УЛУЧШЕННЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ ТЕКУЧИЕ СРЕДЫ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ И СПОСОБЫ, СВЯЗАННЫЕ С НИМИ
IMPROVED WATER-BASED INSULATING FLUID MEDIA AND METHODS ASSOCIATED THEREWITH

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к изолирующим текучим средам, более конкретно к изолирующим текучим средам на водной основе, которые имеют большую стабильность при высоких температурах, при низкой теплопроводности, которые могут применяться, например, в требующих изолирующих текучих сред трубопроводах и подземных сооружениях (например, изоляция трубопроводов добычи нефти).
Изолирующие текучие среды часто используются в подземных операциях, в которых текучую среду размещают в кольцевом пространстве между первой трубой и второй трубой или стенами ствола скважины. Изолирующая текучая среда действует так, чтобы изолировать первую текучую среду (например, углеводородную текучую среду), которая может быть расположена в пределах первой трубы, от среды, окружающей первую трубу или вторую трубу, чтобы дать возможность оптимальной добычи углеводородной текучей среды. Например, если окружающая среда является очень холодной, изолирующая текучая среда, как думают, защищает первую текучую среду в первой трубе от окружающей среды так, чтобы она могла эффективно течь через лифтовую колонну, например, первую трубу, в другую установку. Это желательно, потому что теплопередача может вызвать проблемы, такие как осаждение более тяжелых углеводородов, серьезное понижение объемной скорости потока, и в некоторых случаях, смятие обсадной колонны. Дополнительно, когда используется в приложениях уплотнителя, требуется заданное количество давления гидростатического напора. Таким образом, более высокая плотность изолирующих текучих сред часто используется по этой причине также, чтобы обеспечить необходимую гидростатическую силу.
Такие текучие среды также могут использоваться для подобных применений, включая трубопроводы, для подобных целей, например, чтобы защитить текучую среду, размещенную в пределах трубопровода от окружающих условий окружающей среды так, чтобы текучая среда могла эффективно течь через трубопровод. Изолирующая текучая среда может использоваться в других изолирующих применениях, в которых также желательно регулировать теплопередачу. Эти применения могут включать или не включать углеводороды.
Полезные изолирующие текучие среды предпочтительно имеют низкую присущую теплопроводность, а также должны оставаться гелированными, чтобы предотвратить, среди прочего, конвекционные токи, которые могли бы унести теплоту. Дополнительно, предпочтительные изолирующие текучие среды должны быть на водной основе и легкими в обращении и использовании. Кроме того, предпочтительные текучие среды должны выдерживать высокие температуры (например, температуры 115,56°С и выше (240°F или выше) в течение длительных промежутков времени для оптимальных рабочих характеристик.
Обычные изолирующие текучие среды на водной основе подвержены многим недостаткам. Во-первых, многие недостатки связаны с температурными ограничениями. Как правило, большинство изолирующих текучих сред на водной основе стабильны только до 115,56°С (240°F) в течение относительно коротких промежутков времени. Это может быть проблемой, потому что может привести к преждевременному разложению текучей среды, которое может быть причиной для текучей среды не выполнять требуемую функцию по изолированию первой текучей среды. Вторым общим ограничением многих обычных изолирующих текучих сред на водной основе является их интервал плотности. Как правило, эти текучие среды имеют верхний предел плотности 1,5 кг/л (12,5 фунтов на галлон). Часто, более высокие плотности желательны, чтобы поддержать адекватное давление для выбранного применения. Дополнительно, большинство изолирующих текучих сред на водной основе имеют избыточную теплопроводность, которая означает, что эти жидкости не столь эффективны при управлении проводящей теплопередачей. Кроме того, когда требуется загущенная текучая среда, чтобы устранить конвективные токи, часто при получении требуемой вязкости современных текучих сред на водной основе, текучие среды могут стать слишком густыми, чтобы быть способными перекачиваться. Некоторое количество текучих сред на водной основе также могут иметь различные устойчивости к соли, которые, возможно, не являются совместимыми с различными используемыми солевыми растворами, что ограничивает варианты операторов относительно того, какую жидкость использовать при определенных обстоятельствах.
В некоторых случаях изолирующие текучие среды могут быть на масляной основе. Определенные текучие среды на масляной основе могут иметь преимущество, потому что они могут иметь более низкую теплопроводность по сравнению с их водными двойниками. Однако много неудобств также связано с этими текучими средами. Во-первых, изолирующие текучие среды на масляной основе могут быть не способны к "увеличению плотности," что означает, что они могут быть не пригодны для получения необходимой плотности, требуемой для применения. Во-вторых, изолирующие текучие среды на масляной основе могут быть токсичными и представлять другие проблемы для окружающей среды, которыми нужно управлять, особенно когда такие текучие среды используются в подводных применениях. Дополнительно, могут быть граничные проблемы, если применяют водные растворы для завершения скважины. Другое осложнение, представленное при использовании изолирующих текучих сред на масляной основе, касается их совместимости с любыми эластомерными герметиками, которые могут присутствовать вдоль первой линии труб.
Другой способ, который может использоваться, чтобы изолировать первую трубу, включает применение вакуума для изоляции трубы. Однако этот способ также может иметь неудобства. Во-первых, когда вакуумная труба устанавливается в колонне завершения, секции вакуумных труб могут не действовать. Это может быть дорогостоящей задачей, включая большое время простоя. В серьезных случаях может разрушиться первая труба. Во-вторых, вакуумно-изолированная труба может быть очень дорогостоящей и трудной для размещения. Кроме того, во многих примерах теплопередача в соединениях или соединительных стыках в вакуумных трубах может быть проблематичной. Это может привести "к участкам повышенной коррозии" в трубе.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к изолирующим текучим средам и, более конкретно, к изолирующим текучим средам на водной основе, которые имеют более высокую стабильность при высоких температурах при более низкой теплопроводности, которые могут использоваться, например, в требующих изолирующей текучей среды трубопроводах и подземных применениях (например, трубопроводы добычи нефти).
В одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ, включающий: обеспечение кольцевого пространства между первой трубой и второй трубой; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ, включающий: обеспечение трубы, содержащей первую текучую среду, размещенной в пределах ствола скважины таким образом, что кольцевое пространство формируется между трубой и поверхностью ствола скважины; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает текучую среду на водной основе, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В другом аспекте настоящее изобретение представляет способ, включающий: обеспечение первой трубы, которая включает, по меньшей мере, часть трубопровода, который содержит первую текучую среду; обеспечение второй трубы, которая, в основном, окружает первую трубу, таким образом, создавая кольцевое пространство между первой трубой и второй трубой; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В другом аспекте настоящее изобретение предлагает изолирующую текучую среду на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ получения изолирующей текучей среды на водной основе, включающий: смешивание водной основы текучей среды с органической жидкостью, смешивающейся с водой, с образованием смеси; добавление, по меньшей мере, одного синтетического полимера к смеси; предоставление возможности полимеру гидратироваться; необязательное добавление сшивающего средства к смеси, включающей синтетический полимер, чтобы сшить синтетический полимер; размещение смеси, включающей синтетический полимер, в выбранном месте; предоставление возможности активировать смесь, включающую синтетический полимер, с образованием геля.
Особенности и преимущества настоящего изобретения будут легко видны специалистам в технологии. В то время как многочисленные изменения могут быть сделаны специалистами в технологии, такие изменения находятся в пределах сути изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти чертежи поясняют определенные аспекты некоторых вариантов настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.
Фиг.1 перечисляет материалы, используемые в составах, и их количества, как описано в секции Примеров.
Фиг.2 показывает данные по текучей среде, которую нагревали при 87,78°С (190°F) в течение 5000 минут, чтобы активировать сшивающий агент и обеспечить увеличение вязкости.
Описание предпочтительных вариантов
Настоящее изобретение относится к изолирующим текучим средам и, более конкретно, к изолирующим текучим средам на водной основе, которые имеют большую стабильность при высоких температурах при более низкой теплопроводности, которые могут применяться, например, в требующих изолирующей текучей среды трубопроводах и подземных применениях (например, чтобы изолировать трубопроводы добычи нефти). Изолирующие текучие среды на водной основе согласно настоящему изобретению могут использоваться в любом применении, требующем изолирующей текучей среды. Предпочтительно, они могут использоваться в трубопроводе и подземных применениях.
Улучшенные изолирующие текучие среды на водной основе и способы по настоящему изобретению имеют много потенциальных преимуществ. Одним из этих многих преимуществ является то, что текучие среды могут иметь повышенную термическую стабильность, которая дает возможность полезно использовать их во многих приложениях. Во-вторых, в некоторых вариантах изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению могут иметь более высокие плотности, чем обычные изолирующие текучие среды, и, следовательно, имеют явное преимущество в этом отношении. Дополнительно, изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению имеют относительно низкую теплопроводность, которая, как думают, особенно полезна в определенных применениях. В некоторых вариантах эти текучие среды, как полагают, являются очень долговременными. Кроме того, в некоторых вариантах текучие среды по настоящему изобретению предлагают вниманию вязкие изолирующие текучие среды на водной основе с широким интервалом плотности, пониженной теплопроводностью и устойчивыми свойствами геля при температурах, превышающих таковые современные промышленные стандарты. Другое потенциальное преимущество состоит в том, что эти текучие среды могут предотвращать образование гидратов в пределах самих изолирующих текучих сред или изолируемых текучих сред. Другие преимущества и цели изобретения могут быть очевидными для специалиста в технологии с выгодой от этого раскрытия.
В определенных вариантах изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению включают водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер. В некоторых случаях, полимер может быть сшит при использовании или добавлении к текучей среде соответствующего сшивающего средства. Таким образом, термин "полимер", как используется здесь, относится к олигомерам, сополимерам, терполимерам и т.п., которые могут или не могут быть сшиты. Необязательно, изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению могут включать другие добавки, такие как ингибиторы коррозии, модификаторы pH, биоциды, стеклянную дробь, полые сферы (например, полые микросферы), модификаторы реологии, буферные добавки, ингибиторы гидратообразования, разрушители эмульсии, индикаторы, дополнительные утяжелители, загустители, поверхностно-активные вещества, и комбинации любых из них. Другие добавки могут быть соответствующими, а также и полезными в соединении с изолирующими текучими средами на водной основе по настоящему изобретению, как может быть признано специалистом в технологии, с пользой от этого раскрытия.
2
2
2
Водные основы текучей среды, которые могут использоваться в изолирующих текучих средах на водной основе по настоящему изобретению, включают любую водную текучую среду, пригодную для использования в изолировании, подземном применении или в трубопроводах. В некоторых случаях солевые растворы могут быть предпочтительны, например, когда нужна относительно более плотная изолирующая текучая среда (например, с плотностью 1,26 кг/л (10,5 фунтов на галлон), или больше). Подходящие солевые растворы включают, но не ограничиваются ими: NaCl, NaBr, KCl, CaCl, CaBr, ZrBr, карбонат натрия, формиат натрия, формиат калия, формиат цезия, и комбинации и производные этих солевых растворов. Другие могут соответствовать также. Определенные солевые растворы могут определяться желательной плотностью конечной изолирующей текучей среды на водной основе или совместимостью с другими текучими средами солевых растворов для завершения скважины, которые могут присутствовать. Более плотные солевые растворы могут быть полезными в некоторых случаях. Плотность, которая является пригодной для применения как результат, должна использоваться, как признано специалистом в технологии, с пользой для этого раскрытия. Решая, сколько водной текучей среды включать, общим указанием, которому следуют, является то, что водный компонент текучей среды должен включать балансовое количество высокотемпературной изолирующей текучей среды на водной основе после рассмотрения количеств других компонентов, присутствующих там.
Органические жидкости, смешивающиеся с водой, которые могут быть включены в изолирующую текучую среду на водной основе по настоящему изобретению, включают водорастворимые материалы, смешивающиеся с водой и имеющие относительно низкую теплопроводность (например, приблизительно половину теплопроводности воды или меньше). "Смешивающиеся с водой" означает, что приблизительно 5 граммов или больше органической текучей среды будет диспергироваться в 100 граммах воды. Соответствующие органические жидкости включают, но не ограничиваются ими, сложные эфиры, амины, спирты, многоатомные спирты, гликолевые эфиры, или их комбинации и производные. Примеры соответствующих сложных эфиров включают низкомолекулярные сложные эфиры; определенные примеры включают, но не ограничиваются ими, метилформиат, метилацетат и этилацетат. Комбинации и производные являются также пригодными. Примеры соответствующих аминов включают низкомолекулярные амины; определенные примеры включают, но не ограничиваются ими, диэтиламин, 2-аминоэтанол и 2-(диметиламино)этанол. Комбинации и производные являются также пригодными. Примеры соответствующих спиртов включают метанол, этанол, пропанол, изопропанол и т. д. Комбинации и производные являются также пригодными. Примеры гликолевых эфиров включают бутиловый эфир этиленгликоля, метиловый эфир диэтиленгликоля, метиловый эфир дипропиленгликоля, метиловый эфир трипропиленгликоля и т. д. Комбинации и производные являются также пригодными. Из них многоатомные спирты обычно предпочтительны в большинстве случаев перед другими жидкостям, так как они обычно, как думают, показывают большую термическую и химическую стабильность, более высокие значения температуры вспышки и более благоприятны для эластомерных материалов.
Соответствующие многоатомные спирты являются алифатическими спиртами, содержащими две или больше гидроксильных группы. Предпочтительно, что многоатомный спирт, по меньшей мере, частично водорастворим. Примеры соответствующих многоатомных спиртов, которые могут использоваться в изолирующих текучих средах на водной основе по настоящему изобретению, включают, но не ограничиваются ими, водорастворимые диолы, такие как этиленгликоли, пропиленгликоли, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, диэтиленгликоли, триэтиленгликоли, дипропиленгликоли и трипропиленгликоли, комбинации этих гликолей, их производные и продукты реакции, которые образуются в реакции этиленоксида и пропиленоксида или полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля с основными соединениями с активным атомом водорода (например, полиспиртами, поликарбоновыми кислотами, полиаминами или полифенолами). Полигликоли этилена обычно, как думают, являются водорастворимыми при молекулярных весах, по меньшей мере, столь высоких как
20 000. Полигликоли пропилена, давая немного лучшую эффективность размола, чем этиленгликоли, как думают, являются водорастворимыми до молекулярного веса приблизительно 1000. Другие гликоли, возможно рассмотренные, включают неопентилгликоль, пентандиолы, бутандиолы и такие ненасыщенные диолы, как бутиндиолы и бутендиолы. В дополнение к диолам могут использоваться триол, глицерин и такие производные, как аддукты этиленоксида или пропиленоксида. Другие высшие многоатомные спирты могут включать пентаэритрит. Другой класс рассмотренных многоатомных спиртов является сахарными спиртами. Сахарные спирты получают восстановлением углеводов; и они отличаются значительно от вышеупомянутых многоатомных спиртов. Их комбинации и производные являются также пригодными.
Выбор многоатомного спирта, подлежащего использованию, в значительной степени зависит от желательной плотности текучей среды. Другие факторы, требующие рассмотрения, включают теплопроводность. Для текучих сред более высокой плотности (например, 1,26 кг/л (10,5 фунтов на галлон) или выше), многоатомный спирт более высокой плотности может быть предпочтителен, например, триэтиленгликоль или глицерин могут быть желательными в некоторых случаях. Для применений более низкой плотности могут использоваться этиленгликоль или пропиленгликоль. В некоторых случаях, больше соли может быть необходимо для адекватного добавления к текучей среде до желательной плотности. В определенных вариантах количеством многоатомного спирта, которое может использоваться, можно управлять пределом теплопроводности текучей среды и желательной плотностью текучей среды. Если пределом теплопроводности является 0,294 Вт/(м К) (0,17 BTU/hft°F (0,17 Британских единиц теплоты в час на фут-градус Фаренгейта)), то концентрация многоатомного спирта может быть от приблизительно 40% до приблизительно 99% высокотемпературной изолирующей текучей среды на водной основе по настоящему изобретению. Более предпочтительным интервалом мог бы быть от приблизительно 70% до приблизительно 99%.
Примеры синтетических полимеров, которые могут быть пригодными для использования в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются ими, полимеры акриловой кислоты, полимеры эфира акриловой кислоты, полимеры производного акриловой кислоты, гомополимеры акриловой кислоты, гомополимеры эфира акриловой кислоты (такие как поли(метилакрилат), поли(бутилакрилат) и поли(2-этилгексилакрилат), сополимеры эфира акриловой кислоты, полимеры производного метакриловой кислоты, гомополимеры метакриловой кислоты, гомополимеры эфира метакриловой кислоты (такие как поли(метилметакрилат), гомополимер полиакриламида, сополимеры н-винилпирролидона и полиакриламида, поли(бутилметакрилат) и поли(2-этилгексилметакрилат), н-винилпирролидон, полимеры акриламидометилпропансульфоната, полимеры производного акриламидометилпропансульфоната, сополимеры акриламидометилпропансульфоната и сополимеры акриловая кислота/акриламидометилпропансульфонат и их комбинации. Сополимеры и терполимеры могут быть также пригодны. Смеси любого из этих полимеров могут быть также пригодны. В предпочтительных вариантах полимер должен быть, по меньшей мере, частично растворимым в воде. Подходящие полимеры могут быть катионными, анионными, неионогенными или цвиттерионными. В определенных вариантах конструкции полимер должен включать от приблизительно 0,1% до приблизительно 15% объемного веса текучей среды, и более предпочтительно от приблизительно 0,5% до приблизительно 4%.
Чтобы получить желательные характеристики геля и термическую стабильность изолирующей текучей среды на водной основе по настоящему изобретению, полимер, включенный в текучую среду, может быть сшит соответствующим сшивающим агентом. В тех вариантах настоящего изобретения, в которых желательно сшить полимер, необязательно и предпочтительно, один или более сшивающих реагентов может быть добавлен к текучей среде, чтобы сшить полимер.
Одним типом подходящего сшивающего агента является комбинация фенольного компонента (или фенольного предшественника) и формальдегида (или предшественника формальдегида). Подходящие фенольные компоненты или фенольные предшественники включают, но не ограничиваются ими, фенолы, гидрохинон, салициловую кислоту, салициламид, аспирин, метил-п-гидроксибензоат, фенилацетат, фенилсалицилат, o-аминобензойную кислоту, п-аминобензойную кислоту, м-аминофенол, фурфуриловый спирт и бензойную кислоту. Соответствующие предшественники формальдегида могут включить, но не ограничиваются ими, гексаметилентетрамин, глиоксаль и 1,3,5-триоксан. Эта система сшивающего агента нуждается приблизительно в 121,11°С (250°F) для термической активации, чтобы сшить полимер. Другим типом соответствующего сшивающего реагента является полиалкилимин. Этот сшивающий реагент нуждается приблизительно в 32,22°С (90°F) для активации, чтобы сшить полимер. Этот сшивающий агент может использоваться один или в соединении с любыми другими сшивающими реагентами, обсужденными здесь.
Другой тип сшивающего агента, который может использоваться, включает нетоксичные органические сшивающие реагенты, которые свободны от металлических ионов. Примерами таких органических сшивающих реагентов являются полиалкиленимины (например, полиэтиленимин), полиалкиленполиамины и их смеси. Кроме того, водорастворимые полифункциональные алифатические амины, арилалкиламины и гетероарилалкиламины могут быть использованы.
Когда включены, соответствующие сшивающие агенты могут присутствовать в текучих средах по настоящему изобретению в количестве, достаточном, чтобы обеспечить, среди прочего, желательную степень сшивки. В определенных вариантах сшивающий реагент или средства могут присутствовать в текучих средах по настоящему изобретению в количестве в интервале от приблизительно 0,0005% до приблизительно 10% объемного веса текучей среды. В определенных вариантах сшивающий реагент может присутствовать в текучих средах по настоящему изобретению в количестве в интервале от приблизительно 0,001% до приблизительно 5% объемного веса текучей среды. Специалист в технологии, с пользой от этого раскрытия, будет знать соответствующее количество сшивающего реагента, чтобы включать в текучую среду по настоящему изобретению на основе, между прочим, температурных условий определенного применения, типе используемого полимера (полимеров), молекулярного веса полимера (полимеров), желательной степени густоты, и/или pH текучей среды.
Хотя любой подходящий способ получения изолирующей текучей среды по настоящему изобретению может использоваться, в некоторых вариантах, изолирующая текучая среда на водной основе по настоящему изобретению может быть составлена в условиях окружающей температуры и давления смешиванием воды и выбранной органической жидкости, смешивающейся с водой. Вода и органическая жидкость, смешивающаяся с водой, предпочтительно должны быть смешаны так, чтобы органическая жидкость, смешивающаяся с водой, растворилась в воде. Затем выбранный полимер может быть добавлен и смешан с водой и органической жидкостью, смешивающейся с водой, до тех пор, пока полимер не гидратируется. Если желательно, сшивающий реагент может быть добавлен. Если используется, он должен быть диспергирован в смеси. Сшивка, однако, обычно не должна иметь место до тепловой активации, которая предпочтительно, в подземных применениях, происходит в скважине; это может облегчить любые трудности перекачки, которые могли бы возникнуть в результате активации перед размещением. Активация приводит к текучей среде, образующей гель. Термин "гель", как используется здесь, и его производные относится к полутвердому, студенистому состоянию, допускаемому некоторыми коллоидными дисперсиями. Любые выбранные добавки могут быть добавлены в любое время до активации. Предпочтительно, любые добавки диспегируют в смеси. После активации гель должен оставаться на месте и быть прочным с незначительным синерезисом.
После гелирования, один способ удаления геля может включать разбавление или разрыв сшивок и/или структуры полимера в пределах геля, используя соответствующий метод и/или состав, чтобы позволить снижение или удаление геля. Другой метод мог бы включать физическое удаление геля, например, воздухом или жидкостью.
В некоторых вариантах изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению могут быть получены немедленно в месте расположения скважины или трубопровода. В других вариантах изолирующие текучие среды на водной основе по настоящему изобретению могут быть получены вне площадки и транспортированы к месту использования. При транспортировке текучих сред нужно помнить о температуре активации текучей среды.
В одном варианте настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий: обеспечение первой трубы; обеспечение второй трубы, которая, в основном, окружает первую трубу, таким образом, создавая кольцевое пространство между первой трубой и второй трубой; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, многоатомный спирт, и полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве. Трубы могут иметь любую форму, соответствующую выбранному применению. В некоторых случаях, вторая труба не может быть той же самой длины, как первая труба. В некоторых случаях, труба может включать часть большой аппаратуры. В некоторых случаях, изолирующая текучая среда на водной основе может быть в контакте со всей первой трубой от конца до конца, но в других ситуациях, изолирующая текучая среда может быть размещена только в части кольцевого пространства и, таким образом, контактирует только с участком первой трубы. В некоторых случаях, первая труба может быть лифтовой колонной, расположенной в пределах ствола скважины. Лифтовая колонна может быть расположена на некотором расстоянии от берега. В других случаях лифтовая колонна может быть расположена в холодном климате. В других случаях первая труба может быть трубопроводом, способным к транспортировке текучей среды от одного места до второго места.
В одном варианте настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий: обеспечение первой трубы; обеспечение второй трубы, которая, в основном, окружает первую трубу, таким образом, создавая кольцевое пространство между первой трубой и второй трубой; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, который включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В одном варианте настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий: обеспечение трубы, содержащей первую текучую среду, расположенную в пределах ствола скважины таким образом, что кольцевое пространство образуется между трубой и поверхностью ствола скважины; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В одном варианте настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий: обеспечение первой трубы, которая включает, по меньшей мере, часть трубопровода, который содержит первую текучую среду; обеспечение второй трубы, которая, в основном, окружает первую трубу, таким образом, создавая кольцевое пространство между первой трубой и второй трубой; обеспечение изолирующей текучей среды на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер; и размещение изолирующей текучей среды на водной основе в кольцевом пространстве.
В одном варианте настоящее изобретение обеспечивает изолирующую текучую среду на водной основе, которая включает водную основу текучей среды, органическую жидкость, смешивающуюся с водой, и синтетический полимер.
В другом варианте настоящее изобретение обеспечивает способ образования изолирующей текучей среды на водной основе, включающий: смешивание водной основы текучей среды и органической жидкости, смешивающейся с водой, с получением смеси; добавление, по меньшей мере, одного синтетического полимера к смеси; предоставление возможности полимеру гидратироваться; необязательное добавление сшивающего реагента к смеси, включающей синтетический полимер, чтобы сшить синтетический полимер; размещение смеси, включающей синтетический полимер в выбранном месте; размещение смеси, включающей синтетический полимер в выбранном месте; предоставление возможности активировать смесь, содержащую синтетический полимер, с образованием геля.
Чтобы облегчить лучшее понимание настоящего изобретения, приведены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов. Никоим образом не должны следующие примеры считаться ограничивающими или определяющими весь объем изобретения.
Примеры
Мы изучали состав и испытывали различные комбинации неорганических, органических, глинистых и полимерных материалов для использования в качестве загущающих/гелирующих средств в текучих средах на водной основе для изолирующих текучих сред. Мы проводили ряд тестов, в которых оценивали и сравнивали растворимость, теплопроводность, термостабильность, pH, гелеобразующие свойства, реологические свойства и токсичность различных текучих сред. Возможно наиболее важно, что интервалы термостабильности от 2,78°С (37°F) до 137,78°С (280°F) и выше были оценены. Эти тесты проводились за короткие и длительные периоды времени. Фиг. 1 перечисляет материалы, используемые в составах, и тестированные количества. Это никоим образом не должно быть истолковано как исчерпывающий пример в отношении изобретения или как определение изобретения в любом случае.
Тепловая стойкость и статическое старение
: Все составы текучих сред были статически состарены при температурах приблизительно 137,78°С (280°F) или больше в течение двух месяцев. Составы и свойства испытанных текучих сред показаны в Таблицах 1 и 2 ниже. Как оказалось, большинство текучих сред оставалось неповрежденными сшитыми системами, показывая увеличение вязкости, и что, как оказалось, было поведением полного гелирования. Мы полагаем, что эти системы, как оказалось, показали более желательные свойства стабильности, чем другие текучие среды, которые включали многочисленные биополимеры (например, смолы ксантан, веллан и диутан), и неорганические глины, и обычно разрушались после 3 дней при 121,11°С (250°F). Кроме того, что касается термостабильности этих испытанных составов, меньше 1% синерезиса наблюдалось для любых образцов.
В дополнение к статическим испытаниям Образец 4 оценивали, используя высокотемпературный вискозиметр, чтобы исследовать тепловую активацию сшивающих реагентов (Фиг. 2). Текучую среду подвергали низкой скорости сдвига при 87,78°С (190°F), с измерениями вязкости, показывающими увеличение со временем, чтобы достигнуть максимального регистрируемого уровня за приблизительно 5000 минут.
Таблица 1Составы изолирующих полимерных текучих сред (ИПТС) и свойства перед статическим старением
Составы
Образец
1
2
3
4
Плотность, фунт/галлон
8,5
10,5
12,3
11,3
Вода, об.%
20
10
-
1
Глицерин, об.%
-
90
78,5
90
ПГ (пропиленгликоль), об.%
80
-
-
-
Солевой раствор, об.%
-
-
21,5
9
Полимер А, вес.%
1
1
1
-
Полимер В, вес.%
-
-
-
1,25
Альдегид, части на миллион
5000
5000
5000
-
ГХ (гидрохинон), части на миллион
5000
5000
5000
-
ПЭИ (полиэтиленимин), вес.%
-
-
-
2
Свойства
300 об/мин<sup>1</sup>
280
285
270
82
Усилие сдвига, фунт/100 кв. футов
13,4
20,65
20,65
>13,4
Теплопроводность<sup>2</sup>, БТЕ/кв. фут и градус температурной разницы по Фаренгейту в час
0,141
0,172
0,154
0,158
1) Измерения получали по показаниям вискозиметра Fann 35, температура образца 48,89°С (120°F).2) Измерения получали на анализаторе термических свойств KD2 Pro.
Таблица 2Составы изолирующих полимерных текучих сред (ИПТС) и свойства после статического старения в течение 60 дней при 137,78°С (280°F)
Составы
Образец
1
2
3
4
Плотность, фунт/галлон
8,5
10,5
12,3
11,3
Вода, об.%
20
10
-
1
Глицерин, об.%
-
90
78,5
90
ПГ (пропиленгликоль), об.%
80
-
-
-
Солевой раствор, об.%
-
-
21,5
9
Полимер А, вес.%
1
1
1
-
Полимер В, вес.%
-
-
-
1,25
Альдегид, части на миллион
5000
5000
5000
-
ГХ (гидрохинон), части на миллион
5000
5000
5000
-
ПЭИ (полиэтиленимин), вес.%
-
-
-
2
Свойства
300 об/мин<sup>3</sup>
max
max
max
max
Усилие сдвига, фунт/100 кв. футов
>50
>50
>50
>50
Теплопроводность, БТЕ/кв. фут и градус температурной разницы по Фаренгейту в час
0,141
0,172
0,154
0,158
3) Гелированный флюид, измерения вне шкалы.
Измерения теплопроводности
: значение низкой теплопроводности (K) является важным аспектом успеха изолирующей жидкости. Для эффективного понижения теплопередачи пакерные текучие среды на водной основе в интервале плотности 1,02-1,476 кг/л (8,5-12,3 фунтов на галлон), как ожидают, покажут значения для K=0,519-0,346 Вт/(м К) (0,3-0,2 BTU/hft°F (Британских единиц теплоты в час на фут-градус Фаренгейта)) и предпочтительно имели бы более низкие значения. Из различных составов, перечисленных выше, используя эти плотности составов текучих сред 1,02-1,728 кг/л, видно, что все имеют теплопроводность меньше 0,346 Вт/(м К) (0,2 BTU/hft°F (Британских единиц теплоты в час на фут-градус Фаренгейта)), как показано в Таблицах 1 и 2.
Поэтому, настоящее изобретение хорошо адаптировано, чтобы достигать упомянутых целей и преимуществ, также как целей и преимуществ, которые являются присущими здесь. Определенные варианты, раскрытые выше, только иллюстративны, поскольку настоящее изобретение может быть изменено и осуществлено различным, но эквивалентным образом, очевидным для специалистов в технологии, имеющих пользу от раскрытого здесь. Кроме того, никакие ограничения не имеются в виду для деталей конструкции или проекта, показанного здесь, кроме тех, которые описаны в пунктах формулы изобретения ниже. Поэтому очевидно, что определенные иллюстративные варианты, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие изменения рассматривают в пределах объема и сущности настоящего изобретения. В частности каждый интервал значений (формы, "от приблизительно а до b," или, эквивалентно, "от приблизительно а до b," или, эквивалентно, "от приблизительно a-b"), раскрытый здесь, должен быть понят как относящийся к показательному множеству (набор всех подмножеств) соответствующего интервала значений и объясняет каждый интервал, заключенный в пределах более широкого интервала значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое очевидное, обыкновенное значение, если иначе явно и ясно не определено владельцем патента.