專利名稱：改良的水基隔熱流體及相關(guān)方法
改良的水基隔熱流體及相關(guān)方法
對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)是2007年3月14日提交的名為“改良的水基隔熱流體及相關(guān)方法 (Improved Aqueous-Based Isulating Fluids and Related Methods) ” 的美國(guó)專利 申請(qǐng)11/685,909的部分延續(xù)，所述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合在此，并且根據(jù)35U. S. C. § 120要求其優(yōu)先權(quán)。
背景
本發(fā)明涉及隔熱流體，并且更具體地，涉及在高溫下具有較高穩(wěn)定性的具有較低 導(dǎo)熱性的水基隔熱流體，所述水基隔熱流體可以用于，例如，需要隔熱流體的應(yīng)用中，比如 管道和地下應(yīng)用(例如，使石油生產(chǎn)導(dǎo)管隔熱的應(yīng)用)。
隔熱流體經(jīng)常被用于其中將流體置于介于第一管道系統(tǒng)(tubing)和第二管道系 統(tǒng)或者井眼的墻壁之間的環(huán)狀空間內(nèi)的地下操作中。隔熱流體起著使可能處于第一管道系 統(tǒng)內(nèi)的第一流體(例如，烴流體)隔絕包圍第一管道系統(tǒng)或第二管道系統(tǒng)的環(huán)境隔熱的作 用以使得能夠最佳地回收烴流體。例如，如果周圍環(huán)狀空間境非常冷，則認(rèn)為隔熱流體保護(hù) 第一管道系統(tǒng)中的第一流體不受環(huán)境的影響以使其能夠有效地流過生產(chǎn)管道系統(tǒng)例如第 一管道系統(tǒng)到其它設(shè)備。這是令人想要的，因?yàn)閭鳠崮軌驅(qū)е乱韵聠栴}比如較重?zé)N的沉 淀、流量的嚴(yán)重降低，以及在一些情況下，套管擠毀。另外，當(dāng)被用于封隔器應(yīng)用中時(shí)，需要 適宜量的靜水頭壓力。因而，為了這個(gè)原因以及為了提供必需的靜水力，經(jīng)常使用較高密度 的隔熱流體。
這樣的流體也可以被用于涉及用于類似目的的管道的類似的應(yīng)用，例如，保護(hù)處 于管道內(nèi)的流體不受周圍環(huán)境條件的影響以使該流體能夠有效地流過管道。隔熱流體也可 以被用于其它其中需要控制傳熱的隔熱應(yīng)用中。這些應(yīng)用可能涉及或可能不涉及烴。
有益的隔熱流體優(yōu)選具有低的固有導(dǎo)熱性，并且也應(yīng)該保持膠狀以防止尤其是能 夠帶走熱量的對(duì)流。另外，優(yōu)選的隔熱流體應(yīng)該是水基的，并且易于處理和使用。此外，對(duì) 于最佳性能而言，優(yōu)選的流體應(yīng)該長(zhǎng)時(shí)間耐受超高的溫度(例如，400° F以上的溫度)。
傳統(tǒng)的水基隔熱流體一直受限于許多缺點(diǎn)。首選，許多缺點(diǎn)與溫度限制有關(guān)。典型 地，大多數(shù)水基隔熱流體僅在不超過對(duì)0° F穩(wěn)定相對(duì)短的時(shí)間。這是有問題的，因?yàn)槠淇?以導(dǎo)致流體的提前退化，所述提前退化可以使流體起不到它隔熱第一流體的所需作用。許 多傳統(tǒng)水基隔熱流體的第二個(gè)普遍限制是它們的密度范圍。典型地，這些流體具有12. 5ppg 的密度上限。常常，較高的密度對(duì)于所選應(yīng)用保持足夠的壓力是適宜的。另外，大多數(shù)水 基隔熱流體具有過度的導(dǎo)熱性，其意味著這些流體對(duì)于控制傳導(dǎo)性熱傳遞是不夠高效或有 效的。此外，當(dāng)需要稠化的流體來(lái)消除對(duì)流時(shí)，常常為了在目前水性基液(aqueous base fluid)中獲得所需的粘度，而使得流體可能變得太稠而不能被泵入到位。一些水性基液還 可以具有可能與各種使用的鹽水不相容的不同的耐鹽性，其限制了操作者對(duì)于在某些情況 下使用何種流體的選擇。
在一些情況下，隔熱流體可以是油基的。某些油基流體可以提供優(yōu)勢(shì)因?yàn)樗鼈兛?以具有比它們的水性相應(yīng)物(counterpart)更低的導(dǎo)熱性。然而，許多不利條件也與這些流體相關(guān)。首先，油基隔熱流體難以“增重”，意味著可能難以獲得應(yīng)用所需的必要的密度。 其次，油基流體可能存在必須被控制的毒性和其它環(huán)境問題，特別是當(dāng)這樣的流體被用于 深海應(yīng)用時(shí)。另外，如果使用水性完井流體則可能有界面問題。使用油基隔熱流體時(shí)存在 的另一個(gè)難題是對(duì)于它們與可能存在于第一管道系統(tǒng)管線中的任何彈性密封件的相容性 的憂慮。
另一個(gè)可以用于使第一管道系統(tǒng)隔熱的方法包括使用真空隔熱管道系統(tǒng)。然而， 此方法也可能存在不利條件。首先，當(dāng)將真空管道系統(tǒng)設(shè)置在完井柱(completion string) 上時(shí)，真空管道系統(tǒng)的零件可能失靈。這可能成為涉及大量停機(jī)時(shí)間的高成本的問題。在 嚴(yán)重的情況下，第一管道系統(tǒng)可能擠毀。其次，真空隔熱管道系統(tǒng)可能是非常昂貴的并且難 于安置。此外，在許多情況下，在真空管道系統(tǒng)中的接頭和連接接頭處的傳熱可能是成問題 的。這些可能導(dǎo)致管道系統(tǒng)中的“熱點(diǎn)”。
概述
本發(fā)明涉及隔熱流體，并且更具體地，涉及在高溫下具有較高穩(wěn)定性的具有較低 導(dǎo)熱性的水基隔熱流體，所述水基隔熱流體可以用于，例如，需要隔熱流體的應(yīng)用中，比如 管道和地下應(yīng)用(例如，使石油生產(chǎn)管道隔熱的應(yīng)用)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括在第一管道系統(tǒng)和第二 管道系統(tǒng)之間設(shè)置環(huán)狀空間；提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基 隔熱流體，并將所述水基隔熱流體置于所述環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，所述水基隔熱 流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供設(shè)置在井眼中的容 納有第一流體的管道系統(tǒng)，使得在管道系統(tǒng)和井眼的表面之間形成環(huán)狀空間；提供包含水 性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體，并將所述水基隔熱流體置于所 述環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，所述水基隔熱流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供第一管道系統(tǒng)，所 述第一管道系統(tǒng)包含容納有第一流體的管道的至少一部分；提供基本上包圍所述第一管道 系統(tǒng)的第二管道系統(tǒng)，從而在所述第一管道系統(tǒng)和所述第二管道系統(tǒng)之間產(chǎn)生環(huán)狀空間； 提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體，并將所述水基隔熱 流體置于所述環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，所述水基隔熱流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅 酸鹽的水基隔熱流體。在一些實(shí)施方案中，所述水基隔熱流體還包含聚合物。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供形成水基隔熱流體的方法，所述方法包括混合 水性基液和水混溶性有機(jī)液體以形成混合物；將至少一種層狀硅酸鹽添加到所述混合物 中；使所述硅酸鹽進(jìn)行水合；將包含所述層狀硅酸鹽的混合物置于選定的位置；使所述包 含層狀硅酸鹽的混合物活化以在其中形成凝膠。在一些實(shí)施方案中，可以將聚合物添加到 所述混合物中并使其水合。任選地，可以將交聯(lián)劑加添到包含所述聚合物的混合物中以使 所述聚合物交聯(lián)。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以做出許多變化，但是這樣的變化也是在本發(fā)明的精神內(nèi)的。
附圖簡(jiǎn)述
這些附圖示例了本發(fā)明的一些實(shí)施方案的某些方面，但是不應(yīng)當(dāng)被用于限制或限 定本發(fā)明。


圖1列出了在實(shí)施例部分中實(shí)施例1所述的用于配方中的材料以及它們的用量。
圖2示例了來(lái)自于被加熱至約190° F達(dá)5000分鐘以活化交聯(lián)劑并使粘度增加的 的流體的數(shù)據(jù)。
圖3列出了可以用于如實(shí)施例部分中實(shí)施例2中所描述的配方中的材料以及它們 的大致的用量。
圖4示例了來(lái)自于在約10，OOOpsi、約45，000秒內(nèi)從約100 ° F被加熱至約 600° F的流體的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述
本發(fā)明涉及隔熱流體，并且更具體地，涉及在高溫下具有較高穩(wěn)定性的具有較低 導(dǎo)熱性的水基隔熱流體，所述水基隔熱流體可以用于，例如，需要隔熱流體的應(yīng)用中，比如 管道和地下應(yīng)用(例如，使石油生產(chǎn)導(dǎo)管隔熱的應(yīng)用)。本發(fā)明的水基隔熱流體可以被用于 任何需要隔熱流體的應(yīng)用中。優(yōu)選地，它們可以在管道和地下應(yīng)用中使用。
本發(fā)明的改良的水基隔熱流體和方法具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，本文中提及了僅其中 的一些。所述許多優(yōu)勢(shì)之一是流體可以具有被提高的熱穩(wěn)定性，其使得它們能夠有利地用 于許多應(yīng)用中。其次，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的水基隔熱流體可以具有比傳統(tǒng)水基隔熱 流體更高的密度，并因此，在該方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。另外，本發(fā)明的水基隔熱流體具有 相對(duì)低的導(dǎo)熱性，這被認(rèn)為在某些應(yīng)用中是特別有利的。在一些實(shí)施方案中，這些流體被認(rèn) 為是非常耐用的。此外，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的流體提供具有以下特征的水基粘性 隔熱流體寬的流體密度范圍，降低的導(dǎo)熱性，以及在溫度超過當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的溫度時(shí)(例 如，甚至在約600° F以上的溫度時(shí)，這取決于包含的有機(jī)液體)穩(wěn)定的凝膠特性。另一個(gè) 潛在的優(yōu)勢(shì)是這些流體可以防止在隔熱流體本身或者被隔熱的流體內(nèi)形成水合物。得益于 此公開內(nèi)容，本發(fā)明的其它優(yōu)勢(shì)和目標(biāo)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以是明顯的。
在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的水基隔熱流體包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和 層狀硅酸鹽。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的水基隔熱流體包含水性基液、水混溶性有機(jī)液 體、層狀硅酸鹽和任選的合成聚合物。在一些情況下，可以通過使用適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑或向流體 中加入適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑而將所述聚合物交聯(lián)。因此，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“聚合物”是指可能 交聯(lián)或可能沒有交聯(lián)的低聚物、共聚物、三元共聚物等。任選地，本發(fā)明的水基隔熱流體可 以包含其它添加劑，比如緩蝕劑、PH調(diào)節(jié)劑、殺生物劑、玻璃珠、空心球(例如，空心微球)、 流變改進(jìn)劑、緩沖劑、水合抑制劑、破壞劑、示蹤劑、輔助增重劑(additional weighting agent)、增粘劑(viscosifier)、表面活性劑以及它們中的任何添加劑的組合。受益于此公 開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到的，其它添加劑也可以適當(dāng)?shù)夭⒂欣嘏c本發(fā)明的水 基隔熱流體一起使用。
可以用于本發(fā)明的水基隔熱流體的水性基液包括任何適用于隔熱、地下或管道應(yīng) 用中的水性流體。在一些情況下，可以使用鹽水，例如當(dāng)需要相對(duì)較稠的水基隔熱流體時(shí) (例如，密度為10.5ppg以上)；然而，可以觀察到的是，本發(fā)明的流體可能比其它流體(比 如包含如本文中所述的聚合物但沒有包含如酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫，以及這些鹽水的組合和衍生物。其它鹽水也可能是適宜的。 所用的具體的鹽水可以根據(jù)所得水基隔熱流體的所需密度或者與其它可能存在的完井流 體鹽水的相容性而確定?？梢栽谝恍┣闆r下使用較濃的鹽水。適合于所討論應(yīng)用的密度應(yīng) 該按受益于此公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員的判斷使用。當(dāng)決定將要包含多少水性流體時(shí)， 所遵從的一般原則是水性流體組分應(yīng)包含在考慮高溫水基隔熱流體中存在的其它組分的 量后的余量。
本發(fā)明的水基隔熱流體中可以包含的水混溶性有機(jī)液體包括具有相對(duì)低的導(dǎo)熱 性(例如，導(dǎo)熱性為水的約一半以下)的水混溶性材料。關(guān)于“水混溶性”，其表示約5g以 上的有機(jī)液體分散在IOOg的水中。適合的水混溶性有機(jī)液體包括但不限于酯、胺、醇、多元 醇、二醇醚，或者它們的組合以及衍生物。合適的酯的實(shí)例包括低分子量酯；具體實(shí)例包括 但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯和乙酸乙酯。組合及衍生物也是適合的。適合的胺的實(shí)例包 括低分子量胺；具體實(shí)例包括但不限于二乙胺、2-氨基乙醇和2-( 二甲基氨基)乙醇。組 合及衍生物也是適合的。適合的醇的實(shí)例包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等。組合及衍生物 也是適合的。二醇醚的實(shí)例包括乙二醇丁醚、二甘醇甲醚、二丙二醇甲醚、三丙二醇甲醚等。 組合及衍生物也是適合的。這些中，在大多數(shù)情況下多元醇通常比其它液體優(yōu)選，因?yàn)橥ǔ?認(rèn)為它們表現(xiàn)出更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、更高的閃點(diǎn)值，并且更有利于彈性體材料。
適合的多元醇是那些含有兩個(gè)以上羥基的脂族醇。優(yōu)選多元醇是至少部分水混溶 性的?？梢杂糜诒景l(fā)明的水基隔熱流體的適合的多元醇的實(shí)例包括但不限于水溶性的二 醇，比如乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇和三丙二醇，這些 多元醇的組合，它們的衍生物，以及通過使環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷(ethylene and propylene oxide)或聚乙二醇和聚丙二醇與活性氫類化合物(例如，多元醇、多元羧酸、多元胺或多 酚)反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物。乙烯的聚二醇(polyglycols of ethylene)通常被認(rèn)為在分子 量至少在20，000那么高時(shí)是水混溶性的。丙烯的聚二醇(polyglycols of propylene), 雖然表現(xiàn)出比乙二醇稍好的研磨效率，但是被認(rèn)為在分子量至多僅約1，000時(shí)是水混溶性 的。其它可以預(yù)期的二醇包括新戊二醇、戊二醇、丁二醇以及如丁炔二醇和丁烯二醇這樣的 不飽和二醇。除二醇以外，可以使用三醇、甘油以及如環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷這樣的衍生物。 其它更高的多元醇可以包括季戊四醇。另一種預(yù)期的多羥基醇是糖醇。糖醇是通過碳水化 合物的還原獲得的，并且與上述多元醇非常地不同。這些醇的組合及衍生物也是適合的。
對(duì)于使用的多元醇的選擇很大地取決于所需的流體密度?？紤]的其它因素包括導(dǎo) 熱性。對(duì)于較高密度流體(例如，10.5ppg以上)而言，較高密度多元醇可能是優(yōu)選的，例 如，在一些情況下三甘醇或甘油可能是適宜的。對(duì)于較低密度應(yīng)用，可以使用乙二醇或丙二 醇。在一些情況下，可能需要更多的鹽以將流體充分地增重至適宜的密度。在某些實(shí)施方 案中，應(yīng)使用的多元醇的量可以取決于流體的導(dǎo)熱性上限和流體的適宜密度。如果導(dǎo)熱性 上限為0. 17BTU/hft° F，則多元醇的濃度可以為本發(fā)明的高溫水基隔熱流體的約40%至 約99%。更優(yōu)選的范圍可以為約70%至約99%。
可以適合于在本發(fā)明中使用的層狀硅酸鹽的實(shí)例包括但不限于綠土、蛭石、膨脹 性氟化云母(swellable fluoromica)、蒙脫石、貝得石、鋰蒙脫石和滑石粉。高溫、電解質(zhì) 穩(wěn)定的合成鋰蒙脫石在一些實(shí)施方案中可能是特別有用的。根據(jù)本發(fā)明使用的合成鋰蒙 脫石粘土的一個(gè)實(shí)例為可商購(gòu)自英國(guó)的Laporte Absorbents Company of Cheshire的7"LAPONITE RD”。這些硅酸鹽中任意的混合物也可以是適合的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，硅 酸鹽可以是至少部分水溶性的。在一些實(shí)施方案中，層狀硅酸鹽可以是天然的層狀硅酸鹽 或者合成的層狀硅酸鹽。在某些實(shí)施方案中，硅酸鹽應(yīng)占流體容重的約0. 至約15%，并 且更優(yōu)選地，占流體容重的約0. 5%至約4%。
合成聚合物的夾雜物可用于尤其是制備表現(xiàn)凝膠性質(zhì)的流體。任選地可以適用于 本發(fā)明的合成聚合物的實(shí)例包括但不限于丙烯酸類聚合物、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸衍生 物聚合物、丙烯酸類均聚物、丙烯酸酯均聚物(比如聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸丁酯)和 聚(丙烯酸2-乙基己基酯))、丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸衍生物聚合物、甲基丙烯酸類 均聚物、甲基丙烯酸酯均聚物(比如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酰胺均聚物、η-乙烯基 吡咯烷酮和聚丙烯酰胺類共聚物、聚(甲基丙烯酸丁酯)、和聚(甲基丙烯酸2-乙基己基 酯))、η-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰氨-甲基-丙烷磺酸酯聚合物、丙烯酰氨-甲基-丙烷磺 酸酯衍生物聚合物、丙烯酰氨-甲基-丙烷磺酸酯共聚物、和丙烯酸/丙烯酰氨-甲基-丙 烷磺酸酯共聚物，以及它們的組合。共聚物和三元共聚物也可以是適合的。這些聚合物中 的任意的混合物也可以是適合的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物應(yīng)該是至少部分水溶性的。 適合的聚合物可以是陽(yáng)離子的、陰離子的、非離子的或兩性離子的。在某些實(shí)施方案中，聚 合物應(yīng)該占流體容重的約0. 至約15%，并且更優(yōu)選地，約0. 5%至約4%。
為了獲得對(duì)于本發(fā)明的水基隔熱流體的適宜的凝膠特性和熱穩(wěn)定性，可以通過適 當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑使流體中包含的聚合物交聯(lián)。在本發(fā)明的那些需要使聚合物交聯(lián)的實(shí)施方案 中，任選地并優(yōu)選地，可以將一種或多種交聯(lián)劑添加到流體中以使聚合物交聯(lián)。
一類適合的交聯(lián)劑是酚組分(或酚前體)和甲醛(或甲醛前體)的組合。適合 的酚組分或酚前體包括但不限于苯酚、氫醌、水楊酸、水楊酰胺、阿司匹林、對(duì)羥基苯甲酸甲 酯、乙酸苯酯、水楊酸苯酯、鄰氨基苯甲酸、對(duì)氨基苯甲酸、間氨基苯酚、糠醇和苯甲酸。適合 的甲醛前體可以包括但不限于六亞甲基四胺、乙二醛和1，3，5_三噁烷。這種交聯(lián)劑體系需 要約250° F來(lái)熱活化以使聚合物交聯(lián)。另一類適合的交聯(lián)劑是聚烷基亞胺。這種交聯(lián)劑 需要約90° F來(lái)活化以使聚合物交聯(lián)。這種交聯(lián)劑可以單獨(dú)使用或與本文中所討論的其它 交聯(lián)劑中的任何一種一起使用。
另一類可以使用的交聯(lián)劑包括無(wú)毒的不含金屬離子的有機(jī)交聯(lián)劑。這樣的有機(jī)交 聯(lián)劑的實(shí)例是聚烯化亞胺(例如，聚乙烯亞胺)、聚烯化多胺和它們的混合物。另外，可以使 用水溶性多官能脂族胺、芳基烷基胺和雜芳基烷基胺。
當(dāng)本發(fā)明的流體包含適合的交聯(lián)劑時(shí)，該交聯(lián)劑可以以足以提供尤其是適宜的交 聯(lián)度的量存在于本發(fā)明的流體中。在某些實(shí)施方案中，在本發(fā)明的流體中一種或多種交聯(lián) 劑可以存在的量的范圍為流體容重的約0. 0005%至約10%。在某些實(shí)施方案中，在本發(fā)明 的流體中一種或多種交聯(lián)劑可以存在的量的范圍為流體容重的約0.001%至約5%。受益 于此公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將基于尤其是具體應(yīng)用的溫度條件、使用的聚合物的種類、 聚合物的分子量、所需的粘度等級(jí)和/或流體的PH確認(rèn)本發(fā)明的流體中包含的交聯(lián)劑的適 宜的量。
盡管可以使用任何適合的用于形成本發(fā)明的隔熱流體的方法，但是在一些實(shí)施方 案中，本發(fā)明的水基隔熱流體可以在環(huán)境溫度和壓力條件下通過將水和所選擇的水混溶性 有機(jī)液體混合來(lái)配制。水和水混溶性有機(jī)液體優(yōu)選可以被混合，使得水混溶性有機(jī)液體混溶于水中。隨后可以加入選擇的硅酸鹽并且將其混合至水和水混溶性有機(jī)液體混合物中， 直至硅酸鹽被水合。隨時(shí)可以添加選擇的添加劑，包括聚合物。優(yōu)選地，任何添加劑都被分 散在混合物中。如果需要，可以加入交聯(lián)劑。如果使用，則應(yīng)將其分散在混合物中。然而， 交聯(lián)通常在熱活化之前不發(fā)生，在地下應(yīng)用中，其優(yōu)選在井下發(fā)生；這可以減輕任何可能作 為在置入前活化的結(jié)果而發(fā)生的泵送困難?；罨瘜?dǎo)致流體形成凝膠。如在本文中使用，術(shù) 語(yǔ)“凝膠”及其派生詞是指呈現(xiàn)為一些膠體分散體的半固體、膠狀的狀態(tài)。一經(jīng)活化，凝膠 應(yīng)留在原地并且在可忽略的脫水收縮的情況下是耐久的。
在一些實(shí)施方案中，通過將硅酸鹽水合而形成的凝膠可以具有約100，000厘泊的 零剪切粘度，所述零剪切粘度是用Anton Paar ControlledStress !Geometer在標(biāo)準(zhǔn)條件 下使用標(biāo)準(zhǔn)的操作程序測(cè)量的。
當(dāng)膠凝時(shí)，如果流體含有聚合物，則移除凝膠的一種方法可以包括使用適當(dāng)?shù)姆?法和/或組合物稀釋或破壞凝膠內(nèi)的交聯(lián)和/或聚合物結(jié)構(gòu)以允許回收或移除凝膠。另一 種方法可以包括通過例如空氣或液體將凝膠物理移除。
在一些實(shí)施方案中，可以在井現(xiàn)場(chǎng)或管道位置的運(yùn)行中(on-the-fly)制備本發(fā) 明的水基隔熱流體。在其它實(shí)施方案中，可以在現(xiàn)場(chǎng)外(off-site)制備本發(fā)明的水基隔熱 流體并將其輸送至使用現(xiàn)場(chǎng)。在輸送流體過程中，技術(shù)人員應(yīng)該注意流體的活化溫度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供第一管道系統(tǒng)；提 供基本上包圍第一管道系統(tǒng)的第二管道系統(tǒng)，從而在第一管道系統(tǒng)和第二管道系統(tǒng)之間形 成環(huán)狀空間；提供包含水性基液、多元醇和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體；以及將水基隔熱 流體置于所述環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，水基隔熱流體也包含聚合物。管道系統(tǒng)可 以具有任何適合于所選應(yīng)用的形狀。在一些情況下，第二管道系統(tǒng)的長(zhǎng)度可以不與第一管 道系統(tǒng)的長(zhǎng)度相同。在一些情況下，管道系統(tǒng)可以包括大裝置的一部分。在一些情況下，水 基隔熱流體可以與整個(gè)的第一管道系統(tǒng)從這端到那端接觸，但是在其它情況下，水基隔熱 流體可以僅被置于環(huán)狀空間的一部分中并從而僅接觸第一管道系統(tǒng)的一部分。在一些情況 下，第一管道系統(tǒng)可以是設(shè)置在井眼中的生產(chǎn)管道系統(tǒng)。在一些情況下，管道系統(tǒng)可以被設(shè) 置在地?zé)峋壑?。生產(chǎn)管道系統(tǒng)可以被設(shè)置在近海區(qū)域。在其它情況下，生產(chǎn)管道系統(tǒng)可 以被設(shè)置在寒冷的氣候中。在其它情況下，第一管道系統(tǒng)可以為能夠?qū)⒘黧w從一個(gè)區(qū)域傳 送到第二個(gè)區(qū)域的管道。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供第一管道系統(tǒng)；提 供基本上包圍第一管道系統(tǒng)的第二管道系統(tǒng)，從而在第一管道系統(tǒng)和第二管道系統(tǒng)之間產(chǎn) 生環(huán)狀空間；提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體；以及 將水基隔熱流體置于環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，水基隔熱流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供容納第一流體的管 道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)被設(shè)置在井眼中以使得在管道系統(tǒng)和井眼的表面形成環(huán)狀空間；提 供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體；已經(jīng)將水基隔熱流體 置于環(huán)狀空間中。在一些實(shí)施方案中，水基隔熱流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括提供第一管道系統(tǒng)，所 述第一管道系統(tǒng)包括容納第一流體的管道的至少一部分；提供基本上包圍第一管道系統(tǒng)的 第二管道系統(tǒng)，從而在第一管道系統(tǒng)和第二管道系統(tǒng)之間形成環(huán)狀空間；提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體；以及將水基隔熱流體置于環(huán)狀空間 中。在一些實(shí)施方案中，水基隔熱流體還包含聚合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽 的水基隔熱流體。在一些實(shí)施方案中，水基隔熱流體還包含聚合物。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供形成水基隔熱流體的方法，所述方法包括混合 水性基液和水混溶性有機(jī)液體以形成混合物；向所述混合物中加入至少一種層狀硅酸鹽； 使層狀硅酸鹽水合；將包含層狀硅酸鹽的混合物置于選擇的位置；使包含層狀硅酸鹽的混 合物活化以在其中形成凝膠。在一些實(shí)施方案中，可以將聚合物添加到混合物中并使其水 合。任選地，可以將交聯(lián)劑添加到包含聚合物的混合物中以使聚合物交聯(lián)。
為了便于更好地理解本發(fā)明，給出一些實(shí)施方案的某些方面的下列實(shí)施例。下列 實(shí)施例決不應(yīng)被解讀為限制或限定本發(fā)明的整個(gè)范圍。實(shí)施例
[ [ [Ryan-證實(shí)這些實(shí)施例是完全如以下所寫進(jìn)行的。]]]
實(shí)施例1
我們研究了在用于使流體隔熱的水性基液中作為增粘劑/膠凝劑使用的無(wú)機(jī)、有 機(jī)、粘土和聚合材料的各種組合的配方和測(cè)試。我們進(jìn)行了一系列的測(cè)試，其中評(píng)價(jià)并比較 了各種流體的溶解性、導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性、PH、凝膠化性質(zhì)、流變行為和毒性?；蛟S最重要地， 評(píng)價(jià)了從37° 至觀0° F及以上的范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性。經(jīng)過短的和長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行這些測(cè) 試。圖1列出了配方中使用的材料和測(cè)試的量。這決不應(yīng)被理解為關(guān)于本發(fā)明的窮舉的實(shí) 施例或者作為對(duì)于本發(fā)明在任何方面的限定。
熱穩(wěn)定性和靜態(tài)老化將流體的所有配方在溫度>約觀0° F的條件下靜態(tài)老化2 個(gè)月。所測(cè)試流體的配方和性質(zhì)顯示在下表1和2中。大部分流體在交聯(lián)體系顯示出粘度 增加并且這看來(lái)是完全的膠凝化行為的情況下看來(lái)保持完整。我們認(rèn)為，這些體系看來(lái)表 現(xiàn)出比包括大量生物高分子(例如，黃原膠、文萊膠(welan gum)和迪優(yōu)坦膠(diutan gum) 和無(wú)機(jī)粘土并且通常在250° F三天后就被破壞的其它流體更理想的穩(wěn)定性質(zhì)。另外，關(guān)于 這些所測(cè)試配方的熱穩(wěn)定性，對(duì)任何樣品都觀察到小于1 %的脫水收縮。
除靜態(tài)試驗(yàn)以外，還使用高溫粘度計(jì)對(duì)樣品4進(jìn)行評(píng)價(jià)以檢測(cè)交聯(lián)劑的熱活化 (圖幻。使流體在190° F經(jīng)受低剪切速率，同時(shí)粘度測(cè)量顯示隨時(shí)間的增長(zhǎng)，在約5000分 鐘時(shí)達(dá)到最大的可記錄水平。
表1. IPF配方和靜態(tài)老化前的性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種方法，所述方法包括提供在第一管道系統(tǒng)和第二管道系統(tǒng)之間的環(huán)狀空間；提供水基隔熱流體，所述水基隔熱流體包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸 鹽；和將所述水基隔熱流體置于所述環(huán)狀空間中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水基隔熱流體還包含聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水基隔熱流體還包含至少一種選自由以下各 項(xiàng)組成的組中的添加劑緩蝕劑、PH調(diào)節(jié)劑、殺生物劑、玻璃珠、空心球、空心微球、流變改 進(jìn)齊IJ、緩沖劑、水合抑制劑、破壞劑、示蹤劑、輔助增重劑、增粘劑和表面活性劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水基流體包括至少一種選自由下列各項(xiàng)組成 的組中的鹽水NaCl、NaBr、KCl、CaCl2、CaBr2、ZrBr2、碳酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀和甲酸銫，以及 它們的衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水混溶性有機(jī)液體包括至少一種選自由下列 各項(xiàng)組成的組中的液體酯，胺，醇，多元醇，二醇醚，以及它們的衍生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多元醇包括至少一種選自由以下各項(xiàng)組成的 組中的多元醇水溶性的二醇；乙二醇；丙二醇；聚乙二醇；聚丙二醇；二甘醇；三甘醇；二 丙二醇；三丙二醇；通過使環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物； 通過使聚乙二醇和聚丙二醇與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物；新戊二醇；戊二醇； 丁二醇；不飽和二醇；丁炔二醇；丁烯二醇；三醇；甘油；乙烯加合物；環(huán)氧丙烷加合物；季 戊四醇；糖醇；以及它們的衍生物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其中所述層狀硅酸鹽包括至少一種選自由下列各項(xiàng)組成 的組中的層狀硅酸鹽綠土、蛭石、膨脹性氟化云母、蒙脫石、貝得石、鋰蒙脫石和滑石粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述層狀硅酸鹽是合成的層狀硅酸鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述層狀硅酸鹽在所述流體中存在的量在所述流 體重量的約0. 至約15%的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述水混溶性有機(jī)液體在所述流體中存在的量 在所述流體重量的約40%至約99%的范圍內(nèi)。
11.一種方法，所述方法包括提供包括包含第一流體的管道系統(tǒng)的裝置，所述管道系統(tǒng)被設(shè)置在井眼內(nèi)，使得在所 述管道系統(tǒng)和所述井眼的表面之間形成環(huán)狀空間；提供水基隔熱流體，所述水基隔熱流體包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸 鹽；以及將所述水基隔熱流體置于所述環(huán)狀空間中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述水基隔熱流體還包含聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述水基流體包括至少一種選自由下列各項(xiàng)組 成的組中的鹽水NaCl、NaBr、KCl、CaCl2、CaBr2、ZrBr2、碳酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀和甲酸銫，以 及它們的衍生物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述水混溶性有機(jī)液體包括至少一種選自由下 列各項(xiàng)組成的組中的液體酯，胺，醇，多元醇，二醇醚，以及它們的衍生物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述多元醇包括至少一種選自由以下各項(xiàng)組成 的組中的多元醇水溶性的二醇；乙二醇；丙二醇；聚乙二醇；聚丙二醇；二甘醇；三甘醇； 二丙二醇；三丙二醇；通過使環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn) 物；通過使聚乙二醇和聚丙二醇與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物；新戊二醇；戊二 醇；丁二醇；不飽和二醇；丁炔二醇；丁烯二醇；三醇；甘油；環(huán)氧乙烷加合物；環(huán)氧丙烷加 合物；季戊四醇；糖醇；以及它們的衍生物。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，其中所述層狀硅酸鹽包括至少一種選自由下列各項(xiàng)組 成的組中的層狀硅酸鹽綠土、蛭石、膨脹性氟化云母、蒙脫石、貝得石、鋰蒙脫石和滑石粉。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述層狀硅酸鹽是合成的層狀硅酸鹽。
18.一種方法，所述方法包括提供第一管道系統(tǒng)，所第一管道系統(tǒng)包括容納第一流體的管道的至少一部分；提供第二管道系統(tǒng)，所述第二管道系統(tǒng)基本上包圍所述第一管道系統(tǒng)，從而在所述第 一管道系統(tǒng)和所述第二管道系統(tǒng)之間形成環(huán)狀空間；提供水基隔熱流體，所述水基隔熱流體包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸 鹽；以及將所述水基隔熱流體置于所述環(huán)狀空間中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述水基隔熱流體還包含聚合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述方法，其中所述層狀硅酸鹽包括至少一種選自由下列各項(xiàng)組 成的組中的層狀硅酸鹽綠土、蛭石、膨脹性氟化云母、蒙脫石、貝得石、鋰蒙脫石和滑石粉。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述水混溶性有機(jī)液體包括至少一種選自由下 列各項(xiàng)組成的組中的液體酯，胺，醇，多元醇，二醇醚，以及它們的衍生物。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述多元醇包括至少一種選自由以下各項(xiàng)組成 的組中的多元醇水溶性的二醇；乙二醇；丙二醇；聚乙二醇；聚丙二醇；二甘醇；三甘醇； 二丙二醇；三丙二醇；通過使環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn) 物；通過使聚乙二醇和聚丙二醇與活性氫類化合物反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物；新戊二醇；戊二 醇；丁二醇；不飽和二醇；丁炔二醇；丁烯二醇；三醇；甘油；環(huán)氧乙烷加合物；環(huán)氧丙烷加 合物；季戊四醇；糖醇；以及它們的衍生物。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述層狀硅酸鹽在所述流體中存在的量在所述 流體重量的約0. 至約15%的范圍內(nèi)，并且所述水混溶性有機(jī)液體在所述流體中存在的 量在所述流體重量的約40%至約99%的范圍內(nèi)。
24.一種水基隔熱流體，所述水基隔熱流體包含水性基液，水混溶性有機(jī)液體，和層狀硅酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明提供了包括以下方法的多種方法和組合物，所述以下方法包括提供在第一管道系統(tǒng)和第二管道系統(tǒng)之間的環(huán)狀空間；提供包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體；以及將水基隔熱流體置于環(huán)狀空間中。提供的組合物包括包含水性基液、水混溶性有機(jī)液體和層狀硅酸鹽的水基隔熱流體。
文檔編號(hào)E21B36/00GK102037110SQ200980108293
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者萊恩·G·埃策爾, 道格拉斯·J·哈里森 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司