ES2200271T3 - Procedimiento para consolidar rapidamente materiales particulados en pozos. - Google Patents
Procedimiento para consolidar rapidamente materiales particulados en pozos.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION DESCRIBE PROCEDIMIENTOS MEJORADOS PARA CONSOLIDAR MATERIAL EN FORMA DE PARTICULAS EN UNA ZONA SUBTERRANEA PERFORADA POR UN POZO. ESTOS PROCEDIMIENTOS COMPRENDEN BASICAMENTE LOS PASOS DE REVESTIR EL MATERIAL EN PARTICULAS CON UNA COMPOSICION DE RESINA ENDURECIBLE E IRRADIAR EL REVESTIMIENTO DE LA COMPOSICION DE RESINA ENDURECIBLE SOBRE EL MATERIAL EN FORMA DE PARTICULAS CON MICROONDAS CON EL FIN DE ACELERAR EL ENDURECIMIENTO DE LA COMPOSICION DE RESINA CON LO CUAL EL MATERIAL EN FORMA DE PARTICULAS ES CONSOLIDADO RAPIDAMENTE EN UNA MASA PERMEABLE ESTACIONARIA.
Description
Procedimiento para consolidar rápidamente
materiales particulados en pozos.
La presente invención se refiere, en general, a
procedimientos para consolidar rápidamente materiales particulados
en pozos, tales como arenas blandas de yacimientos, materiales de
consolidación y materiales de filtro de grava.
A menudo los pozos de petróleo y de gas natural
se realizan en zonas de producción subterráneas que contienen
arenas poco firmes y blandas. Hasta ahora, tales arenas sueltas y
blandas se han consolidado en masas permeables estacionarias por
medio de la inyección de una composición de resina endurecible en
las zonas de producción. Es decir, las arenas blandas de las zonas
de producción se recubren con la composición de resina endurecible
y después se hace que la composición de resina se endurezca, con lo
que las arenas se consolidan en masas permeables.
Las zonas de producción de los pozos de petróleo
y de gas natural a menudo también se estimulan mediante
fracturación hidráulica. En un procedimiento de fracturación
hidráulica, se bombea un fluido de fracturación gelificado al
interior de la zona a fracturar a una velocidad y presión tales que
se formen y se extiendan en la zona una o más fracturas. En una
porción del fluido de fracturación se suspende un material de
consolidación sólido particulado, por ejemplo, arena, para
consolidar las fracturas abiertas, depositándose el material de
consolidación en las fracturas. Hasta ahora, en algunos casos, todo
o parte del material de consolidación se ha recubierto con una
composición de resina endurecible. Se ha inducido el endurecimiento
de la composición de resina después de que el material de
consolidación se haya situado en las fracturas para que el
material de consolidación se consolide en una masa permeable
estacionaria. Tal consolidación previene el reflujo del material de
consolidación con los fluidos producidos a partir de la formación
fracturada.
En las operaciones de filtro de grava, las
partículas sólidas de grava, tales como arena, se llevan a una
zona o yacimiento subterráneo donde se va a poner un filtro de grava
en un fluido portador gelificado. Típicamente, el filtro de grava
se forma entre un tamiz y las paredes de un pozo o en las
superficies internas de los tubos de revestimiento cementados del
pozo. A menudo, la grava que constituye el filtro de grava se
recubre con una composición de resina endurecible que se hace
endurecer, con lo que la arena se consolida en una masa permeable
estacionaria. Como alternativa, la operación de filtro de grava
puede realizarse como una operación con cierre hidráulico de alta
velocidad. En este caso, el fluido portador comprende agua o agua
ligeramente gelificada inyectada a una alta velocidad en el
yacimiento subterráneo. El transporte de la grava contenida en el
fluido se consigue mediante un alto caudal de fluido en lugar de
mediante el uso de un agente de gelificación.
En todos los tratamientos de pozos descritos
anteriormente, se induce el endurecimiento de las composiciones de
resina endurecibles utilizadas calentando el yacimiento o poniendo
en contacto la resina con una gente de endurecimiento externo o
interno. Aunque los materiales particulados usados se han
consolidado satisfactoriamente en masas permeables estacionarias,
los procesos de endurecimiento han llevado tiempo, durante el cual
los pozos han tenido que permanecer cerrados. El tiempo de cierre
requerido suele ser superior a un día. Este tiempo de cierre
retrasa el inicio de la producción y, por lo tanto, implica un
coste considerable en forma de pérdidas de producción. De esta
forma, se necesitan procedimientos mejorados para consolidar el
material particulado en los pozos de manera que el proceso de
consolidación tenga lugar rápidamente.
El documento US 3929191 se refiere a un
procedimiento para tratar un yacimiento subterráneo colocando un
material particulado recubierto con una resina fenólica de una
etapa, fundible, en un yacimiento o adyacente al mismo, y haciendo
posteriormente que la resina se funda y se cure hasta un estado
infundible, consolidándose de esta manera el material particulado.
En el caso de las resinas fenólicas de una etapa del documento US
3929191, una característica de las mismas es que se pueden fundir y
curar por medio del uso de calor solo y, de esta manera, no
requieren catalizadores o agentes de curado adicionales. El
documento US 3929191 describe que el calor puede suministrarse por
la temperatura ambiente del yacimiento o por la aplicación de
calor, por ejemplo por medio de la inyección de aceite caliente en
la fractura para proporcionar suficiente calor como para que la
resina se funda y después se cure hasta un estado infusible. En
ciertos casos, de acuerdo con el documento US 3929191, puede
aumentarse la velocidad de polimerización o puede reducirse la
temperatura a la que la resina se cura a un estado infundible
mediante la inyección de un líquido de bajo pH en la fractura
consolidada. El documento US 3929191 describe que el pozo debe
permanecer cerrado durante períodos de tiempo suficientes para
permitir que la resina se cure suficientemente y que este cierre
puede llegar a durar hasta cinco días.
El documento US 5393439 se refiere a fluidos de
fracturación para fracturar hidráulicamente yacimientos
subterráneos de petróleo y de gas natural para aumentar el flujo de
los fluidos de formación en los pozos usando una sal peryodato o
metaperyodato como agente de fraccionamiento de viscosidad. Los
fluidos de fracturación descritos en el documento US 5393439
comprenden agua, un viscosificador de polisacárido, un agente de
reticulación y, al menos, un agente de fraccionamiento de
viscosidad seleccionado entre el grupo compuesto por peryodato y
una sal de un metaperyodato. En el documento US 5393439 se
describen tiempos de cierre de hasta veinte horas.
El documento US 4817711 se refiere a un proceso
para la recuperación in situ de minerales de carbono
extraíbles a partir de medios porosos impregnados de petróleo
subterráneos. Un procedimiento como el descrito en el documento US
4817711 comprende someter los medios porosos impregnados de
petróleo subterráneos a radiación de microondas desde una fuente de
distribución de microondas adyacente a los medios. Esta radiación
licúa substancialmente los constituyentes de petróleo licuables
presentes y, a su vez, hace que la mezcla formada de este modo de
constituyentes licuados y gasificados migre a una presión autógena
a través de los medios porosos en una dirección hacia la fuente de
microondas. Los constituyentes que migran se recuperan de las
proximidades de la fuente de microondas.
La presente invención ahora mitiga las
deficiencias asociadas con la técnica anterior descrita
anteriormente como se indica a continuación.
La presente invención proporciona procedimientos
mejorados para consolidar rápidamente materiales particulados
presentes en pozos que satisfacen las necesidades descritas
anteriormente y superan las deficiencias de la técnica anterior.
Los procedimientos de la invención constan básicamente de las
etapas de recubrir un material particulado presente o que se va a
depositar en una zona subterránea en la que se ha perforado un
pozo con una composición de resina endurecible, y después irradiar
el recubrimiento de composición de resina endurecible con
microondas para acelerar de esta forma el endurecimiento de la
composición de resina y provocar la rápida consolidación del
material particulado en una masa permeable estacionaria. La
irradiación de la composición de resina endurecible con microondas
se realiza colocando una fuente de microondas en la zona
subterránea que contiene el material particulado recubierto con
resina y, después, provocando la irradiación de microondas desde la
fuente.
La presente invención también proporciona
procedimientos mejorados para fracturar una zona subterránea en la
que se ha perforado un pozo, que constan básicamente de las
siguientes etapas. Se bombea un fluido de fracturación gelificado a
través del orificio del pozo al interior de la zona subterránea a
una velocidad y a una presión suficientes para fracturar la zona.
Se transporta al interior de la fractura o fracturas formadas en
la zona un material de consolidación particulado recubierto con una
composición de resina endurecible que se suspende en el fluido de
fracturación gelificado. Después, el fluido de fracturación
gelificado, así como el recubrimiento de composición de resina
endurecible sobre el material de consolidación, se irradian con
microondas que inducen la aceleración del fraccionamiento del
fluido de fracturación gelificado, con lo que se transforma en un
fluido fino, y el endurecimiento del recubrimiento de la
composición de resina, con lo que el material de consolidación
particulado se consolida en una masa permeable estacionaria. La
conversión del fluido de fracturación gelificado en un fluido fino
y el endurecimiento del recubrimiento de composición de resina
tienen lugar rápidamente y puede iniciarse la producción del pozo
inmediatamente después.
Esta invención también proporciona procedimientos
mejorados para formar un filtro de grava en una zona subterránea
en la que se ha perforado un pozo. Los procedimientos básicamente
comprenden bombear un fluido portador que tiene un material
particulado recubierto con una composición de resina endurecible
suspendida en el mismo al interior de la zona subterránea, con lo
que el material particulado aplicado como un recubrimiento sobre
la composición de resina se deposita entre un tamiz de arena y las
paredes de la perforación del pozo en la zona. El recubrimiento de
composición de resina endurecible sobre el material particulado se
irradia con microondas para inducir de esta manera la aceleración
del endurecimiento del recubrimiento de composición de resina, con
lo que el material particulado se consolida rápidamente en una
masa permeable. Después, se producen fluidos a partir de la zona
subterránea.
Por lo tanto, es un objeto general de la presente
invención proporcionar procedimientos para consolidar rápidamente
materiales particulados recubiertos con resina en pozos.
Un objeto adicional de la presente invención es
la provisión de procedimientos mejorados para la fracturación de
zonas subterráneas o la formación de filtros de grava en zonas
subterráneas, con lo que el endurecimiento de un recubrimiento de
composición de resina sobre el material de consolidación
particulado o grava usado tiene lugar rápidamente.
Este y otros objetos, características y ventajas
de la presente invención se harán evidentes fácilmente para los
especialistas en la técnica tras la lectura de la descripción de
realizaciones preferidas que se proporciona a continuación.
La consolidación de arenas poco firmes y blandas
en zonas subterráneas, la creación y la consolidación de fracturas
en zonas subterráneas y la formación de filtros de grava en zonas
subterráneas son tratamientos bien conocidos para los especialistas
en la técnica. En todos estos tratamientos de pozos, se suele
aplicar una composición de resina endurecible sobre el material
particulado implicado que se hace endurecer.
En un procedimiento para consolidar arenas poco
firmes y blandas en una zona subterránea, las arenas se recubren
con una composición de resina endurecible inyectando la composición
en la zona. Después, se induce el endurecimiento de la composición
de resina mediante el calentamiento del yacimiento o mediante un
agente de endurecimiento, con lo que las arenas se consolidan en
una masa permeable estacionaria. En la fracturación de zonas
subterráneas para estimular la producción de carbohidratos a partir
de las mismas, puede recubrirse un material particulado de
consolidación, que típicamente es arena graduada, con una
composición de resina endurecible y puede suspenderse en un fluido
de fracturación. Después, el fluido de fracturación se bombea en
la zona a una velocidad y presión que producen una o más fracturas
en la misma. El fluido de fracturación transporta el material de
consolidación recubierto de resina a las fracturas formadas, y se
induce el endurecimiento del recubrimiento de resina sobre el
material de consolidación, con lo que el material de consolidación
se consolida en una masa permeable estacionaria. La consolidación
del material de consolidación previene su reflujo con los fluidos
producidos posteriormente a partir del yacimiento.
En la formación de filtros de grava, la grava,
que típicamente también es arena, puede recubrirse con una
composición de resina endurecible y puede ponerse entre un tamiz de
arena y las paredes de un pozo mediante un fluido portador
gelificado o mediante agua inyectada a una velocidad elevada.
Después, se induce el endurecimiento de la composición de resina,
con lo que el filtro de grava se consolida en una masa permeable
estacionaria.
Como se ha mencionado anteriormente, en todos los
tratamientos de pozos descritos anteriormente, el endurecimiento
de la composición de resina endurecible en la zona subterránea se
induce calentando el yacimiento o poniendo en contacto la resina
con un agente de endurecimiento, ya sea un agente de
endurecimiento interno retrasado o un gente de endurecimiento
externo. Sin embargo, en todos los procedimientos, se requiere un
tiempo considerable de cierre del pozo desde que comienza el
proceso de endurecimiento de la composición de resina hasta que el
material particulado se consolida completamente en una masa
permeable estacionaria.
De acuerdo con la presente invención, el material
particulado recubierto con la composición de resina se consolida
muy rápidamente en una masa permeable estacionaria que reduce
significativamente el tiempo de cierre del pozo implicado. Más
específicamente, el tiempo que un pozo debe permanecer cerrado
antes de que pueda iniciarse la producción como resultado de la
espera a que el material particulado recubierto con composición de
resina endurecible se consolide, se reduce mediante los
procedimientos de la presente invención desde más de un día hasta
sólo varias horas.
Los procedimientos mejorados de la presente
invención para consolidar el material particulado en una zona
subterránea en la que se ha perforado un pozo comprenden básicamente
las etapas de recubrir el material particulado con una composición
de resina endurecible y, después, irradiar el recubrimiento de la
composición de resina endurecible sobre el material particulado con
microondas para acelerar de esta manera el endurecimiento de la
composición de resina, con lo que el material particulado se
consolida rápidamente en una masa permeable estacionaria.
Cuando el material particulado a consolidar es
arena poco firme y blanda de yacimientos, las arenas se recubren
con una composición de resina endurecible bombeando la composición
de resina endurecible al interior de la zona subterránea que
contiene las arenas. Cuando el material particulado a consolidar es
material de consolidación para fracturas de consolidación o de
grava para formar filtros de grava, el material particulado puede
recubrirse con una composición de resina endurecible en una
localización distanciada del sitio de trabajo, o el material
particulado puede recubrirse con una composición de resina
endurecible sobre la superficie del sitio o el material particulado
puede recubrirse mientras se bombea al sitio. La composición de
resina endurecible se suspende en un fluido de fracturación o de
transporte y el fluido de fracturación o de transporte se bombea
al interior de la zona subterránea a fracturar o en la que se va a
realizar un filtro de grava, con lo que se deposita el material
particulado recubierto con resina endurecible.
De acuerdo con la presente invención, la
irradiación de la composición de resina endurecible con microondas
se realiza bajando o transportando de otra forma una fuente de
microondas, por ejemplo, un generador de microondas electrónico, a
través del orificio del pozo al interior de la zona subterránea, y
después, originando la irradiación de microondas desde la fuente,
irradiándose con microondas la composición de resina endurecible en
la zona subterránea. Como se describirá adicionalmente más adelante
en este documento, la irradiación simultánea con microondas de un
fluido de transporte o de fracturación gelificado en la zona
subterránea, acelera el fraccionamiento del fluido gelificado,
convirtiéndolo rápidamente en un fluido fino.
Los procedimientos mejorados de la presente
invención para fracturar una zona subterránea en la que se ha
perforado un pozo, comprenden básicamente las siguientes etapas. Se
bombea un fluido de fracturación gelificado a través del orificio
del pozo al interior de la zona subterránea a una velocidad y
presión suficientes como para fracturar la zona. Un material de
consolidación particulado recubierto con una composición de resina
endurecible suspendido en el fluido de fracturación gelificado se
traslada al interior de la fractura o fracturas formadas en la
zona. Después, tanto el fluido de fracturación gelificado como la
composición de resina endurecible aplicada como un recubrimiento
sobre el material de consolidación se irradian con microondas para
provocar de esta manera la aceleración del fraccionamiento del
fluido de fracturación gelificado y el endurecimiento del
recubrimiento de composición de resina, con lo que se induce
rápidamente que el fluido de fracturación se convierta en un fluido
fino y el material de consolidación particulado se consolide
rápidamente en una masa permeable estacionaria. Después, se
producen fluidos a partir de la zona subterránea.
Como grava usada en la formación de filtros de
grava y como material de consolidación usado en procedimientos de
estimulación de fracturas pueden utilizarse diversos materiales
particulados, incluyendo arena, bauxita, materiales cerámicos,
materiales de vidrio y similares. Típicamente, tanto para filtros
de grava como para procedimientos de fracturación, se usan arenas
que tienen un tamaño de partículas en el intervalo de malla de
aproximadamente 2 a aproximadamente 400, de la serie de tamices U.S.
La arena preferiblemente tiene un tamaño de partículas en el
intervalo de malla 10 a aproximadamente 70, de la serie de tamices
de malla U.S., y tiene un intervalo de distribución de tamaños de
partículas de uno o más de los siguientes: malla
10-20, malla 20-40, malla
40-60 o malla 50-70, dependiendo de
la aplicación particular implicada.
Las composiciones de resina endurecible que son
útiles de acuerdo con la presente invención son bien conocidas
para los especialistas en la técnica y generalmente comprenden una
resina orgánica endurecible y, cuando el material particulado a
recubrir es arena, un agente de acoplamiento de resina a arena. Se
describen composiciones de resina que pueden usarse para
pre-recubrir la arena antes de colocar la arena
recubierta con resina en un yacimiento o en un filtro de grava, por
ejemplo, en la Patente de Estados Unidos Nº 4.074.760 expedida a
Copeland, et al., el 21 de febrero de 1978, y en la Patente de
Estados Unidos Nº 4.199.484 expedida a Murphey el 22 de abril de
1980, incorporándose ambas en este documento como referencia. Se
describen composiciones de resina adecuadas para el recubrimiento
"sigiloso" en la Patente de Estados Unidos Nº 4.042.032
expedida a Anderson, et al., el 16 de agosto de 1977, la Patente de
Estados Unidos Nº 4.070.865 expedida a McLaughlin el 31 de enero de
1978, y la Patente de Estados Unidos Nº 5.058.676 expedida a
Fitzpatrick, et al. el 22 de octubre de 1991, incorporándose todas
en este documento como referencia. Las composiciones de resina
orgánica endurecible se curan o se endurecen por calentamiento a
una temperatura por encima de aproximadamente 150ºF y/o por
contacto con un agente de endurecimiento. Son ejemplos de resinas
orgánicas endurecibles que son particularmente adecuadas para uso
de acuerdo con esta invención resinas novolaca, resinas de
poliepóxido, resinas de poliéster, resinas de
fenol-aldehído, resinas de
urea-aldehído, resinas de furano y resinas de
uretano. Las resinas están disponibles en diversas viscosidades,
dependiendo del peso molecular de la resina. La viscosidad
preferida de la resina orgánica usada de acuerdo con esta invención
está en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 1.000
centipoises a 80ºF. Sin embargo, como se entenderá, pueden
utilizarse resinas de viscosidades superiores cuando se mezclan o
combinan con uno o más diluyentes. Son ejemplos de diluyentes
adecuados para resinas de poliepóxido óxido de estireno, óxido de
octileno, alcohol furfurílico, fenoles, furfural, monoepóxidos
líquidos tales como alil glicidil éter, y diepóxidos líquidos tales
como diglicidil éter o resorcinol. Los ejemplos de tales diluyentes
para resinas de alcohol furfurílico, resinas de
fenol-aldehído y resinas de
urea-aldehído incluyen, pero sin limitación, alcohol
furfurílico, furfural, fenol y cresol. Son diluyentes que
generalmente son útiles con todas las diversas resinas mencionadas
anteriormente, fenoles, formaldehídos, alcohol furfurílico y
furfural.
Como se ha mencionado, en las composiciones de
resina endurecible se utiliza un agente de acoplamiento para
proporcionar acoplamiento o adhesión a la arena y a otros
materiales silícicos. Un agente de acoplamiento particularmente
adecuado es un compuesto de aminosilano o una mezcla de compuestos
seleccionados entre el grupo compuesto por
N-\beta-(aminoetil)-\gamma-aminopropiltri-metoxisilano,
N-\beta-(aminoetil)-N-\beta-(aminoetil)-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano,
N-\beta-(aminopropil)-N-\beta-(aminobutil)-\gamma-aminopropiltrietoxi-
silano y
N-\beta-(aminopropil)-\gamma-aminopropiltrietoxisilano.
El agente de acoplamiento más preferido es
N-\beta-(aminoetil)-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano.
Como también se ha mencionado, las composiciones
de resina endurecible descritas anteriormente se endurecerán a lo
largo del tiempo por calentamiento en el yacimiento a temperaturas
por encima de aproximadamente 150ºF. Sin embargo, para asegurar que
la composición de resina endurecible usada de acuerdo con esta
invención se endurece muy rápidamente, preferiblemente se incluye
un agente de endurecimiento interno en la composición de resina. El
agente de endurecimiento interno se selecciona de manera que haga
que la composición de resina comience a endurecerse después de un
periodo de tiempo suficiente para que la composición de resina se
bombee al interior de una zona subterránea. Puede utilizarse un
retardador o acelerador para prolongar o acortar el tiempo de bombeo
con el agente de endurecimiento usado.
Los agentes de endurecimiento interno adecuados
para composiciones de resina formadas de resinas de poliepóxido
incluyen, pero sin limitación, aminas, poliaminas, amidas y
poliamidas. También puede utilizarse una mezcla eutéctica líquida
de aminas y dianilina de metileno diluida con alcohol metílico. Son
ejemplos de agentes endurecedores internos que pueden usarse con
composiciones de resina que contienen resinas de furano, resinas
de fenol-aldehído, resinas de
urea-aldehído y similares, hexacloroacetona,
1,1,3-triclorotrifluoro-acetona,
benzotricloroide, bencilcloroide o benzalcloroide.
Cuando un material particulado tal como arena,
bauxita o un material cerámico se recubre con una composición de
resina endurecible y se suspende en un fluido de fracturación o en
un fluido de transporte, pueden utilizarse diversas técnicas. Por
ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, el material
particulado puede pre-recubrirse con una composición
de resina endurecible en un lugar lejano del sitio de trabajo y
transportarse al sitio para su uso. Como alternativa, el material
particulado puede aplicarse como un recubrimiento sobre la
superficie en el sitio de trabajo usando técnicas convencionales y
después puede suspenderse en el fluido de fracturación o de
transporte a utilizar. En una técnica alternativa, el material
particulado puede suspenderse en el fluido gelificado inyectándose
la composición de resina endurecible en el fluido, ya que el
fluido que contiene el material de consolidación suspendido se
bombea, es decir, la composición de resina puede inyectarse
"sigilosamente" de acuerdo con los procedimientos descritos en
la Patente de Estados Unidos Nº 4.829.100 expedida el 9 de mayo de
1989 a Murphey, et al. o la Patente de Estados Unidos Nº 5.128.390
expedida el 7 de julio de 1992 a Murphey, et al., incorporándose
ambas en este documento como referencia.
Los fluidos de fracturación gelificados o fluidos
de transporte gelificados que son útiles de acuerdo con la
presente invención, también son bien conocidos para los
especialistas en la técnica y generalmente comprenden un líquido
acuoso tal como agua dulce o agua salada combinada con un agente de
gelificación hidratable. Cuando el agente de gelificación se
hidrata en agua, la viscosidad de la mezcla aumenta. La viscosidad
puede aumentarse adicionalmente combinando un agente de reticulación
con la mezcla. La mayor viscosidad reduce la pérdida de fluido y
permite que el agente de fracturación o de transporte lleve
cantidades significativas de material particulado recubierto de
resina endurecible al interior de una zona subterránea y/o a las
fracturas creadas en dicha zona.
Pueden utilizarse diversos agentes de
gelificación incluyendo polímeros hidratables que contienen uno o
más grupos funcionales tales como hidroxilo,
cis-hidroxilo, carboxilo, sulfato, sulfonato, amino
o amida. Son polímeros particularmente útiles polisacáridos y
derivados de los mismos que contienen una o más unidades de
monosacáridos de galactosa, manosa, glucósido, glucosa, xilosa,
arabinosa, fructosa, ácido glucurónico o piranosil sulfato. Los
polímeros hidratables naturales que contienen los grupos
funcionales y unidades anteriores incluyen goma guar y derivados de
la misma, goma de algarrobilla, tara, konjak, tamarindo, almidón,
celulosa y derivados de la misma, karaya, goma xantana, tragacanto
y carragenina. Los polímeros y copolímeros sintéticos hidratables
que contienen los grupos funcionales mencionados anteriormente y
que se han utilizado hasta ahora incluyen poliacrilato,
polimetacrilato, poliacrilamida, anhídrido maleico, polímeros de
metilvinil éter, polímeros de polivinilo, polivinilpirrolidona y
goma xantana.
Son polímeros hidratables preferidos que producen
altas viscosidades tras la hidratación, es decir, viscosidades
aparentes en el intervalo de aproximadamente 10 centipoises a
aproximadamente 90 centipoises a concentraciones en el intervalo de
aproximadamente 10 libras por 1.000 galones a aproximadamente 80
libras por 1.000 galones en agua, goma guar y derivados de guar
tales como hidroxipropilguar y carboximetilguar, derivados de
celulosa tales como hidroxietil-celulosa,
carboximetilcelulosa y
carboximetilhidroxi-etilcelulosa, poliacrilato,
polimetacrilato, polímeros de polivinilo y goma xantana.
La viscosidad de los fluidos gelificados del tipo
descrito anteriormente puede aumentarse combinando agentes de
reticulación con las soluciones gelificadas. Los ejemplos de
agentes de reticulación que pueden utilizarse incluyen boratos,
sales de metales multivalentes, y otros compuestos que son capaces
de liberar iones de metales multivalentes en una solución acuosa.
Son ejemplos de tales iones de metales multivalentes cromo,
circonio, antimonio, titanio, hierro (férrico o ferroso), calcio,
magnesio y aluminio. Los fluidos de fracturación o de transporte
gelificados o gelificados y reticulados descritos anteriormente
también pueden incluir agentes de fraccionamiento del gel interno
que son conocidos para los especialistas en la técnica, tales como
los de tipo enzimático, de tipo oxidante o de tipo de tampón ácido.
La función del agente de fraccionamiento es producir un fluido
gelificado viscoso que se convierta en un fluido fino después de
un periodo de tiempo, de forma que pueda volver a la superficie
después de haber cumplido su objetivo.
Como se ha mencionado anteriormente, en los
procedimientos de estimulación de fracturas realizados en zonas de
producción subterráneas, se suspende un material de consolidación
particulado recubierto con una composición de resina endurecible,
por ejemplo, arena graduada, en un fluido de fracturación
gelificado viscoso, de forma que el material de consolidación
recubierto se transporta al interior de las fracturas formadas y se
deposita en las mismas cuando se reducen el caudal del fluido de
fracturación y la presión ejercida sobre la zona subterránea
fracturada. Las funciones del material de consolidación para
impedir que las fracturas se cierren debido a las grandes presiones
del terreno de recubrimiento, es decir, para mantener las
fracturas en una posición abierta de manera que los fluidos
producidos puedan fluir a través de las fracturas.
De acuerdo con los procedimientos de la presente
invención, una zona subterránea en la que se ha perforado un pozo
se fractura suspendiendo primero un material de consolidación
particulado recubierto con una composición de resina endurecible en
un fluido de fracturación gelificado, bombeando después el fluido
de fracturación gelificado a través del orificio del pozo al
interior de la zona subterránea a una velocidad y a una presión
suficientes para fracturar la zona y trasladar el material de
consolidación particulado recubierto al interior de la fractura o
fracturas formadas en la zona e irradiando después el fluido de
fracturación gelificado y el material de consolidación recubierto
con la composición de resina endurecible con microondas para
inducir de esta manera la aceleración del fraccionamiento del fluido
de fracturación gelificado y el endurecimiento de la composición
de resina aplicada como un recubrimiento sobre el material de
consolidación, con lo que el fluido de fracturación se convierte
rápidamente en un fluido fino y el material de consolidación
particulado recubierto con la resina se consolida rápidamente en un
masa permeable estacionaria en la zona subterránea. Después, se
producen fluidos a partir de la zona subterránea.
Además, de acuerdo con esta invención, se forma
un filtro de grava en una perforación que atraviesa un yacimiento
subterráneo suspendiendo un material particulado recubierto con una
composición de resina endurecible en un fluido de transporte,
bombeando el fluido de transporte y el material particulado
recubierto con la composición de resina en la corona circular y
entre un tamiz de arena y las paredes del pozo, con lo que el
material particulado recubierto con resina se deposita en la corona
circular, e irradiando después el material particulado recubierto
con la resina con microondas para inducir de esta manera la
aceleración del endurecimiento de la composición de resina sobre el
material particulado. Como se ha mencionado anteriormente, el
fluido de transporte puede ser un fluido gelificado o puede ser
agua bombeada a una alta velocidad para mantener el material
particulado en suspensión hasta que se deposite en la corona
circular.
Para ilustrar adicionalmente los procedimientos
de la presente invención, se proporciona el siguiente ejemplo.
Se prepararon tapones formados de una diversidad
de materiales particulados en tubos de vidrio. Los tapones eran de
aproximadamente una pulgada de diámetro por aproximadamente dos
pulgadas de longitud. Los materiales particulados que constituían
los tapones se recubrieron con diversas composiciones de resina
endurecible y los tubos de vidrio que contenían los tapones se
rellenaron con diversos fluidos que simulaban los fluidos de
fracturación o de transporte.
Los tubos de vidrio que contenían el material
particulado y los fluidos se pusieron en un horno de microondas
que tenía una potencia máxima de 650 vatios y se expusieron a un 20
por ciento de la potencia máxima durante aproximadamente 40
minutos. Los resultados de estos ensayos se proporcionan en la
siguiente tabla.
| Material | Tamaño del Material | Composición de | Fluido de Fracturación | Observaciones |
| Particulado | Particulado, Intervalos | Resina Endurecible | o de Transporte | |
| de la Series de Tamices | ||||
| de Malla U.S. | ||||
| Bauxita | 18-30 | Resina Fenólica^{1} | Gel de hidroxipropilguar | Gel fraccionado |
| Sinterizada | acuoso reticulado | fuertemente | ||
| (40#/1000 gal)^{2} | consolidado | |||
| Material | 20-40 | Resina Fenólica^{1} | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Cerámico | contiene un 2% en | consolidado | ||
| peso de KCl | ||||
| Arena de | 20-40 | Resina Fenólica^{3} | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Chelford | contiene un 2% en | consolidada | ||
| peso de KCl | ||||
| Arena de | 20-40 | Resina Fenólica^{4} | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Ottawa | contiene un 2% en | consolidada | ||
| peso de KCl | ||||
| Arena de | 20-40 | Resina Fenólica^{5} | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Ottawa | contiene un 2% en | consolidada | ||
| peso de KCl | ||||
| Bauxita | 16-30 | Resina de | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Sinterizada | Furano^{6} | contiene un 2% en | consolidada | |
| peso de KCl | ||||
| Arena de | 20-40 | Resina de | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Ottawa | Furano^{7} | contiene un 2% en | consolidada | |
| peso de KCl | ||||
| Arena de | 16-30 | Resina | Solución acuosa que | Fuertemente |
| Ottawa | Epoxídica^{8} | contiene un 2% en | consolidada | |
| peso de KCl | ||||
| ^{1} Disponible en el mercado en Hepworth Minerals \textamp Chemicals, Ltd. con el nombre comercial ``NORCOTE | ||||
| PRIMA™''. | ||||
| ^{2} Reticulado con borato retrasado como agente de reticulación a un pH de 11,5. | ||||
| ^{3} Disponible en el mercado en Hepworth Minerals \textamp Chemicals, Ltd. con el nombre comercial ``NORCOTE | ||||
| SRDC con DOP™'' (doble recubrimiento resistente al cizallamiento con agente para prevenir la perforación). | ||||
| ^{4} Disponible en el mercado en Santrol con el nombre comercial ``SANTROL SUPER DC™'' (doble recubri- | ||||
| miento). | ||||
| ^{5} Disponible en el mercado en Borden Chemical, Inc., Oil Field Products Division, con el nombre comercial | ||||
| de ``SB ULTRA™''. | ||||
| ^{6} Disponible en el mercado en Borden Chemical, Inc., Oil Field Products Division, con el nombre comercial | ||||
| ``PRB™'' (resina precurada). | ||||
| ^{7} Disponible en el mercado en Halliburton Energy Services, Inc. con el nombre comercial ``HYDROFIX™''. | ||||
| La resina se recubrió ``sigilosamente''. | ||||
| ^{8} Disponible en el mercado en Halliburton Energy Services, Inc. con el nombre comercial ``PROPLOK 33™''. |
Por los resultados de los ensayos proporcionados
en la tabla, puede observarse que los materiales particulados
recubiertos con resina ensayados se consolidaron rápidamente como
resultado de la irradiación de microondas.
De esta forma, la presente invención se adapta
bien para realizar los objetos y para conseguir las
características y ventajas mencionadas, así como las que son
intrínsecas de la misma. Aunque los especialistas en la técnica
pueden realizar numerosos cambios, tales cambios se incluyen dentro
de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (27)
1. Un procedimiento mejorado para consolidar un
material particulado presente en una zona subterránea en la que se
ha perforado un pozo, que comprende las etapas de:
- (a)
- recubrir dicho material particulado con una composición de resina endurecible; y
- (b)
- hacer que dicha composición de resina endurecible aplicada como un recubrimiento sobre dicho material particulado se endurezca, con lo que dicho material particulado se consolida en una masa permeable estacionaria;
caracterizado porque dicha composición de
resina endurecible aplicada como un recubrimiento sobre dicho
material particulado se irradia con microondas para acelerar de esta
manera el endurecimiento de dicha composición de resina, con lo
que dicho material particulado se consolida rápidamente en una masa
permeable
estacionaria.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde
dicho material particulado se recubre de acuerdo con la etapa (a)
bombeando dicha composición de resina endurecible a través de dicho
pozo al interior de dicha zona subterránea y entrando en contacto
con dicho material particulado presente en dicha zona.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, donde
dicho material particulado se recubre de acuerdo con la etapa (a)
pre-recubriéndose lejos del sitio de dicho pozo,
recubriéndose en la superficie en el sitio de dicho pozo o mientras
se bombea en el sitio de dicho pozo, y después se sitúa en dicha
zona subterránea antes de realizar la etapa (b).
4. El procedimiento de la reivindicación 1, donde
dicha composición endurecible se irradia colocando una fuente de
dichas microondas en dicha zona subterránea e induciendo la
irradiación de dichas microondas a partir de dicha fuente.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, donde
dicho material particulado se selecciona entre el grupo compuesto
por arena, bauxita y material cerámico.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, donde
dicha composición de resina endurecible está compuesta por una
resina orgánica endurecible.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, donde
dicha resina orgánica endurecible se selecciona entre el grupo de
resinas novolaca, resinas de poliepóxido, resinas de poliéster,
resinas de fenol-aldehído, resinas de
urea-aldehído, resinas de furano y resinas de
uretano.
8. El procedimiento de la reivindicación 6, donde
dicho material particulado es arena y dicha composición de resina
endurecible comprende adicionalmente un agente de acoplamiento de
aminosilano.
9. Un procedimiento mejorado para formar un
filtro de grava en una zona subterránea en la que se ha perforado
un pozo, que comprende las etapas de:
- (a)
- bombear un fluido de transporte que tiene un material particulado recubierto con una composición de resina endurecible suspendido en el mismo a través de dicho pozo al interior de dicha zona subterránea, con lo que dicho material particulado recubierto con la composición de resina se deposita entre un tamiz de arena y las paredes de dicho pozo en dicha zona subterránea;
- (b)
- inducir el endurecimiento de dicha composición de resina endurecible aplicada como un recubrimiento sobre dicho material particulado, con lo que dicho material particulado se consolida en una masa permeable estacionaria; y
- (c)
- producir fluidos a partir de dicha zona subterránea,
caracterizado porque dicho recubrimiento
de composición de resina endurecible sobre dicho material
particulado se irradia con microondas para acelerar de esta manera
el endurecimiento de dicha composición de resina, consolidándose
rápidamente dicho material particulado en una masa permeable
estacionaria.
10. El procedimiento de la reivindicación 9,
donde dicho material particulado se selecciona entre el grupo
compuesto por arena, bauxita y material cerámico.
11. El procedimiento de la reivindicación 9,
donde dicha composición de resina endurecible comprende una resina
orgánica endurecible.
12. El procedimiento de la reivindicación 11,
donde dicha resina orgánica endurecible se selecciona entre el
grupo de resinas novolaca, resinas de poliepóxido, resinas de
poliéster, resinas de fenol-aldehído, resinas de
urea-aldehído, resinas de furano y resinas de
uretano.
13. El procedimiento de la reivindicación 11,
donde dicho material particulado es arena y dicha composición de
resina endurecible comprende además un agente de acoplamiento de
aminosilano.
14. El procedimiento de la reivindicación 9,
donde dicho fluido de transporte está compuesto por agua.
15. El procedimiento de la reivindicación 9,
donde dicho fluido de transporte está compuesto por agua y un
agente de gelificación hidratable.
16. El procedimiento de la reivindicación 15,
donde dicho agente de gelificación hidratable se selecciona entre
el grupo de goma guar y derivados de la misma, derivados de
celulosa, poliacrilato, polimetacrilato, polímeros de polivinilo y
goma xantana.
17. El procedimiento de la reivindicación 15,
donde dicho fluido de transporte comprende además un agente de
reticulación.
18. El procedimiento de la reivindicación 17,
donde dicho agente de reticulación se selecciona entre el grupo
compuesto por boratos y compuestos capaces de liberar iones de
metales multivalentes.
19. Un procedimiento mejorado para fracturar una
zona subterránea en la que se ha perforado un pozo, que comprende
las etapas de:
- (a)
- suspender un material de consolidación particulado recubierto con una composición de resina endurecible en un fluido de fracturación;
- (b)
- bombear dicho fluido de fracturación de la etapa (a) a través de dicho pozo al interior de dicha zona subterránea a una velocidad y a una presión suficientes para fracturar dicha zona y llevar dicho material de consolidación particulado recubierto con dicha composición de resina endurecible al interior de la fractura o fracturas formadas en dicha zona;
- (c)
- inducir el endurecimiento de dicho recubrimiento de composición de resina endurecible sobre dicho material particulado, con lo que dicho material particulado se consolida en una masa permeable estacionaria;
- (d)
- producir fluidos a partir de dicha zona subterránea;
caracterizado porque dicho fluido de
fracturación es un fluido de fracturación gelificado y dicho
fluido de fracturación gelificado y dicho recubrimiento de
composición de resina endurecible sobre dicho material particulado
se irradian con microondas induciendo de esta manera la aceleración
del fraccionamiento de dicho fluido de fracturación gelificado, con
lo que se convierte rápidamente en un fluido fino, y acelerando de
esta manera el endurecimiento de dicha composición de resina, con lo
que dicho material particulado se consolida rápidamente en una
masa permeable
estacionaria.
20. El procedimiento de la reivindicación 19,
donde dicho material de consolidación particulado se selecciona
entre el grupo compuesto por arena, bauxita y material cerámico.
21. El procedimiento de la reivindicación 19,
donde dicho material de consolidación particulado es arena y dicha
composición de resina endurecible está compuesta por resina
orgánica endurecible y un agente de acoplamiento.
22. El procedimiento de la reivindicación 21,
donde dicha resina orgánica endurecible se selecciona entre el
grupo de resinas novolaca, resinas de poliepóxido, resinas de
poliéster, resinas de fenol-aldehído, resinas de
urea-aldehído, resinas de furano y resinas de
uretano.
23. El procedimiento de la reivindicación 21,
donde dicho agente de acoplamiento comprende un compuesto de
aminosilano.
24. El procedimiento de la reivindicación 19,
donde dicho fluido de fracturación gelificado está compuesto por
agua y un agente de gelificación hidratable.
25. El procedimiento de la reivindicación 24,
donde dicho agente de gelificación hidratable se selecciona entre
el grupo compuesto por goma guar y derivados de la misma, derivados
de celulosa, poliacrilato, polimetacrilato, polímeros de polivinilo
y goma xantana.
26. El procedimiento de la reivindicación 24,
donde dicho fluido de fracturación gelificado comprende además un
agente de reticulación.
\newpage
27. El procedimiento de la reivindicación 26,
donde dicho agente de reticulación se selecciona entre el grupo
compuesto por boratos y compuestos capaces de liberar iones de
metales multivalentes.
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