apoiador) pelo menos parcialmente com o material termoplástico. Métodos para revestir o material particulado com o material termoplástico são aqueles mesmos métodos descritos acima juntamente com a modalidade anterior. Uma vez o material termoplástico tenha sido aplicado, então o revestimento ter- momoldávei é preparado. Esse revestimento é preparado pelo revestimento dos particula- dos anteriormente revestidos com termoplástico (apoiador) com um revestimento de uma resina termomoldávei e, a seguir, pela reticulação daquela resina para formar a camada termomoldávei.

Resinas termomoldáveis adequadas para formar a camada externa incluem resinas tipo resol fenoi-formakleído (tal como GP-2086 e 761D31) disponíveis de Georgia-Pacific), resinas fenol-formaldeído novolac misturadas com um agente reticulador, tais como hexami- na (tal como GP-2110, GP-2202 e GP-298G87), resinas epóxi e outros materiais semelhan- tes.

O revestimento dos particulados revestidos com termoplástico com uma resina ter- momoldávei pode ser efetuado usando uma variedade de técnicas conhecidas pelas pesso- as versadas na técnica. A resina termomoldávei pode ser fornecida dissolvida num solvente adequado, o qual dependendo da resina poderia ser água, um solvente orgânico ou alguma combinação sua. A resina termomoldável pode também ser fornecida como uma emuisão, tal como uma dispersão de uma resina tipo resol numa fase contínua aquosa. Técnicas de revestimento adequadas são ensinadas nas Patentes Americanas 5.422.183 e 4.585.064, as quais são aqui incorporadas nas suas totalidades por referência. A velocidade de cura da resina termomoldável selecionada para essa aplicação deveria ser suficientemente rápida de modo que a cura total seja obtida para o revestimento externo tem um período de tempo tão curto quanto possível, sem impactar negativamente a integridade da camada ou cama- das termoplásticas subjacentes. A seleção de uma resina apropriada está dentro da habili- dade da técnica.

A quantidade de resina termomoldável para ser aplicada como um revestimento depende da resina termomoldável particuiar usada e do tamanho dos particulados revesti- dos termoplásticos. Geralmente, a resina termomoldável é usada numa quantidade de 1% até cerca de 4% em peso dos particulados revestidos com termoplástico. É preferível usar uma quantidade de resina termomoldável para englobar completamente os particulados re- vestidos com termoplástico e proporcionar um revestimento de cerca de 0,5 a 3 milésimos de polegada de espessura.

Como com os particulados revestidos termoplásticos anteriormente descritos (apoi- adores), os materiais particulados revestidos com camada dupla (ou revestidos com múlti- plas camadas) podem ser usados como um material apoiador nos tratamento de fraturação efetuados na formação subterrânea, ou em procedimentos de empacotamento de cascalho. Os materiais particulados revestidos com camada dupla (ou revestidos com múltiplas cama- das) também podem ser usados, exatamente como os particulados revestidos termoplásti- cos, na formação de uma região sintética de permeabilidade controlada numa zona subter- rânea.

Será entendido que enquanto a invenção for descrita juntamente com suas modali- dades específicas, a descrição antecedente e os exemplos a seguir são tencionados para ilustrar e não para limitar o escopo da invenção. Outros aspectos, vantagens e modificações serão aparentes para as pessoas versadas na técnica para as quais a invenção pertence, e esses aspectos e modificações estão dentro do escopo da invenção.

EXEMPLO 1

Um material apoiador (areia ou cerâmica porosa) é adicionado a uma mistura aque- cida (moinho) e deixada equilibrar numa temperatura de cerca de 232 0C (450 0F). A seguir, uma resina termoplástica numa quantidade de cerca de 6% em peso do peso do apoiador é adicionada ao misturador (moinho) como um pó de fluxo livre. O material é misturado por um minuto e, a seguir, água de esfriamento é adicionada para suprimir a temperatura e é deixa- da misturar até a temperatura ter sido reduzida suficientemente para proporcionar um mate- rial particuiado de fluxo Iiwe1 o qual é removido e dimensionado conforme desejado. EXEMPLO 2

3.000 gramas de substrato apoiador, uma areia de sílica grau frac de malha 20/40 de US Silica foram adicionados a um misturador elétrico aquecido e deixado equilibrar numa temperatura de 251 0C (485 0F). 60 gramas de NovaRes™ 1100 foram adicionados à areia pré-aquecida e deixados misturar por trinta segundos. Um revestimento externo de GP- 2202, uma resina fenol-formaldeído novolac, aproximadamente 120 gramas foram, a seguir, adicionadas e a mistura continuou por mais trinta segundos. Neste momento, 18 gramas de hexamina em pó foram adicionados como um reticulador e a mistura continuou por mais dois minutos para curar a camada externa. O apoiador revestido foi descarregado, varrido e esfriado.

Esse apoiador revestido foi submetido a uma pressão de 8.000 psi (551,6 MPa) por vários minutos em temperatura ambiente (20 0C), a seguir a pressão foi removida e o mate- rial foi extraído, ele estava na forma de grãos de fluxo livre.

Outra amostra do apoiador revestido descrito acima foi pré-aquecido na célula de esmagamento a 105 0C e, a seguir, foi submetida a 8.000 psi (551,6 MPa) por vários minu- tos. Na remoção da pressão e extração do apoiador, o material saiu num pélete rígido sóli- do. Nesse caso, a camada externa curada foi esmagada pela pressão e permitiu que a for- ração termoplástica pegajosa escoasse e se ligasse aos grãos de apoiador vizinhos.

Enquanto a invenção foi descrita em relação aos exemplos específicos incluindo os modos atualmente preferidos para executar a invenção, as pessoas versadas na técnica irão perceber que há várias variações e permutações dos sistemas acima descritos e técnicas que caem dentro do espírito e escopo da invenção, conforme estabelecido nas reivindica- ções em anexo.

Claims

1. Método para tratar uma formação subterrânea, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a introdução na formação partículas consolidáveis compreendendo um apoia- dor revestido com um material termoplástico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico compreende de 1 a 8% em peso do apoiador.

3. Método, de acordo com a Reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas consolidáveis têm um tamanho de malha entre 8 e 100 baseando-se na Série de Peneiras Padrão Americana.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a formação subterrânea é tratada para prevenir que os particulados da formação subterrânea fluam reversamente para o equipamento de superfície através de um buraco de poço.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico tem uma temperatura de ponto de transição térmica na faixa de 30 a 120 0C.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico é um adesivo termoplástico.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o apoiador é selecionado do grupo consistindo de partículas de areia, fibras minerais de ocor- rência natural, partículas de cerâmica, pérolas de vidro e suas misturas.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o adesivo termoplástico é uma mistura de uma cera e uma resina de pinheiro.

9. Particulado de fluxo livre, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um subs- trato particulado adequado para uso como um apoiador em operações de recuperação de poços com um revestimento de um material termoplástico, o revestimento com uma tempe- ratura de ponto de transição térmica na faixa de 30 a 120 0C.

10. Particulado de fluxo livre, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico compreende de 1 a 8% em peso do substrato par- ticulado.

11. Particulado de fluxo livre, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO peio fato de que o substrato particulado tem um tamanho de malha entre 8 e 100 baseando- se na Série de Peneiras Padrão Americana.

12. Particulado de fluxo livre, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico é um adesivo termoplástico.

13. Particulado de fluxo livre, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o adesivo termoplástico é uma mistura de uma cera e de uma resina de pinheiro.

14. Particulado de fluxo livre, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato particulado é selecionado do grupo consistindo de partículas de areia, fibras minerais de ocorrência natural, partículas de cerâmica, pérolas de vidro e suas misturas.

15. Partícula apoiadora revestida, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um substrato particulado adequado para uso como um apoiador em operações de recuperação de poços um revestimento interno de um material termoplástico no referido substrato particu- lado e uma camada externa de uma resina termomoldável ao redor do referido revesti- mento interno.

16. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termomoldável é preparada pela cura de uma resina tipo resol de fenol- formaldeído.

17. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termomoldável é preparada pela cura de uma mistura de uma resina novolac de fenol-formaldeído e um reticulador.

18. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o reticulador é hexamina.

19. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico compreende de 1 a 8% em peso do substrato particula- do.

20. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato particulado tem um tamanho de malha entre 8 e 100, baseando-se na Série de Peneiras Padrão Americana.

21. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico tem uma temperatura de ponto de transição térmica na faixa de 30 a 120 °C.

22. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico é um adesivo termoplástico.

23. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que o adesivo termoplástico é uma mistura de uma cera e de uma resina de pinheiro.

24. Apoiador revestido, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato particulado é selecionado do grupo consistindo de partículas de a- reia, fibras minerais de ocorrência natural, partículas de cerâmica, pérolas de vidro e suas misturas.

25. Método para fazer uma partícula de apoiador, CARACTERIZADO pelo fato de compreender o revestimento de um substrato particulado adequado para uso como um a- poiador em operações de recuperação de poços com um revestimento interno de um mate- rial termoplástico para produzir um substrato particulado revestido com termoplástico, a se- guir o fornecimento no substrato particulado revestido com termoplástico de uma camada externa de uma resina termomoidável e o aquecimento da resina termomoldável suficiente- mente para formar uma camada externa de uma resina termomoldável no substrato particu- lado revestido com termoplástico.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico compreende de 1 a 8% em peso do substrato particulado.

27. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a partícula apoiadora tem um tamanho de malha entre 8 e 100, baseando-se na Série de Peneiras Padrão Americana.

28. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico tem uma temperatura de ponto de transição térmica na faixa de 30 a 120 0C.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o material termoplástico é um adesivo termoplástico.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o adesivo termoplástico é uma mistura de uma cera e de uma resina de pinheiro.

31. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o apoiador é selecionado do grupo consistindo de partículas de areia, de fibras minerais de ocorrência natural, de partículas de cerâmica, de pérolas de vidro e suas misturas.

32. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termomoldável é preparada pela cura de uma resina tipo resol de fenol-formaldeído.

33. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termomoldável é preparada pela cura de uma mistura de uma resina novolac fenol- formaldeído e um reticulador.

34. Método, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que o reticulador é hexamina.