УЛУЧШЕННЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ ЖИДКОСТИ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ СПОСОБЫ
IMPROVED WATER-BASED INSULATING LIQUIDS AND RELATING METHODS

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящее изобретение является частичным продолжением патентной заявки США № 11/685909 под названием «Улучшенные изолирующие жидкости на водной основе и связанные с ними способы», направленной на рассмотрение 14 марта 2007 г., которая включена посредством ссылки во всей ее полноте и от которой заявлен приоритет в соответствии с 35 U.S.C. § 120.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к изолирующим жидкостям и, более конкретно, к изолирующим жидкостям на водной основе, которые обладают большей стабильностью при высоких температурах с более низкой удельной теплопроводностью и которые могут быть использованы, например, в вариантах применения, требующих изолирующей жидкости, таких как нефтепроводы и подземные разработки (например, чтобы изолировать нефтедобывающие трубопроводы).
Изолирующие жидкости часто используют в подземных работах, где жидкость размещают в кольцевом канале между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой или стволом скважины. Изолирующая жидкость действует так, чтобы изолировать первую текучую среду (например, углеводородный флюид), которая может быть расположена внутри первой насосно-компрессорной трубы, от среды, окружающей первую насосно-компрессорную трубу, или второй насосно-компрессорной трубы, чтобы иметь возможность оптимизировать извлечение углеводородного флюида. Например, если окружающая среда является очень холодной, изолирующая жидкость, как полагают, защищает первую текучую среду в первой насосно-компрессорной трубе от окружающей среды так, что она может эффективно протекать через насосно-компрессорную колонну, например первую насосно-компрессорную трубу, к другому техническому оборудованию. Это желательно, так как теплопередача может вызывать проблемы, такие как осаждение более тяжелых углеводородов, сильное снижение расхода и в некоторых случаях разрушение обсадной колонны. Кроме того, при использовании в закладочной машине необходим требуемый гидростатический напор. Следовательно, по этой причине часто используют более плотные изолирующие жидкости, а также, чтобы обеспечить необходимую гидростатическую силу.
Такие жидкости также могут быть использованы в случае аналогичных вариантов применения, включающих трубопроводы для аналогичных целей, например, чтобы защитить текучую среду, находящуюся в трубопроводе, от условий окружающей среды так, чтобы текучая среда могла эффективно протекать через трубопровод. Изолирующие жидкости могут быть использованы в других вариантах применения для изоляции, а также там, где желательно контролировать теплопередачу. Такие варианты применения могут включать или не включать углеводороды.
Полезные изолирующие жидкости предпочтительно имеют низкую собственную удельную теплопроводность, а также должны оставаться гелеобразными, чтобы предупреждать, в числе прочего, конвекционные токи, которые могли бы отводить тепло. Кроме того, предпочтительные изолирующие жидкости должны быть на водной основе и должны быть удобны при работе с ними и при их применении. Более того, предпочтительные жидкости должны переносить сверхвысокие температуры (например, температуры 400°F (204,4°С) и выше) в течение длительного периода времени для оптимизации эксплуатационных характеристик.
Обычные изолирующие жидкости на водной основе имеют много недостатков. Во-первых, многие из них имеют сопутствующие температурные ограничения. Как правило, большинство изолирующих жидкостей на водной основе стабильно только до 240°F (115,6°С) в течение относительно короткого периода времени. Это может создавать проблемы, так как может приводить к преждевременному разрушению жидкости, результатом чего может быть невыполнение жидкостью своих требуемых функций, связанных с изолированием первой текучей среды. Вторым общим ограничением многих обычных изолирующих жидкостей на водной основе является интервал их плотности. Как правило, такие жидкости имеют верхний предел плотности 12,5 фунт/галл (1,5 кг/л). Часто желательны более высокие плотности, чтобы поддерживать адекватное давление для выбранного варианта применения. Кроме того, большинство изолирующих жидкостей на водной основе имеет чрезмерные удельные теплопроводности, что означает, что такие жидкости не являются действенными или эффективными при контролировании токопроводящего теплопереноса. Более того, когда требуется загущенная жидкость, чтобы исключить конвекционные токи, часто при получении требуемой вязкости в современных жидкостях на водной основе жидкость может становиться слишком густой, чтобы ее можно было подавать насосом на место. Некоторые жидкости на водной основе также могут иметь разную устойчивость к солям, что может быть несовместимо с различными используемыми рассолами и что ограничивает возможности оператора использовать жидкости в некоторых ситуациях.
В некоторых случаях изолирующие жидкости могут быть на масляной основе. Некоторые жидкости на масляной основе могут обеспечивать преимущество, так как могут иметь более низкую удельную теплопроводность по сравнению с их водными двойниками. Однако с такими жидкостями также связано много недостатков. Во-первых, изолирующие жидкости на масляной основе может быть трудно «утяжелять», то есть может быть затруднительным получить необходимую плотность, требуемую для данного варианта применения. Во-вторых, жидкости на масляной основе могут ставить вопросы токсичности и другие экологические вопросы, которые должны быть решены, особенно, когда такие жидкости используют под водой. Кроме того, могут иметь место вопросы межфазной границы, если используют водные растворы для заканчивания скважины. Другое осложнение, возникающее при использовании изолирующих жидкостей на масляной основе, связано с их совместимостью с эластомерными уплотнителями, которые могут присутствовать по линии первой насосно-компрессорной трубы.
Другой способ, который может быть использован, чтобы изолировать первую насосно-компрессорную трубу, включает использование вакуумной изолированной трубы. Однако этот способ также имеет недостатки. Во-первых, когда вакуумная насосно-компрессорная труба установлена на завершающей колонне, участки вакуумной трубы могут выходить из строя. Это может быть дорогостоящей проблемой, включающей длительный простой. В некоторых случаях первая насосно-компрессорная труба может разрушиться. Во-вторых, вакуумную изолированную трубу может быть дорого и трудно устанавливать на месте. Более того, во многих случаях теплопередача на стыках или соединительных швах в вакуумных насосно-компрессорных трубах может быть проблематичной. Это может привести к «горячим пятнам» в трубах.
Суть изобретения
Настоящее изобретение относится к изолирующим жидкостям и, более конкретно, к изолирующим жидкостям на водной основе, которые обладают большей стабильностью при высоких температурах с более низкой удельной теплопроводностью и которые могут быть использованы, например, в вариантах применения, требующих изолирующей жидкости, таких как нефтепроводы и подземные разработки (например, чтобы изолировать нефтедобывающие трубопроводы).
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание кольцевого канала между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание насосно-компрессорной трубы, содержащей первую текучую среду, расположенную в стволе скважины так, что между насосно-компрессорной трубой и поверхностью ствола скважины образуется кольцевой канал; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание первой насосно-компрессорной трубы, которая включает, по меньшей мере, часть трубопровода, который содержит первую текучую среду; создание второй насосно-компрессорной трубы, которая по существу окружает первую насосно-компрессорную трубу, в результате чего образуется кольцевой канал между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает изолирующую жидкость на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ приготовления изолирующей жидкости на водной основе, включающий: смешение жидкости водной основы и смешивающейся с водой органической жидкости с образованием смеси; добавление к смеси, по меньшей мере, одного слоистого силиката; предоставление возможности для гидратации силиката; размещение смеси, содержащей слоистый силикат в выбранном месте; предоставление возможности смеси, содержащей слоистый силикат, активироваться с образованием в ней геля. В некоторых вариантах осуществления к смеси может быть добавлен полимер и полимеру дают возможность гидратироваться. Необязательно к смеси, содержащей полимер, может быть добавлен сшивающий агент, чтобы сшить полимер.
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут легко очевидны специалистам в данной области техники. Хотя специалистом в данной области техники могут быть осуществлены многочисленные изменения, такие изменения находятся в рамках сути настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Приведенные чертежи иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения и не должны быть использованы для ограничения или определения границ изобретения.
На Фиг.1 перечислены используемые материалы и их количества в рецептурах, которые описаны в примере 1 в разделе примеров.
Фиг.2 иллюстрирует данные для жидкости, которую нагревали приблизительно до 190°F (87,8°С) в течение 5000 минут, чтобы активировать сшивающий агент и обеспечить повышение вязкости.
На Фиг.3 перечислены материалы и их приблизительные количества, используемые в рецептурах, которые описаны в примере 2 в разделе примеров.
2
Фиг.4 иллюстрирует данные для жидкости которую нагревали приблизительно от 100 до 600°F (37,8-315,6°С) в течение 45000 секунд приблизительно при 10000 фунт/кв.дюйм (703 кг/см).
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение относится к изолирующим жидкостям и, более конкретно, к изолирующим жидкостям на водной основе, которые имеют более высокую стабильность при высоких температурах с более низкой удельной теплопроводностью и которые могут быть использованы, например, в вариантах применения, требующих изолирующей жидкости, таких как нефтепроводы и подземные разработки (например, чтобы изолировать нефтедобывающие трубопроводы). Изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения могут быть использованы при любых вариантах применения, требующих изолирующей жидкости. Предпочтительно они могут быть использованы в нефтепроводах и подземных разработках.
Улучшенные изолирующие жидкости на водной основе и способы настоящего изобретения предоставляют много потенциальных преимуществ, из которых только некоторые упоминаются в описании. Одно из таких преимуществ состоит в том, что жидкости могут иметь повышенную термическую стабильность, что дает возможность использовать их с положительным результатом во многих вариантах применения. Во-вторых, в некоторых вариантах осуществления изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения могут иметь более высокие плотности, чем обычные изолирующие жидкости на водной основе, и, следовательно, дают ощутимое преимущество в этой связи. Кроме того, изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения имеют относительно низкую удельную теплопроводность, что, как полагают, является особенно полезным в определенных вариантах применения. В некоторых вариантах осуществления такие жидкости, как полагают, являются весьма надежными. Более того, в некоторых вариантах осуществления жидкости настоящего изобретения позволяют получать вязкие изолирующие жидкости на водной основе с широким интервалом плотности жидкости, пониженной удельной теплопроводностью и со свойствами стабильного геля при температурах, превышающих современные промышленные стандарты (например, даже при температурах приблизительно 600°F (315,6°С) или выше в зависимости от включенной органической жидкости). Другое потенциальное преимущество состоит в том, что такие жидкости могут предупреждать образование гидратов в самих изолирующих жидкостях или в жидкостях, которые изолируют. Другие преимущества и объекты настоящего изобретения могут быть очевидны для специалиста в данной области техники с учетом положительного эффекта настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения содержат жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат. В некоторых вариантах осуществления изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения содержат жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость, слоистый силикат и необязательно синтетический полимер. В некоторых случаях полимер может быть сшит за счет использования или добавления к жидкости соответствующего сшивающего агента. Таким образом, определение «полимер», используемое в данном случае, относится к олигомерам, сополимерам, терполимерам и т.д., которые могут быть сшиты или могут быть несшитыми. Необязательно изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения могут включать другие добавки, такие как ингибиторы коррозии, рН-модификаторы, биоциды, стеклянные бусинки, полые сферы (например, полые микросферы), модификаторы реологии, буферы, ингибиторы образования гидратов, разрушители, трассеры, дополнительные утяжеляющие агенты, загустители, поверхностно-активные вещества и комбинации любых из них. Другие добавки также могут быть приемлемы и успешно использованы в сочетании с изолирующими жидкостями на водной основе настоящего изобретения, что может быть понятно для специалиста в данной области техники с учетом положительного эффекта настоящего изобретения.
2
2
2
Жидкости водной основы, которые могут быть использованы в изолирующих жидкостях на водной основе настоящего изобретения, представляют собой любую водную жидкость, приемлемую для использования при изолировании, в подземных разработках или в нефтепроводах. В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы рассолы, например, когда желательна относительно плотная изолирующая жидкость на водной основе (например, плотность 10,5 фунт/галл (1,26 кг/л) или выше); однако можно наблюдать, что жидкости настоящего изобретения могут быть менее устойчивы к более высоким концентрациям солей, чем другие жидкости, такие как жидкости, которые включают полимер, как это описано в данном случае, а не слоистый силикат, который описан в данном изобретении. Подходящими рассолами являются, но не ограничиваются ими: NaCl, NaBr, KCl, CaCl, CaBr, ZrBr, карбонат натрия, формиат натрия, формиат калия, формиат цезия и комбинации и производные таких рассолов. Другие рассолы также могут быть приемлемы. Конкретный используемый рассол может быть продиктован рекомендуемой плотностью конечной изолирующей жидкости на водной основе или совместимостью с рассолами других заканчивающих жидкостей, которые могут присутствовать. Плотные рассолы могут быть полезны в некоторых вариантах осуществления. Следует использовать плотность, которая приемлема для рассматриваемого применения, как это понятно специалисту в данной области техники с учетом положительного эффекта настоящего изобретения. При решении, как много водной жидкости включить, общее руководство, которому необходимо следовать, состоит в том, что компонент водной жидкости должен отвечать балансу высокотемпературной изолирующей жидкости на водной основе после учета количества других компонентов, присутствующих в ней.
Смешивающиеся с водой органические жидкости, которые могут быть включены в изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения, представляют собой смешивающиеся с водой материалы, имеющие относительно низкую удельную теплопроводность (например, приблизительно половину от удельной теплопроводности воды или менее). Под определением «смешивающаяся с водой» понимают, что приблизительно 5 граммов или более органической жидкости будет диспергироваться в 100 граммах воды. Подходящими смешивающимися с водой органическими жидкостями являются, но не ограничиваются ими, сложные эфиры, амины, спирты, полиолы, простые гликолевые эфиры, их комбинации и производные. Примерами подходящих сложных эфиров являются низкомолекулярные сложные эфиры; конкретными примерами являются, но не ограничиваются ими, метилформиат, метилацетат и этилацетат. Комбинации и производные также приемлемы. Примерами подходящих аминов являются низкомолекулярные амины; конкретными примерами являются, но не ограничиваются ими, диэтиламин, 2-аминоэтанол и 2-(диметиламино)этанол. Комбинации и производные также приемлемы. Примерами подходящих спиртов являются метанол, этанол, пропанол, изопропанол и т.д. Комбинации и производные также приемлемы. Примерами простых гликолевых эфиров являются бутиловый эфир этиленгликоля, метиловый эфир диэтиленгликоля, метиловый эфир дипропиленгликоля, метиловый эфир трипропиленгликоля и т.д. Комбинации и производные также приемлемы. Из них полиолы являются особенно предпочтительными в большинстве случаев в сравнении с другими жидкостями, так как они обычно, как считают, проявляют более высокую термическую и химическую стабильность, более высокие значения точки воспламенения и менее описаны для эластомерных материалов.
Подходящими полиолами являются алифатические спирты, содержащие две или несколько гидроксильных групп. Предпочтительно, чтобы полиол, по меньшей мере, частично смешивался с водой. Примерами подходящих полиолов, которые могут быть использованы в изолирующих жидкостях на водной основе настоящего изобретения являются, но не ограничиваются ими, растворимые в воде диолы, такие как этиленгликоли, пропиленгликоли, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, диэтиленгликоли, триэтиленгликоли, дипропиленгликоли и трипропиленгликоли, комбинации таких гликолей, их производные и реакционные продукты, образованные по реакции этилен- и пропиленоксида или полиэтиленгликолей и полипропиленгликолей с основными соединениями с активным атомом водорода (например, полиспиртами, поликарбоновыми кислотами, полиаминами или полифенолами). Полигликоли этилена обычно, как полагают, смешиваются с водой при молекулярных массах, по меньшей мере, до 20000. Полигликоли пропилена, хотя и дают немного более хорошую эффективность распределения, чем этиленгликоли, как считают, смешиваются с водой только до молекулярных масс приблизительно 1000. Другие возможные гликоли представляют собой неопентилгликоль, пентадиолы, бутандиолы и такие ненасыщенные диолы, как бутиндиолы и бутендиолы. Помимо диолов можно использовать триолы, глицерин и такие производные, как аддукты этилен- или пропиленоксида. Другие более высокие полиолы могут представлять собой пентаэритрит. Другой класс подразумеваемых полигидроксиспиртов составляют сахарные спирты. Сахарные спирты получают восстановлением карбогидратов и сильно отличаются от упомянутых выше полиолов. Их комбинации и производные также приемлемы.
Выбор полиола, который должен использоваться, в большей степени зависит от рекомендуемой плотности жидкости. Другие факторы для рассмотрения включают удельную теплопроводность. Для более плотных жидкостей (например, 10,5 фунт/галл (1,26 кг/л) или выше) могут быть предпочтительны полиолы с более высокой плотностью, например, в некоторых случаях может быть желательно использование триэтиленгликоля или глицерина. Для вариантов применения с более низкой плотностью могут быть использованы этилен- или пропиленгликоль. В некоторых случаях может быть необходимо больше соли, чтобы соответствующим образом утяжелить жидкость до рекомендуемой плотности. В некоторых вариантах осуществления количество полиола, которое должно быть использовано, может быть обусловлено максимальной величиной удельной теплопроводности жидкости и рекомендуемой плотностью жидкости. Если максимальная величина удельной теплопроводности жидкости составляет 0,17 ВТЕ/фут·°F·час (0,25 ккал/м·°С·час), то концентрация полиола может составлять приблизительно от 40 до 99% из расчета на высокотемпературную изолирующую жидкость на водной основе настоящего изобретения. Более предпочтительный интервал может составлять приблизительно от 70 до 99%.
TM
Примеры слоистых силикатов, которые могут быть приемлемы в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются ими, смектит, вермикулит, набухаемую фторслюду, монтмориллонит, бейделит, гекторит и сапонит. Высокотемпературный, электролитически стабильный, синтетический гекторит может быть особенно полезен в некоторых вариантах осуществления. Примером синтетической гекторитной глины для применения в соответствии с настоящим изобретением является «LAPONITE RD», коммерчески доступный продукт Laporte Absorbents Company of Cheshire, United Kindom. Смеси любых из таких силикатов также могут быть приемлемы. В предпочтительных вариантах осуществления силикат может быть, по меньшей мере, частично растворим в воде. В некоторых вариантах осуществления слоистый силикат может представлять собой природный слоистый силикат или синтетический слоистый силикат. В некоторых вариантах осуществления силикат должен составлять приблизительно от 0,1 до 15 мас.% из расчета на объем жидкости, и более предпочтительно приблизительно от 0,5 до 4 мас.% из расчета на объем жидкости.
Включение синтетического полимера может быть полезным, в числе прочего, для получения жидкостей, которые проявляют характеристики гелеобразования. Примерами синтетических полимеров, которые необязательно могут быть приемлемы для применения в настоящем изобретении, являются, но не ограничиваются ими, полимеры акриловой кислоты, полимеры эфиров акриловой кислоты, полимеры производных акриловой кислоты, гомополимеры акриловой кислоты, гомополимеры сложных эфиров акриловой кислоты (такие как поли(метилакрилат), поли(бутилакрилат) и поли(2-этилгексилакрилат)), сополимеры эфиров акриловой кислоты, полимеры производных метакриловой кислоты, гомополимеры метакриловой кислоты, гомополимеры эфиров метакриловой кислоты (такие как поли(метилметакрилат), полиакриламидный гомополимер, сополимеры N-винилпирролидона и полиакриламида, поли(бутилметакрилат) и поли(2-этилгексилметакрилат)), N-винилпирролидон, акриламидо-метил-пропан-сульфонатные полимеры, полимеры производных акриламидо-метил-пропансульфоната, акриламидо-метил-пропансульфонатные сополимеры, сополимеры акриловая кислота/акриламидо-метил-пропансульфонат и их комбинации. Сополимеры и терполимеры также могут быть приемлемы. Смеси любых из этих полимеров также могут быть приемлемы. В предпочтительных вариантах осуществления полимер должен быть, по меньшей мере, частично растворим в воде. Подходящие полимеры могут быть катионными, анионными, неионными или цвиттерионными. В некоторых вариантах осуществления полимер должен составлять приблизительно от 0,1 до 15 мас.% из расчета на объем жидкости, и более предпочтительно приблизительно от 0,5 до 4%.
Чтобы получить рекомендуемые характеристики геля и рекомендуемую термическую стабильность в случае изолирующей жидкости на водной основе настоящего изобретения, полимер, включенный в жидкость, может быть сшит с помощью подходящего сшивающего агента. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, где желательно сшивать полимер, необязательно и предпочтительно к жидкости могут быть добавлены один или несколько сшивающих агентов, чтобы сшить полимер.
Один из типов подходящего сшивающего агента представляет собой комбинацию фенольного компонента (или фенольного предшественника) и формальдегида (или предшественника формальдегида). Подходящими фенольными компонентами или фенольными предшественниками являются, но не ограничиваются ими, фенолы, гидрохинон, салициловая кислота, салициламид, аспирин, метил-п-гидроксибензоат, фенилацетат, фенилсалицилат, о-аминобензойная кислота, п-аминобензойная кислота, м-аминофенол, фурфуриловый спирт и бензойная кислота. Подходящими предшественниками формальдегида могут быть, но без ограничения ими, гексаметилентетраамин, глиоксаль и 1,3,5-триоксан. Система такого сшивающего агента требует приблизительно 250°F (121,1°С), чтобы термически активировать сшивку полимера. Другим типом подходящего сшивающего агента является полиалкилимин. Такой сшивающий агент требует приблизительно 90°F (32,2°С), чтобы активировать сшивку полимера. Такой сшивающий агент используют отдельно или в сочетании с любыми другими сшивающими агентами, описанными в изобретении.
Другой тип сшивающего агента, который может быть использован, составляют нетоксичные органические сшивающие агенты, которые не содержат ионы металлов. Примерами таких органических сшивающих агентов являются полиалкиленимины (например, полиэтиленимин), полиалкиленполиамины и их смеси. Кроме того, могут быть применены растворимые в воде полифункциональные алифатические амины, арилалкиламины и гетероарилалкиламины.
Если подходящие сшивающие агенты включены, они могут присутствовать в жидкостях настоящего изобретения в количестве, достаточном, чтобы обеспечить, в числе прочего, рекомендуемую степень сшивки. В некоторых вариантах осуществления сшивающий агент или сшивающие агенты могут присутствовать в жидкости настоящего изобретения в количестве в интервале приблизительно от 0,0005 до 10 мас.% из расчета на объем жидкости. В некоторых вариантах осуществления сшивающий агент может присутствовать в жидкостях настоящего изобретения в количестве в интервале приблизительно от 0,001 до 5 мас.% из расчета на объем жидкости. Любой специалист в данной области техники с учетом положительного эффекта настоящего изобретения определит соответствующее количество сшивающего агента для включения его в жидкость настоящего изобретения, исходя из, наряду с другими факторами, температурных условий конкретного варианта применения, используемого(ых) типа(ов) полимера(ов), молекулярной массы полимера(ов), желаемой степени повышения вязкости и/или рН жидкости.
Хотя любой подходящий способ приготовления изолирующих жидкостей настоящего изобретения может быть использован, в некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе настоящего изобретения может быть приготовлена в условиях комнатной температуры и обычного давления путем смешения воды и выбранной смешивающейся с водой органической жидкости. Вода и смешивающаяся с водой органическая жидкость предпочтительно могут быть смешаны так, чтобы смешивающаяся с водой органическая жидкость смешивалась в воде. Выбранный силикат затем может быть добавлен к воде, и его можно смешивать со смесью воды и смешивающейся с водой органической жидкости до тех пор, пока силикат не гидратируется. Могут быть добавлены любые выбранные добавки, включая полимер. Любые предпочтительные добавки диспергируют в смеси. Если это желательно, то может быть добавлен выбранный сшивающий агент. Если сшивающий агент используют, то он должен быть диспергирован в смеси. Сшивка, однако, не должна происходить до термической активации, которая предпочтительно при подземных вариантах применения имеет место внутри скважины; это может создавать некоторые проблемы при подаче насосом, что возможно является результатом активации до размещения на месте. Активация приводит к тому, что жидкость образует гель. Определение «гель», которое используют в данном случае, и производные от этого определения относятся к полутвердому, желеподобному состоянию, принимаемому некоторыми коллоидальными дисперсиями. После активации гель должен оставаться на месте и должен быть устойчивым при незначительном синерезисе.
В некоторых вариантах осуществления гели, образованные путем гидратации силиката, могут иметь вязкость при нулевом сдвиге приблизительно 100000 сантипуаз, измеренную на реометре Anton Paar Controlled Stress Rheometer при стандартных условиях с использованием стандартной рабочей методики.
После гелеобразования, если жидкость содержит полимер, один из способов удаления геля может включать разбавление или разрушение сшивок и/или полимерной структуры внутри геля с использованием соответствующего способа и/или композиции, чтобы обеспечить возможность выделения или удаления геля. Другой способ может включать физическое удаление геля, например, с помощью воздуха или жидкости.
В некоторых вариантах осуществления изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения могут быть приготовлены оперативно на месте расположения скважины или трубопровода. В других вариантах осуществления изолирующие жидкости на водной основе настоящего изобретения могут быть получены вне рабочего места и транспортированы к месту применения. При транспортировке жидкостей следует учитывать температуру активации жидкости.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание первой насосно-компрессорной трубы; создание второй насосно-компрессорной трубы, которая по существу окружает первую насосно-компрессорную трубу, в результате чего образуется кольцевой канал между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, полиол и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер. Насосно-компрессорные трубы могут иметь любую конфигурацию, соответствующую выбранному варианту применения. В некоторых случаях вторая насосно-компрессорная труба может иметь другую длину, чем первая насосно-компрессорная труба. В некоторых случаях насосно-компрессорная труба может содержать часть более крупного оборудования. В некоторых случаях изолирующая жидкость на водной основе может находиться в контакте со всей первой насосно-компрессорной трубой от начала до конца, но в других ситуациях изолирующая жидкость на водной основе может быть размещена только в части кольцевого канала и, следовательно, контактировать только с частью первой насосно-компрессорной трубы. В некоторых случаях первая насосно-компрессорная труба может быть насосно-компрессорной колонной, расположенной в стволе скважины. В некоторых случаях насосно-компрессорные трубы могут быть расположены в геотермальной скважине. Насосно-компрессорная колонна может быть расположена в открытом море. В других случаях насосно-компрессорная колонна может располагаться в холодном климате. В других случаях первая насосно-компрессорная труба может представлять собой трубопровод, способный транспортировать жидкость из одного места в другое.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание первой насосно-компрессорной трубы; создание второй насосно-компрессорной трубы, которая по существу окружает первую насосно-компрессорную трубу, в результате чего образуется кольцевой канал между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая включает жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание первой насосно-компрессорной трубы, расположенной в стволе скважины так, что образуется кольцевой канал между насосно-компрессорной трубой и поверхностью ствола скважины; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ, включающий: создание первой насосно-компрессорной трубы, которая включает, по меньшей мере, часть трубопровода, который содержит первую текучую среду; создание второй насосно-компрессорной трубы, которая по существу окружает первую насосно-компрессорную трубу, в результате чего образуется кольцевой канал между первой насосно-компрессорной трубой и второй насосно-компрессорной трубой; приготовление изолирующей жидкости на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат; и размещение изолирующей жидкости на водной основе в кольцевом канале. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает изолирующую жидкость на водной основе, которая содержит жидкость водной основы, смешивающуюся с водой органическую жидкость и слоистый силикат. В некоторых вариантах осуществления изолирующая жидкость на водной основе также включает полимер.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ приготовления изолирующей жидкости на водной основе, включающий: смешение жидкости водной основы и смешивающейся с водой органической жидкости с образованием смеси; добавление к смеси, по меньшей мере, одного слоистого силиката; предоставление возможности для гидратации слоистого силиката; размещение смеси, содержащей слоистый силикат, в выбранном месте; предоставление возможности смеси, содержащей слоистый силикат, активироваться с образованием в ней геля. В некоторых вариантах осуществления к смеси может быть добавлен полимер, и полимеру дают возможность гидратироваться. Необязательно к смеси может быть добавлен сшивающий агент, содержащий полимер, чтобы сшить полимер.
Для облегчения более точного понимания настоящего изобретения приведены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов осуществления изобретения. Приведенные далее примеры никоим образом не следует понимать, как ограничивающие или определяющие границы объема всего изобретения.
ПРИМЕРЫ
[[[Ryan - Подтверждает, что эти примеры проведены точно так, как описано ниже]]]
Пример 1
Изучены приготовление и результаты испытаний различных комбинаций неорганических, органических, глиняных и полимерных материалов для применения в качестве загущающих/гелеобразующих агентов в жидкостях водной основы для изолирующих жидкостей. Проведена серия испытаний, в которых оценивали и сравнивали растворимость, удельную теплопроводность, термическую стабильность, рН, характеристики гелеобразования, реологическое поведение и токсичность различных жидкостей. По-видимому, наиболее важно, что проведена оценка термической стабильности в интервале от 37 до 280°F (2,78-137,8°С) и выше. На Фиг.1 перечислены материалы, используемые в рецептурах, и испытанные количества. Этот список никоим образом не следует рассматривать в качестве исчерпывающего примера со ссылкой на изобретение или в качестве определяющего границы изобретения.
Термическая стабильность и статическое старение.
Все рецептуры жидкостей подвергают статическому старению при температурах приблизительно ≥280°F (137,8°С) в течение двух месяцев. Составы и свойства испытанных жидкостей представлены ниже в таблицах 1 и 2. Большинство жидкостей, по-видимому, остаются неизменными со сшитой системой, что проявляется в повышении вязкости, и что, по-видимому, соответствует завершению гелеобразования. Полагают, что такие системы, по-видимому, проявляют более желательные характеристики стабильности, чем другие жидкости, которые включают многочисленные биополимеры (например, ксантан, велан и диутановые камеди) и неорганические глины и обычно разрушаются через 3 дня при 250°F (121,1°С). Кроме того, что касается термической стабильности таких испытанных рецептур, то для любого из образцов наблюдается синерезис менее чем 1%.
Помимо статических испытаний образец 4 оценен с использованием высокотемпературного вискозиметра, чтобы изучить термическую активацию сшивающих агентов (фиг.2). Жидкости подвергают низкой скорости сдвига при 190°F (87,8°С), при этом измерения вязкости показывают увеличение со временем до достижения максимального записываемого уровня около 5000 минут.
<b>Таблица 1</b><b>Рецептуры и свойства IPF до статического старения</b>
<b><i>Рецептуры</i></b>
Образец
<b><u>1</u></b>
<b><u>2</u></b>
<b><u>3</u></b>
<b><u>4</u></b>
Плотность, фунт/галл (кг/л)
8,5(1,02)
10,5(1,26)
12,3(1,48)
11,3(1,36)
Вода, об.%
20
10
-
1
Глицерин, об.%
-
90
78,5
90
ПГ, об.%
80
-
-
-
Рассол, об.%
-
-
21,5
9
Полимер А, мас.%
1
1
1
-
Полимер В, мас.%
-
-
-
1,25
Альдегид, ч./млн
5000
5000
5000
-
HQ, ч./млн
5000
5000
5000
-
PEI, мас.%
-
-
-
2
<b><i>Свойства</i></b>
300 об/мин<sup>1</sup>
280
285
270
82
Прочность на сдвиг, фунт/100 фут<sup>2</sup>(кг/м<sup>2</sup>)
13,4(0,654)
20,65(1,01)
20,65(1,01)
>13,4(0,654)
Теплопроводность<sup>2</sup>, БТЕ/фут·°F·час (ккал/м·°С/час)
0,141(0,21)
0,172(0,26)
0,154(0,23)
0,158(0,24)
<sup>1</sup> Данные, полученные из показаний, снимаемых на вискозиметре Fann 35, температура образца 120°F (48,9°С).
<sup>2</sup> Данные, полученные с помощью анализатора тепловых характеристик KD2-Pro.
<b>Таблица 2</b><b>Рецептуры и свойства IPF после 60 дней статического старения при 280</b>°<b>F (137,8</b>°<b>С)</b>
<b><i>Рецептуры</i></b>
Образец
<b><u>1</u></b>
<b><u>2</u></b>
<b><u>3</u></b>
<b><u>4</u></b>
Плотность, фунт/галл (кг/л)
8,5(1,02)
10,5(1,26)
12,3(1,48)
11,3(1,36)
Вода, об.%
20
10
-
1
Глицерин, об.%
-
90
78,5
90
ПГ, об.%
80
-
-
-
Рассол, об.%
-
-
21,5
9
Полимер А, мас.%
1
1
1
-
Полимер В, мас.%
-
-
-
1,25
Альдегид, ч./млн
5000
5000
5000
-
HQ, ч./млн
5000
5000
5000
-
PEI, мас.%
-
-
-
2
<b><i>Свойства</i></b>
300 об/мин<sup>3</sup>
макс
макс
макс
макс
Прочность на сдвиг, фунт/100 фут<sup>2</sup>(кг/м<sup>2</sup>)
>50 (2,44)
>50 (2,44)
>50 (2,44)
>50 (2,44)
Теплопроводность<sup>2</sup>, БТЕ/фут·°F·час (ккал/м·°С/час)
0,141(0,21)
0,172(0,26)
0,154(0,23)
0,158(0,24)
<sup>3</sup> Жидкости желированы, измерения не в масштабе
Измерение удельной теплопроводности
: Низкая удельная теплопроводность (К) является важным аспектом для успеха изолирующих жидкостей. Для эффективного снижения теплопередачи пакерные жидкости на водной основе с интервалом плотностей от 8,5 до 12,3 фунт/галл (1,02-1,48 кг/л), как ожидают, имеют значения удельной теплопроводности К от 0,3 до 0,2 БТЕ/фут·°F·час (0,45-0,30 ккал/м·°С·час), и предпочтительно должны бы иметь более низкие значения. Из различных перечисленных выше рецептур видно, что использованы такие рецептуры с плотностью жидкости от 8,5 до 14,4 фунт/галл (1,02-1,73 кг/л), все из которых имеют теплопроводность <0,2 БТЕ/час·фут·°F (0,30 ккал/м·°С·час), что показано в таблицах 1 и 2.
Пример 2
Изучены приготовление и результаты испытаний различных комбинаций неорганических, органических, глиняных и полимерных материалов для применения в качестве загущающих/гелеобразующих агентов в жидкостях водной основы для изолирующих жидкостей. Проведена серия испытаний, в которых оценивали и сравнивали растворимость, удельную теплопроводность, термическую стабильность, рН, характеристики гелеобразования, реологическое поведение и токсичность различных жидкостей. По-видимому, наиболее важно, что проведена оценка термической стабильности в интервале от 37°F до 500°F (2,78-260°С) и выше. Эти испытания проведены в течение короткого и продолжительного периодов времени. На Фиг.3 перечислены материалы, используемые в рецептурах, и испытанные количества. Этот список ни коим образом не следует рассматривать в качестве исчерпывающего примера со ссылкой на изобретение или в качестве определяющего границы изобретения.
Термическая стабильность и статическое старение.
Все рецептуры жидкостей подвергают статическому старению при температурах приблизительно ≥400°F (204,4°С) в течение 3 дней. Составы и свойства испытанных жидкостей представлены ниже в таблицах 3 и 4. Большинство жидкостей, по-видимому, остаются неизменными со сшитой системой, что проявляется в повышении вязкости, и что, по-видимому, соответствует завершению гелеобразования. Полагают, что такие системы, по-видимому, проявляют более желательные характеристики стабильности, чем другие жидкости, которые включают многочисленные биополимеры (например, ксантан, велан и диутановые камеди) и неорганические глины и обычно разрушаются через 3 дня при 250°F (121,1°С). Кроме того, что касается термической стабильности таких испытанных рецептур, то для любого из образцов наблюдается синерезис менее чем 1%.
<b>Таблица 3</b><b>Рецептуры и свойства IPF до статического старения</b>
<b>Образец</b>
<b>1</b>
<b>2</b>
Теплопроводность, БТЕ/фут·°F·час (ккал/м·°С/час)
0,166(0,25)
0,177(0,26)
Плотность, фунт/галл (кг/л)
10,5(1,26)
9,5(1,44)
Вискозиметр, Fann<sup></sup> 35
150°F(65,6°С)
150°F(65,6°С)
600 об/мин
160
161
300 об/мин
125
126
200 об/мин
109
102
100 об/мин
84
88
6 об/мин
37
40
3 об/мин
34
38
PV
35
35
YP
90
91
<b>Таблица 4</b><b>Рецептуры и свойства IPF после 72 часов статического старения при 450</b>°<b>С (232,2</b>°<b>С)</b>
<b>Образец</b>
<b>1</b>
<b>2</b>
Теплопроводность, БТЕ/фут·°F·час (ккал/м·°С/час)
0,166(0,25)
0,177(0,26)
Плотность, фунт/галл (кг/л)
10,5(1,26)
9,5(1,44)
Вискозиметр, Fann<sup></sup> 35
150°F(65,6°С)
150°F(65,6°С)
600 об/мин
163
159
300 об/мин
127
122
200 об/мин
111
104
100 об/мин
82
86
6 об/мин
40
41
3 об/мин
36
37
PV
36
35
YP
91
85
Измерение удельной теплопроводности
. Низкая удельная теплопроводность (К) является важным аспектом для успеха изолирующих жидкостей. Для эффективного снижения теплопередачи пакерные жидкости на водной основе с интервалом плотностей от 8,5 до 10,5 фунт/галл (1,02-1,26 кг/л), как ожидают, имеют значения удельной теплопроводности К от 0,3 до 0,2 БТЕ/фут.°F.час (0,45-0,30 ккал/м.°С.час), и предпочтительно должны бы иметь более низкие значения. Из различных перечисленных выше рецептур видно, что использованы такие рецептуры с плотностью жидкости от 8,5 до 10,5 фунт/галл (1,02-1,26 кг/л), все из которых имеют теплопроводность <0,2 БТЕ/час·фут·°F (0,30 ккал/м·°С·час), что показано в таблицах 3 и 4.
Таким образом, настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые являются его неотъемлемой частью. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, так как настоящее изобретение может быть модифицировано и реализовано на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалиста в данной области техники с учетом положительного эффекта указаний изобретения. Кроме того, никаких ограничений не подразумевается для деталей конструкции или проекта, показанных в описании, отличных от описанных ниже в формуле изобретения. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие изменения считаются в рамках объема и сути настоящего изобретения. Все численные значения и интервалы, раскрытые выше, могут меняться на любое количество (например, 1%, 2%, 5% или иногда от 10 до 20%). Когда же раскрыт численный интервал, R, с нижней границей, RL, и верхней границей, RU, точно раскрыто любое число, попадающее в интервал. В частности, следующие числа в пределах интервала являются точно раскрытыми: R=RL+k·(RU-RL), где k представляет собой переменную в пределах интервала от 1 до 100% с инкрементом 1%, то есть, k равно 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, ….50%, 51%, 52%, … 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или 100%. Более того, любой численный интервал, ограничиваемый двумя значениями R, которые определены выше, также точно является раскрытым. Более того, неопределенные артикли «a» или «an», используемые в формуле изобретения, означают один или более чем один элемент, который он вводит. Также определения в формуле изобретения имеют их прямое, обычное, значение если что-то другое недвусмысленно и однозначно не определено патентом.