Изолирующая пакерная жидкость на углеводородной основе

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Пакерная жидкость, содержащая углеводородную жидкость и гелеобразователь, присутствующий в таком количестве, что пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, имеющая показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут2.

2. Пакерная жидкость по п.1, где пакерная жидкость дополнительно содержит реологическую добавку.

3. Пакерная жидкость по п.2, где гелеобразователь включает ион многовалентного металла и по меньшей мере один эфир, выбранный из группы, состоящей из эфира фосфорной кислоты и эфира фосфоновой кислоты.

4. Пакерная жидкость по п.3, где ионом многовалентного металла является по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из иона трехвалентного железа и иона алюминия.

5. Пакерная жидкость по п.2, где реологическая добавка представляет собой алкилдиамид формулы R1-HN-CO-(СН2)n-CO-NH-R2, где n представляет собой целое число от 1 до 20, R1 представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, a R2 представляет собой водород или алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода.

6. Пакерная жидкость по п.1, где углеводородная жидкость включает по меньшей мере одну, выбранную из дизельного топлива, смеси дизельных топлив и парафинового масла, минерального масла и изомеризованных олефинов.

7. Пакерная жидкость по п.2, где реологическая добавка присутствует в концентрации 3-13 фунтов на баррель.

8. Пакерная жидкость по п.1, где гелеобразователь включает анионный полимер.

9. Пакерная жидкость по п.8, дополнительно содержащая по меньшей мере один компонент, выбранный из реологической добавки, эфира фосфорной кислоты, эфира фосфоновой кислоты и комплексов эфиров фосфорной кислоты или эфиров фосфоновой кислоты.

10. Пакерная жидкость по п.1, где гелеобразователь включает эмульгатор и смешиваемую с водой дисперсную фазу.

11. Пакерная жидкость по п.10, дополнительно содержащая по меньшей мере один компонент, выбранный из реологической добавки, эфира фосфорной кислоты, эфира фосфоновой кислоты и комплексов эфиров фосфорной кислоты или эфиров фосфоновой кислоты.

12. Способ получения пакерной жидкости, включающий получение смеси углеводородной жидкости и гелеобразователя, нагревание смеси до выбранной температуры и воздействие на смесь сдвиговым усилием, где гелеобразователь добавляют в таком в количестве, чтобы получаемая жидкость, подчинялась закону степени при наличии предела текучести и имела показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут2.

13. Способ по п.9, где смесь дополнительно содержит реологическую добавку.

14. Способ по п.10, где смесь дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки.

15. Способ получения пакерной жидкости, включающий получение смеси углеводородной жидкости и реологической добавки, нагревание смеси до выбранной температуры, воздействие на смесь сдвиговым усилием и добавление гелеобразователя, где гелеобразователь и реологическую добавку добавляют в таком количестве, чтобы получаемая жидкость подчинялась закону степени при наличии предела текучести и имела показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут2.

16. Способ по п.12, где смесь дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки.

17. Способ изоляции кольцевого пространства, включающий

получение пакерной жидкости, содержащей углеводородную жидкость и гелеобразователь, где пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, имеющую показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут2;

закачивание пакерной жидкости в кольцевое пространство и сведение к минимуму перемещение в пакерной жидкости для сведения к минимуму тепловых потерь, обусловленных конвекцией.

18. Способ по п.14, где пакерная жидкость дополнительно содержит реологическую добавку.

19. Способ по п.15, где пакерная жидкость дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки.

Текст

Смотреть все

013455 Область техники В общем случае изобретение относится к загущенным жидкостям с низкой теплопроводностью кольцевого пространства. Уровень техники Жидкости кольцевого пространства, или пакерные жидкости, представляют собой жидкости, которые закачивают в кольцевые зазоры, такие как, например, (1) между стенкой ствола буровой скважины и одной или несколькими обсадными колоннами труб, проходящими в ствол буровой скважины, или (2) между соседними концентрическими колоннами труб, проходящими в ствол буровой скважины, или (3) в одном или обоих кольцевых пространствах А или В в стволе буровой скважины, включающем, по меньшей мере, кольцевое пространство А и В с одной или несколькими внутренними колоннами труб,проходящими в упомянутый ствол буровой скважины, которые могут проходить параллельно или номинально параллельно друг другу и могут быть, а могут и не быть концентрическими или номинально концентрическими с внешней обсадной колонной, или (4) в одном или нескольких кольцевых пространствах А, В или С в стволе буровой скважины, включающем, по меньшей мере, кольцевое пространство А, В и С с одной или несколькими внутренними колоннами труб, проходящими в упомянутый ствол буровой скважины, которые могут проходить параллельно или номинально параллельно друг другу и могут быть,а могут и не быть концентрическими или номинально концентрическими с внешней обсадной колонной. В еще одном альтернативном варианте упомянутые одна или несколько колонн труб могут просто проходить через канал или наружную трубу(трубы) для соединения одного или нескольких стволов буровых скважин с другим стволом буровой скважины или обеспечения сообщения между одним или несколькими стволами буровых скважин и центральной точкой централизованных сбора или переработки; и упомянутую жидкость кольцевого пространства можно размещать внутри упомянутых канала или трубы(труб), но вне упомянутых одной или нескольких колонн труб в них. Изолирующими жидкостями кольцевого пространства или изолирующими пакерными жидкостями являются жидкости кольцевого пространства или пакерные жидкости, используемые для контроля за тепловыми потерями - тепловыми потерями, обусловленными как теплопроводностью, так и конвекцией. Данные изолирующие жидкости кольцевого пространства, или пакерные жидкости, в особенности необходимы в операциях по строительству нефтяных или газовых скважин, проводимых на низкотемпературных участках земного шара,например, на тех территориях, на которых имеется вечная мерзлота. Вечная мерзлота представляет собой толстый слой замороженного поверхностного грунта, зачастую обнаруживаемого в арктических или антарктических областях, где данный замороженный грунт может иметь толщину в несколько сотен футов и представляет собой серьезное препятствие для удаления относительно теплых флюидов через буровую трубу, проходящую в упомянутый замороженный грунт. В частности, теплый флюид в буровой трубе приводит к оттаиванию вечной мерзлоты вблизи скважины, что в результате приводит к проседанию породы, что может непоправимым образом испортить среду вечной мерзлоты и создать сжимающие и/или растягивающие нагрузки, достаточно высокие для разрушения или смятия обсадной колонны скважины и, таким образом, делающие возможным вытекание скважинных флюидов. В дополнение к этому, теплые газ или нефть, поступающие на поверхность по буровой трубе, становятся охлажденными в результате отдачи своего тепла вечной мерзлоте. Кроме того, могут образоваться кристаллы газогидратов, которые могут смерзнуться и закупорить буровую трубу; в альтернативном варианте могут образоваться воск или асфальтены, которые могут агломерировать и закупоривать буровую трубу. В общем случае за исключением малозначительного вклада от излучения тепловые потери в кольцевом пространстве обусловлены конвекцией и теплопроводностью. Добыча тяжелых нефтей представляет собой еще одну операцию, в которой зачастую могут быть реализованы выгоды от использования изолирующей жидкости кольцевого пространства. При добыче тяжелых нефтей в скважину и нефтяной пласт для нагревания флюидов в пласте вводят водяной пар высокого давления или горячую воду, что приводит к тепловому расширению сырой нефти, увеличению пластового давления и уменьшению вязкости нефти. В данном способе при теплопередаче через кольцевое пространство между буровой трубой и обсадной колонной может возникнуть повреждение обсадной колонны скважины. Возникающее в результате тепловое расширение обсадной колонны может разрушить сцепление между обсадной колонной и окружающим тампонажным раствором, что приведет к протечке. В соответствии с этим, для изоляции или содействия изоляции буровой трубы может быть использована изолирующая среда, такая как пакерная жидкость. Пакерная жидкость также приводит к уменьшению тепловых потерь и обеспечивает экономию в отношении потребности в энергии при моделировании использования горячей воды или водяного пара (пароциклическая обработка скважины) или при нагнетании в пласт горячей воды или водяного пара. В дополнение к способам с нагнетанием водяного пара и операциям, которые требуют проведения добычи через слой вечной мерзлоты, использования специально разработанных систем, в которых обычно необходимо наличие изолирующих жидкости для кольцевого пространства или пакерной жидкости,требуют и подводные месторождения - в особенности подводные месторождения на большой глубине в диапазоне от 1500 до более, чем 6000 футов. Например, температура подводного нефтяного пласта может находиться в диапазоне приблизительно от 120 до 250F, в то время как температура воды, через-1 013455 которую необходимо транспортировать нефть, зачастую находится всего лишь в диапазоне от 32 до 50F. Транспортирование высокотемпературной нефти через такую низкотемпературную среду в результате может привести к понижению температуры нефти и, следовательно, к разделению нефтей на различные углеводородные фракции и осаждению парафинов, восков, асфальтенов и газогидратов. Агломерирование данных компонентов нефти может привести к закупориванию или сужению проходного сечения ствола буровой скважины, что в результате приведет к значительному ухудшению проведения операции по добыче или даже к полному ее прекращению. Для удовлетворения вышеупомянутых требований к изоляции был разработан широкий ассортимент пакерных жидкостей. Например, в патенте США 3613792 описывают прежний способ изоляции стволов буровых скважин. В патенте 3613792 в качестве изолирующей среды используют простые жидкости и твердые вещества. Патент США 4258791 совершенствует данные изолирующие материалы,описывая маслосодержащую жидкость, такую как отбензиненные нефти, газойли, керосин, дизельные топлива, тяжелые алкилаты, фракции тяжелых алкилатов и т.п., в комбинации с водной фазой, известью и полимерным материалом. В патенте США 4528104 сообщают о пакерной жидкости, состоящей из маслосодержащей жидкости, такой как дизельное масло, керосин, котельное топливо, фракции смазочного масла, нафта и т.п., в комбинации с гелеобразователем на основе органофильной глины и диспергатором глин, таким как полярное органическое соединение и полифункциональный аминосилан. Желатинизированные углеводороды в качестве пакерных жидкостей успешно использовали потому, что углеводородные жидкости характеризуются низкими теплопроводностями, в то время как гелеобразование увеличивает вязкости жидкостей. Повышенная вязкость сводит к минимуму перемещение жидкости в пакерных жидкостях, что приводит к уменьшению или сведению к минимуму тепловых потерь, обусловленных конвекцией. В качестве гелеобразователей при получении высоковязких желатинизированных углеводородных жидкостей успешно использовали соли, полученные из поливалентных металлов (обычно трехвалентного железа или алюминия) и сложных эфиров фосфорной кислоты. Описание данных жидкостей и вариантов их использования можно найти в патентах США 4507213, выданном Daccord et al., 4622155, выданном Harris et al., 5190675, выданном Gross, и 5846915, выданном Smith et al. He так давно в патенте США 6511944, выданном Taylor et al., описали желатинизированные углеводородные жидкости для гидравлического разрыва пласта, которые включают соли, полученные из поливалентных металлов в виде трехвалентного железа или алюминия и эфиров фосфоновой кислоты вместо эфиров фосфорной кислоты. К сожалению, данные желатинизированные углеводородные жидкости для гидравлического разрыва пласта представляют собой жидкости, подчиняющиеся закону степени, а не жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, т.е. они не демонстрируют наличия предела текучести: y=0. Данные патенты посредством ссылки включаются в настоящий документ даже несмотря на то, что настоящее описание предлагает их усовершенствование, помимо прочего, в виде сообщения о том, как сделать жидкости жидкостями, подчиняющимися закону степени при наличии предела текучести, т.е. теми, которые характеризуются неравенством y0. Еще одним недостатком жидкостей для гидравлического разрыва пласта была их ограниченная стабильность - в конце концов, они должны просуществовать только в течение нескольких часов, поскольку даже масштабная работа по гидравлическому разрыву пласта, включающая использование 2000000 фунтов расклинивающего наполнителя, обычно завершается в течение менее чем 8 ч. Несмотря на то, что данные жидкости демонстрируют хорошие эксплуатационные характеристики в областях применения при гидравлическом разрыве пласта, все еще сохраняется потребность в изолирующих жидкостях для кольцевого пространства, или пакерных жидкостях, которые были бы стабильны в течение продолжительных периодов времени, характеризовались бы низкой теплопроводностью и одновременно подавляли бы возникновение тепловых потерь, обусловленных конвекцией. Краткое изложение изобретения В одном аспекте настоящее изобретение относится к пакерным жидкостям. Пакерная жидкость, соответствующая одному варианту реализации изобретения, включает углеводородную жидкость и гелеобразователь, где пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способам получения пакерной жидкости. Способ, соответствующий одному варианту реализации изобретения, включает получение смеси углеводородной жидкости и гелеобразователя; нагревание смеси до выбранной температуры; и воздействие на смесь сдвиговым усилием. В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способам размещения пакерной жидкости в кольцевом пространстве. Способ, соответствующий одному варианту реализации изобретения, включает получение жидкости кольцевого пространства, которая содержит углеводородную жидкость и гелеобразователь, где пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести; и закачивание пакерной жидкости в одно или несколько кольцевых пространств.-2 013455 Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными после ознакомления со следующими далее описанием и прилагаемой формулой изобретения. Краткое описание чертежей Чертеж представляет собой диаграмму напряжения сдвига в зависимости от скорости сдвига для пакерной жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести, соответствующей одному варианту реализации изобретения. Подробное описание Варианты реализации настоящего описания относятся к изолирующим пакерным жидкостям и к способам получения и размещения таких жидкостей. Пакерные жидкости, соответствующие настоящему описанию, обладают хорошими долговременными изолирующими свойствами, поскольку они противодействуют синерезису и разделению различных компонентов на различные фазы и характеризуются низкими теплопроводностями и уникальными реологическими свойствами, которые сводят к минимуму их перемещение сразу после их размещения - и данное сведение к минимуму перемещения, в свою очередь,сводит к минимуму тепловые потери, обусловленные конвекцией. Основная часть тепловых потерь в кольцевом пространстве обуславливается конвекцией и теплопроводностью. Тепловые потери, обусловленные теплопроводностью, можно регулировать в результате надлежащего выбора жидкостей, т.е. жидкостей, характеризующихся низкими теплопроводностями, в то время как тепловые потери, обусловленные конвекцией, можно ограничить или существенно уменьшить благодаря повышенным вязкостям жидкостей. Например, при использовании желатинизированной изолирующей жидкости кольцевого пространства на основе дизельного топлива или других углеводородов,можно получить теплопроводности, составляющие всего лишь 0,07 бте/(часфутF). Желатинизированные углеводороды успешно использовались в качестве жидкостей для гидравлического разрыва пласта, что описывалось в нескольких патентах и публикациях, таких как патенты США 3757864, выданный Crawford et al., 4104173, выданный Gay et al., 4200539, выданный Burnham et al., и 4507213, выданный Daccord et al., которые во всей своей полноте посредством ссылки включаются в настоящее изобретение. В жидкостях для гидравлического разрыва пласта высокая вязкость важна для суспендирования расклинивающих наполнителей. С другой стороны, желательно, чтобы жидкость для гидравлического разрыва пласта демонстрировала бы наличие минимальной подвижности, поскольку ее требуется закачивать в скважину и трещины разрыва. В противоположность этому, для пакерных жидкостей сразу после их размещения в кольцевом пространстве высокожелательными являются сведение к минимуму или исключение перемещения жидкости. Пакерные жидкости, соответствующие вариантам реализации настоящего описания, представляют собой желатинизированные жидкости на нефтяной основе (углеводородной основе), демонстрирующие наличие характеристик жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести (Хершеля-Балкли). Жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, обнаруживают сложное неньютоновское реологическое поведение. Жидкость, подчиняющаяся закону степени при наличии предела текучести, не начинает перемещаться до тех пор, пока приложенное напряжение (усилие) не превысит ее предел текучести. Таким образом, пакерная жидкость, подчиняющаяся закону степени при наличии предела текучести, будет оставаться на месте (т.е. не будет предрасположена к перемещению) сразу после ее размещения в кольцевом пространстве. Данное сопротивление перемещению может обеспечить,по существу, сведение к минимуму или исключение тепловых потерь, обусловленных конвекцией. С другой стороны, жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, имеют тенденцию к наличию относительно небольшой вязкости при высокой скорости сдвига, что облегчает их размещение и вытеснение. Т.е. жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, во время их размещения можно относительно легко закачивать в кольцевые пространства до тех пор,пока приложенное напряжение при закачивании будет превышать предел текучести. Для ознакомления с обсуждением средств анализа жидкостей, подчиняющихся закону степени при наличии предела текучести, можно обратиться к работе Horton, et al., "A New Yield Power Law Analysis Tool Improves InsulatingAnnular Fluid Design", paper No. AADE-05-NTCE-49, AADE 2005 National Technical Conference and Exhibit, Houston, TX, April 5-7, 2005, которая посредством ссылки включается в настоящий документ. Как упоминалось ранее, желатинизированные углеводороды в течение длительного времени успешно использовались в качестве жидкостей для гидравлического разрыва пласта. У жидкостей для гидравлического разрыва пласта для суспендирования расклинивающих наполнителей важны характеристики высокой вязкости, но для введения суспензии расклинивающего наполнителя вниз по скважине и из нее в трещину разрыва также требуется и наличие высокой подвижности. Достижения данных несколько противоречивых целей можно добиться благодаря наличию вязкости, зависящей от сдвига, такой как охарактеризованная законом степени, уравнение 1: гдепредставляет собой напряжение сдвига (фунтсила/100 фут 2),K представляет собой показатель консистенции,-3 013455 представляет собой скорость сдвига (с-1), аnm представляет собой показатель текучести. Жидкости для гидравлического разрыва пласта обычно выбирают такими, чтобы они демонстрировали бы наличие показателей текучести в диапазоне от 0,5 до 0,8 и подходящего для использования значения показателя консистенции так, чтобы они при умеренной скорости сдвига были бы достаточно вязкими для эффективного переноса расклинивающего наполнителя, а также при высокой скорости сдвига достаточно подвижными для того, чтобы обеспечить легкое перемещение суспензии расклинивающего наполнителя вниз по скважине и из нее в трещину разрыва. Однако жидкости для гидравлического разрыва пласта редко претерпевают воздействие диапазона низких скоростей сдвига, которому изолирующие жидкости для кольцевого пространства подвергаются большую часть времени. Как было ясно продемонстрировано в упомянутой ранее работе No. AADE-05-NTCE-49 by Horton, et al., для последних требуется реологическое поведение, которое отличается от поведения жидкости, подчиняющейся закону степени, в особенности в диапазоне скорости сдвига от 0,3 до 0,003 с"1. То, что требуется для данных изолирующих жидкостей для кольцевого пространства, заключается не только в несколько меньшем показателе текучести (предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 0,7), но также и в относительно большом значении предела текучести (также обозначаемом y) в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2, согласно представлению в уравнении зависимости закона степени при наличии предела текучести (также известного под наименованием уравнения Хершеля-Балкли), которое представляет собой следующее: гдепредставляет собой напряжение сдвига, как и в уравнении 1,y представляет собой предел текучести (фунтсила/100 фут 2),Km представляет собой показатель консистенции,представляет собой скорость сдвига (с-1), аnm представляет собой показатель текучести. Среда формирования скорости сдвига для рабочих изолирующих жидкостей для кольцевого пространства такова, что при размещении или вытеснении жидкости y, находящееся в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2, будет иметь относительно небольшое значение в сопоставлении с другими параметрами, приведенными в уравнении 2; но для основной продолжительности срока службы рабочей изолирующей жидкости для кольцевого пространства - для продолжительного периода времени между размещением и вытеснением - будет верно обратное. Данный последний факт является причиной того, почему в общем случае обычно используемая жидкость для гидравлического разрыва пласта не является достаточно подходящей для использования в качестве изолирующей пакерной жидкости. В соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего описания пакерные жидкости в своей основе могут иметь обычно используемые желатинизированные углеводороды, но, кроме того, для получения жидкостей, подчиняющихся закону степени при наличии предела текучести, они содержат реологические добавки. Обычно используемые желатинизированные углеводороды можно получить в результате введения в жидкости на углеводородной основе эфиров фосфорной кислоты и соединения алюминия (или трехвалентного железа). Данные желатинизированные углеводородные жидкости представляют собой трехмерный полимерный элемент, содержащийся в углеводородах. Трехмерный полимерный элемент, вызывающий гелеобразование, образован из эфиров фосфорной кислоты, связанных(закомплексованных) с катионами алюминия или трехвалентного железа. Присутствие в эфире фосфорной кислоты длинных алкильных боковых цепей делает данные полимерные элементы растворимыми в углеводородах. Однако данные обычно используемые желатинизированные углеводородные жидкости представляют собой жидкости, подчиняющиеся закону степени, или жидкости, подчиняющиеся закону Ньютона; данные жидкости будут перемещаться в ответ на любое приложенное усилие, в том числе и небольшое усилие. В противоположность этому, пакерные жидкости настоящего описания содержат реологические добавки, которые превращают данные жидкости из жидкостей, подчиняющихся закону степени, в жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести. Жидкости, подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, не будут перемещаться до тех пор, пока приложенное напряжение (усилие) не будет превышать предела текучести жидкостей. Как отмечалось ранее, жидкости,подчиняющиеся закону степени при наличии предела текучести, являются более предпочтительными в качестве пакерных жидкостей, поскольку они не будут перемещаться в ответ на незначительное напряжение (например, в случае вибрации), обусловленное различной деятельностью, проводимой в скважине. Пакерная жидкость, соответствующая вариантам реализации настоящего описания, содержит жидкости на углеводородной основе, гелеобразователь и реологическую добавку, которая придает желатинизированным углеводородам поведение, подобное поведению жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести. Специалист в соответствующей области техники должен понимать, что для придания жидкости желательных характеристик жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести, могут быть использованы различные реологические добавки. Подходящие для использования реологические добавки, соответствующие вариантам реализации настоящего описания,-4 013455 например, могут включать алкилдиамиды, такие как те, которые описываются общей формулой: R1-HNCO-(СН 2)n-CO-NH-R2, где n представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 20, более предпочтительно от 1 до 4, еще более предпочтительно от 1 до 2, a R1 представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, более предпочтительно от 4 до 12 атомов углерода, а еще более предпочтительно от 5 до 8 атомов углерода, и R2 представляет собой водород или алкильную группу,содержащую от 1 до 20 атомов углерода, или более предпочтительно водород или алкильную группу,содержащую от 1 до 4 атомов углерода, где R1 и R2 могут быть, а могут и не быть идентичными. Такие алкилдиамиды можно получить, например, в M-I L.L.C. (Хьюстон, Техас) под торговым наименованиемVersaPac использовали в качестве термически активируемого гелеобразователя, который вызывает вязкость и формирует гелеобразную структуру при воздействии сдвига и нагревания до температуры,большей, чем 60 С. В случае полной активации VersaPac структура геля остается стабильной даже при падении температуры до температуры, меньшей, чем 60 С. Однако в случае использования при температуре, большей, чем его температура плавления (120 С), реологическое действие постепенно уменьшается.VersaPac активируют, используя комбинацию нагревания и воздействия сдвиговым усилием. В отсутствие сдвига и ниже температуры активации реологическое действие VersaPac минимально, поскольку частицы не набухают. Механизм гелеобразования включает набухание первоначальных агломератов и постепенное высвобождение индивидуальных олигомерных цепей. После этого высвободившиеся олигомеры ассоциируются с другим дисперсным материалом, обеспечивая получение реологического действия. Формирование данной структуры является тиксотропным, поскольку оно включает перестройку первоначальной структуры в наиболее термодинамически стабильную конфигурацию. При полном активировании формируется тип мицеллярной структуры, включающей в систему гелеобразователь и другие компоненты. В соответствии с определенными вариантами реализации настоящего описания пакерные жидкости в своей основе могут иметь желатинизированные углеводороды, где гелеобразователь включает сополимер поли(этилен-хлорэтилен-[хлорэтиленсульфонат натрия]), который доступен, например, в виде продукта XRP 032 от Eliokem, Inc., 1452 East Archwood Avenue, Akron, Ohio 44306, или эмульсию, полученную из эмульгатора и смешиваемой с водой дисперсной фазы. В соответствии с определенными вариантами реализации настоящего описания пакерная жидкость содержит упомянутую ранее реологическую добавку, добавленную к углеводородной жидкости, которая содержит один или несколько гелеобразователей, такие как эфиры фосфорной кислоты в присутствии соединения трехвалентного железа или алюминия. Углеводородами, например, могут являться дизельные топлива, парафиновые масла, сырые нефти, керосин или их смеси. Эфиры фосфорной кислоты могут иметь идентичные или различные алкильные группы, имеющие различные длины. В соответствии с вариантами реализации изобретения алкильные группы (т.е. сложноэфирные части) эфиров фосфорной кислоты содержат два и более атомов углерода, а предпочтительно по меньшей мере одна из алкильных групп содержит от 3 до 10 атомов углерода. Соединения трехвалентного железа или алюминия могут представлять собой органические или неорганические соединения, такие как хлорид алюминия, алкоксид алюминия, хлорид трехвалентного железа, металлорганические комплексы алюминия или железа (III),соли аминокарбоновых кислот и алюминия или железа (III) и т.п. Эфиры фосфорной кислоты, имеющие желательную алкильную группу, можно получить при использовании пентаоксида фосфора и триэтилфосфата (ТЭФ) (или других подобных сложных триэфиров фосфорной кислоты) в присутствии следовых количеств воды: В продемонстрированных ранее реакциях сложный эфир триэтилфосфат (ТЭФ) подвергают неполному гидролизу до получения диэтилового эфира фосфорной кислоты. После этого диэтиловый эфир фосфорной кислоты подвергают переэтерификации при использовании выбранного спирта (ROH) для преобразования его в диалкиловый эфир фосфорной кислоты имеющий по меньшей мере одну, а зачастую две сложноэфирные алкильные группы, полученные из ROH. Спирт (ROH), т.е. длину алкильной цепи R, можно выбирать, имея целью получение желательной гидрофобности. В соответствии с вариантами реализации изобретения спирты (ROH) содержат 2 и более атомов углерода (т.е. этанол или его высшие гомологи), а предпочтительно от 2 до 10 атомов углерода,которые могут образовывать прямые или разветвленные цепи. Диалкиловые сложные эфиры фосфорной кислоты, имеющие алкильную цепь длиной в 2-10 атомов углерода, можно получить от M-I L.L.C. (Хьюстон, Техас) под торговым наименованием ECF-976. В соответствии с определенными вариантами реализации изобретения группа R может включать ароматические или другие функциональные группы до тех пор, пока она все еще может обеспечивать придание жидкостям на углеводородной основе надлежащей растворимости.-5 013455 Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что для получения желательных эфиров фосфорной кислоты без отклонения от объема изобретения можно будет использовать и различные другие реакции. Например, эфиры фосфорной кислоты можно получать при использовании гемипентаоксида фосфора (или пентаоксида фосфора Р 2 О 5) и смеси длинноцепочечных спиртов, как это описывается в патенте США 4507213: Данная реакция приводит к получению смеси моноэфиров и диэфиров фосфорной кислоты. Кроме того, несмотря на то, что вышеупомянутая реакция продемонстрирована для случая использования двух различных спиртов, ту же самую реакцию также можно провести и с участием одного типа спирта для упрощения состава продукта. Следует отметить, что в вариантах реализации изобретения можно использовать смесь эфиров фосфорной кислоты, т.е. можно не ограничиваться использованием чистого эфира фосфорной кислоты. В соответствии с использованием в настоящем документе эфиры фосфорной кислоты включают диэфиры монокислоты и моноэфиры дикислоты. Кроме того, вместо эфиров фосфорной кислоты или в дополнение к ним в вариантах реализации, описанных в настоящем документе, также можно использовать и эфиры фосфоновой кислоты, описанные в патенте США 6511944, выданномTaylor et al. Эфир фосфоновой кислоты имеет алкильную группу, непосредственно связанную с атомом фосфора, и имеет одну группу кислоты и одну группу эфира. Специалист в соответствующей области техники также должен понимать то, что могут быть использованы и другие типы гелеобразователей, в том числе анионные полимеры, такие как сополимер поли(этилен-хлорэтилен[хлорэтиленсульфонат натрия]), или эмульсии, полученные из эмульгатора и смешиваемой с водой дисперсной фазы. В зависимости от реологических свойств жидкости, полученной при использовании данных гелеобразователей, и от того, придает или нет сам гелеобразователь жидкости желательные характеристики жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести, возможным является и необязательное включение реологических добавок. Пакерную жидкость, соответствующую одному варианту реализации изобретения, можно получить следующим образом: жидкость основы, содержащую углеводороды, гелеобразователь, включающий эфир фосфорной кислоты (например, ECF-976 от M-I L.L.C.) или эфир фосфоновой кислоты, закомплексованный с ионом многовалентного металла (например, ионом трехвалентного железа или алюминия,или ECF-977 от M-I L.L.C.) и реологическую добавку (например, алкилдиамиды VersaPac) перемешивают в смесителе (для воздействия на смесь сдвиговым усилием) при повышенной температуре (например, 180F, приблизительно 80 С) для облегчения растворения или набухания диалкилдиамида. Жидкость основы может содержать, например, дизельные топлива, смесь дизельных топлив и парафинового масла (например, смесь,% 85:15), минеральное масло, 10 16-18, Saraline 185V или Safe-Solv ОМ иSafe-T-Pickle от M-I L.L.C., EDC99 DW от TOTAL или PureDrill HT-40 от PetroCanada. В дополнение к этому, пакерная жидкость, соответствующая некоторым вариантам реализации изобретения, дополнительно может содержать и другие компоненты, которые обычно используют в таких жидкостях,такие как эмульгаторы и неорганические соли (например, хлорид кальция, бромид кальция и т.п.). Примеры эмульгаторов включают те, которые продаются под торговым наименованием VersaMul и VersaCoat в M-I L.L.C. (Хьюстон, Техас). Например, пакерная жидкость изобретения может содержать смесь дизельного топлива с приблизительно 3-9 фунт/баррель (фунт на баррель) EcotrolRD (маслорастворимого полимера) и приблизительно 3-9 фунт/баррель VersaPac. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что гелеобразователи и реологические добавки могут быть добавлены в количестве, подходящем для использования при получении желательных свойств. Поскольку VersaPac (или подобные алкилдиамиды) плохо растворимы в жидкостях на углеводородной основе, альтернативный способ получения включает сначала получение суспензии (например,суспензии с составом 1:1) VersaPac в подходящем растворителе (например, пропиленгликоле, полипропиленгликоле или других подобных растворителях). Данное получение можно проводить при использовании смесителя при пониженной температуре (например, 135F, приблизительно 58 С). После этого данную суспензию добавляют к жидкостям на углеводородной основе и гелеобразователям. В альтернативном варианте вместо получения сначала суспензии VersaPac в упомянутом подходящем растворителе VersaPac, а после этого и упомянутый подходящий растворитель можно просто добавить к жидкостям на углеводородной основе и после этого получение можно провести при помощи смесителя при пониженной температуре (например, 135F, приблизительно 58 С). Затем к данной смеси последовательно добавляют гелеобразователь, включающий эфир фосфорной кислоты (например, ECF-976 от M-IL.L.C.) или эфир фосфоновой кислоты, закомплексованный с ионом многовалентного металла (напри-6 013455 мер, ионом трехвалентного железа или алюминия, или ECF-977 от М-I L.L.C.). И в рамках еще одной другой альтернативы вместо получения сначала суспензии VersaPac в упомянутом подходящем растворителе упомянутый подходящий растворитель, а после этого и VersaPac можно просто добавить к жидкостям на углеводородной основе и после этого получение можно провести при помощи смесителя при пониженной температуре (например, 135F, приблизительно 58 С). Затем к данной смеси последовательно добавляют гелеобразователь, включающий эфир фосфорной кислоты (например, ECF-976 от M-IL.L.C.) или эфир фосфоновой кислоты, закомплексованный с ионом многовалентного металла (например, ионом трехвалентного железа или алюминия, или ECF-977 от M-I L.L.C.). В числе трех возможных альтернатив последняя является несколько более предпочтительной в сопоставлении с двумя другими; и все три данные альтернативы (вследствие включения в них нагревания и воздействия сдвиговым усилием только при 135F) являются несколько более предпочтительными в сопоставлении с альтернативой добавления всех компонентов сразу и реализации для смеси нагревания и воздействия сдвиговым усилием при 180F. В дополнение к этому, специалисту в соответствующей области должно быть очевидно то,что для достижения того же самого результата могут быть использованы также и другие способы. На фиг. 1 продемонстрировано напряжение сдвига в зависимости от скорости сдвига при 140F для пакерной жидкости, соответствующей одному варианту реализации изобретения. Как продемонстрировано на фиг. 1, экспериментальные точки аппроксимируются кривой, соответствующей уравнению для жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести (уравнению ХершеляБалкли): гдепредставляет собой напряжение сдвига (фунтсила/100 фут 2), 0 представляет собой предел текучести (фунтсила/100 фут 2), Km представляет собой показатель консистенции (который эквивалентен вязкости при приближении 0 к 0 и при приближении nm к 1,0, т.е. при ньютоновском поведении) (единицы представляет собой скорость сдвиговой дефоризмерения представляют собой фунтсилаcn/100 фут 2),мации (с-1), а nm представляет собой показатель текучести, который является безразмерным экспоненциальным параметром, значения которого обычно находятся в диапазоне от 0,3 до 1,0. Аппроксимация кривой приводит к значениям nm=0,539, Km=5,07 фунтсилаcn/100 фут 2, а 0=12,70 фунтсила/100 фут 2, что ясно свидетельствует в пользу жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести. Ньютоновская жидкость или жидкость, подчиняющаяся простому закону степени, будут характеризоваться нулевым значением предела текучести (0). В еще одном варианте реализации настоящего описания жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, можно получить следующим образом: жидкость основы, содержащую углеводороды,и гелеобразователь,включающий сополимер поли(этиленхлорэтилен[хлорэтиленсульфонат натрия]), (который доступен, например, в виде продукта XRP 032 от Eliokem, Inc.,1452 East Archwood Avenue, Akron, Ohio 44306), можно перемешать в низкосдвиговом смесителе при умеренно повышенной температуре (например, в диапазоне от 122 до 140F, приблизительно от 50 до 60 С) для облегчения растворения или набухания сополимера. Необязательно можно добавить диалкилдиамид и/или эфир фосфорной кислоты (например, ECF 976 от M-I L.L.C.) или эфир фосфоновой кислоты, закомплексованный с ионом многовалентного металла (например, ионом трехвалентного железа или алюминия, или ECF 977 от M-I L.L.C.). Жидкость основы может содержать, например, дизельные топлива, смесь дизельных топлив и парафинового масла (например, смесь,% 85:15), минеральное масло, IO 1618, Saraline 185V или Safe-Solv ОМ и Safe-T-Pickle от M-I L.L.C., EDC99 DW от TOTAL илиPureDrill НТ-40 от PetroCanada. В дополнение к этому, пакерная жидкость, соответствующая некоторым вариантам реализации настоящего описания, дополнительно может содержать и другие компоненты, которые обычно используют в таких жидкостях, такие как эмульгаторы и неорганические соли (например, хлорид кальция, бромид кальция и т.п.). Специалист в соответствующей области техники должен понимать, что гелеобразователи и реологические добавки могут быть добавлены в количестве, подходящем для использования при получении желательных свойств. В еще одном другом варианте реализации настоящего описания жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, можно получить следующим образом: жидкость основы, содержащую углеводороды, и гелеобразователь, включающий комбинацию эмульгатора (который доступен,например, в виде продукта Surfazol 1000 от The Lubrizol Corp., 29400 Lakeland Blvd., Wickliffe, Ohio 44092) и смешиваемой с водой дисперсной фазы, перемешивают в низкосдвиговом смесителе при умеренно повышенной температуре (например, в диапазоне от 122 до 140F, приблизительно от 50 до 60 С) для облегчения инициирования эмульгирования, что продолжают проведением в течение ночи горячего вальцевания смеси при 150F (приблизительно 66 С). Смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из рассола высокой плотности, такого как рассол, содержащий 19,2 фунт/галлон бромида цинка-кальция, при соотношении таком, чтобы объемное соотношение между непрерывной и дисперсной фазами выдерживалось бы равным приблизительно 88,8:11,2 для сохранения плотности продукта в виде жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести большей, чем приблизительно 8,60 фунт/галлон, а теплопроводности, меньшей,-7 013455 чем приблизительно 0,085 бте/чфутF. В одном варианте реализации смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из рассола высокой плотности, такого как рассол, содержащий 14,2 фунт/галлон бромида кальция, при соотношении таком, чтобы объемное соотношение между непрерывной и дисперсной фазами выдерживалось бы равным приблизительно 80,8:19,2 для сохранения плотности продукта в виде жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести, большей чем приблизительно 8,60 фунт/галлон, а теплопроводности, меньшей чем приблизительно 0,108 бте/чфутF. В еще одном варианте реализации смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из рассола высокой плотности, такого как рассол, содержащий 11,6 фунт/галлон хлорида кальция, при соотношении,таком, чтобы объемное соотношение между непрерывной и дисперсной фазами выдерживалось бы равным приблизительно 69,2:30,8 для сохранения плотности продукта в виде жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести большей, чем приблизительно 8,60 фунт/галлон, а теплопроводности меньшей, чем приблизительно 0,143 бте/часфутF. В еще одном варианте реализации смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из плотной смешиваемой с водой, но не содержащей воды жидкости, такой как раствор бромида цинка и бромида кальция в этиленгликоле, пропиленгликоле, диэтиленгликоле или триэтиленгликоле. В дополнительном варианте реализации смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из смеси обычного рассола высокой плотности и плотной смешиваемой с водой, но не содержащей воды жидкости,такой как раствор бромида цинка и бромида кальция в этиленгликоле, пропиленгликоле, диэтиленгликоле или триэтиленгликоле. В еще одном другом варианте реализации смешиваемую с водой дисперсную фазу можно подавать из смеси обычного рассола высокой плотности и плотной смешиваемой с водой, но не содержащей воды жидкости, такой как раствор бромида кальция в этиленгликоле, пропиленгликоле,диэтиленгликоле или триэтиленгликоле. Необязательно можно добавить диалкилдиамид и/или можно добавить эфир фосфорной кислоты(например, ECF 976 от M-I L.L.C.) или эфир фосфоновой кислоты, закомплексованный с ионом многовалентного металла (например, ионом трехвалентного железа или алюминия, или ECF 977 от M-I L.L.C.). Жидкость основы может содержать, например, дизельные топлива, смесь дизельных топлив и парафинового масла (например, смесь,% 85:15), минеральное масло, IO 16-18, Saraline 185V или Safe-Solv ОМ и Safe-T-Pickle от M-I L.L.C., EDC99 DW от TOTAL или PureDrill HT-40 от PetroCanada. В дополнение к этому, пакерная жидкость, соответствующая некоторым вариантам реализации настоящего описания, дополнительно может содержать и другие компоненты, которые обычно используют в таких жидкостях, такие как эмульгаторы и неорганические соли (например, хлорид кальция, бромид кальция и т.п.). Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что гелеобразователи и реологические добавки могут быть добавлены в количестве, подходящем для использования при получении желательных свойств. Преимущества изобретения могут включать одно или несколько из следующих далее. Пакерные жидкости, соответствующие вариантам реализации, описанным в настоящем документе, демонстрируют наличие характеристик жидкости, подчиняющейся закону степени при наличии предела текучести, таких что пакерные жидкости не будут подвержены перемещению сразу после их размещения в кольцевом пространстве. Сведение к минимуму перемещений в данных жидкостях уменьшает тепловые потери,обусловленные конвекцией, до минимума. Для данных жидкостей, подчиняющихся закону степени при наличии предела текучести, все еще можно будет проводить закачивание во время их размещения и вытеснения. Жидкости основы можно выбирать из различных углеводородов, таких которые будут характеризоваться собственной низкой теплопроводностью и соответствовать конкретным областям применения, например, на глубоководных или арктических/антарктических территориях. В то время как данное изобретение было описано в связи с ограниченным количеством вариантов реализации, специалисты в соответствующей области техники, воспользовавшись выгодами от ознакомления с данным описанием, должны понять то, что могут быть разработаны и другие варианты реализации, которые не отклоняются от объема изобретения, описанного в настоящем документе. В соответствии с этим, объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пакерная жидкость, содержащая углеводородную жидкость и гелеобразователь, присутствующий в таком количестве, что пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, имеющая показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2. 2. Пакерная жидкость по п.1, где пакерная жидкость дополнительно содержит реологическую добавку. 3. Пакерная жидкость по п.2, где гелеобразователь включает ион многовалентного металла и по меньшей мере один эфир, выбранный из группы, состоящей из эфира фосфорной кислоты и эфира фосфоновой кислоты. 4. Пакерная жидкость по п.3, где ионом многовалентного металла является по меньшей мере один,-8 013455 выбранный из группы, состоящей из иона трехвалентного железа и иона алюминия. 5. Пакерная жидкость по п.2, где реологическая добавка представляет собой алкилдиамид формулыR1-HN-CO-(СН 2)n-CO-NH-R2, где n представляет собой целое число от 1 до 20, R1 представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, a R2 представляет собой водород или алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода. 6. Пакерная жидкость по п.1, где углеводородная жидкость включает по меньшей мере одну, выбранную из дизельного топлива, смеси дизельных топлив и парафинового масла, минерального масла и изомеризованных олефинов. 7. Пакерная жидкость по п.2, где реологическая добавка присутствует в концентрации 3-13 фунтов на баррель. 8. Пакерная жидкость по п.1, где гелеобразователь включает анионный полимер. 9. Пакерная жидкость по п.8, дополнительно содержащая по меньшей мере один компонент, выбранный из реологической добавки, эфира фосфорной кислоты, эфира фосфоновой кислоты и комплексов эфиров фосфорной кислоты или эфиров фосфоновой кислоты. 10. Пакерная жидкость по п.1, где гелеобразователь включает эмульгатор и смешиваемую с водой дисперсную фазу. 11. Пакерная жидкость по п.10, дополнительно содержащая по меньшей мере один компонент, выбранный из реологической добавки, эфира фосфорной кислоты, эфира фосфоновой кислоты и комплексов эфиров фосфорной кислоты или эфиров фосфоновой кислоты. 12. Способ получения пакерной жидкости, включающий получение смеси углеводородной жидкости и гелеобразователя, нагревание смеси до выбранной температуры и воздействие на смесь сдвиговым усилием, где гелеобразователь добавляют в таком в количестве, чтобы получаемая жидкость, подчинялась закону степени при наличии предела текучести и имела показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2. 13. Способ по п.9, где смесь дополнительно содержит реологическую добавку. 14. Способ по п.10, где смесь дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки. 15. Способ получения пакерной жидкости, включающий получение смеси углеводородной жидкости и реологической добавки, нагревание смеси до выбранной температуры, воздействие на смесь сдвиговым усилием и добавление гелеобразователя, где гелеобразователь и реологическую добавку добавляют в таком количестве, чтобы получаемая жидкость подчинялась закону степени при наличии предела текучести и имела показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2. 16. Способ по п.12, где смесь дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки. 17. Способ изоляции кольцевого пространства, включающий получение пакерной жидкости, содержащей углеводородную жидкость и гелеобразователь, где пакерная жидкость представляет собой жидкость, подчиняющуюся закону степени при наличии предела текучести, имеющую показатель текучести в диапазоне от 0,4 до 0,7 и предел текучести в диапазоне от 10 до 105 фунтсила/100 фут 2; закачивание пакерной жидкости в кольцевое пространство и сведение к минимуму перемещение в пакерной жидкости для сведения к минимуму тепловых потерь, обусловленных конвекцией. 18. Способ по п.14, где пакерная жидкость дополнительно содержит реологическую добавку. 19. Способ по п.15, где пакерная жидкость дополнительно содержит растворитель для упомянутой реологической добавки.

МПК / Метки

МПК: E21B 33/12

Метки: изолирующая, жидкость, углеводородной, пакерная, основе

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-13455-izoliruyushhaya-pakernaya-zhidkost-na-uglevodorodnojj-osnove.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Изолирующая пакерная жидкость на углеводородной основе</a>

Похожие патенты