(57)【要約】  逸泥ゾーンにおける逸泥防止剤（ＬＣＭ）を評価するための装置が記載される。この装置は、掘削流体を運ぶことができる掘削流体リザーバを含む。この装置は、ＬＣＭを運ぶことができるＬＣＭリザーバを含む。この装置は、スペーサ流体を運ぶことができるスペーサ流体リザーバを含む。この装置は、複数の開口部を含むディスク部材を含むＬＣＭ試験セルを含む。ディスク部材は、掘削流体を用いて掘削される坑井が掘削される地下ゾーンにおける逸泥ゾーンを表す。ＬＣＭ試験セルは、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバに流体的に接続される。ＬＣＭ試験セルは、ＬＣＭリザーバから所定量のＬＣＭを流体的に受け取り、逸泥ゾーンを通る逸泥を減少させるＬＣＭの能力を評価するように構成される。
2020514755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逸泥防止剤（ＬＣＭ）試験装置であって：
坑井掘削流体を運ぶように構成された掘削流体リザーバと；
逸泥防止剤（ＬＣＭ）を運ぶように構成されたＬＣＭリザーバと；
スペーサ流体を運ぶように構成されたスペーサ流体リザーバと；
複数の開口部を備えるディスク部材を備えるＬＣＭ試験セルと；を備え、
前記ディスク部材は、前記坑井掘削流体を使用して坑井が掘削される地下ゾーン内の逸泥ゾーンを表し、前記ＬＣＭ試験セルは、前記掘削流体リザーバ、前記ＬＣＭリザーバ及び前記スペーサ流体リザーバに流体的に接続され、前記ＬＣＭ試験セルは、前記ＬＣＭリザーバから所定量のＬＣＭを流体的に受け取って、前記ＬＣＭが逸泥ゾーンを通る逸泥を減少させる能力を評価するように構成される、
ＬＣＭ試験装置。
【請求項２】
前記ＬＣＭ試験セルは前記ＬＣＭの封止効率を評価するように構成され、前記封止効率は、前記ディスク部材の前記複数の開口部を通る前記坑井掘削流体の流れを防止する前記ＬＣＭの能力である、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記掘削流体リザーバ、前記ＬＣＭリザーバ、前記スペーサ流体リザーバ及び前記ＬＣＭ試験セルのそれぞれが、窒素を受け取り、受け取った窒素をＬＣＭ試験セルに移送して、前記ＬＣＭが逸泥ゾーンを通る逸泥を減少させる能力を評価するための前記所定量のＬＣＭを備える前記掘削流体と前記スペーサ流体との混合物に圧力を加えるように構成された、窒素圧力入口を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ＬＣＭ試験セルに流体的に接続された第１の細長い管状部材と；
前記掘削流体リザーバ及び前記第１の細長い管状部材に流体的に接続された第２の細長い管状部材と；
前記ＬＣＭリザーバ及び前記第１の細長い管状部材に流体的に接続された第３の細長い管状部材と；
前記スペーサ流体リザーバ及び前記第１の細長い管状部材に流体的に接続された第４の細長い管状部材と；を備え、
少なくとも１つの前記坑井掘削流体、前記ＬＣＭ又は前記スペーサ流体を前記ＬＣＭ試験セルに流すように構成された流体移送ネットワークをさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の細長い管状部材を通る流路内の第１の弁と；
前記第２の細長い管状部材を通る流路内の第２の弁と；
前記第３の細長い管状部材を通る流路内の第３の弁と；
前記第４の細長い管状部材を通る流路内の第４の弁と；を備え、
少なくとも１つの前記坑井掘削流体、前記ＬＣＭ又は前記スペーサ流体を前記ＬＣＭ試験セルに選択的に流すように構成された弁ネットワークをさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記掘削流体リザーバ、前記ＬＣＭリザーバ及び前記スペーサ流体リザーバを支持する第１のベース部材と；
前記ＬＣＭ試験セルを支持する第２のベース部材であって、前記第１のベース部材及び前記第２のベース部材が配置される床に対して前記第１のベース部材よりも垂直方向下方に配置される、前記第２のベース部材と；をさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ＬＣＭ試験セルは：
前記第１の細長い管状部材に流体的に接続された入口と；
出口であって、 前記入口と前記出口との間の前記ＬＣＭ試験セルの領域が流体流路を画定し、前記ディスク部材は前記入口から前記出口に流れる流体が前記ディスク部材を通って少なくとも部分的に流れるように前記流路内に配置される、前記出口と；を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ＬＣＭ試験セルは、１３．７９０ＭＰａまで加圧されるように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記掘削流体リザーバ、前記スペーサ流体リザーバ及び前記ＬＣＭリザーバの各々は、３．４４７ＭＰａまで加圧されるように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の開口部を含む前記ディスク部材は、第１の複数の開口部を含む第１のディスク部材であり、前記第１の複数の開口部の各々は、実質的に４０ｍｍまでのサイズである、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
各々がそれぞれ複数の開口部を含む複数のディスク部材であって、前記複数のディスク部材は、第１のディスク部材を備えると共に、第２の複数の開口部を含む第２のディスク部材をさらに備え、前記第２の複数の開口部は、実質的に５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲のサイズである、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
逸泥防止剤（ＬＣＭ）を評価する方法であって：
掘削流体リザーバ内に掘削流体を貯留するステップと；
ＬＣＭリザーバにＬＣＭを貯留するステップと；
スペーサ流体をスペーサ流体リザーバに貯留するステップと；
前記掘削流体リザーバ、前記ＬＣＭリザーバ及び前記スペーサ流体リザーバに流体的に接続されたＬＣＭ試験セルにＬＣＭ試験材料を流すステップであって、前記ＬＣＭ試験材料は、前記ＬＣＭリザーバからの所定量のＬＣＭを備える、ステップと；
前記ＬＣＭ試験材料を複数の開口部を備えるディスク部材を通って流れるように加圧するステップであって、前記ディスク部材は前記ＬＣＭ試験セル内に配置され、前記ディスク部材は前記坑井掘削流体を使用して坑井が掘削される地下ゾーンにおける逸泥ゾーンを表す、ステップと；
前記ディスク部材を通る前記ＬＣＭ試験材料の少なくとも一部の流れに基づいて、前記逸泥ゾーンを通る逸泥を減少させるＬＣＭの能力を評価するステップと；を備える、
ＬＣＭを評価する方法。
【請求項１３】
前記ＬＣＭ試験材料を前記複数の開口部を備える前記ディスク部材を通って流れるように加圧するステップは：
前記ＬＣＭ試験セルへの入口と前記ＬＣＭ試験セルへの出口との間で前記ディスク部材を前記ＬＣＭ試験セルに封止するステップと；
特定の期間内に前記入口から前記ディスク部材を通って前記出口へ流れる前記ＬＣＭ試験材料の量を測定するステップと；を備える、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＬＣＭ試験材料を加圧するステップは、前記ＬＣＭ試験セルを加圧して前記ＬＣＭ試験材料を前記ディスク部材に向かって流すために窒素圧力を印加するステップを備える、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＬＣＭの能力を評価するステップは、前記ＬＣＭの封止効率を特定するステップを備え、前記封止効率は前記ディスク部材の前記複数の開口部を通る前記坑井掘削流体の流れを防止する前記ＬＣＭの能力である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＬＣＭ試験材料を前記ＬＣＭ試験セルに流すステップは：
前記掘削流体リザーバ、前記ＬＣＭリザーバ及び前記スペーサ流体リザーバを前記第１のベース部材上に位置決めするステップと；
前記第１のベース部材と第２のベース部材とが配置されている床に対して、前記第１のベース部材よりも垂直方向下方に配置された前記第２のベース部材上に前記ＬＣＭ試験セルを位置決めするステップであって、前記ＬＣＭ試験材料は重力下で前記ＬＣＭ試験セルに流れる、ステップと；を備える、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記掘削流体リザーバ、前記スペーサ流体リザーバ及び前記ＬＣＭリザーバを流体的に接続する流体移送ネットワークと、前記掘削流体、前記スペーサ流体及び前記ＬＣＭの前記ＬＣＭ試験セルへの流れを制御する弁ネットワークとを使用して、前記ＬＣＭ試験セルに流される前記掘削流体の第１の量、前記スペーサ流体の第２の量又は前記ＬＣＭの第３の量を選択的に制御するステップをさらに備える、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＬＣＭ試験材料は、実質的に１３．７９０ＭＰａの圧力で前記ディスク部材を通って流れるように加圧される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＬＣＭ試験材料は、実質的に３．４４７ＭＰａの圧力で前記ＬＣＭ試験セルに流される、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２０１７年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／４７２，３５３号及び２０１８年１月２５日に出願された米国特許出願第１５／８７９，７８３号に対する優先権の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は試験装置、例えば坑井の地層への流体の流れを試験する装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
坑井掘削において、掘削流体（又は掘削泥水）は、坑井の表面からドリルストリングを通って下孔（ｄｏｗｎｈｏｌｅ）に循環される。流体はドリルビットのポート（又はジェット）を通って吐出し、切削片を拾い上げ、この切削片を掘削孔の内壁とドリルストリングの外壁との間に形成された環状部（ａｎｎｕｌｕｓ）において運ぶ。流体及び切削片は、環状部を通って表面に流れ、そこで切削片は流体から分離される。流体は、上記プロセスを繰り返すために、化学的に処理され、ドリルストリングを通って坑井内にポンプにより送ることができる。
【０００４】
逸泥（ｌｏｓｔ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、ロストサーキュレーション、逸水）とは、地表に向かって環状部を上る掘削流体の流れが減少するか、又は完全になくなる状況のことである。例えば、掘削中に遭遇する地下ゾーンの一部が透水性、開口部、流路、割れ目、くぼみ及び／又は凹みを有し、掘削流体の全部又は一部がこれらの損失ゾーン内へ損失するために、逸泥が生じる。逸泥は、逸泥防止剤（ｌｏｓｓ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ、ＬＣＭ、ロストサーキュレーションマテリアル、逸水防止剤）を坑井内に導入することによって打ち消すことができる。ＬＣＭは、地下ゾーンの一部の透過性又は流体流動能力を全体的に又は部分的に低下させ、その部分への掘削流体の損失を最小限に抑える又は防止する。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書では、ＬＣＭ性能評価に関する技術について説示する。本明細書はまた、ＬＣＭの性能を試験及び評価するための試験装置について説示する。
【０００６】
ここで説示される主題のいくつかの態様は、ＬＣＭ試験装置として実施することができる。この装置は、掘削流体を運ぶことができる掘削流体リザーバを含む。この装置は、ＬＣＭを運ぶことができるＬＣＭリザーバを含む。この装置は、スペーサ流体を運ぶことができるスペーサ流体リザーバを含む。この装置は、漏出（浸出）、中程度及び重度といった様々な性質の損失ゾーンをシミュレートするために、様々なサイズの複数の開口部を含む様々なディスク部材を含むＬＣＭ試験セルを含む。ディスク部材は、掘削流体を用いて掘削される坑井が掘削される地下ゾーンにおける逸泥ゾーンを表す。ＬＣＭ試験セルは、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバに流体的に接続される。ＬＣＭ試験セルはＬＣＭリザーバからある量のＬＣＭを流体的に受け取り、逸泥ゾーンを通過する逸泥を停止又は減少させるＬＣＭの能力を評価するように構成される。
【０００７】
この態様及び他の態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。この装置は、４つの細長い管状部材を含むことができる流体移送ネットワークを含むことができる。第１の細長い管状部材は、ＬＣＭ試験セルに流体的に連結され得る。第２の細長い管状部材は、掘削流体リザーバ及び第１の細長い管状部材に流体的に連結され得る。第３の細長い管状部材は、掘削流体リザーバ及び第１の細長い管状部材に流体的に連結され得る。第４の細長い管状部材は、スペーサ流体リザーバ及び第１の細長い管状部材に流体的に連結され得る。流体移送ネットワークは、坑井掘削流体、ＬＣＭ、又はスペーサ流体のうちの少なくとも１つをＬＣＭ試験セルに流すことができる。
【０００８】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験セルは、ＬＣＭの封止効率を評価するように構成することができる。封止効率は、ＬＣＭがディスク部材の複数の開口部を通る坑井掘削流体の流れを防止する能力である。スペーサ流体は、場合によってはＬＣＭピル又は損失制御スラリーの掘削泥水との混合効果による坑井掘削流体の汚染を防止するために組み込まれる。
【０００９】
他の態様の有無にかかわらず、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ、スペーサ流体リザーバ及びＬＣＭ試験セルのそれぞれは、模擬的な（シミュレーションの）逸泥ゾーンを通過する逸泥を減少させるＬＣＭの能力を評価するために、掘削流体と所定量のＬＣＭを含むスペーサ流体との混合物に圧力を加えるため、窒素を受け取り、受け取った窒素をＬＣＭ試験セルに移送するように構成された各窒素圧入口を含むことができる。
【００１０】
他の態様の有無にかかわらず、装置は、４つの弁を含むことが可能な弁ネットワークを含むことができる。第１の弁は、第１の細長い管状部材を通る流路内にあってもよい。第２の弁は、第２の細長い管状部材を通る流路内にあってもよい。第３の弁は、第３の細長い管状部材を通る流路内にあってもよい。第４の弁は、第４の細長い管状部材を通る流路内にあってもよい。弁ネットワークは、坑井掘削流体、ＬＣＭ、又はスペーサ流体のうちの少なくとも１つをＬＣＭ試験セルに選択的に流すことができる。
【００１１】
他の態様の有無にかかわらず、この装置は、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバを支持する第１のベース部材と、ＬＣＭ試験セルを支持する第２のベース部材とを含むことができる。第２のベース部材は、第１のベース部材及び第２のベース部材が配置される床に対して第１のベース部材よりも垂直方向に低く配置するとよく、この床は第１のベース部材及び第２のベース部材の下にある。
【００１２】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験セルは、第１の細長い管状部材に流体的に接続された入口と、出口とを含むことができる。入口と出口との間のＬＣＭ試験セル領域は、流体流路を画定することができる。ディスク部材は入口から出口へ流れる流体がディスク部材を通って少なくとも部分的に流れるように、流路内に配置することができる。
【００１３】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験セルは２０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（１３．７９０ＭＰａ）まで加圧することができる。
【００１４】
他の態様の有無にかかわらず、掘削流体リザーバ、スペーサ流体リザーバ及びＬＣＭリザーバのそれぞれは、５００ｐｓｉ（３．４４７ＭＰａ）まで加圧することができる。
【００１５】
他の態様の有無にかかわらず、複数の開口を含むディスク部材は様々なサイズの複数の開口を含む第１のディスク部材とすることができ、当該様々なサイズは、実質的に４０ミリメートル（ｍｍ）以下である。
【００１６】
他の態様の有無にかかわらず、この装置は、各々が複数の開口部を含む複数のディスク部材を含むことができる。複数のディスク部材のうちの第２のディスク部材は、実質的に５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲の大きさの開口部を含むことができる。
【００１７】
ここで説示される主題のいくつかの態様は、ＬＣＭを評価する方法として実施することができる。坑井掘削流体は、掘削流体リザーバ内に貯留される。ＬＣＭはＬＣＭリザーバに貯留される。スペーサ流体は、スペーサ流体リザーバ内に貯留される。ＬＣＭ試験材料は、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバに流体的に接続されたＬＣＭ試験セルに流される。ＬＣＭ試験材料は、ＬＣＭリザーバからの所定量のＬＣＭを含む。ＬＣＭ試験材料は、複数の開口部を含むディスク部材を通って流れるように加圧される。ディスク部材は、ＬＣＭ試験セル内に配置され、坑井掘削流体を使用して坑井が掘削される地下ゾーン内の逸泥ゾーンを表す。逸泥ゾーンを通過する逸泥を減少させるＬＣＭの能力は、ディスク部材を通るＬＣＭ試験材料の少なくとも一部の流れに基づいて評価される。
【００１８】
この態様及び他の態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。複数の開口部を含むディスク部材を通って流れるようにＬＣＭ試験材料を加圧するために、ＬＣＭ試験セルへの入口とＬＣＭ試験セルへの出口との間で、ディスク部材をＬＣＭ試験セル内に設置することができる。所定の期間内に入口からディスク部材を通って出口へ流れるＬＣＭ試験材料の量を測定することができる。
【００１９】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験セル内の模擬的な損失としてのディスク部材に向かってＬＣＭ試験材料を流すために、ＬＣＭ試験セルを加圧可能な窒素圧力を加えることでＬＣＭ試験材料を加圧する。
【００２０】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭの能力を評価するために、ＬＣＭの封止（シール）効率を特定することができる。封止効率は、ＬＣＭがディスク部材の複数の開口を通る坑井掘削流体の混合物の流れを防止する能力である。スペーサ流体は、時には、界面におけるＬＣＭスラリーと坑井流体との混合作用による坑井流体の汚染を防止するために使用される。
【００２１】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験材料をＬＣＭ試験セルに流すために、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバを、第１のベース部材上に配置することができる。ＬＣＭ試験セルは、第１のベース部材及び第２のベース部材が配置される床に対して第１のベース部材よりも垂直方向下方に配置された第２のベース部材上に配置することができ、床は第１のベース部材及び第２のベース部材の下方にある。ＬＣＭ試験材料は、ＬＣＭスラリーが重力の作用下で流動することができない場合、重力下または印加圧力の作用下でＬＣＭ試験セルに流れる。
【００２２】
他の態様の有無にかかわらず、第１の量の掘削流体、第２の量のスペーサ流体、又はＬＣＭ試験セルに流される第３の量のＬＣＭは、掘削流体リザーバ、スペーサ流体リザーバ及びＬＣＭリザーバを流体的に接続する流体移送ネットワークと、掘削流体、スペーサ流体及びＬＣＭのＬＣＭ試験セルへの流れを制御する弁ネットワークとを使用して制御することができる。
【００２３】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験材料を実質的に２０００ｐｓｉ（１３．７９０ＭＰａ）の圧力に加圧することができる。
【００２４】
他の態様の有無にかかわらず、ＬＣＭ試験材料は、実質的に５００ｐｓｉ（３．４４７ＭＰａ）の圧力でＬＣＭ試験セルに流すことができる。
【００２５】
本明細書で説明される主題の１つまたは複数の実施の詳細は、添付の図面及び後の説明に記載される。主題の他の特徴、態様及び利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、ＬＣＭ試験装置の一例を示す概略図である。
【００２７】
【図２】図２Ａ乃至図２Ｄは、各々が複数の開口を有するディスク部材の概略図である。
【００２８】
【図３Ａ】図３Ａは、ＬＣＭ試験装置の別の例を示す概略図である。
【００２９】
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに例示されるＬＣＭ試験装置の概略図である。
【００３０】
【図４】図４は、図３Ａ及び図３Ｂに例示されるＬＣＭ試験装置を使用してＬＣＭを評価するためのプロセスの一例を示すフローチャートである。
【００３１】
様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
逸泥は、掘削の非生産的な時間の一因となる。掘削中の逸泥は、漏出（低損失）から中程度又は重度の損失までの範囲であり得る。掘削中に、高い透水性、スーパーｋ、破砕、渦状又は海綿状の地層に遭遇すると、坑井内に泥柱が急速に落下し大量の掘削泥水が地層中に失われることがある。泥柱の落下はパイプの詰まり、坑井の不安定性、坑井の枝掘り（サイドトラッキング）や廃棄につながるキック又はブローアウト（暴墳）等の掘削問題を引き起こす可能性がある。逸泥事象によって引き起こされる問題と共に逸泥に対処することは高価であり得（例えば、年間数百万ドルの範囲）、費用の一部は漏出、中程度または重度の損失ゾーンを処置するための種々のＬＣＭの調達に向けられる。
【００３３】
ＬＣＭは、逸泥に対抗するように特に設計される。ＬＣＭの設計及び開発は、実験室で行われた孔閉塞試験を用いた性能評価を含む。孔閉塞試験は漏出（すなわち、低損失）から中程度の損失について、材料を評価するために使用することができる。孔閉塞試験では、異なるサイズ（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、又は異なるサイズ）の開口部（例えば、スロット）を有するディスクを使用して、ＬＣＭと掘削流体との混合物をディスクに流すことにより、所定の温度及び圧力条件下でＬＣＭを評価する。開口部の大きさは、地下ゾーンの逸泥ゾーンの破損の大きさに対応する。前述のサイズのディスクを使用する孔閉塞試験は、しばしば過酷な損失ゾーンのために設計されたＬＣＭを評価するには不十分であるが、これは過酷な損失ゾーンの開口部のサイズが、漏出又は中程度タイプのゾーンの開口部のサイズよりも大きく、前述のディスクを無効又は不適切にするからである。
【００３４】
本開示はＬＣＭ性能評価のための、例えば、過酷な損失ゾーンでの使用のために設計されたＬＣＭのための、試験装置の設計、開発及び使用方法を記載する。評価することができるＬＣＭの種類には、例えば、微粒子型ＬＣＭ、フレーク型ＬＣＭ、繊維状ＬＣＭ、微粒子状、フレーク状及び繊維状ＬＣＭの様々な組み合わせ、２成分系、高速スクイーズ（圧搾）型ＬＣＭ、成形ＬＣＭ等が含まれ得る。評価されたＬＣＭは任意のタイプの逸泥アプリケーション、例えば、深刻な又は全逸泥において使用され得る。後述するように、試験装置は複数の構成要素、例えば、試験セル、泥水リザーバ、スペーサ又は活性剤リザーバ及びＬＣＭリザーバを含む。これらの構成要素は様々な固定具、例えば、ボール弁、リリーフ弁、接続パイプ、圧力入口、流体出口、スロット及び（断面が非円形又は円形の）開口部又は穴を有するディスク及び関連する構成要素を使用し、体系立てられた方法で設計及び組み立てられ、様々な損失ゾーンをシミュレートする。試験セルはいくつかのディスクのうちの１つ又は複数、例えば、損失ゾーンを表す開口部を有する金属ディスクを保持するように構成される。一般に、ディスクは後述するリザーバ内の圧力に耐性があり、またディスクを通って流れる流体に化学的に耐性がある材料で形成することができる。開口部は破損した損失ゾーンを表すスロット（例えば、サイズが４０ｍｍ以下）であってもよく、又は、不規則な損失ゾーンを表す円形の穴であってもよい。いくつかの実施では、スロットは円形の穴であってもよい。あるいは、又はそれに加えて、スロットは非円形であってもよい。円形開口の直径又は同じディスク上の非円形スロットの幅は、同じであっても異なっていてもよい。
【００３５】
後述するように、試験装置は作業圧力閾値以下（例えば、２０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（１３．７９０ＭＰａ）以下）で様々なＬＣＭ製品を試験するために使用することができる。それぞれに掘削流体、スペーサ及びＬＣＭスラリーを含むリザーバチャンバのそれぞれは、ある流体圧力（例えば、５００ｐｓｉ（３．４４７ＭＰａ）以下）でそれぞれの流体を試験セルに流すことができる流体ラインを使用して、試験セルに個別に接続される。所望の材料（例えば、ＬＣＭスラリー及び掘削流体又はスペーサの少なくとも１つ）を流した後は、試験セルを密封し、リザーバを閉じることができる。次いで、試験セルは作業圧力閾値以下の作業圧力を適用することによって、所定の期間（例えば、３０分又はこれと同程度の期間）にわたって加圧され得る。この圧力により、試験セル内の材料は、試験セル内のディスクを通って試験セルの出口に向かって流れる。ＬＣＭの性能を評価するために、試験期間内に試験セルから流出する材料の量が収集される。試験が完了した後、試験セルの圧力を解放し、残った材料を除去し、試験装置を洗浄して、次の試験の準備をする。
【００３６】
本明細書に開示される主題の実施は、小空洞（ｖｕｇ）又は大きな破損（又はその両方）を有する逸泥ゾーンにおいて適用可能な、極端な掘削条件でＬＣＭを評価するための試験装置を構築することを可能にできる。実施はまた、ＬＣＭをテストすることを可能にできる。実施はまた、重度の損失ゾーン、中程度の損失ゾーン、又は漏出ゾーンにおける逸泥を防止又は最小限に抑えるためにＬＣＭの適合性を特定することを許容できる。
【００３７】
図１は、ＬＣＭ試験装置１００の一例を示す概略図である。装置１００は、小空洞又は大きな破損（又はその両方）を有する逸泥ゾーンにおける極端な掘削条件での適用のためのＬＣＭの有効性を評価するために実施することができる。例えば、１０ｍｍを超える破損又は１０ｍｍを超える直径の小空洞を有するゾーンは、深刻な逸泥をもたらし得る。装置１００は、坑井掘削流体を運ぶことができる掘削流体リザーバ１０２と、スペーサ流体を運ぶことができるスペーサ流体リザーバ１０４と、逸泥防止剤（ＬＣＭ、具体的には評価されるＬＣＭ）を運ぶことができるＬＣＭリザーバ１０６と、ＬＣＭ試験セル１０８とを含む。ＬＣＭ試験セル１０８は、複数の開口部を有するディスク部材２００（図２Ａ）を含む。
【００３８】
図２Ａ乃至図２Ｄは、各々が複数の開口を有するディスク部材の概略図である。図２Ａは厚さＴ１（例えば２ｍｍ〜５ｍｍ、例えば約３ｍｍ）を有するディスク部材２００を示す。ディスク部材２００は円周方向のシール溝２０４ａ、例えば、Ｏリング又は同様のシールを保持するための溝を含む。図２Ｂは、Ｔ１の厚さよりも大きい厚さＴ２を有するディスク部材２０２を示す。例えば、厚さＴ２は、例えば１５ｍｍ〜５０ｍｍ（例えば、約２０ｍｍ又は約４０ｍｍ）の範囲とすることができる。このようなディスクは、互いに軸方向に分離された２つの円周方向シール溝２０４ｂ及び２０４ｃを有することができる。図２Ｃは、円形開口を示す概略図である。各開口は、ディスク部材の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面まで延在する貫通孔である。図２Ｄは、非円形開口を示す概略図である。図２Ｃ及び図２Ｄに示される端面上の開口部（円形または非円形）の配置は一例である。他の配置も可能である。例えば、開口部は対称的に形成される必要はない。非円形開口部は、異なる方向に向けることができる。（ディスク部材２００のような）ディスク部材は、複数の開口部と共に、坑井掘削流体を使用して坑井が掘削される地下ゾーンにおける逸泥ゾーンを表す（逸泥ゾーンの代りをする）。
【００３９】
各リザーバは、それぞれの流体を運ぶことができる開放容積を有する。例えば、掘削流体リザーバ１０２はＬＣＭリザーバ１０６と比較してより大きな流体搬送容積を有することができ、これは、スペーサ流体リザーバ１０４と比較してもより大きな流体搬送容積を有することができる。ＬＣＭ試験セルはまた、ＬＣＭ試験材料を運ぶことができる開放容積を有することができる。ＬＣＭ試験材料は、所定量のＬＣＭと、所定量の掘削流体又はスペーサ流体のいずれか又はその両方を含む。異なる流体運搬体積は、数百ミリリットル（ｍＬ）〜数リットル（Ｌ）の範囲であり得る。いくつかの実施では、各リザーバ及びＬＣＭ試験セルが実質的に円筒形の流体搬送容積を有することができる。実質的に円筒形の容積は、製造公差以内で円筒形状である構造又は表面によって囲まれた容積である。他の断面も可能である。
【００４０】
各リザーバ及びＬＣＭ試験セルは圧力に耐えることができる材料（例えば、５００ｐｓｉ（３．４４７ＭＰａ）より大きく、３０００ｐｓｉ（２０．６８４ＭＰａ）まで）で構成することができる。例えば、材料はステンレス鋼とすることができる。一般に、ＬＣＭ試験セルは、セルを通って流れる流体に対して化学的に耐性がある材料から構築され得る。例えば、ＬＣＭ試験セル材料は、セルを通って流れる流体の腐食作用に耐えることができる。
【００４１】
ＬＣＭ試験セル１０８は、流体移送ネットワーク及び弁ネットワークを使用して、掘削流体リザーバ１０２、スペーサ流体リザーバ１０４及びＬＣＭリザーバ１０６に流体的に接続される。流体移送ネットワークは、ＬＣＭ試験セル１０８に流体的に連結された第１の細長い管状部材１１０ａを含む。弁ネットワークは、第１の細長い管状部材１１０ａを通る流路内に第１の弁１１２ａを含む。流体移送ネットワークの第２の細長い管状部材１１０ｂは、掘削流体リザーバ１０２を第１の細長い管状部材１１０ｂに流体的に結合する。第２の細長い管状部材１１０ｂの流路内の弁ネットワークの第２の弁１１２ｂは、掘削流体リザーバ１０２から第２の細長い管状部材１１０ｂと、さらに第１の細長い管状部材１１０ａとを通り、ＬＣＭ試験セル１０８へ流れる、掘削流体の流れを制御する。流体移送ネットワークの第３の細長い管状部材１１０ｃは、スペーサ流体リザーバ１０４を第１の細長い管状部材１１０ａに流体的に結合する。第３の細長い管状部材１１０ｃの流路内の弁ネットワークの第３の弁１１２ｃは、スペーサ流体リザーバ１０４から第３の細長い管状部材１１０ｃと、さらに第１の細長い管状部材１１０ａとを通り、ＬＣＭ試験セル１０８へ流れる、スペーサ流体の流れを制御する。流体移送ネットワークの第４の細長い管状部材１１０ｄは、ＬＣＭリザーバ１０６を第１の細長い管状部材１１０ｃに流体的に結合する。第４の細長い管状部材１１０ｄの流路内の弁ネットワークの第４の弁１１２ｄは、ＬＣＭリザーバ１０６から第４の細長い管状部材１１０ｄを通り、さらに第１の細長い管状部材１１０ａへのＬＣＭの流れを制御する。
【００４２】
いくつかの実施では、装置１００が掘削流体リザーバ１０２、ＬＣＭリザーバ１０６及びスペーサ流体リザーバ１０４を支持する第１のベース部材１１４を含む。例えば、第１のベース部材１１４は、３つのリザーバが互いに隣接して配置される実質的に水平なボード又はプレートであり得る。実質的に水平なボード又はプレートは床に対して水平であり、製造公差以内の表面を有するボード又はプレートである。装置１００はまた、ＬＣＭ試験セル１０８を支持する第２のベース部材１１６を含む。例えば、第２のベース部材１１６は、第１のベース部材１１４及び第２のベース部材１１６が配置される床１１８に対して、第１のベース部材１１４よりも垂直方向下方に配置された、実質的に水平なボード又はプレートであり得る。この配置は、重力を使用することでポンプを必要とせずにＬＣＭ試験セル１０８への流体移送を可能にする。あるいは、ポンプを使用して、ＬＣＭ試験セル１０８を通って流体を流すために圧力を加えることができる。そのような実施では、第１のベース部材１１４及び第２のベース部材１１６を床１１８から実質的に同じ高さに配置することができ、又は第１のベース部材１１４が第２のベース部材１１６よりも床１１８に近い配置とすることができる。実質的に同じ高さとは、第１のベース部材１１４の床１１８からの距離と第２のベース部材１１６の床１１８からの距離との差が５％以下のずれの範囲内であることを意味する。
【００４３】
例えば、第１のベース部材１１４は、掘削流体リザーバ１０２、スペーサ流体リザーバ１０４及びＬＣＭリザーバ１０６が通るそれぞれの開口部を含むことができる。リザーバはリザーバへの入口が上向きに（すなわち、床１１８から離れて）面し、出口が下向きに（すなわち、床１１８に向かって）面するように、それぞれの開口部内に垂直に配置することができる。第２、第３及び第４の細長い管状部材（それぞれ１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄ）の端部は、それぞれ掘削泥水リザーバ１０２、スペーサ流体リザーバ１０４及びＬＣＭリザーバ１０６の下向き出口に接続する。第２、第３及び第４の細長い管状部材（それぞれ１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄ）の反対側の端部は、実質的に水平である第１の細長い管状部材１１０ａの円周面に接続する。第１の細長い管状部材１１０ａの一方の軸方向端部は、ＬＣＭ試験セル１０８への入口に接続する。第１の細長い管状部材１１０ａの他方の軸方向端部は、蓋をすることができる。あるいは、第２、第３、又は第４の細長い部材のうちの１つ（例えば、第２の細長い管状部材１１０ｂ）は、第１の細長い管状部材１１０ａの円周面に代えて他方の軸方向端部に接続することができる。
【００４４】
第２のベース部材１１６はまた、ＬＣＭ試験セル１０８が通る開口部を含むことができる。ＬＣＭ試験セル１０８は、ＬＣＭ試験セル１０８への出口が下向きに（すなわち、床１１８に向かって）面するように、第２のベース部材１１６の開口部内に垂直に配置することができる。ＬＣＭ試験セル１０８への入口は、ＬＣＭ試験セル１０８の円周面上に形成することができる。代替的に、入口はＬＣＭ試験セル１０８の軸方向端面上に形成することができ、入口は垂直方向上方に（すなわち、床１１８から離れて）面する。そのような実施では、第１の細長い管状部材１１０ａは、この部材１１０ａの実質的に水平なセクションをＬＣＭ試験セル１０８の上向きの入口に接続するための垂直セクションを含むことができる。
【００４５】
前述したように、リザーバ及び試験セル、並びに細長い管状部材の配置は、試験されるＬＣＭがＬＣＭ試験セル１０８内に形成されるように、リザーバから試験セルへ成分を順番に流すことを可能にできる。この配置はまた、酸をリザーバのうちの１つから（または異なるリザーバ（図示せず）から）ＬＣＭ試験セル１０８に流して、ＬＣＭ試験セル１０８中のＬＣＭが溶解され得るかどうかを特定することを可能にする。この配置はさらに、ＬＣＭ試験に対するスペーサ流体の効果を特定し、汚染物質に対するＬＣＭの耐性を研究するために、ＬＣＭ試験セル１０８に汚染物質を送り込むことを可能にする。
【００４６】
ディスク部材２００は、ＬＣＭ試験セル１０８に連結することができ、例えば、下方からＬＣＭ試験セル１０８に挿入され留めることができる。このようにして、入口と出口との間のＬＣＭ試験セル１０８の領域は、流体流路を形成する。ディスク部材２００は流路内に配置されているので、ＬＣＭ試験セル１０８に流入したＬＣＭ試験材料の少なくとも一部は、入口からディスク部材２００の複数の開口部を通って出口に向かって流れる。流体移送ネットワークは、ＬＣＭ試験セル１０８の出口に取り付けられた第５の細長い管状部材１１０ｅと、第５の細長い管状部材１１０ｄを通る流路内の第５の弁１１２ｅとを含む。ディスク部材２００の複数の開口部を通ってＬＣＭ試験セル１０８の出口から流出するＬＣＭ試験材料の部分は第５の細長い管状部材１１０ｅを通って流れることができ、第５の弁１１２ｅを開くことによって収集することができる。
【００４７】
図３Ａは、別の例示的なＬＣＭ試験装置３００の概略図である。図３Ｂは、図３Ａの例示的なＬＣＭ試験装置３００の概略図である。特に、図３Ｂは、ＬＣＭ試験装置３００の弁ネットワークに含まれるキャップ、ニードル弁及び安全弁を示す。ＬＣＭ試験装置３００は、前述したＬＣＭ試験装置１００と実質的に同様である。ＬＣＭ試験装置３００の構成を表１に示す。
【表１】
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【００４８】
ＬＣＭは、種々のスロット付き及び小空洞付き金属ディスク（図３Ａ及び図３Ｂには不図示）を用いて、主試験セル４において評価される。例えば、ＬＣＭの封止効率を評価する。封止効率とは、ＬＣＭが掘削泥水として知られる坑井掘削流体がディスクの複数のスロットを通って流れるのを防止する能力である。スペーサ流体は、界面での掘削泥−ＬＣＭ汚染を防ぐために使用されることがある。閉塞（ｐｌｕｇｇｉｎｇ）効率及び封止（ｓｅａｌｉｎｇ）効率は、同一のパラメータを表すために使用される。主試験セル４は、ねじ込み式の上部キャップＣ１と下部キャップＣ１．１とを有する。圧力入口／出口ニードル弁ＮＶ１及び安全弁ＳＶ１は、上部キャップＣ１に固定される。ボール弁Ｖ２は、主試験セル４の出口である下部キャップＣ１．１に取り付けられている。ＬＣＭ試験装置３００は、３つのリザーバ、すなわちＬＣＭリザーバ７、スペーサ流体リザーバ１０及び泥リザーバ１３を含む。これらのリザーバはそれぞれ、ねじ込み式上部キャップ（Ｃ２、Ｃ３及びＣ４）と下部キャップ（Ｃ２．１、Ｃ３．１及びＣ４．１）とを有する。リザーバチャンバの上部キャップはそれぞれ、圧力入口／出口ニードル弁（ＮＶ２、ＮＶ３及びＮＶ４）及び安全弁（ＳＶ２、ＳＶ３及びＳＶ４）で固定される。リザーバチャンバの下部キャップは、結合部に接続されたそれぞれのボール弁（Ｖ３、Ｖ４及びＶ５）で固定される。３つのリザーバの結合部の他端は、Ｔ字管継手に接続され、このＴ字管継手はボール弁Ｖ１を介してパイプを主試験セル４に接続する。パイプの他端には弁が固定されている。アセンブリ全体はスタンド（例えば、金属スタンド）によって支持され、床に載置することができる。主試験セル１と３つのリザーバチャンバは、様々なボール弁を介して相互接続され、異なる部品を接続する結合部を取り外すことによって分離することができる。異なる構成要素を相互接続及び分離する能力は、試験装置の洗浄を容易にする。
【００４９】
作動中、流体をリザーバから主試験セル４に流入させるために、窒素が各圧力入口ニードル弁（ＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３及びＮＶ４）に流入する。窒素は、流体に下向きの圧力を加え、流体をスロット付きディスクに向かって押しやる。理想的なＬＣＭは、流体がディスクのスロットを通って流れることを許容しない。実際には、実質的に３０ミリリットル（ｍｌ）（約５ｍｌの増減がある）以下の排出量は、ＬＣＭの許容可能な封止効率を示す。場合によっては、掘削流体の損失が２０〜２５％減少することも、ＬＣＭにとって許容可能な封止効率を示す。いくつかの実施では、窒素圧力を、他のリザーバからの流体がセル４に流入した後に、主試験セル１４の圧力入口ニードル弁（ＮＶ４）に加えてもよい。
【００５０】
図４は、例示的なＬＣＭ試験装置３００を使用してＬＣＭを評価するための処理４００の一例を示すフローチャートである。この処理は、ＬＣＭ試験装置のオペレータが実施することができる。この方法は、実験室で、又は実験室条件下で実施することができる。試験を開始する前に、全ての弁を閉じることができ、全てのレギュレータを完全に回転させることができる。必要に応じて、すべてのシール（例えば、Ｏリング又は同様のシール）を点検し、交換することができる。グリース（例えば、シリコーングリース）の薄いコーティングを、シール及びセルキャップの周りに適用することができる。Ｏリングの凹部は清浄度についてチェックするとよく、Ｏリングは、ＬＣＭ試験セルの軸方向端部上のセル凹部の内側に挿入することができる。複数の開口部を有するディスク部材を選択し、例えば底部からＬＣＭ試験セルに挿入することができる。前述のように、多数の開口を有するディスク部材は、ＬＣＭ試験セルを使用してシミュレートされる逸泥ゾーンに基づいて選択することができる。例えば、過酷な損失ゾーンをシミュレートするために、複数の開口部が少なくとも４０ｍｍ（例えば、５０ｍｍ）の寸法を有するディスク部材を選択することができる。中程度又は漏出タイプの逸泥ゾーンをシミュレートするために、比較的小さい開口部を有するディスク部材を選択することができる。次に、ＬＣＭ試験セルの下部キャップをディスク部材に固定することができる。次いで、ＬＣＭ試験セルの上部キャップを試験セル本体に固定することができる。同様に、掘削流体リザーバ、ＬＣＭリザーバ及びスペーサ流体リザーバのそれぞれのキャップは、それぞれのリザーバに固定することができる。
【００５１】
その後、各リザーバの圧力安全弁のための事前設定を個別に開始することができる。それを行うために、リザーバに接続された全てのキャップ及び弁を完全に閉じることができる。所望の設定圧力をカバーするばねを選択、設置し、最大に調整することができる。例えば、第１のばねは、３５０ｐｓｉ〜７５０ｐｓｉ（２．４１３ＭＰａ〜５．１７１ＭＰａ）の圧力範囲で選択することができる。第２のばねは、１５００ｐｓｉ〜２２５０ｐｓｉ（１０．３４２ＭＰａ〜１５．５１３ＭＰａ）の圧力範囲で選択することができる。必要な圧力に達するまで、チャンバに圧力を加えることができる。入口弁は閉じることができる。安全弁は、チャンバ内の圧力が解放されるまで開くことができる。安全弁キャップの位置はロックすることができる。
【００５２】
４０２において、ＬＣＭはＬＣＭリザーバ内に貯留する（例えば、ＬＣＭリザーバ内に注入する）ことができる。ＬＣＭリザーバは、対応する上部キャップ及び下部キャップを使用して密封することができる。それを行うために、キャップＣ２を開き、ＬＣＭをＬＣＭリザーバ内の流体搬送容積内に設置することができる。次に、キャップＣ２を閉じることができる。４０４において、掘削流体は掘削流体リザーバ内に貯留する（例えば、注ぐ）ことができる。４０６において、スペーサ流体は、スペーサ流体リザーバ内に貯留することができる。それぞれの流体は、ステップ４０２と同様の手法を実施することによって、それぞれのリザーバに貯留することができる。
【００５３】
４０８において、ＬＣＭをＬＣＭ試験セルに流すことができる。いくつかの実施では、ＬＣＭ、掘削流体又はスペーサ流体のそれぞれの量を計量することができる。加えて、流体は所望の順番、例えば、ＬＣＭ、スペーサ流体、掘削流体の順番、又は類似する順番でＬＣＭ試験セルに流すことができる。ＬＣＭをＬＣＭ試験セルに流すために、圧力を、ＮＶ２を通してある持続時間（例えば、２分間または異なる持続時間）にわたって加えることができる。この持続時間の後、十分なＬＣＭがＬＣＭ試験セルに流された場合には、圧力の印加を停止することができ、キャップＣ１ならびに弁Ｖ１及びＶ３を閉じることができる。同様の手順を採用して、それぞれのキャップ及び弁を使用して掘削流体又はスペーサ流体（またはその両方）を流すことができる。
【００５４】
４１０において、ＬＣＭと掘削流体又はスペーサ流体のいずれか又はその両方とを含むＬＣＭ試験材料は、ＬＣＭ試験セル内に配置されたディスク部材を通って流れるように加圧され得る。それを行うために、例えば、弁Ｖ２を開くことができ、収集容器をＬＣＭ試験セルの出口に配置することができる。圧力は所望の試験圧力に到達するまで、ある増分（例えば、５０ｐｓｉ（０．３４５ＭＰａ）以上又はそれ以下の増分）で適用され得る。弁ＮＶ１を閉じることができ、ＬＣＭ試験セル内の圧力はある期間（例えば、３０分以上またはそれ以下の期間）にわたって乱されない。ＬＣＭ試験材料の大量で急速な排出がＬＣＭ試験セルの出口を通して観察される場合、圧力の印加を停止することができる。あるいは、出口を通して排出されたＬＣＭ試験材料の量を収集し、記録することができる。
【００５５】
４１２において、損失循環を減少させるＬＣＭの能力を、ディスク部材を通るＬＣＭ試験材料の流れに基づいて評価することができる。ＬＣＭセルの出口を通る流体排出がないか、または流体排出が最も少ないＬＣＭが、最も効果的なＬＣＭである。異なるＬＣＭサンプルは掘削流体中のＬＣＭの濃度、又は掘削流体とスペーサ流体との組み合わせを変化させる（例えば、増加させる）ことによって調製することができる。各ＬＣＭサンプルは、ＬＣＭ試験セルに適用される異なる圧力で評価することができる。各ＬＣＭサンプルはさらに、それぞれが異なるサイズの開口部を有する異なるスロット付きディスクを使用して評価することができる。ＬＣＭが２つの成分から作製される実験においては、ＬＣＭを形成するために使用される活性化剤の濃度を変えることができる。
【００５６】
試験後、ニードル弁ＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３及びＮＶ４からの全ての圧力ラインが切断される。セル内の圧力は、ニードル弁ＮＶ１、ＮＶ２、ＮＶ３及びＮＶ４を開くことによって解放される。ＬＣＭ試験セル内に圧力が閉じ込められた場合、圧力は、ニードル弁ＮＶ１を介して最初に解放される。不十分な圧力が解放される場合、安全弁ＳＶ１が圧力を減少させるために使用される。圧力をさらに解放するために、弁Ｖ１のための結合部は、捕捉された圧力が主試験セルから逃げることができるようにゆっくりと解放される。次の試験の前に、試験セル、セルキャップ及び全ての取付具を徹底的に洗浄することができる。全てのねじを洗浄し、あらゆる破片を除去することができる。全ての取付具は、例えば、空気を吹き付けることによって、さらに清浄にすることができる。全てのＯリングは、適正な嵌合及び寿命の増大を保証するために潤滑されることができる。ねじは、損傷又は摩耗について定期的に検査し、必要に応じて交換することができる。
【００５７】
本明細書に記載される技術を実施することによって、４０ｍｍより大きい（例えば、５０ｍｍまで）開口サイズを有する逸泥ゾーンにおけるＬＣＭの有効性を特定することができる。上に述べたように、主題の特定の実施を説明した。他の実施は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  ＬＣＭ試験装置
１０２  掘削流体リザーバ
１０４  スペーサ流体リザーバ
１０６  ＬＣＭリザーバ
１０８  ＬＣＭ試験セル
１１０ａ〜１１０ｅ  第１〜第５の細長い管状部材
１１２ａ〜１１２ｅ  第１〜第５の弁
１１４  第１のベース部材
１１６  第２のベース部材
１１８  床
２００、２０２  ディスク部材
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
2020514755.tif 000011
【国際調査報告】
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2020514755.tif 000013
2020514755.tif 000014