(57)【要約】  アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤を有する逸泥防止剤（ＬＣＭ）が提供される。アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤は、ある接触時間にわたる相互作用後にゲル状固体を形成することができる。ＬＣＭを用いた逸泥制御の方法も提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井内の逸泥ゾーンにおける逸泥を制御する方法であって、
逸泥防止剤（ＬＣＭ）が逸泥ゾーンに接触し、ＬＣＭを導入する前の期間と比較して逸泥ゾーンへの逸泥の速度を減少させるように、ＬＣＭを井戸内に導入することであって、前記ＬＣＭがアルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを含む、導入することを含む、方法。
【請求項２】
前記ＬＣＭがアルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水溶性エステルが、グリコールエステル、ポリエチレングリコールエステル、アルキルエステル、およびカルボン酸とアルコールのエステルの少なくとも１つを含む、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記水溶性エステルが、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、およびエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
アルカリ性ナノシリカ分散液がゲル状固体を形成するように、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを、ある接触時間、逸泥ゾーンと接触させて維持することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ある接触時間が、０．５時間〜２４時間の範囲を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記水溶性エステルが、総体積の０．１体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記逸泥ゾーンは、少なくとも１００°Ｆの温度を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ＬＣＭを坑井に導入する前に、アルカリ性ナノシリカ分散液と水溶性エステルとを混合して、表面にＬＣＭを形成することを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＣＭが、炭酸カルシウム粒子、繊維、マイカ、およびグラファイトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記繊維が、エステル繊維、ポリプロピレン繊維、デンプン繊維、ポリケトン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維およびナイロン繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アルカリ性ナノシリカ分散液のｐＨが少なくとも８である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＬＣＭが、水溶性エステルの加水分解速度を増加させるように選択された触媒を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
逸泥防止剤（ＬＣＭ）組成物であって、
アルカリ性ナノシリカ分散液と、
水溶性エステルであって、前記水溶性エステルは、ある時間後にアルカリ性ナノシリカ分散液と共にゲル状固体を形成するように選択される、水溶性エステルと、
を含む、ＬＣＭ組成物。
【請求項１５】
前記ある時間が０．５時間〜２４時間の範囲を含む、請求項１４に記載のＬＣＭ組成物。
【請求項１６】
前記水溶性エステルが、総体積の０．１体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量を含む、請求項１４または１５に記載のＬＣＭ組成物。
【請求項１７】
前記水溶性エステルが、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、およびエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４、１５、または１６に記載のＬＣＭ組成物。
【請求項１８】
逸泥を軽減するのに有用な固体ゲル化材料であって、前記固体ゲル化材料は、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを逸泥ゾーンに導入することによって形成され、ナノシリカ分散液はアモルファス二酸化ケイ素および水を含み、その結果、ナノシリカ分散液および水溶性エステルは、固体ゲル化材料が形成されるように、ある時間、逸泥ゾーンと接触する固体ゲル化材料。
【請求項１９】
前記エステルが、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、およびエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の固体ゲル化材料。
【請求項２０】
前記水溶性エステルが、総体積の０．１体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量を含む、請求項１８または１９に記載の固体ゲル化材料。
【請求項２１】
前記水溶性エステルが、前記アルカリ性ナノシリカ分散液とは別に、前記逸泥ゾーンに導入される、請求項１８、１９、または２０に記載の固体ゲル化材料。
【請求項２２】
前記水溶性エステルおよび前記アルカリ性ナノシリカ分散液が、前記逸泥ゾーンに同時に導入される、請求項１８、１９、２０または２１に記載の固体ゲル化材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、掘削流体による掘削中の井戸内の逸泥を制御することに関する。より具体的には、本開示の実施形態は逸泥防止剤（ＬＣＭ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井及びガス井の掘削及び生産作業中には、様々な課題に遭遇する。例えば、坑井の掘削、仕上げ、または整備に使用される流体は、坑井内で流体を循環させながら地下層に失われる可能性がある。特に、流体は、枯渇ゾーン、比較的低圧のゾーン、自然に生じる破砕を有する逸泥ゾーン、掘削流体の静水圧によって超える破砕勾配を有する弱いゾーンなどを介して地下層に入り得る。地層への流体損失の程度は、浸出損失とも呼ばれる、わずかな損失（例えば、１０バレル／時（ｂｂｌ／ｈｒ）未満）から、完全な流体損失とも呼ばれる、重度（例えば、１００ｂｂｌ／ｈｒを超える）、またはそれ以上の範囲にわたり得る。結果として、そのような流体によってもたらされる業務は、達成することがより困難であるか、または費用がかかる。
【０００３】
このような逸泥は、作業の任意の段階で遭遇し得、そして井戸中にポンプ輸送された掘削流体（または掘削泥水）が部分的に戻るか、または表面に戻らない場合に生じる。流体損失を最小限に抑えることが期待されるが、過剰な流体損失は安全性、経済性、または環境の観点から望ましくない。逸泥は、井戸の制御、ボアホールの不安定性、パイプの固着、製造試験の不成功、井戸の仕上げ後の炭化水素の不十分な製造、および泥粒子による細孔および細孔のスロートの閉塞による地層損傷の問題に関連する。また、逸泥の問題は、掘削作業の非生産時間（ＮＰＴ）の一因となり得る。極端な場合には、逸泥問題によって井戸を断念させられることがある。
【発明の概要】
【０００４】
逸泥防止剤（ＬＣＭ）は、地層への掘削泥水の経路を遮断することによって、逸泥を軽減するために使用される。逸泥状況において使用されるＬＣＭのタイプは、逸泥の程度および地層のタイプに依存する。既存のＬＣＭは、中程度の逸泥および浸出型逸泥の軽減および防止において十分に機能せず、重度の逸泥を制御するために適切でない可能性がある。逸泥状況で発生するコストは、掘削流体の損失、生産の損失、およびＬＣＭのコストに起因し得る。
【０００５】
一実施形態では、坑井内の逸泥ゾーンにおける逸泥を制御する方法が提供される。この方法は、逸泥防止剤（ＬＣＭ）が逸泥ゾーンに接触し、ＬＣＭを導入する前の期間と比較して逸泥ゾーンへの逸泥の割合を減少させるように、ＬＣＭを坑井に導入することを含む。ＬＣＭは、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを含む。いくつかの実施形態では、ＬＣＭがアルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルからなる。いくつかの実施形態では、水溶性エステルは、グリコールエステル、ポリエチレングリコールエステル、アルキルエステル、ならびにカルボン酸およびアルコールのエステルのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、水溶性エステルは、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、及びエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、アルカリ性ナノシリカ分散液がゲル状固体を形成するように、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを、ある接触時間、逸泥ゾーンと接触させて維持することを含む。いくつかの実施形態では、ある接触時間が０．５時間〜２４時間の範囲である。いくつかの実施形態では、水溶性エステルが総体積の０．１体積％（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量である。いくつかの実施形態では、逸泥ゾーンが少なくとも１００°Ｆの温度を有する。いくつかの実施形態では、この方法は、アルカリ性ナノシリカ分散液と水溶性エステルとを混合して、ＬＣＭを坑井に導入する前に、表面にＬＣＭを形成することを含む。いくつかの実施形態では、ＬＣＭは、炭酸カルシウム粒子、繊維、マイカ、およびグラファイトのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、繊維は、エステル繊維、ポリプロピレン繊維、デンプン繊維、ポリケトン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、およびナイロン繊維のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液のｐＨが少なくとも８である。
【０００６】
別の実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを含む逸泥防止剤（ＬＣＭ）組成物が提供され、その結果、水溶性エステルは高温でのある時間後にアルカリ性ナノシリカ分散液とゲル状固体を形成するように選択される。いくつかの実施形態では、ある時間が０．５時間〜２４時間の範囲である。いくつかの実施形態では、水溶性エステルが総体積の０．１体積％（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量である。いくつかの実施形態では、水溶性エステルは、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、及びエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む。
【０００７】
別の実施形態では、逸泥を軽減するために有用な固体ゲル化材料が提供される。固体ゲル材料は、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性エステルを逸泥ゾーンに導入することによって形成される。ナノシリカ分散液はアモルファス二酸化ケイ素および水を含み、その結果、ナノシリカ分散液および水溶性エステルは、固体ゲル化材料が形成されるように、ある時間、逸泥ゾーンと接触する。いくつかの実施形態では、エステルは、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、及びエチレングリコールジホルメートのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、水溶性エステルが総体積の０．１体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜１０ｖ／ｖ％の範囲の量を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】アルカリ性ナノシリカ分散液と乳酸エチル活性化剤との混合物によって形成された固体の写真である。
【０００９】
【図２】アルカリ性ナノシリカ分散液と乳酸エチル活性化剤との混合物によって形成された固体の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、本開示の実施形態を示す添付の図面を参照してより完全に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、例示された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示が周到かつ完全であり、本開示の範囲が当業者に完全に伝わるように提供される。
【００１１】
本開示の実施形態は、アルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性加水分解性エステル活性化剤を含む逸泥防止剤（ＬＣＭ）を含む。ＬＣＭは、井戸の逸泥を軽減または防止し、浸出制御を提供し、流体損失を最小限に抑えるかまたは防止することができる。いくつかの実施形態では、エステル活性化剤は乳酸エチルを含むことができる。いくつかの実施形態では、エステル活性化剤は、酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、およびエチレングリコールジホルメートを含むことができる。アルカリ性ナノシリカ分散液は、活性化剤との相互作用の前に、少なくとも８、例えば約８．５〜約１０．５の範囲のｐＨを有することができる。アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭはアルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭが逸泥ゾーンを変化させるように、坑井内の逸泥ゾーンに導入することができる。アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭは、アルカリ性ナノシリカ分散液と、加水分解によってエステル活性化剤から生成される酸との間の相互作用の結果として、ゲル状固体の現場形成を可能にするために、ある時間、逸泥ゾーンと相互作用させることができる。
【００１２】
［アルカリナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭ］
いくつかの実施形態では、ＬＣＭがアルカリ性ナノシリカ分散液および水溶性加水分解性エステル活性化剤を含む。アルカリ性ナノシリカ分散液は、アモルファス二酸化ケイ素および水性媒体を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液が水または他の適切な水性媒体（例えば、水およびグリセリン）を使用して形成されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液が活性化剤との相互作用の前に、２５℃で約８．５〜約１０．５のｐＨを有する。いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液が活性化剤との相互作用の前に、少なくとも８のｐＨを有する。いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液が１．２（ｇ／ｍｌ）の比重を有する。いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液は、米国ニュージャージー州パーシッパニーのエボニック社（Ｅｖｏｎｉｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、エステルは、グリコールエステル、ポリエチレングリコールエステル、アルキルエステル、ならびにカルボン酸およびアルコールのエステルを含むことができる。いくつかの実施形態では、水不溶性加水分解性エステル活性化剤は乳酸エチルを含むことができる。他の実施形態では、エステル活性化剤が酢酸エチル、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジラクテート、およびエチレングリコールジホルメートなどの他の水溶性加水分解性エステルを含むことができる。いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液とエステル活性化剤との重量比が５０：１〜８０：１の範囲である。例えば、いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液とエステル活性化剤との重量比は６６：１である。いくつかの実施形態では、エステル活性化剤が総体積の約０．１体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜約１０ｖ／ｖ％の範囲の量であってもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭが追加の材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭは、炭酸カルシウム粒子、繊維（例えば、エステル繊維、ポリプロピレン繊維、デンプン繊維、ポリケトン繊維、セラミック繊維、ガラス繊維ナイロン繊維、またはそれらの組み合わせ）、マイカ、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００１５】
アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭは逸泥を制御するために、坑井内の逸泥ゾーンに（例えば、ポンプ輸送によって）導入されてもよい。いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭはある接触時間、逸泥ゾーンと相互作用することができる。ある接触時間は、アルカリ性ナノシリカ分散液とエステル活性化剤との間の相互作用の結果として固体の形成を可能にするのに十分な持続時間であってもよい。形成された固体は逸泥ゾーンを変化させることができる（例えば、入口または破砕内に構造を形成するなど、逸泥ゾーン内の地層における多孔性および透過性のある経路、亀裂、ならびに破砕に進入し、それをブロックすることによって）。いくつかの実施形態では、エステルおよびアルカリ性ナノシリカ分散液が逸泥ゾーンに同時に導入されてもよい。他の実施形態では、エステル活性化剤がアルカリ性ナノシリカ分散液とは別に、逸泥ゾーンに導入されてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ある接触時間は約０．５時間〜約２４時間の範囲であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ある接触時間は約１６時間であってもよい。いくつかの実施形態では、ある接触時間は逸泥ゾーンの地層タイプに基づいて選択されてもよい。
【００１７】
以下に示すように、アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤は、十分な時間後に固体ＬＣＭを形成することができる。いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液のゲル化は、エステル活性化剤の濃度を変化させることによって制御することができ、ゲル化は、ＬＣＭのｐＨを変化させることによって制御することができる。例えば、エステル活性化剤の濃度を増加させると、ＬＣＭのｐＨを増加させ、ＬＣＭのゲル化速度を増加させることができる。さらに、エステル活性化剤は高温でアルカリ性ナノシリカ分散液との沈殿を示さず、したがって、単一の流体ピルとしてのＬＣＭ組成物の使用を可能にする（すなわち、各成分の段階的混合なしに）。その結果、アルカリ性ナノシリカ分散液ＬＣＭの遅延および制御されたゲル化は、ＬＣＭのより容易なポンプ輸送を提供し得る。アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭは例えば、３００°Ｆなどの１００°Ｆより高い温度などの坑井内の高温で使用することができる。いくつかの実施形態では、アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭは、１００°Ｆ未満の温度を有する逸泥ゾーンにおいて使用され得る。このような実施形態では、ＬＣＭはエステルの加水分解速度を増加させるための触媒を含むことができる。いくつかの実施形態では、触媒は、塩酸、硫酸、または他の適切な酸を含み得る。さらに、アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭの環境に優しい特性は、アルカリ性ナノシリカ分散液およびエステル活性化剤ＬＣＭが使用される掘削場所またはその周辺の生態系、生息地、個体群、作物、および植物に対する環境影響および効果を最小限に抑えるかまたは防止することができる。
【００１８】
［実施例］
以下の実施例は、本開示の実施形態を実証するために含まれる。以下の実施例において開示される技術および組成物は、本開示の実施において十分に機能することが発見された技術および組成物を表し、したがって、その実施のための様式を構成すると考えられ得ることが、当業者によって理解されるべきである。しかしながら、当業者は本開示に照らして、開示された特定の実施形態において多くの変更を行うことができ、それでも、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、同様のまたは類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【００１９】
アルカリ性ナノシリカ分散液の以下の非限定的な例を、水溶性加水分解性エステル活性化剤を用いて試験した。
【００２０】
使用したアルカリ性ナノシリカ分散液は、アメリカ合衆国ニュージャージー州パーシッパニーのエボニック社によって製造されたＩＤＩＳＩＬ（登録商標）ＳＩ４５４５であった。ナノシリカ分散液の特性を表１に記載する。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
アルカリ性ナノシリカ分散液および乳酸エチルを用いて組成物を調製した。１００ミリリットル（ｍｌ）のアルカリ性ナノシリカ分散液を空のビーカーに添加した。２グラム（ｇ）の乳酸エチル（すなわち、６６グラムのアルカリ性ナノシリカ分散液あたり１グラムの乳酸エチル）をアルカリ性ナノシリカ分散液に添加し、撹拌棒を用いて混合した。アルカリ性ナノシリカ分散液−乳酸エチル混合物をエージングセル中で静的エージングに供した。セルを約２５０°Ｆの温度で約１６時間静的エージングして、ダウンホール条件をシミュレートした。
【００２３】
１６時間の静的エージングの後、アルカリ性ナノシリカ分散液を固体に変換した。乳酸エチルはアルカリ性ナノシリカ分散液の水性媒体(例えば、水)中で加水分解され、得られる酸を生成した。酸はアルカリ性ナノシリカ分散液を不安定化し、固体を生成する活性化剤として作用した。図１および２はそれぞれ、アルカリ性ナノシリカ分散液と乳酸エチル活性化剤との混合物によって形成された固体の写真１００および２００である。２５０°Ｆの高温での静的エージング後の固体の形成は、アルカリ性ナノシリカ分散液が水溶性加水分解性エステル活性化剤と共に導入された場合、ＬＣＭとして作用し得ることを示す。
【００２４】
範囲は、本開示において、約１つの特定の値から約別の特定の値まで、またはその両方として表されてもよい。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は１つの特定の値から他の特定の値、またはその両方、ならびに前記範囲内のすべての組合せであることを理解されたい。
【００２５】
本開示の様々な態様のさらなる修正および代替実施形態は、この説明を考慮すれば当業者には明らかであろう。したがって、この説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示で説明される実施形態を実行する一般的な方法を当業者に教示することを目的とする。本開示において示され、説明される形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることが理解されるべきである。要素および材料は、本開示において図示され、説明されたものと置き換えられてもよく、部分およびプロセスは逆にされ、または省略されてもよく、いくつかの特徴は独立して利用されてもよく、すべて、この説明の利益を得た後に当業者には明らかであろう。以下の特許請求の範囲に記載された本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に記載された要素に変更を加えることができる。本開示で使用される見出しは、組織的な目的のためだけのものであり、本説明の範囲を限定するために使用されることを意味するものではない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2020531612.tif 000006
2020531612.tif 000007
2020531612.tif 000008