BRPI0806573A2 - Material cerâmico de baixa densidade para escoramento de fraturas, e método de produção de materail de escoramento de fraturas - Google Patents
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Description
I MATERIAL CERÂMICO DE BAIXA DENSIDADE PARA ESCORAMENTO DE FRATURAS, E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE MATERIAL DE ESCORAMENTO DE FRATURAS
A invenção está relacionada ao âmbito da indústria 5 de petróleo e gás e pode ser usada para a melhoria da produção de petróleo e gás, em particular, quanto utilizando a técnica de fraturamento hidráulico.
A invenção descreve grânulos cerâmicos que constituem partículas de materiais de escoramento de fraturas, possuindo uma baixa densidade abaixo de 2,65 g/cm3, suas composições e método de preparação.
Na tecnologia de produção de petróleo com base no uso do método de fraturamento hidráulico, a produção do poço é melhorada mediante injetar grânulos de materiais de escoramento de fraturas para o interior das fraturas produzidas na formação portadora de óleo, a fim de fixar a posição das paredes das fraturas, impedindo desse modo que elas se fechem. O material de escoramento de fraturas é injetado para dentro das fraturas mediante bombear um fluido de fraturamento contendo material de escoramento de fraturas sob Alda pressão. Foi experimentalmente estabelecido que uma densidade aparente mais baixa permite uma distribuição mais uniforme do material de escoramento de fraturas e aumenta os níveis de produção de petróleo e gás. Existe uma solução técnica na arte (WO, pedido de patente internacional 2006/034298) que descreve os grânulos de materiais de escoramento de fraturas como particulas revestidas produzidas de um material inorgânico que é uma mistura de quartzo e alumina tomada numa relação de aproximadamente 2,2:5 e que possui uma densidade em massa menor que ou aproximadamente igual a 1 g/cm3. Além disso, essa solução técnica descreve um método de tratamento da formação subterrânea, de acordo com o qual um fluido de fraturamento é injetado ao interior de uma formação subterrânea, e o referido líquido de fraturamento contém partículas inorgânicas consistindo de quartzo e alumina numa relação de aproximadamente 2,2:5, e o referido material inorgânico tem uma densidade aparente menor que ou aproximadamente igual a 1 g/cm3.
Também, existem na arte partículas de compósito de baixa densidade (Patente norte americana U.S. No. 6.582.819) as quais estão baseadas em um aglomerante e uma carga e são adequadas para uso na técnica de fraturamento 20 hidráulico. A carga pode conter dois ou mais materiais diferentes. O aglomerante consiste usualmente de um material polimérico, possivelmente, com cimento adicionado. As partículas de compósito resultantes têm uma densidade em massa variando de 0,5 a 1,30 g/cm3 e podem ser usadas como 25 um material de escoramento de fraturas na indústria de produção de petróleo e gás, bem como para filtração de água e para a produção de grama sintética para pisos esportivos. A solução técnica já existente na arte também descreve métodos de produção das referidas particulas de compósito.
Existem também partículas compósito na arte vigente 5 (Patente norte americana U.S. No. 6.632.527) as quais são baseadas em um aglomerante e uma carga e são adequadas para uso na técnica de fraturamento hidráulico. A carga é usualmente uma substância mineral fina à qual materiais fibrosos podem ser agregados. Aparte da técnica de 10 fraturamento hidráulico, as referidas partículas podem ser usadas para filtração de água e para a produção de grama sintética para pisos esportivos. Métodos de produção das referidas partículas compósito são também descritos.
De acordo com verificações experimentais, os materiais de escoramento de fraturas já existentes na arte apresentam falta de eficiência na técnica de fraturamento hidráulico.
0 problema técnico a ser solucionado pela solução técnica desenvolvida consiste no desenvolvimento de um material cerâmico de escoramento de fraturas possuindo uma densidade abaixo de 2,6 g/cm3.
0 resultado técnico obtido através da implementação da solução técnica desenvolvida consiste na melhoria da produção de um poço que é trabalhado mediante utilizar a técnica de fraturamento hidráulico.
A fim de conseguir o referido resultado técnico, é proposto usar um material de escoramento de fraturas na forma de particulas esféricas e/ou angulares possuindo uma baixa densidade aparente abaixo de 2,6 g/cm3 e consistindo de um agregado leve que é também referido como uma carga, e 5 de um material aglomerante que é também referido como um aglomerante.
0 referido agregado leve é um mineral natural que é capaz, quando queimado, de formar uma nova fase em um grânulo de material de escoramento de fraturas e alterar o 10 volume específico do agregado leve (vermiculita, pearlita, hidromicas e zeólitos naturais) ou que já possua uma estrutura porosa (pedra-pomes).
É possível pré-revestir o referido agregado leve com um revestimento orgânico ou inorgânico (incluindo 15 metal) (por exemplo, silício, dextrina, vidro de silicato, resinas epóxi ou composições desses), a fim de melhorar as propriedades de moldagem e as propriedades de uso final do material.
É possível utilizar combinações de diferentes tipos 20 de agregados leves (em particular, pelo menos uma das seguintes séries: vermiculita, agloporita, argila expandida, perlita, zeólitos sintéticos e naturais) em diferentes relações em peso e cada uma das cargas leves pode ser pré-revestida. O teor de carga leve no produto 25 acabado é abaixo de 80 %p (usualmente de 10 a 40 %p) e depende das propriedades físicas das cargas propriamente, bem como dos requisitos impostos nos resultantes grânulos de materiais de escoramento de fraturas.
Os materiais ligantes são pós orgânicos, inorgânicos ou metálicos, tais como bauxitas, caulins, argilas, alumina, escórias de grau metalúrgico, resinas fenol-formaldeído, alumínio, bronze ou combinações desses.
0 desenvolvido método de produção do grânulo de material de escoramento de fraturas inclui a pré-trituração e pré-mistura dos componentes matérias primas, seguido pela 10 granulação deles, secagem e classificação ao tamanho. Nesse método, pelo menos um aglomerante cerâmico e uma carga são usados como os componentes matérias primas, e pelo menos um mineral natural que seja capaz, quando queimado, de formar uma nova fase em um grânulo de material de escoramento de 15 fraturas e alterar sua densidade aparente devido às alterações de volume induzidas a uma carga através do tratamento térmico, é usado como o agregado leve.
De acordo com uma modalidade desse método, uma carga previamente termo-tratada ou uma mistura de 20 diferentes cargas é acrescentada, juntamente com outros componentes, ao material base, e a mistura é então granulada e queimada. Por exemplo, 25% da mistura consistindo de caulim e bauxita são acrescentada à argila pré-expandida possuindo uma porosidade de 75% e um tamanho 25 médio de partícula de cerca de 40 micra. A relação de caulim para bauxita na mistura é de 80 para 20 %p, β respectivamente. A mistura resultante é granulada em um misturador tipo Eirich, com uma solução 5% de álcool polivinilico acrescentado a ela na quantidade de 10 %v do volume do material a ser granulado. O tempo total de 5 granulação é igual a 4 minutos, do qual 1 minuto constitui o tempo de nucleação e 3 minutos constituem o tempo de crescimento do grânulo. O material granulado resultante é secado em um dessecador numa temperatura de 100 0C e em seguida queimado numa temperatura de 1350 0C numa taxa de 3 10 0C por minuto e mantido na temperatura final por 2 horas. 0 resultante material de escoramento de fraturas 20/40 em tamanho apresenta uma densidade de 1,7 5 g/cm3 e uma resistência de esmagamento de 5 %p a 34,5 MPa (5000 psi).
De acordo com uma outra modalidade esse método, uma carga que não tenha sido previamente termo-tratada é acrescentada, juntamente com outros componentes, ao material base, e a mistura é então granulada e queimada. É possível pré-tratar essa carga com diferentes substâncias (em particular, com peróxido de hidrogênio ou com um número de aglutinantes fosfato, tais como H3PO4, um aglomerante fosfato de cromo-alumínio, um aglomerante fosfato alumínio- boro, um concentrado fosfato de alumínio-boro, sais contendo íon potássio, bem como um número de sais de amônio e sais nitrato) a fim de intensificar o processo de formação de fase e reduzir sua temperatura.
Por exemplo, matéria prima pó de vermiculita é pré- revestido com um aglomerante fosfato de alumínio-cromo numa relação de 9 para I. A mistura resultante é misturada em um misturador por 2 minutos. 90% de argila- caulim é acrescentada em seguida à polpa resultante em adição até 5 100% e os grânulos são produzidos. O material granulado resultante é secado, queimado numa temperatura de 1350 0C e em seguida classificado ao tamanho. O resultante material de escoramento de fraturas 20/40 em tamanho apresenta uma densidade de 2,3 g/cm3, e uma resistência a esmagamento de 10 5 %p a 51,7 MPa (7500 psi).
De acordo com a terceira modalidade desse método, quando utilizando dois ou mais aditivos, uma ou mais cargas previamente termo-tratadas são misturadas com o material aglomerante cerâmico e com outros componentes, embora as 15 cargas restantes sejam acrescentadas ao material aglomerante sem serem termo-tratadas, e a mistura é em seguida granulada e queimada.
Por exemplo, pó de matéria prima vermiculita é pré- revestida com um aglomerante fosfato de alumínio-cromo numa 20 relação de 9 para I. A mistura resultante é misturada em um misturador por 2 minutos. 70% de argila caulim é acrescentada em seguida à polpa resultante em adição até 100% e os grânulos são produzidos e 30% de argila expandida é acrescentada. 0 material granulado resultante é secado, 25 queimado numa temperatura de 130 0C e em seguida classificado ao tamanho. 0 resultante material de escoramento de fraturas 20/40 em tamanho apresenta uma densidade de 2,0 g/cm3 e uma resistência a esmagamento de 6 %p a 34,5 MPa (5000 psi).
Claims (8)
1. MATERIAL CERÂMICO DE BAIXA DENSIDADE PARA ESCORAMENTO DE FRATURAS, consistindo de um agregado leve e um material aglomerante cerâmico, caracterizado por um mineral natural que seja capaz, quando queimado, de expandir seu volume no grânulo de material de escoramento de fraturas e alterar suas densidades real e aparente, ser usado como o agregado leve.
2. Material de escoramento de fraturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por vermiculita, perlita, hidromicas, zeólitos naturais, agloporita, argila expandida serem usados como o mineral natural que é capaz, quando queimado, de expandir seu volume no grânulo de material de escoramento de fraturas e alterar o volume específico do aditivo.
3. Material de escoramento de fraturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o teor de agregado leve no grânulo de material de escoramento de fraturas granule não exceder a 80 %p.
4. Material de escoramento de fraturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o agregado leve ser pré-revestido com um revestimento orgânico ou inorgânico antes dele ser acrescentado à mistura de matérias primas.
5. Material de escoramento de fraturas de acordo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por argilas, caulim, bauxitas ou composições desses serem usados como o material aglomerante.
6. Material de escoramento de fraturas, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por alumina, escórias de grau metalúrgico, resinas fenol-formaldeído, alumínio, bronze ou combinações desses serem adicionalmente acrescentadas ao material aglomerante.
7. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE MATERIAL DE ESCORAMENTO DE FRATURAS, que incluir pré-trituração e pré-mistura dos compostos matérias primas, seguido pela sua granulação, secagem e classificação ao tamanho, caracterizado por pelo menos um material aglomerante cerâmico e um agregado leve serem usados como os componentes matérias primas, e pelo menos um mineral natural que seja capaz, quando queimado, de expandir seu volume no grânulo de material de escoramento de fraturas e alterar seu volume específico, ser usado como o agregado leve.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o agregado leve ser queimado antes do estágio de mistura, o que resulta em uma alteração de volume.
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