CONSOLIDACION RESISTENTE A CONDICIONES HIDROLITICAS E HIDROTERMICAS O MODIFICACION DEL COMPORTAMIENTO DE HUMECTACION DE FORMACIONES GEOLOGICAS.
Procedimiento para la consolidación resistente a la hidrólisis en condiciones hidrotérmicas o para la modificación del comportamiento de humectación de formaciones geológicas porosas o constituidas por partículas,
en el que
(A) se infiltra o se inyecta en la formación geológica un agente de consolidación, que está formado por un hidrolizado o un precondensado de
(a) por lo menos un organosilano de la fórmula general (I)
(I)RnSiX4-n
en la que los restos R son iguales o distintos y constituyen grupos no hidrolizables; los restos X son iguales o distintos y constituyen grupos hidrolizables o grupos hidroxi,
y n es el número 1, 2 ó 3,
(b) eventualmente por lo menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)
(II)SiX4
en la que los restos X tienen el significado definido antes; y
(c) por lo menos un compuesto metálico hidrolizable de la fórmula general (III)
(III)MXa
en la que M es un metal de los grupos principales de III a V o de los grupos secundarios de II a VIII del Sistema Periódico de los Elementos, incluido el boro; X tiene el significado definido para la fórmula (I), dos grupos X pueden estar sustituidos por un grupo oxo y a equivale a la valencia del elemento;
la proporción molar entre los compuestos de silicio empleados y los compuestos metálicos empleado se sitúa entre 8000:1 y 8:1; y
(B) se fragua el agente de consolidación a una temperatura superior a 20°C y una presión superior a 1 bar, dicho agente de consolidación está en forma libre de partículas antes de mezclarse con la formación geológica
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W06000465EP.
Solicitante: EPG (ENGINEERED NANOPRODUCTS GERMANY) AG.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: IM HELMERSWALD 2,66121 SAARBRUCKEN.
Inventor/es: SCHMIDT, HELMUT, ENDRES, KLAUS, REINHARD,BERND.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 16 de Diciembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C09K8/575 QUIMICA; METALURGIA. › C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › C09K SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE SUSTANCIAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › C09K 8/00 Composiciones para la perforación de orificios o pozos; Composiciones para el tratamiento de orificios o pozos, p. ej. para las operaciones de terminación o de reparación. › conteniendo compuestos orgánicos.
- C09K8/57B
- C09K8/60D2
- C09K8/60D4
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Consolidación resistente a condiciones hidrolíticas e hidrotérmicas o modificación del comportamiento de humectación de formaciones geológicas.
La invención se refiere a un procedimiento para la consolidación resistente a condiciones hidrolíticas e hidrotérmicas o para una modificación del comportamiento de humectación de formaciones geológicas porosas o constituidas por partículas.
Los aglomerantes son de gran importancia en especial para aglomerar sistemas compactos o granulares. En la industria petrolífera se ha constatado que la consolidación de sistemas granulares, como son las formaciones geológicas, es una medida extraordinariamente importante para la estabilización de pozos petrolíferos y para la consolidación de las formaciones de arena de los yacimientos. Si no se realiza la consolidación, entonces se acarrea la arena hacia el exterior y provoca daños en las instalaciones de transporte (bombas, tuberías). Un elemento esencial de estas medidas de consolidación consiste en garantizar una porosidad suficiente de los yacimientos, porque no debe reducirse el flujo de petróleo. Son necesarios aglomerantes que sean resistentes en las condiciones existentes en un orificio de perforación (presión elevada junto con temperatura elevada, contenido de agua y petróleos brutos (crudos) agresivos).
No obstante, para la aplicación eficaz de tales aglomerantes es muy importante que se conserve durante el mayor tiempo posible la resistencia en dichas condiciones agresivas y no se reduzca considerablemente la porosidad a mantener. Los sistemas conocidos del estado de la técnica, que prácticamente todos se basan en polímeros orgánicos, tienen en este aspecto una vida útil muy limitada.
La consolidación de formaciones geológicas con aglomerantes apropiados resulta especialmente difícil cuando las formaciones geológicas consolidadas no deben sufrir una merma considerable en su porosidad si se comparan con las formaciones geológicas no consolidadas. Con aglomerantes poliméricos orgánicos pueden fabricarse p.ej. sistemas porosos, pero se ha demostrado que apenas es posible conservar en buena medida la porosidad original. Con un uso reducido de aglomerantes se consigue ciertamente fabricar sistemas porosos, gracias a la propiedad que tienen los polímeros orgánicos de hincharse o de disolverse en presencia de disolventes orgánicos, pero tales consolidaciones no son adecuadas para muchas aplicaciones, en especial a temperaturas elevadas y en contacto con líquidos orgánicos.
El uso de aglomerantes puramente inorgánicos, que pueden obtenerse p.ej. mediante un proceso sol-gel, permite conseguir ciertamente una aglomeración conservando la porosidad correspondiente, pero el sistema aglomerado es muy frágil y quebradizo y no tiene resistencia suficiente para soportar esfuerzos mecánicos, como son los esfuerzos de cizallamiento o las presiones elevadas.
Otro problema es además la resistencia a la hidrólisis del agente de consolidación, porque los agentes de consolidación empleados según el estado de la técnica se hidrolizan en contacto con el agua, p.ej. en las condiciones reinantes en la perforación, de modo que las formaciones geológicas consolidadas vuelven a perder al cabo de cierto tiempo la resistencia que habían conseguido con el agente de consolidación.
Además, en las formaciones geológicas existen por lo general una presión elevada y una temperatura también elevada. Por ello es necesario efectuar el fraguado necesario para la consolidación a una presión y una temperatura elevadas. Pero en el caso de muchos agentes de consolidación esto no es posible o solo es posible con limitaciones.
Un ámbito especial importante de la consolidación de formaciones geológicas es la extracción de petróleo, en la que las perforaciones se realizan a menudo en formaciones geológicas no consolidadas. En especial en el caso de la extracción de petróleo en zonas marinas próximas a la costa (off-shore) existen formaciones geológicas arenosas, que tienen que consolidarse para impedir que la arena y otras partículas rocosas penetren en el orificio de la perforación y provoquen los consiguientes daños en las instalaciones de acarreo y contaminen el petróleo transportado. Para consolidar los yacimientos arenosos de este tipo se aplica convencionalmente un procedimiento de tres pasos. En primer lugar se inyecta a través de una sonda un aglomerante de resina sintética, después se provoca el curado o fraguado de este aglomerante por inyección de un sistema activador. En el tercer paso se inyecta un sistema para regular la permeabilidad y para expulsar el exceso de aglomerante resínico.
Por otro lado existe a menudo interés en modificar el comportamiento de humectación de las formaciones geológicas. Con ello se pretende por ejemplo aumentar el grado de rendimiento de las formaciones geológicas petrolíferas. También para la depuración de terrenos contaminados toxicológicamente o de formaciones arenosas contaminadas con petróleo podría ser extraordinariamente útil la modificación del comportamiento de humectación.
En el documento WO-A-93/04140 se describe un agente para la consolidación de terrenos, que como compuestos previos de formación estructural contiene alcoxisilanos y/o alcoholatos de aluminio y eventualmente como compuestos previos de modificación estructural contiene del 0,1 al 15% en peso de otros compuestos, p.ej. ácido bórico. El procedimiento descrito en WO-A-93/04140 consiste en la incorporación del producto al material que está contenido en agua y que se pretende consolidar, con lo cual se logra la consolidación.
En US-A-2003/031788 se describe un procedimiento para modificar la humectabilidad de una formación, en el que se introduce un líquido acuoso en la formación para recubrirla. Este líquido contiene nanopartículas de componentes orgánicos e inorgánicos, pudiendo elegirse el componente inorgánico en especial entre silicio, aluminio, titanio, circonio y combinaciones de los mismos.
En WO-A-2005/073278, un documento con arreglo al art. 54 (3) y (4) de la EPO, se describe un agente de consolidación y su utilización para la consolidación de artículos moldeados y de formaciones geológicas, dicho agente de consolidación contiene un hidrolizado o un precondensado de por lo menos un organosilano que tiene un grupo no hidrolizable y por lo menos un silano hidrolizable, que solo contiene grupos hidrolizables o grupos hidroxi. El hidrolizado o precondensado puede obtenerse eventualmente en presencia de un compuesto metálico.
Es un objeto de la invención desarrollar un procedimiento para la consolidación o la modificación del comportamiento de humectación de una formación geológica. La consolidación tiene que ser en especial estable a la hidrólisis y tener resistencia hidrotérmica, incluso en condiciones corrosivas, de modo que puede cumplir su función incluso durante años. Para ello tiene que conservarse en gran medida la porosidad de la fase no aglomerada. Debe conseguirse además una buena resistencia de unión junto con una flexibilidad suficiente. La consolidación debería ser posible también en condiciones hidrotérmica, es decir, a presión y temperatura elevadas. Finalmente, con una adaptación adecuada debería poder realizarse también la modificación del comportamiento de humectación de las forma-ciones.
El objetivo se alcanza con un procedimiento de consolidación resistente a condiciones hidrolíticas e hidrotérmicas o de modificación del comportamiento de humectación de las formaciones geológicas porosas o constituidas por partículas, en el que
(A) se infiltra o se inyecta en la formación geológica un agente de consolidación, que está formado por un hidrolizado o un precondensado de
(a) por lo menos un organosilano de la fórmula general (I)
en la que los restos R son iguales o distintos y constituyen grupos no hidrolizables; los restos X son iguales o distintos y constituyen grupos hidrolizables o grupos hidroxi,
y n es el número 1, 2 ó 3,
(b) eventualmente por lo menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)
en la que los restos X tienen el significado definido antes; y
(c) por lo menos un compuesto metálico hidrolizable de la fórmula general (III)
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la consolidación resistente a la hidrólisis en condiciones hidrotérmicas o para la modificación del comportamiento de humectación de formaciones geológicas porosas o constituidas por partículas, en el que
(A) se infiltra o se inyecta en la formación geológica un agente de consolidación, que está formado por un hidrolizado o un precondensado de
(a) por lo menos un organosilano de la fórmula general (I)
en la que los restos R son iguales o distintos y constituyen grupos no hidrolizables; los restos X son iguales o distintos y constituyen grupos hidrolizables o grupos hidroxi,
y n es el número 1, 2 ó 3,
(b) eventualmente por lo menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)
en la que los restos X tienen el significado definido antes; y
(c) por lo menos un compuesto metálico hidrolizable de la fórmula general (III)
en la que M es un metal de los grupos principales de III a V o de los grupos secundarios de II a VIII del Sistema Periódico de los Elementos, incluido el boro; X tiene el significado definido para la fórmula (I), dos grupos X pueden estar sustituidos por un grupo oxo y "a" equivale a la valencia del elemento;
la proporción molar entre los compuestos de silicio empleados y los compuestos metálicos empleado se sitúa entre 8000:1 y 8:1; y
(B) se fragua el agente de consolidación a una temperatura superior a 20°C y una presión superior a 1 bar, dicho agente de consolidación está en forma libre de partículas antes de mezclarse con la formación geológica.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 para la consolidación resistente a condiciones hidrolíticas e hidrotérmicas de una formación geológica, en el que se infiltra o se inyecta el agente de consolidación en la formación geoló-gica.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el agente de consolidación se fragua (se cura) a una temperatura por lo menos de 40°C y a una presión por lo menos de 40 bares.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque el metal del compuesto metálico de la fórmula general (III) se elige entre B, Al, Zr y en especial Ti.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque antes y/o durante el fraguado se introduce durante un período de tiempo determinado un medio líquido o gaseoso, en especial aire, en la formación geológica a consolidar, que ya está en contacto con el agente de consolidación, con el fin de ajustar la porosidad.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el medio líquido o gaseoso lleva incorporados ácidos, bases u otros catalizadores volátiles, gaseosos o evaporables.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque el agente de consolidación comprende un hidrolizado o un precondensado de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano, (b) un éster del ácido ortosilícico y (c) un alcoxilato metálico.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado porque el agente de consolidación se obtiene por el procedimiento sol-gel con una cantidad inferior a la estequiométrica de agua, referida a los grupos hidrolizables presentes.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 8, caracterizado porque el agente de consolidación está presente en forma de solución o de emulsión antes de mezclarse con la formación geológica.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 9, caracterizado porque el agente de consolidación contiene como disolvente un éster de ácido carbónico cíclico o un éster de ácido carboxílico.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 10, caracterizado porque la formación geológica comprende arena o arenisca o es una formación de arena, en especial una formación geológica que lleva petróleo o agua.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 11, caracterizado porque se consolida una formación de consistencia suelta.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 11, caracterizado porque se consolida una formación suelta que lleva petróleo.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 11 para la modificación del comportamiento de humectación de una formación geológica, en el que el hidrolizado o el precondensado del agente de consolidación comprende un componente que es oleófobo e hidrófobo, para alterar el comportamiento de humectación de la formación geológica.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque el componente oleófobo e hidrófobo está incorporado a o contenido en el precondensado del agente de consolidación.
16. Procedimiento según la reivindicación 14 o la reivindicación 15, caracterizado porque el componente oleófobo e hidrófobo se obtiene empleando uno o más silanos de la fórmula general (IV)
en la que X y R tienen los significados definidos para la fórmula (I), Rf es un grupo no hidrolizable que lleva de 1 a 30 átomos de flúor sobre los átomos de carbono alifáticos, y b es el número 0, 1 ó 2; para la obtención de un hidrolizado o de un condensado del agente de consolidación; dicho silano de la fórmula (IV) debe tomarse en consideración para determinar la proporción molar entre los compuestos de silicio y los compuestos metálicos.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 14 a 16, caracterizado porque el silano de la fórmula (IV) se emplea a título individual como silano de la fórmula (I) o se emplea junto con por lo menos otro silano no fluorado de la fórmula (I) para la obtención del hidrolizado o del condensado del agente de consolidación.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el silano de la fórmula (IV) se incorpora a un hidrolizado o condensado del agente de consolidación, ya obtenido previamente con por lo menos un silano no fluorado de la fórmula (I), con el fin de conseguir la unión del silano de la fórmula (IV) con el hidrolizado o el condensado.
19. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 14 a 18, caracterizado porque se modifica el comportamiento de humectación de una formación geológica empleada para el acarreo de petróleo, con el fin de aumentar la productividad del transporte de petróleo.
20. Procedimiento según una de las reivindicaciones de 14 a 18, caracterizado porque se modifica el comportamiento de humectación de una formación geológica contaminada toxicológicamente o contaminada con petróleo, con el fin de facilitar las tareas de limpieza de la formación.
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