BRMU8800962U2

BRMU8800962U2 - propped quartz sand capped

Info

Publication number: BRMU8800962U2
Authority: BR
Inventors: Andrade Silva Sergio De
Original assignee: Andrade Silva Sergio De
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-11-17

Abstract

PROPANTE DE AREJA DE QUARTZO CAPEADA. Patente de Modelo de Utilidade para um propante a ser usado em procedimentos de fraturamento-preenchimento em estimulação de poço em produção de petróleo ou de gás, compreendido por uma areia de quartzo natural capeada por uma película de resina poliuretana.QUARTZ AREA CAPTURED CAPTURED. Utility Model Patent for a proppant to be used in fracture-fill procedures in oil or gas production well stimulation comprised of a natural quartz sand capped with a polyurethane resin film.

Description

"PROPANTE DE AREIA DE QUARTZO CAPEADA" A presente patente de modelo de utilidade tem por objetivo um modelo de propante, para uso em fraturamento de rocha como parte da estimulação de poço de petróleo ou de gás, e ao qual foi dada original confecção, com vistas a melhorar a sua utilização e eficiência em relação aos modelos já existentes."CAPTURED QUARTZ SAND PROPANT" This utility model patent is intended for a proppant model for use in rock fracturing as part of oil or gas well stimulation, and which was originally made with improve their use and efficiency over existing models.

Na área de estimulação de poço, além dos propantes feitos a base de bauxita sintetizada, também ditos cerâmicos, são conhecidos aqueles feitos de areia de quartzo capeada com resina fenólica mais hexametilenotetramina, aqueles feitos de areia de quartzo pura, e outros poucos feitos com areia de quartzo capeada com outras substâncias, tais como resinas acrílicas, resinas poliésteres, resinas epóxi e polímeros de acetato de vinila - pva.In the area of well stimulation, in addition to the propellants made from synthesized bauxite, also known as ceramic, are those made of quartz sand capped with phenolic resin plus hexamethylenetetramine, those made of pure quartz sand, and a few made of sand. of quartz coated with other substances such as acrylic resins, polyester resins, epoxy resins and vinyl acetate polymers.

Existem outros produtos também chamados de propantes, usados em outras áreas, como jazidas de carvão mineral, jazidas de sal mineral, estações de tratamento de água e em poços artesianos, feitos com cascas de coco e outros materiais mais leves, mas cujas especificações nada têm a ver com o presente propante que se destina apenas à estimulação de poço de petróleo ou de gás.There are other products also called proppants, used in other areas, such as coal deposits, mineral salt deposits, water treatment plants and artesian wells made from coconut shells and other lighter materials, but whose specifications have nothing to do with this proppant which is intended for oil or gas well stimulation only.

Os propantes cerâmicos são feitos com um tipo de. bauxita que não se presta à produção de alumínio devido ao alto teor de ferro nela contido, o qual ferro, vem justamente a ser o fator principal para que haja a sinterização, o que, em contrapartida, dá uma acentuada densidade a esses propantes cerâmicos fazendo com que todo o fluído de perfuração e de fraturamento do poço seja modificado, em relação ao fluído original, com produtos mais densos, como barita, para poder permitir uma operacionalidade adequada devido, exclusivamente, à mudança da densidade; além disso, são propantes sujeitos a uma solubilidade de até sete por cento, como atestam os própriosdocumentos descritivos da empresa que os produz; e são propantes que não produzem o efeito "marcas impressas" em seus grãos, que são secos e permanecem secos durante a operação técnica, não evitando, pois, o "flow-back" e "back-production", apesar de anunciarem que o fazem. Os propantes de areia de quartzo capeada com resina fenólica mais hmt,Ceramic proppants are made with one type of. bauxite that does not lend itself to the production of aluminum due to the high iron content contained in it, which iron becomes the main factor for sintering, which in turn gives these ceramic propensants a marked density. that all drilling and fracturing fluid from the well be modified from the original fluid with denser products such as barite to allow proper operation due solely to the change in density; furthermore, they are propensants subject to a solubility of up to seven per cent, as the descriptive documents of the company that produces them attest; and are likely not to produce the "imprinted" effect on their grains, which are dry and remain dry during the technical operation, thus avoiding flow-back and back-production, although they announce that the do. The most hmt phenolic resin-capped quartz sand propellants,

além de serem importados e demorarem até quatro meses para chegar ao pátio das empresas operadoras de estimulação de poço, são altamente perigosos, tanto para o meio-ambiente, como para o homem que os processa, como, também, para aquele que os transporta e para aquele que os manipula na aplicação final, como afirma o próprio manual da empresa que os produz, alertando para diversas doenças, inclusive o câncer; além disso, possuem lixiviados solúveis em água, como atesta o próprio resumo de sua DPI de 25.05.92 e têm uma solubilidade bem elevada em ácidos, podendo passar de dez por cento; e não produzem o efeito "marcas impressas" em seus grãos durante a operação técnica, permitindo que ocorram o "flow-back" e o "back-production".In addition to being imported and taking up to four months to reach the yard of the well stimulation operators, they are highly dangerous, both for the environment and for the man who processes them, as well as for those who transport and transport them. for those who manipulate them in the final application, as stated in the manual of the company that produces them, warning of various diseases, including cancer; In addition, they have water-soluble leachate, as evidenced by their summary of their IPR of 25.05.92, and have a very high acid solubility of up to ten percent; and do not produce the "imprinted" effect on their grains during the technical operation, allowing flow-back and back-production to occur.

Os propantes feitos à base de areia de quartzo ao natural, são, em geral, oferecidos por pessoas ou firmas que não têm relacionamento íntimo com as atividades de petróleo ou de gás, são sistematicamente rejeitados pelas empresas que operam na estimulação de poço por não atenderem aos requisitos mínimos de eficácia e eficiência, e por causarem, também, sérios problemas ao sistema de bombeamento devido à formação de finos, por causa do alto grau de esmagamento a que ficam sujeitos durante a operação técnica; além disso, não produzem, jamais, o efeito "marcas impressas" em seus grãos durante a operação técnica.Os propantes feitos com outras resinas, como acrílicas, poliésteres, epóxi e pva, quando usadas em estimulação de poço, além de sofrerem um alto grau de esmagamento, são elevadamente solúveis, tendo tido, nas poucas tentativas feitas por algumas empresas operadoras desse setor, resultados realmente trágicos.Natural quartz sand proppants are generally offered by people or firms that are not closely related to oil or gas activities, and are systematically rejected by companies operating in well stimulation for not meeting the minimum requirements for effectiveness and efficiency and also cause serious problems to the pumping system due to the formation of fines due to the high degree of crushing to which they are subjected during the technical operation; Moreover, they never produce the effect of "imprinted marks" on their grains during the technical operation. Propellants made with other resins, such as acrylics, polyesters, epoxy and pva, when used in well stimulation, and suffer a high degree of crushing, are highly soluble, having had, in the few attempts made by some companies operating in this sector, really tragic results.

A utilização apenas desses propantes se deve justamente à falta de uma alternativa eficaz e eficiente, entendendo-se eficaz como capaz de executar a tarefa e eficiente, como capaz de fazê-lo dentro de uma boa relação empenho/sucesso, eficiência esta que está longe de ser alcançada com os propantes ora disponíveis no mercado.The use of these props alone is precisely due to the lack of an effective and efficient alternative, being effective as capable of performing the task and efficient, as capable of doing it within a good commitment / success ratio, which efficiency is far away. be achieved with the propellants now available on the market.

Os propantes aqui focados têm a finalidade de ser utilizados em poços de petróleo ou de gás, a partir do preenchimento de fraturas hidráulicas de fundo de poço que são efetuadas nas rochas armazenadoras de óleo e/ou gás, para (1) o aumento da vazão de produção, para (2) a recuperação de bacias produtoras, mas em fase de maturação de produção, para (3) as bacias portadoras de óleo e/ou gás, mas com perda de pressão na formação geológica produtora, ou finalmente para (4) início ou reinicio de bacias mineralizadas nesses produtos mas tidas até então como anti-econômicas.The propellants focused here are intended to be used in oil or gas wells by filling in wellbore hydraulic fractures that are made in the oil and / or gas storage rocks to (1) increase the flow rate. (2) the recovery of producing basins, but in the production maturation phase, for (3) the oil and / or gas bearing basins, but with loss of pressure in the producing geological formation, or finally (4) ) start or restart of mineralized basins in these products but previously considered uneconomic.

Esses preenchimentos são feitos na fase de "fraturamento-preenchimento" ("frac-pack", abreviatura de "fracturing-packing") ou como preenchimento de cascalho ("gravel-pack"), sendo ambas as operações parte dos procedimentos de exploração e produção ("down stream") conhecidos como Estimulação de Poço.These fillings are made in the "frac-pack" phase, or as gravel-pack, both operations being part of the exploration and down stream known as Well Stimulation.

O propante a ser usado em tais situações tem que atender a vários requisitos e tem que passar por testes como, de esmagamento feito em corpo padrão de aço sob um esforço mínimo de 3000 psi em prensa e não podendoapresentar resíduo, para aquela faixa granulométrica, acima de dezesseis por cento, para não perder as suas propriedades de porosidade e permeabilidade; tem que estar rigorosamente dentro da faixa granulométrica requerida para aquela operação, em testes feitos com peneiras vibratórias, para atender às exigências técnicas previstas para aquele ponto da bacia produtora; tem que estar dentro dos padrões mínimos para turbidez; não pode ficar acima de dois por cento nos testes de solubilidade na presença de ácido clorídrico a 15% e de ácido fluorídrico a 1,5%, e tampouco ser solúvel em água, cetonas, glicóis, éteres e ésteres, para que não haja mudança de pH nos fluídos em operação e, por conseguinte, não provoque o mascaramento das medidas de pH feitas ao longo do poço; têm que estar acima de 85% nos teste de arredondamento e esfericidade dos grãos que os compõem, para garantir resistência e porosidade.The propensant to be used in such situations must meet various requirements and have to pass tests such as crushing done on standard steel body under a minimum 3000 psi press effort and not having residue for that particle range above sixteen per cent, so as not to lose its porosity and permeability properties; it must be strictly within the required particle size range for that operation, in tests made with vibrating screens, to meet the technical requirements laid down for that point of the producing basin; must be within minimum standards for turbidity; must not exceed two per cent in solubility tests in the presence of 15% hydrochloric acid and 1.5% hydrofluoric acid, nor be soluble in water, ketones, glycols, ethers and esters, so that there is no change pH in operating fluids and therefore do not mask the pH measurements taken along the well; they must be above 85% in the roundness and sphericity tests of the grains that compose them, to ensure strength and porosity.

Além disso, os propantes têm que oferecer a garantia de que evitarão o "flow-back" e o "back-production", o que só é conseguido, de fato, por aqueles que produzem o efeito "marcas impressas" nos seus grãos e que vêm a ser as leves marcas de achatamento polar nos grãos, como resultado de uma ligeira agregação dos referidos grãos durante a colocação do propante na "asa" do fraturamento da rocha, evitando, assim, que o propante se deposite com forte acomodação que poderiam criar obstáculos (conhecidos entre as operadoras como "screenout") que iriam bloquear (1) o fluído de fraturamento, ou (2) o fluído de perfuração (popularmente chamado de lama) causando o fluxo de volta para o poço ou "flow-back", ou iriam bloquear o óleo e/ou o gás a ser produzido, causando o fluxo de um deles de volta à rocha armazenadora ou "back-production".In addition, bidders have to offer the assurance that they will avoid flow-back and back-production, which is in fact achieved only by those who produce the imprint effect on their grain and which are the slight marks of polar flattening in the grains as a result of a slight aggregation of the grains during placement of the proppant on the rock fracture "wing", thus preventing the proppant from depositing with strong accommodation that could create obstacles (known to operators as "screenout") that would block (1) fracturing fluid, or (2) drilling fluid (popularly called mud) causing flow back to the well or flow-back ", or would block the oil and / or gas being produced, causing one of them to flow back to the storage rock or back-production.

Essa forte acomodação do propante, que continua sendo uma espécie de areia, tendo os grãos mais finos se interdigitando com os mais grossos, e secompactando, formam o obstáculo que causa o bloqueio dos fluídos, visto acima, e que tem que ser evitada com todo o empenho pelas operadoras, porquanto interrompe o fraturamento da rocha ou a produção do óleo e/ou do gás, causando enormes prejuízos; e isso só é conseguido com propante capeado com a resina poliuretana, pois é esta que absorve líquido do meio na qual o propante está, formando uma superfície macia e "colante" que vem a produzir o efeito "marcas impressas", devido à agregação inter-granular, enquanto que os propantes que permanecem secos e lisos, após serem inseridos no meio úmido, não conseguem formar este tipo de efeito. Tendo em vista esses problemas e no propósito de superá-los, além de promover a solução para outros problemas técnicos, em função de outras qualidades que ele possui, foi desenvolvido o PROPANTE DE AREIA DE QUARTZO CAPEADA, com resina poliuretana, objeto da presente patente de modelo de utilidade.This strong accommodation of the proppant, which remains a kind of sand, with the finest grains interdigitating with the coarser, and secompacting, forms the obstacle that causes the blockage of fluids, seen above, and which must be avoided with all the commitment by operators, as it interrupts the fracturing of the rock or the production of oil and / or gas, causing huge losses; and this is only achieved with proppant capped with polyurethane resin, as it absorbs liquid from the medium in which the proppant is, forming a soft, "sticky" surface that produces the effect of "imprinted marks" due to interleaving. -granular, while props that remain dry and smooth after being inserted into the humid environment cannot form this type of effect. In view of these problems and the purpose of overcoming them, in addition to promoting the solution to other technical problems, due to other qualities that it possesses, was developed the CAPEADA QUARTZ SAND PROPANT, with polyurethane resin, object of the present patent. of utility model.

O propante da presente patente atende a todas as especificações exigidas pelas empresas que operam nessa área, tais como:The proponent of this patent meets all the specifications required by companies operating in this area, such as:

1. tem um índice residual de apenas um por cento em compressibilidade e esmagamento a 4000 psi, quando o máximo permitido é de dezesseis por cento, esmagamento esse que poderia ser causado, no fundo do poço, a) pela compressão das paredes da formação rochosa, criadas pelo fraturamento hidráulico, paredes essas que tendem a querer fechar-se uma contra a outra, b) pela pressão hidrostática do fluído a ser produzido, de óleo ou gás; c) pela pressão de bombeamento do fluído de perfuração; d) pela pressão de bombeamento do fluído de fraturamento;1. has a residual index of only one per cent in compressibility and crushing at 4000 psi, when the maximum allowable is sixteen per cent, which could be caused at the bottom of the well by a) compressing the walls of the rock formation , created by hydraulic fracturing, which walls tend to want to close against each other, b) by the hydrostatic pressure of the fluid to be produced, oil or gas; c) by the drilling fluid pumping pressure; d) the pumping pressure of the fracturing fluid;

2. atende aos padrões rígidos da faixa granulométrica requerida em função do tipo de trabalho a ser executado naquele poço, e sem excedentespara cima ou para baixo, porquanto ele é duplamente peneirado antes da aplicação da resina, em peneira padrão e em peneira especial de apuração, e é repeneirado após a mesma;2. meets the strict standards of the required particle size range depending on the type of work to be performed in that well, and no surplus up or down, as it is double sieved prior to application of the resin in standard and special screening sieves. , and is repenped after it;

3. não apresenta qualquer turbidez que pudesse vir a mascarar os resultados dos testes feitos no fundo do poço e que servem para controle técnico em superfície do que se passa em profundidade;3. It does not show any turbidity that could mask the results of wellbore tests that serve as technical surface control of what goes on at depth;

4. a resina resultante não possui lixiviados solúveis em água, não se solubiliza na presença dos ácidos clorídrico a 15% e fluorídrico a 1,5%, e, tampouco, na presença de acetatos, cetonas, glicóis, ésteres e éteres, o que permite a sua total integridade durante as operações de fundo de poço;4. The resulting resin has no water-soluble leachates, does not solubilize in the presence of 15% hydrochloric and 1.5% hydrochloric acids, nor in the presence of acetates, ketones, glycols, esters and ethers. enables full integrity during downhole operations;

5. tem um grau de arredondamento e esfericidade acima do índice 85, que propicia excelente porosidade e permite ótima permeabilidade aos fluídos passantes pelo local do propante atendendo plenamente a expectativa dos técnicos em suas previsões;5. has a degree of roundness and sphericity above index 85, which provides excellent porosity and allows optimum permeability to passing fluids through the propender site fully meeting the expectations of the technicians in their predictions;

6. se deposita com total homogeneidade, sem a interdigitação dos grãos menores com os grãos maiores dentro da-faixa granulométrica requerida evitando que o propante se compacte e venha a formar bloqueios ou obstáculos ("screenout"), porquanto este propante produz inteiramente o efeito "marcas impressas", algumas das quais podem ser vistas na fig. 1 onde três delas estão destacadas com as setas anotadas com "MI", resultantes das propriedades adsorventes da resina poliuretana final, após secar, usada na presente patente de modelo de utilidade, e que, em contato com outros líquidos, lhe confere uma leve inchação que propicia a um grão se agregar a outro levemente, o suficiente para que não haja a compactação do conjunto;7. tem entrega imediata, porquanto está em território nacional e próximo ao local da demanda, o que pode parecer um item desprezível, mas não o é, com certeza, para as empresas que operam no setor;6. deposit with complete homogeneity, without the interdigitation of the smaller grains with the larger grains within the required particle size range, preventing the propander from compacting and eventually forming screenout, as this proppant fully produces the effect. "printed marks", some of which can be seen in fig. 1 where three of them are highlighted with the "MI" annotated arrows resulting from the adsorbing properties of the final polyurethane resin after drying used in the present utility model patent and which, on contact with other liquids, gives it a slight swelling which makes it possible for one grain to be added to another grain lightly enough so that there is no compaction of the whole; It has immediate delivery, as it is in national territory and close to the place of demand, which may seem a despicable item, but certainly not for companies operating in the sector;

8. apresenta uma densidade igual à densidade dos minerais formadores das rochas em perfuração e produção, não precisando, portanto, alterar ou trocar o fluído de perfuração ou o fluido de fraturamento, que, além de envolver o uso de outros produtos para equalizar um ou outro fluído, ainda causaria o transtorno da mudança de algumas ferramentas e da demanda de tempo e trabalho adicionais;8. has a density equal to the density of rock-forming minerals in drilling and production and therefore does not need to change or change drilling fluid or fracturing fluid which, in addition to involving the use of other products to equalize one or more another fluid would still cause the disruption of changing some tools and the demand for additional time and work;

9. devido a sua homogênea deposição na "asa" da fratura da rocha, por exercer uma resistente contrapressão a ela e por ter a capacidade de executar uma ótima filtragem, evita também a erosão da formação geológica não permitindo, assim, o fluxo para dentro do poço perfurado e em operação, de finos provenientes das rochas fraturadas e que poderiam, causar sérios prejuízos a todo o sistema de perfuração, principalmente ao conjunto de bombas que fica na superfície e está acoplado a esse sistema.9. Due to its homogeneous deposition in the "wing" of the rock fracture, by exerting a strong counterpressure to it and the ability to perform optimal filtration, it also prevents erosion of the geological formation and thus does not allow the flow inwards. from the well drilled and in operation, fines from the fractured rocks that could cause serious damage to the entire drilling system, especially the set of pumps that is on the surface and is coupled to this system.

O propante desta patente de modelo de utilidade, além de atender a todos os requisitos exigidos pelas operadoras do setor, ainda tem a vantagem de ter um processo de industrialização bastante simples, requerendo, apenas, uma cuba misturadora comum feita de aço, com pás giratórias homogeneizadoras, facilmente encontrada no mercado, onde são colocadas a areia, a resina bi-componente, poliol ou óleo de mamona mais metil di-isocianato, e as demais substâncias aditivas, quando for p caso, e a seguir misturadas pelo tempo mínimo necessário de espalhamento pelas superfícies dos grãos, da então agora formada resina poliuretana, até secar e formar uma película de capeamento na referida areia de quartzo, que imprime a estepropante, acentuadas propriedades exigidas pelo uso a que se destina, como já vistas aqui, diferindo bastante dos demais propantes ora conhecidos.The proponent of this utility model patent, in addition to meeting all requirements required by operators in the industry, still has the advantage of having a very simple industrialization process, requiring only a common mixing bowl made of steel, with rotating blades. readily available on the market where sand, two-component resin, polyol or castor oil plus methyl diisocyanate and other additive substances, where appropriate, are added and then mixed for the minimum time required. spreading on the grain surfaces of the then-now formed polyurethane resin to dryness and forming a capping film on said quartz sand, which gives this propantant, pronounced properties required for its intended use, as already seen here, differing greatly from those other propantes now known.

Claims

1.

CAPPED QUARTZ SAND PROPANT, made with natural quartz sand, with granulation ranging from 0.210 mm to 3.360 mm, corresponding to 70 to 06 on the tyler mesh scale, respectively, with the spherical sand being the spherical It is rounded to rounded and is characterized by the fact that it is coated with a homogenizing rotating blades in a simple steel mixer with a two-component polyurethane resin, consisting of a flexible segment, obtained by a polyol, which can be or not be degassed and / or dehumidified under vacuum in a self-reactor or ordinary dry or supersed castor oil and by a rigid segment obtained from MDI (C15H10O2N2), chemically known as 4.4 '(or 2.4' or 2,2 ', indifferently) - diphenylmethane diisocyanate, or as methyl diisocyanate, and, in popular parlance, as urea, may or may not receive a catalyst segment just to hasten the reaction, which is in a wet state, at a temperature that may varies r from + 45 ° C to -10 ° C, and may or may not receive additives such as chain extenders, distilled water, surfactant, release agent, adhesion promoters, thixotropy promoters, moisture sequestrant, crosslinking silane, glycerin, hydrazine, or a thickening mineral filler based on micronized talcum powder or titanium oxide powder or another substance compatible with maintaining the chemical state of the polyurethane coating, whether or not embedded in a non-modifying prediluting liquid of said coating. substances which do not modify or interfere with the scope of the utility model patent now required, but may be secondarily necessary, depending on the technical application required at the time, which result in the formation of a pure or additive polyurethane film forming the Capped Quartz Sand Propane itself, which is the scope of the present utility model, and whose primary reaction may be of the direct type. polyol plus MDI plus one or more of an additive component, or of the segmented type where a segment A is formed with the polyol plus MDI blend and a segment B with the polyol blend plus one or more of an additive component, then mixing segments A and B, this segmentation being caused by the need to mix at different speeds per minute of the mixer and to expose the mixture at different times in the formation of each segment A and B. B and the final film.