MX2014011020A - Fluidos de tratamiento de pozo y metodos que utilizan nanoparticulas. - Google Patents

Abstract

Las modalidades divulgadas se refieren a fluidos de tratamiento de pozo y métodos que utilizan nanopartículas; nanopartículas ejemplares son seleccionadas del grupo que consiste de nano-sílice, nano-alúmina, óxido de nano-zinc, nano-boro, óxido de nano-hierro, y combinaciones de los mismos; las modalidades también se refieren a métodos para cementar que incluyen el uso de nanopartículas; un método ejemplar para cementar comprende introducir una composición de cemento en una formación subterránea, en donde la composición de cemento comprende cemento, agua y un nanosílice en partículas; las modalidades también se refieren al uso de nanopartículas en fluidos de perforación, fluidos de completación, fluidos de simulación y fluidos de limpieza de pozo.

Description

FLUIDOS DE TRATAMIENTO DE POZO Y METODOS QUE UTILIZAN NANOPARTICULAS ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las modalidades ejemplares se refieren a composiciones de tratamiento de pozo y métodos que utilizan nanoparticulas y, de manera más particular, a composiciones de cemento de pozo y métodos que utilizan nano-silice en partículas.

En general, los tratamientos de pozo incluyen una amplia variedad de métodos que pueden ser ejecutados en pozos de petróleo, gas, geotérmicos y/o agua, tal como métodos de perforación, completación y reacondicionamiento. Los métodos de perforación, completación y reacondicionamiento pueden incluir, pero no se limitan a, métodos de perforación, cementación registro, fracturación, acidificación, relleno con grava y conformación. Muchos de estos tratamientos de pozo están diseñados para mejorar y/o facilitar la recuperación de fluidos deseables de un pozo subterráneo.

En métodos de cementación, tal como construcción de pozo y cementación de remediación, comúnmente se utilizan composiciones de cemento de pozo. Por ejemplo, en la construcción de un pozo subterráneo, una sarta de tubería (por ejemplo, entubado y revestimientos) puede correr dentro de un pozo de sondeo y ser cementada en el lugar utilizando una composición de cemento. El proceso de cementar la sarta de tubería en el lugar comúnmente se refiere como "cementación primaria". En un método típico de cementación primaria, una composición de cemento se puede bombear dentro de un anillo entre las paredes del pozo de sondeo y la superficie exterior de la sarta de tubería ahí colocada. La composición de cemento fragua en el espacio anular, formando así una vaina de carga anular de cemento endurecido sustancialmente impermeable que soporta y coloca la sarta de tubería en el pozo de sondeo y une la superficie exterior de la sarta de tubería a la formación subterránea. Entre otras cosas, la vaina de carga anular de cemento fraguado que rodea a la sarta de tubería funciona para evitar la migración de fluidos en el anillo, así como para proteger a la sarta de tubería contra la corrosión. También se pueden utilizar composiciones de cemento en los métodos de cementación de remediación, tal como cementación por presión y la colocación de tapones de cemento.

En operación, la vaina de carga anular de cemento formada entre el pozo de sondeo y la sarta de tubería con frecuencia sufre de falla estructural debido a los movimientos de la tubería lo cual ocasiona tensiones de cizalladura que se ejercen sobre el cemento fraguado. Dichas condiciones de tensión comúnmente son el resultado de presiones de fluido y/o temperaturas relativamente altas dentro de la sarta de tubería cementada durante la prueba, perforación, inyección de fluido o producción de fluido. Por ejemplo, dicha tensión puede ocurrir en pozos sujetos a recuperación o producción de vapor de fluidos de formación calientes desde formaciones de alta temperatura. La alta presión y/o temperatura de la tubería interna puede tener como resultado la expansión de la sarta de tubería, tanto en forma radial como longitudinal, lo cual coloca tensiones sobre la vaina de carga de cemento ocasionando que la unión de cemento entre las superficies exteriores de la tubería o las paredes del pozo de sondeo, o ambas, fallen y por lo tanto permitan la fuga de fluidos de formación y así sucesivamente. Por consiguiente, puede ser deseable que la composición de cemento utilizada para cementar las sartas de tubería en los pozos de sondeo desarrolle una alta resistencia después del fraguado y que tenga suficiente resiliencia (por ejemplo, elasticidad y ductilidad) para resistir la pérdida de la unión de cemento entre las superficies exteriores de la tubería o las paredes del pozo de sondeo, o ambos. También, puede ser deseable que la composición de cemento pueda resistir el agrietamiento y/o rotura que puede ser el resultado de otras fuerzas en la vaina de carga de cemento. Por ejemplo, puede ser deseable que la vaina de carga de cemento incluya características estructurales que protejan su integridad estructural contra fuerzas asociadas con el desplazamiento de la formación, presión de sobrecarga, hundimiento, deslizamiento tectónico, movimientos de la tubería, impactos y choques posteriormente generados por la perforación y otras operaciones del pozo.

Además de incluir componentes que mejoran las propiedades mecánicas del cemento, en un número de métodos de cementación, también puede ser deseable incluir uno o más aceleradores de fraguado en las composiciones de cemento de pozo para contrarrestar ciertos componentes y/o características ambientales que vuelven excesivamente lento el fraguado. Por ejemplo, entre otras cosas, las bajas temperaturas y los aditivos de cemento (por ejemplo, aditivos de control de pérdida de fluido y dispersantes) pueden ocasionar o contribuir a un tiempo de fraguado excesivo para una composición de cemento. Por consiguiente, en algunas situaciones puede ser deseable reducir el tiempo de fraguado incluyendo un acelerador de fraguado en la composición de cemento. Es decir, el acelerador de fraguado puede ser incluido en una composición de cemento para contrarrestar componentes de la composición de cemento o condiciones que rodean a la composición de cemento que están causando un tiempo de fraguado excesivo BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Esta figura ilustra algunos aspectos de algunas de las modalidades del presente método, y no se debiera utilizar para limitar o definir el método.

La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema para la entrega de fluidos de tratamiento.

DESCRIPCION DETALLADA DE IA INVENCION Las modalidades ejemplares se refieren a composiciones de tratamiento de pozo y métodos utilizando nanoparticulas y, de manera más particular, a composiciones de cemento de pozo y métodos que utilizan nano-silice en partículas.

Una modalidad ejemplar de las composiciones de cemento comprende cemento, agua y nano-silice en partículas. Aquellos expertos en la téenica apreciarán que las composiciones de cemento ejemplares generalmente debieran tener una densidad conveniente para una aplicación particular. A manera de ejemplo, la composición de cemento puede tener una densidad en el rango de aproximadamente 4 libras por galón ("ppg") a aproximadamente 20 ppg. En las modalidades ejemplares, las composiciones de cemento pueden tener una densidad en el rango de aproximadamente 8 ppg a aproximadamente 17 ppg. Modalidades ejemplares de las composiciones de cemento pueden star espumadas o no espumadas o pueden comprender otros medios para reducir sus densidades, tal como micro esferas huecas, perlas elásticas de baja densidad, o aditivos de reducción de densidad conocidos en a téenica. Aquellos expertos en la técnica, con el beneficio de esta divulgación, reconocerán la densidad apropiada para una aplicación particular.

Modalidades ejemplares de las composiciones de cemento comprenden un cemento. De acuerdo con las modalidades ejemplares, se puede utilizar cualquiera de una variedad de cementos convenientes par uso en operaciones de cementación subterráneas. Ejemplos convenientes incluyen cementos hidráulicos que comprenden calcio, aluminio, silicona, oxigeno y/o azufre, los cuales fraguan y endurecen mediante reacción con agua. Dichos cementos hidráulicos incluyen, pero no se limitan a, cementos Pórtland, cementos pozzolana, cementos de yeso, cementos con alto contenido de alúmina, cementos de escoria, cementos de sílice y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, el cemento hidráulico puede comprender un cemento Pórtland. Los cementos Pórtland que pueden ser convenientes para uso en las modalidades ejemplares se clasifican como cementos clase A, C, H y G de acuerdo con el Instituto Americano del Petróleo, API Especificación para Materiales y Prueba para Cementos de Pozo, especificación API 10, Quinta Edición, 1 de Julio de 1990.

El agua utilizada en modalidades ejemplares de las composiciones de cemento puede ser agua dulce o agua salada (por ejemplo, agua que contiene una o más sales ahí disueltas, agua de mar, salmueras, agua salada saturada, etc.). En general, el agua puede estar presente en una cantidad suficiente para formar un lodo que se pueda bombear. En las modalidades ejemplares, el agua puede estar presente en las composiciones de cemento en una cantidad en el rango de aproximadamente 33% a aproximadamente 200% en peso del cemento sobre una base seca ("bwoc"). En las modalidades ejemplares, el agua puede estar presente en una cantidad en el rango de aproximadamente 35% a aproximadamente 70% bwoc.

Además, modalidades ejemplares de las composiciones de cemento comprenden nano-silice. La nano-silice se puede describir como nano-silice en partículas. Es decir, la nano-silice puede estar en partículas en naturaleza y no, por ejemplo, una sílice coloidal o una suspensión de sílice en solución. De hecho, en una modalidad, la nano-silice en partículas se puede agregar a la composición de cemento como un polvo seco de nano-silice. Generalmente, la nano-silice en partículas puede ser definida como nano-silice que tiene un tamaño de partícula menor que o igual a aproximadamente 100 nm. Por ejemplo, la nano-silice en partículas puede tener un tamaño de partícula en el rango de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 100 nm (aproximadamente lxlO-9 m a aproximadamente lOOxlO9 m) . En algunas modalidades ejemplares, la nano-silice en partículas puede tener un tamaño de partícula menor que o igual a aproximadamente 50 nm. Por ejemplo, la nano-silice en partículas puede tener un tamaño de partícula en el rango de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 50 nm. En modalidades ejemplares adicionales, la nano-silice en partículas puede tener un tamaño de partícula menor gue o igual a aproximadamente 30 nm. Por ejemplo, la nano-silice en partículas puede tener un tamaño de partícula en el rango de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 30 nm. Sin embargo, se debiera observar que la nano-silice en partículas puede ser utilizada en combinación con partículas de sílice de diferente tamaño de acuerdo con las presentes modalidades. Por ejemplo, un número de partículas de sílice con tamaños de partícula mayores que 100 nm puede ser incluido en una composición de cemento de acuerdo con las presentes modalidades.

Ahora se reconoce que la nano-silice en partículas utilizado con las presentes modalidades, el cual puede incluir dióxido de silicio, puede tener un impacto sobre ciertas carácter!sticas físicas de los cementos resultantes.

Por ejemplo, con relación a la inclusión de sílice coloidal o partículas de sílice más grandes en un lodo de cemento, la inclusión de nano-sílice en partículas en el lodo de cemento puede proporcionar propiedades mecánicas mejoradas, tal como una resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, módulo de Young y relación de Poisson. Además el nano-sílice en partículas también se puede incluir en la composición de cemento como un acelerador de fraguado para acelerar el tiempo de fraguado de la composición de cemento resultante. Por consiguiente, una composición de cemento, de acuerdo con las presentes modalidades, puede comprender una cantidad suficiente de nano-sílice en partículas para proporcionar las características deseadas en un cemento resultante. En modalidades ejemplares, el nano-sílice en partículas puede estar presente en la composición de cemento en una cantidad en el rango de aproximadamente 1% a aproximadamente 25% bwoc. En las modalidades ejemplares, el nano-sílice en partículas puede estar presente en la composición de cemento en una cantidad en el rango de aproximadamente 5% a aproximadamente 15% bwoc.

A las modalidades ejemplares de las composiciones de cemento también se les pueden agregar otros aditivos convenientes para uso en operaciones de cementación subterráneas. Ejemplos de dichos aditivos incluyen, aditivos de retrogresión de la resistencia, aceleradores de fraguado agentes de ponderación, aditivos de reducción de peso, aditivos de peso pesado, materiales de pérdida de circulación, aditivos de control de filtración, dispersantes, agentes de eliminación de espuma, agentes espumantes y combinaciones de los mismos. Ejemplos específicos de estos, y otros aditivos incluyen sílice cristalina, sílice amorfa, sales, fibras, arcillas hidratables, esquisto vitrificado, micro esferas, ceniza volante, cal, látex, aditivos tixotrópicos, combinaciones de los mismos y similares. Un experto en la téenica, con el beneficio de esta divulgación, fácilmente podrá determinar el tipo y cantidad de aditivo útil para una aplicación particular y resultado deseado.

Tal como lo podrán apreciar aquellos expertos en la técnica, modalidades ejemplares de las composiciones de cemento pueden ser utilizadas en una variedad de aplicaciones subterráneas, incluyendo cementación primaria y de remediación. Modalidades ejemplares de las composiciones de cemento pueden ser introducidas en una formación subterránea y dejar que fragüen ahí. Modalidades ejemplares de las composiciones de cemento pueden comprender cemento, agua y la nano-sílice en partículas. A manera de ejemplo, en las modalidades de cementación primaria ejemplares, se puede introducir una composición de cemento en un espacio entre una formación subterránea y una sarta de tubería ubicada en la formación subterránea. La composición de cemento se puede dejar fraguar para formar una masa endurecida en el espacio entre la formación subterránea y la sarta de tubería. Además, en las modalidades de cementación de remediación ejemplares, se puede utilizar una composición de cemento, por ejemplo, en operaciones de cementación por presión o en la colocación de tapones de cemento. Se pueden producir uno o más hidrocarburos (por ejemplo, petróleo, gas, etc.) desde un pozo de sondeo que penetra la formación subterránea.

Mientras que el análisis anterior está dirigido al uso de nano-sílice en partículas, aquellos expertos en la téenica también apreciarán que puede ser deseable utilizar otros tipos de nanopartículas, de acuerdo con modalidades. Ejemplos de dichas nanopartículas incluyen nano alúmina, oxido de nano zinc, nano boro, oxido de nano hierro y combinaciones de los mismos. En algunas modalidades ejemplares, las nanopartículas pueden ser partículas en naturaleza y no, por ejemplo, una nanopartícula coloidal o una suspensión de la nanopartícula en solución. Además, mientras que el análisis anterior está dirigido al uso de nano-sílice en partículas en métodos de cementación de pozo, aquellos expertos en la técnica apreciarán que la presente técnica también abarca el uso de nanopartículas en cualquiera de una variedad de diferentes tratamientos subterráneos. Por ejemplo, las nanopartículas pueden ser incluidas en cualquiera de un número de fluidos de tratamiento de pozo que pueden ser utilizados en tratamientos subterráneos, incluyendo fluidos de perforación, fluidos de completación, fluidos de estimulación y fluidos de limpieza de pozo. De acuerdo con otra modalidad, las nanoparticulas pueden ser incluidas como agente de sostén en un fluido de tratamiento de pozo. Por ejemplo, un fluido de tratamiento de pozo que contiene las nanoparticulas puede ser introducido en una formación subterránea en o por arriba de una presión suficiente para crear o mejorar más fracturas en la formación subterránea. El mejoramiento de una fractura incluye el agrandamiento de una fractura preexistente en la formación. Al menos una parte de las nanoparticulas se puede depositar en una o más fracturas de manera que se evita que las fracturas se cierren completamente al momento de liberar la presión, formando canales conductores a través de los cuales los fluidos pueden fluir hacia (o desde) el pozo de sondeo.

Con respecto a los fluidos de fracturación, estos fluidos comúnmente son viscosos, gelatinados y/o reticulados. La función del fluido de fracturación se utiliza para aplicar presión a las rocas de la formación alrededor del pozo, hasta a una presión en la cual se fractura la formación. Una función esencial de estos fluidos es tener la capacidad de suspender un agente de sostén y especialmente llevar este agente de sostén sin asentamiento en la fractura creada por el fluido. Una vez más la reología, especialmente la denominada propiedad de "suspensión", y la estabilidad de estos fluidos es de primordial importancia, asi como la propiedad del control de pérdida de fluido.

Además del uso de las nanoparticulas sin encapsulación, modalidades pueden incluir encapsulación de las nanoparticulas para facilitar el transporte e incorporación de las nanoparticulas en fluidos de tratamiento de pozo (por ejemplo, composiciones de cemento). Específicamente, la encapsulación de las nanoparticulas de acuerdo con las modalidades presentes puede incluir encerrar las nanoparticulas dentro de un recubrimiento o contenedor exterior en forma de partículas. Métodos ejemplares de encapsulación se establecen en las Patentes de los Estados Unidos Números 5,373,901; 6,444,316; 6,527,051; 6,554,071; 7,156,174; y 7,204,312, cuyas divulgaciones relevantes se incorporan aquí por referencia.

Se pueden emplear diversos tipos de encapsulación de manera que las nanoparticulas (por ejemplo, la nano-sílice en partícula) quedan contenidas pero conservan su naturaleza en partículas, y, por lo tanto, retienen su impacto correspondiente sobre las propiedades físicas de los lodos de cemento. Por ejemplo, las nanoparticulas pueden ser encapsuladas dentro de una bolsa, capsula, capa, recubrimiento o similar. Además, el material utilizado para encapsular las nanopartículas puede ser seleccionado para facilitar el transporte y/o incorporación de las nanopartículas en un fluido de tratamiento de pozo. Por ejemplo, para facilitar el manejo de las nanopartículas y/o para facilitar la liberación oportuna de las nanopartículas,. el material de encapsulación puede ser degradable. Esto puede facilitar el manejo de las nanopartículas al permitir la inclusión de las nanopartículas encapsuladas en un fluido de tratamiento de pozo sin requerir que las nanopartículas primero sean retiradas del material de encapsulación. Además, el material de encapsulación puede ser diseñado para degradarse a una cierta velocidad cuando entra en contacto con ciertos materiales (por ejemplo, agua) de manera que las nanopartículas son liberadas en el fluido de tratamiento de pozo en un momento deseado. Materiales que se disuelven en agua ejemplares que pueden ser utilizados para encapsular las nanopartículas se divulgan en las Patentes de los Estados Unidos Números 4,961,790 y 5,783,541, cuyas divulgaciones relevantes se incorporan aquí por referencia.

De acuerdo con modalidades ejemplares, las composiciones de cemento pueden utilizar una fracción de volumen de relleno conveniente para una aplicación particular según se desee.

Tal como aquí se utiliza, el término "fracción de volumen de relleno" se refiere al volumen de los materiales en partículas en un fluido dividido entre el volumen total del fluido. Los rangos de tamaño de los materiales en partículas preferidos son seleccionados, así como sus proporciones respectivas, para proporcionar una fracción de volumen de relleno maximizada de manera que el fluido este en un estado de asentamiento obstaculizado. Se sabe que, en dicho estado, los materiales en partículas "colectivamente" se comportan como un material sólido poroso. El estado de asentamiento obstaculizado se cree que corresponde, en la práctica, a una concentración de material sólido mucho más elevada en el fluido que aquella presente en algunas composiciones de cemento tradicionales.

Las presentes modalidades pueden incluir una combinación de al menos tres características para obtener una fracción de volumen de relleno máxima. Una es el uso de al menos tres materiales en partículas en donde al menos tres materiales en partículas están en rangos de tamaño "desarticulados" unos de otros. En algunas modalidades, cada uno de los tres materiales en partículas puede incluir un tamaño de partícula diferente seleccionado a partir de los siguientes rangos: aproximadamente 7 nm a aproximadamente 50 nm, aproximadamente 0.05 mieras a aproximadamente 0.5 mieras, 0.5 mieras a aproximadamente 10 mieras, aproximadamente 10 mieras a aproximadamente 20 mieras, aproximadamente 20 mieras a aproximadamente 200 mieras, aproximadamente 200 mieras a aproximadamente 800 mieras, y mayor que aproximadamente 1 milímetro. Por ejemplo, un primer material en partículas puede incluir partículas en un tamaño de aproximadamente 7 nm a aproximadamente 50 nm, un segundo material en partículas puede incluir partículas en un tamaño de aproximadamente 0.05 mieras a aproximadamente 0.5 mieras, y un tercer material en partículas puede incluir partículas de un tamaño de aproximadamente 10 mieras a aproximadamente 20 mieras. De acuerdo con las presentes modalidades, el primer material en partículas incluye al menos uno de nano-sílice, nano alúmina, oxido de nano zinc, nano boro, oxido de nano hierro o combinaciones de los mismos. Otra característica de las presentes modalidades puede incluir una elección de las proporciones de los tres materiales en partículas en relación al mezclado, de manera que el fluido, cuando se mezcla, esta en un estado de asentamiento obstaculizado. Otra característica puede incluir la elección de las proporciones de los tres materiales en partículas entre sí, y de acuerdo con sus rangos de tamaño respectivos, de manera que la fracción de volumen de relleno máxima se logra al menos sustancialmente para la suma total de todos los materiales en partículas en el sistema de fluido. La fracción de volumen de relleno se describe con detalle adicional en las Patentes de los Estados Unidos Números 5,518,996 y 7,213,646, cuyas porciones relevantes se incorporan aquí por referencia.

En diversas modalidades, se describen sistemas configurados para entregar los fluidos de tratamiento aquí descritos a una ubicación pozo abajo. En diversas modalidades, los sistemas pueden comprender una bomba acoplada de manera fluida a un tubular, el tubular conteniendo un fluido de tratamiento que comprende un agente de sostén que comprende nanopartículas.

La bomba puede ser una bomba de alta presión en algunas modalidades. Tal como aquí se utiliza, el término "bomba de alta presión" se referirá a una bomba que tiene la capacidad para suministrar un fluido pozo abajo a una presión de aproximadamente 1000 psi o mayor. Se puede utilizar una bomba de alta presión cuando se desea introducir el fluido de tratamiento a una formación subterránea en o por arriba de un gradiente de fractura de la formación subterránea, pero también se puede utilizar en casos donde no se desea la fracturación. En algunas modalidades, la bomba de alta presión puede tener la capacidad para transportar de manera fluida materia en partículas, tal como partículas de agente de sostén, dentro de la formación subterránea. Bombas de alta presión convenientes serán conocidas por aquellos expertos en la téenica y pueden incluir, pero no se limitan a, bombas de pistón flotante y bombas de desplazamiento positivo.

En otras modalidades, la bomba puede ser una bomba de baja presión. Tal como aquí se utiliza, el término "bomba de baja presión" se referirá a una bomba que opera a una presión de aproximadamente 1000 psi o menos. En algunas modalidades, una bomba de baja presión puede estar acoplada de manera fluida a una bomba de alta presión que está acoplada de manera fluida al tubular, es decir, en dichas modalidades, la bomba de baja presión se puede configurar para transportar el fluido de tratamiento a la bomba de alta presión. En dichas modalidades, la bomba de baja presión puede "incrementar" la presión del fluido de tratamiento antes que llegue a la bomba de alta presión.

En algunas modalidades, los sistemas aquí descritos además pueden comprender un tanque de mezclado que está corriente arriba de la bomba y en el cual se formula el fluido de tratamiento. En diversas modalidades, la bomba (por ejemplo, una bomba de baja presión, una bomba de alta presión, o una combinación de las mismas) puede transportar el fluido de tratamiento desde el tanque de mezclado u otra fuente del fluido de tratamiento al tubular. Sin embargo, en otras modalidades, el fluido de tratamiento puede ser formulado fuera de sitio y transportado a un sitio de trabajo, en cuyo caso el fluido de tratamiento puede ser introducido al tubular a través de la bomba directamente desde su contenedor de envió (por ejemplo, un camión, un vagón, una barcaza, o similar) o ·desde una tubería de transporte. En cualquier caso, el fluido de tratamiento puede ser llevado a la bomba, elevado a una presión apropiada, y después introducido en el tubular para entrega pozo abajo.

La figura 1 muestra un esquema ilustrativo de un sistema que puede entregar fluidos de tratamiento de la presente invención a una ubicación pozo abajo, de acuerdo con una o más modalidades. Se debiera observar que mientras la figura 1 generalmente muestra un sistema basado en tierra, se reconocerá que sistemas similares pueden ser operados en ubicaciones submarinas también. Tal como se muestra en la figura 1, el sistema 1 puede incluir el tanque de mezclado 10, en el cual se puede formular un fluido de tratamiento de la presente invención. El fluido de tratamiento puede ser transportado a través de la línea 12 a la cabeza de pozo 14, donde el fluido de tratamiento entra al tubular 16, el tubular 16 extendiéndose desde la cabeza de pozo 14 dentro de la formación subterránea 18. Al momento de ser expulsado desde el tubular 16, el fluido de tratamiento posteriormente puede penetrar en al formación subterránea 18. La bomba 20 se puede configurar para subir la presión del fluido de tratamiento a un grado deseado antes de su introducción en el tubular 16. Se reconocerá que el sistema 1 es simplemente ejemplar en naturaleza y que diversos componentes adicionales pueden estar presentes los cuales no necesariamente han sido mostrados en la figura 1 en el interés de la claridad. Componentes adicionales no limitativos que pueden estar presentes incluye, pero no se limitan a, tolvas de suministro, válvulas, condensadores, adaptadores, juntas, medidores, sensores, compresores, controladores de presión, sensores de presión, controladores de velocidad de flujo, sensores de velocidad de flujo, sensores de temperatura y similares.

Aunque no se muestra en la figura 1, el fluido de tratamiento, en algunas modalidades, puede fluir de regreso a la cabeza de pozo 14 y salir de la formación subterránea 18. En algunas modalidades, el fluido de tratamiento que ha fluido de regreso a la cabeza de pozo 14 posteriormente puede ser recuperado y recirculado a la formación subterránea 18.

También se reconoce que los fluidos de tratamiento divulgados pueden afectar directa o indirectamente el diverso equipo y herramientas de fondo de pozo que pueden entrar en contacto con los fluidos de tratamiento durante la operación.

Dicho equipo y herramientas pueden incluir, pero no se limitan a, entubado de pozo de sonde, revestimiento de pozo de sondeo, sarta de completación, sartas de inserto, sartas de perforación, tubería enrollada, cable de recuperación, línea cableada, tubería de perforación, collares de perforación, motores de lodo, motores y/o bombas de fondo de pozo, motores y/o bombas montados en superficie, centralizadores, turbolizadores, raspadores, flotadores (por ejemplo, zapatas, collares, válvulas, etc.), herramientas de registro y equipo de telemetría relacionado, accionadores (por ejemplo, dispositivos electromecánicos, dispositivos hidromecánicos, etc.), mangas de deslizamiento, mangas de producción, obturadores, tamices, filtros, dispositivos de control de flujo (por ejemplo, dispositivos de control de flujo de entrada, dispositivos de control de flujo de entrada autónomos, dispositivos de control de flujo de salida, etc.), acoplamientos (por ejemplo, conexión húmeda electro-hidráulica, conexión seca, acoplador inductivo, etc.), líneas de control (por ejemplo, eléctricas, fibra óptica, hidráulicas, etc.), líneas de vigilancia, brocas y escariadores, sensores o sensores distribuidos, intercambiadores de calor de fondo de pozo, válvulas y dispositivos de accionamiento correspondientes, sellos de herramienta, empacadores, tapones de cemento, tapones puente, y otros dispositivos de aislamiento de pozo de sonde, o componentes, y similares. Cualquiera de estos componentes puede ser incluido en los sistemas generalmente descritos antes y que se muestran en la figura 1.

Para facilitar un mejor entendimiento de la presente téenica, se proporcionan los siguientes ejemplos de algunas modalidades especificas. De ninguna manera los siguientes ejemplos serán leídos para limitar, o para definir, el alcance de la invención.

EJEMPLO 1 Se prepararon cinco lodos de cemento diferentes (es decir, Lodo A, Lodo B, Lodo C, Lodo D y Lodo E). Después se probaron los lodos y los cementos fraguados resultantes para determinar los tiempos de fraguado y espesamiento y otras propiedades físicas de cada uno de los cinco lodos diferentes. Tal como se establece a continuación, los resultados de prueba respectivos para los cinco lodos diferentes demuestran que la inclusión de nano-sílice en partículas en el lodo reduce el tiempo de fraguado e incrementa la resistencia del cemento resultante con relación a cementos que son el resultado de la inclusión de los otros componentes de sílice que fueron probados.

Los lodos A, B, C y D fueron preparados mediante el mezclado seco de componentes secos con cemento antes de agregar agua para formar el lodo respectivo. El lodo E fue preparado mediante mezclado seco de componentes secos con cemento antes de agregar agua y después agregando sílice coloidal para formar el lodo respectivo. Además, cada uno de los cinco lodos incluyó un tipo diferente de sílice. Dos de los cinco lodos incluyeron nano-sílice en partículas de acuerdo con las presentes modalidades, y los otros tres incluyeron sílice en diferentes formas y tamaños (por ejemplo, sílice coloidal y micro-sílice). Mientras que la sílice incluida en cada uno de los cinco lodos era diferente, los otros componentes utilizados en cada uno de los cinco lodos eran similares. Específicamente, además de un tipo específico de sílice, cada uno de los cinco lodos incluyó 100% bwoc de cemento Clase G, 0.5% bwoc de un retardante, y suficiente agua para hacer que la densidad del lodo fuese aproximadamente 12.00 lbs/gal. El retardante específico utilizado en los lodos fue retardante de cemento HR-5, el cual es un lignosulfonato sulfometilado. Se debiera observar que el retardante de cemento HR5 está disponible de Halliburton Energy Services, Inc. y se describe en la Patente EUA No. RE31,190.

Tal como se estableció antes, cada uno de los cinco lodos incluyó un tipo diferente de sílice y suficiente agua para hacer que el lodo resultante tuviera una densidad de 12.00 ppg. Los lodos A y B incluyeron nano-sílice en partículas de acuerdo con las presentes modalidades y 15.36 gal/sk de agua. Específicamente, el Lodo A incluyó 15% bwoc de nano-sílice en partículas con un tamaño de partícula de aproximadamente 30 nm, y el Lodo B incluyó nano-sílice en partículas con un tamaño de partícula de aproximadamente 10 nm. El Lodo C incluyó 15% bwoc de aditivo de cemento SILICALITE y 15.68 gal/sk de agua. El aditivo de cemento SILICALITE (compactado), el cual está disponible de Halliburton Energy Services, Inc. Duncan, Oklahoma, es una sílice amorfa generalmente dimensionada en un rango de aproximadamente 2.5 mieras a aproximadamente 50 mieras. El Lodo D incluyó 15% bwoc de aditivo de cemento MICROSAND y 15.77 gal/sk de agua. El aditivo de cemento MICROSAND, el cual está disponible de Halliburton Energy Services, Inc. Duncan, Oklahoma, es una sílice cristalina molida a una distribución de tamaño de partícula sustancialmente uniforme de aproximadamente 5 a 10 mieras. El Lodo E incluyó 5.12 gal/sk de aditivo de cemento de peso ·ligero GasCon 469™ y 10.09 gal/sk de agua. El aditivo de cemento de peso ligero GasCon 469 está disponible de Halliburton Energy Services, Inc. Duncan, Oklahoma, y puede ser definido como una suspensión de ácido silícico coloidal que contiene partículas suspendidas de ácido silícico generalmente con un tamaño de partícula de menos de aproximadamente 20 nm.

Después que se prepararon los cinco lodos, se realizaron pruebas para determinar diversas características físicas asociadas con la inclusión de los diferentes componentes de sílice en cada una de las composiciones de cemento asociadas. Una de estas pruebas fue realizada para medir un tiempo de espesamiento asociado con cada uno de los cinco lodos. Específicamente, el tiempo de espesamiento total (TTT) asociado con cada lodo de cemento fue determinado ejecutando una prueba de tiempo de espesamiento de acuerdo con la práctica recomendada API 10, Especificación API para materiales y prueba para cementos de pozo. La medición del TTT para cada lodo se basó en el lodo respectivo que alcanza una consistencia de 70 unidades Bearden (Be) a 80°F (26.66°C). Los resultados de estas mediciones se establecen para cada uno de los cinco lodos en la siguiente Tabla 1.

Se realizaron pruebas adicionales en los lodos de cemento para determinar propiedades de fuerza-resistencia (por ejemplo, resistencia a la compresión, resistencia a la unión por cizalladura, y resistencia a la tracción) para cada uno de los lodos. Cada una de las pruebas de propiedad de fuerza-resistencia fue ejecutada en los lodos de cemento respectivos a una temperatura de 80°F (26.66°C) y después los lodos se dejaron fraguar por 72 horas. Las pruebas de propiedad de fuerza-resistencia incluyeron pruebas de resistencia ultrasónica destructivas y no destructivas, una prueba de resistencia a la compresión, una prueba de unión por cizalladura, y una prueba de resistencia a la tracción. Las pruebas del analizador ultrasónico destructivas y no destructivas fueron realizadas utilizando un analizador de cemento ultrasónico UCA para determinar un valor UCA72 horas y un valor UCAapiastamiento respectivamente. Las pruebas de resistencia a la compresión y las pruebas del analizador UCA fueron ejecutadas de acuerdo con la Práctica Recomendada API 10B. Además, las pruebas de unión por cizalladura y resistencia a la tracción Brasileña fueron realizadas para determinar los valores de resistencia a la cizalladura y resistencia a la tracción, respectivamente, para las diferentes composiciones de cemento. Las pruebas de resistencia a la unión por cizalladura fueron realizadas tal como se describió en SPE 764 titulada "Un estudio de cemento - unión de tubería" por L.G. Cárter y G.W. Evans. Las pruebas de resistencia a la tracción Brasileña fueron realizadas de acuerdo con ASTM C496-96. Los resultados de las pruebas realizadas en cada una de las cinco composiciones se muestran en la siguiente tabla 1.

TABLA 1 EJEMPLO 2 Se probaron las muestras de lodos A, C, D y E antes analizadas para determinar diversas propiedades físicas adicionales asociadas con los cementos fraguados resultantes y para confirmar las diferencias relativas antes demostradas. Mientras que se utilizaron diferentes instrumentos y configuraciones de calibración en la prueba adicional de los lodos, los datos de prueba indican que las diferencias relativas entre los diferentes lodos son similares a aquellas diferencias ilustradas en el ejemplo 1. De hecho, tal como se indicó antes en el ejemplo 1, los resultados de prueba respectivos en el ejemplo 2 para los cinco cementos diferentes demuestran que la inclusión de nano-silice en partículas en la composición de cemento aumenta la resistencia del cemento resultante con relación a los cementos que resultan de la inclusión de otros componentes de sílice que fueron probados.

Se probaron tres muestras para cada uno de los tres lodos de cemento convencionales (Lodo C, Lodo D, y Lodo E) y cuatro muestras de Lodo A para determinar la resistencia a la compresión, módulo de Young y relación Poisson. Las pruebas de resistencia a la compresión fueron realizadas de acuerdo con la Especificación API 10. Se debiera observar que las mediciones de resistencia a la compresión en el Ejemplo 1 son diferentes que aquellas en el Ejemplo 2 debido a que se utilizó equipo diferente y calibraciones diferentes. Sin embargo, las diferencias relativas entre las resistencias a la compresión para cada uno de los cinco lodos son similares. El módulo de Young y la relación Poisson fueron estadísticamente determinadas por medio de prueba de compresión utilizando un marco de carga. El módulo de Young o módulo de elasticidad para cada muestra se obtuvo tomando una relación de una tensión aplicada a cada muestra a una deformación resultante paralela a la tensión en esa muestra.

La relación de Poisson para cada muestra fue determinada calculando una relación de deformación transversal a una deformación axial correspondiente que resulta de la tensión axial uniformemente distribuida debajo de un límite proporcional de cada muestra. Los valores determinados para las tres muestras de cada uno de los cinco lodos de cemento diferentes se establecen en la siguiente Tabla 2.

TABLA 2 Las modalidades particulares antes divulgadas son únicamente ilustrativas, ya que las modalidades ejemplares pueden ser susceptibles a varias modificaciones y formas alternativas. Sin embargo, se debiera entender que las modalidades no pretenden quedar limitadas a las modalidades particulares divulgadas. Más bien, las modalidades abarcan todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caen dentro del alcance y espíritu de la presente invención conforme a lo definido por las siguientes reivindicaciones anexas. Además, cada rango de valores (de la forma "de aproximadamente a a aproximadamente b", o de manera equivalente, "de aproximadamente a a b" o de manera equivalente, "de aproximadamente a-b") divulgado en la presente Descripción de las Modalidades Específicas se entenderá como haciendo referencia al conjunto de potencias (el conjunto de todos los subconjuntos) del rango respectivo de valores, y establecido para cada rango abarcado dentro del rango más amplio de valor

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un método para tratar una formación subterránea, que comprende: Introducir en la formación subterránea un fluido de tratamiento en o por arriba de una presión suficiente para crear o mejorar una o más fracturas en la formación subterránea en donde al menos una parte del fluido de tratamiento contiene un agente de sostén que comprende nanoparticulas; y depositar al menos una parte de las nanoparticulas en una o más fracturas, en donde se evita que las fracturas se cierren completamente al momento de liberar la presión.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fracturas forman canales conductores a través de los cuales pueden fluir fluidos.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas comprenden nano-sílice.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas comprenden una nano-sílice en partículas.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de sostén comprende una mezcla en partículas de al menos partículas menores que 0.5 mieras y partículas mayores que 1 milímetro.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas tienen un tamaño de partícula menor que o igual a aproximadamente 100 nm.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas tienen un tamaño de partícula en el rango de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 100 nm.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas están recubiertas.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanoparticulas son seleccionadas del grupo que consiste de nano-aluminio, óxido de nano-zinc, nano-boro, óxido de nano-hierro y combinaciones de los mismos.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende producir uno o más hidrocarburos de un pozo de sondeo que penetra la formación subterránea.

11.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de tratamiento comprende al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste de un agente de gelificación y un agente de reticulación.

12.- Un fluido de fracturación que comprende un agente de sostén de tamaño nano.

13.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén de tamaño nano evita que fracturas en una formación subterránea se cierren completamente al momento de la liberación de la presión de la misma.

14.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén tiene un tamaño de partícula menor que o igual a aproximadamente 100 nm.

15.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén tiene un tamaño de partícula en el rango de aproximadamente 1 nm a aproximadamente 100 nm.

16.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén de tamaño nano está recubierto.

17.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén de tamaño nano comprende nano-silice.

18.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén de tamaño nano comprende un nano-silice en partículas.

19.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el agente de sostén de tamaño nano es seleccionado del grupo que consiste de nano-aluminio, óxido de nano-zinc, nano-boro, óxido de nano-hierro y combinaciones de los mismos.

20.- El fluido de fracturación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el fluido de fracturación comprende al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste de un agente de gelificación y un agente de reticulación.

21.- Un método para tratar una formación subterránea que comprende: introducir en la formación subterránea un fluido de tratamiento que comprende materiales en partículas, los materiales en partículas comprenden un material en partículas que tiene un tamaño de partícula menor que o igual a aproximadamente 100 nm; y determinar una fracción de volumen de relleno para los materiales en partículas en el fluido de tratamiento.