JP2011513677A - 改良された水性ベース絶縁性流体及び関連方法 - Google Patents

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Abstract

本明細書中に、下記を含む方法を含む方法及び組成物を提供する：第1の管と第2の管との間にアニュラスを設けること；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；並びに該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。提供される組成物は、水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を含む。
【選択図】 図１

Description

本願は、2007年3月14日出願の「改良された水性ベース絶縁性流体及び関連方法」と題する米国特許出願番号第11/685,909号の一部継続出願であり、その全体は、参照により本明細書中に組込まれており、かつ優先権は35U.S.C.§120に準じて請求される。
（背景）
本発明は、絶縁性流体に関する。より具体的には、例えば、パイプライン及び地下での用途（例えば、石油生産導管を絶縁するための）などの絶縁性流体を必要とする用途に使用することができる、より低い熱伝導度を有し、高温でのより一層の安定性を有する水性ベース絶縁性流体に関する。
絶縁性流体は多くの場合、地下での操業に使用され、該流体は第1の管と、第2の管又は坑井孔の壁との間のアニュラス（annulus）に配置される。該絶縁性流体は、該第1の管内に位置し得る第1の流体（例えば、炭化水素流体）を、該第1の管の周囲環境から、又は該炭化水素流体の最適回収を可能にする第2の管から絶縁するように作用する。例えば、該周囲環境が極寒である場合、該絶縁性流体は、第1の管内の第1の流体を、例えば該第1の管であるプロダクションチュービングを通って他の設備に効果的に流すことができるように、該環境から保護すると考えられる。このことは、熱伝達が重い炭化水素の沈降、流量の深刻な低下及び場合によっては、ケーシングの崩壊のような問題を起こす場合があるために望ましい。加えて、パッカー用途に使用する場合に、所要量の静水ヘッド圧力（hydrostatic head pressure）が要求される。したがって、必要な静水力を提供するというこの理由のために、多くの場合、より高密度の絶縁性流体が使用される。
また、そのような流体は、例えば、パイプライン内に位置する流体を、該流体が該パイプライン中を効果的に流れることができるように、周囲環境条件から保護することと類似の目的のパイプラインを含む類似の用途に使用することができる。絶縁性流体は、熱伝達を制御することが望ましい他の絶縁用途にも使用することができる。これらの用途は、炭化水素を含むか又は含まなくてもよい。
好ましくは、有益な絶縁性流体は、低い固有の熱伝導度を有し、またとりわけ熱を取り除き得る対流を防ぐためにゲル状のままでいるべきである。加えて、好ましい絶縁性流体は、水性ベースで、かつ取扱い及び使用が容易であるものとすべきである。更に、好ましい流体は、最適性能のために、長期間、超高温（例えば、204.44℃（400°F）以上の温度）を許容すべきである。
従来の水性ベース絶縁性流体は、多くの欠点にさらされている。まず、多くは温度制限と関連している。典型的に、多くの水性ベース絶縁性流体は、比較的短期間の間、最大115.56℃（240°F）でのみ安定である。このことは、第1の流体を絶縁することに関して、その望ましい機能を果たせない原因となり得る流体の早期分解を招く結果となる場合があるので問題となり得る。多くの従来の水性ベース絶縁性流体の2つ目の共通する制限は、それらの密度範囲である。典型的に、これらの流体は、12.5ppgの密度の上限を有する。多くの場合、選択用途に適した圧力を維持するのに、より高い密度が望ましい。加えて、大抵の水性ベース絶縁性流体は、これらの流体が伝導性熱伝達を制御するのに効率的又は効果的ではないことを意味する過剰な熱伝導度を有する。更に、対流を排除するために粘性化流体が要求される場合に、流動している水性ベースの流体において所望の粘性を得ることが多く、該流体は、所定の位置に送り込むことができるにはあまりに粘性が高くなる場合がある。また、いくつかの水性ベースの流体は、使用される種々の鹹水とは適合し得ない、異なる耐塩性を有する場合があり、それは、特定の環境で使用する流体に関して、取扱者の選択肢を制限する。
いくつかの場合において、絶縁性流体は油性ベースとすることができる。特定の油性ベースの流体はそれらの水性の対応物に比べて、より低い熱伝導度を有することができるので利点をもたらす場合がある。しかし、多くの不利益も同様にこれらの流体と関係している。第一に、油性ベース絶縁性流体は、「重量増加（weight up）」し難いことがある。それは、用途で要求される必要密度を得ることが困難となり得るということを意味する。第二に、油性ベースの流体には、毒性、及び特にそのような流体を海底用途で使用する場合に管理しなければならない他の環境問題が存在し得る。加えて、水性の仕上げ流体を使用する場合に、界面問題が存在し得る。油性ベース絶縁性流体を使用する場合に存在する別の厄介事は、第1の管ラインに沿って存在し得る任意の弾性シールとのそれらの適合性に関する問題である。
第1の管を絶縁するのに使用することができる別の方法は、真空絶縁管を使用することを含む。しかし、この方法にも不都合が存在する。第一に、該真空管（vacuum tubing）が仕上げストリング（string）に設置される場合、該真空管の部分は機能しなくなることがある。これは、多大な中断時間を含むコストのかかる問題となり得る。深刻な場合には、該第1の管は崩壊する恐れがある。第二に、真空絶縁管は、非常に費用がかかりかつ設置し難い場合がある。更に、多くの場合、該真空管の接合点又は接合継手での熱伝達が問題となり得る。これらは、管における「熱い箇所（hot spot）」となり得る。
（概要）
本発明は、絶縁性流体に関する。より具体的には、例えば、パイプライン及び地下での用途（例えば、石油生産導管を絶縁するための）などの絶縁性流体を必要とする用途に使用することができる、より低い熱伝導度を有し、高温でのより一層の安定性を有する水性ベース絶縁性流体に関する。
一実施態様において、本発明は、下記を含む方法を提供する：第1の管と第2の管との間にアニュラスを設けること；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は、下記を含む方法を提供する：管と坑井孔の表面との間でアニュラスが形成されるように坑井孔内に設置された、第1の流体を含む管を設けること；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は下記を含む方法を提供する：第1の流体を含むパイプラインの少なくとも一部を含む第1の管を設けること；該第1の管を実質的に包囲する第2の管を設け、それによって該第1の管と該第2の管との間にアニュラスを作り出すこと；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は、水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供する。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
別の実施態様において、本発明は、下記を含む水性ベース絶縁性流体の形成方法を提供する：水性ベース流体及び水混和性水混和性有機液体を混合して混合物を形成すること；該混合物に少なくとも1つの層状シリケートを添加すること；該シリケートを水和させること；選択位置に該層状シリケートを含む混合物を配置すること；該層状シリケートを含む該混合物を活性化させて、そこにゲルを形成することである。いくつかの実施態様において、ポリマーを該混合物に添加し、水和させることができる。任意に、ポリマーを架橋するポリマーを含む該混合物に、架橋剤を添加することができる。
本発明の特徴及び利点は、当業者には容易に理解されるであろう。当業者によって多くの変更がなされ得るが、そのような変更は本発明の精神の範囲内である。
これらの図は、本発明のいくつかの実施態様の特定の態様を例示しており、本発明を制限又は規定するために用いられるべきものではない。
実施例の節の実施例1に説明される配合物に使用した材料及びそれらの量を記載する。
5000分間、約87.78℃（190°F）まで加熱して架橋剤を活性化し、粘性を増加させた流体から得られたデータを示す。
実施例の節の実施例2に説明される配合物に使用し得る材料及びそれらの近似量を記載する。
およそ10,000psiでおよそ45,000秒間、およそ37.78℃（100°F）〜およそ315.56℃（600°F）まで加熱した流体から得られたデータを示す。
（好ましい実施態様の説明）
本発明は、絶縁性流体に関する。より具体的には、例えば、パイプライン及び地下での用途（例えば、石油生産導管を絶縁するための）などの絶縁性流体を必要とする用途に使用することができる、より低い熱伝導度を有し、高温でのより一層の安定性を有する水性ベース絶縁性流体に関する。本発明の水性ベース絶縁性流体は、絶縁性流体を必要とする任意の用途に使用することができる。好ましくは、それらは、パイプライン及び地下での用途に使用することができる。
本発明の改良された水性ベース絶縁性流体及び方法は、多くの潜在的利点を示し、それらのいくつかだけが本明細書中に示唆される。これら多くの利点の1つは、該流体が、それらを多くの用途に有益に使用できるようにする強化された熱安定性を有し得ることである。次に、いくつかの実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、従来の水性ベース絶縁性流体より高い密度を有し、したがってその態様において明確な利点を示し得る。加えて、本発明の水性ベース絶縁性流体は、特定の用途において特に有益であると考えられる、比較的低い熱伝導度を有する。いくつかの実施態様において、これらの流体は非常に耐久性があると考えられる。更に、いくつかの実施態様において、本発明の流体は、広い流体密度範囲、熱伝導度の低下、及び現行の工業規格の温度を超える温度（例えば、含有の有機液体依存の約315.56℃（600°F）以上の温度でさえ）での安定したゲル特性を有する、水性ベースの粘性絶縁性流体を提供する。別の潜在的利点は、これらの流体が、絶縁性流体自身又は絶縁されている流体の内部での水和物の形成を阻止し得ることである。本発明の他の利点及び目的は、本開示の利益とともに当業者に理解されるであろう。
特定の実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む。特定の実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、水性ベース流体、水混和性有機液体、層状シリケート、及び任意に合成ポリマーを含む。いくつかの場合において、適切な架橋剤を該流体に使用すること又は添加することによって、該ポリマーを架橋することができる。したがって、本明細書中に使用される用語「ポリマー」は、架橋され得る又はされ得ないオリゴマー、コポリマー、ターポリマーなどを意味する。任意に、本発明の水性ベース絶縁性流体は、他の添加物、例えば、防錆剤、pH調整剤、殺生物剤、ガラスビーズ、中空球（例えば、中空ミクロスフェア）、レオロジー調整剤、緩衝剤、水和物抑制剤、ブレーカー（breaker）、トレーサー、付加的増量剤、粘性化剤（viscosifier）、界面活性剤、及びこれらのいずれかの組合せを含むことができる。本開示の利益とともに当業者に理解され得るように、他の添加物を同様に適合させて、本発明の水性ベース絶縁性流体と組合せて有益に使用することができる。
本発明の水性ベース絶縁性流体に使用することができる水性ベース流体は、絶縁、地下、又はパイプラインの用途に使用するのに適した任意の水性流体を含む。いくつかの場合において、例えば、比較的高密度の水性ベース絶縁性流体が望ましい場合（例えば、10.5ppg以上の密度）、鹹水を使用することができる；しかし、本発明の流体は、本明細書中に記載のポリマーを含むが、本明細書中に記載の層状シリケートを含まないものなどの他の流体より、高濃度の塩に対してより小さい耐性となり得ることが観察される。適当な鹹水を挙げると、限定はされないが：NaCl、NaBr、KCl、CaCl2、CaBr2、ZrBr2、炭酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸セシウム、並びにこれら鹹水の組合せ及び誘導体がある。他のものを同様に適合することができる。使用される具体的な鹹水は、得られる水性ベース絶縁性流体の所望の密度によって、又は存在し得る他の仕上げ流体鹹水との適合性に対し決定することができる。より高密度の鹹水がいくつかの場合に有用となり得る。問題の用途に適する密度は、本開示の利益とともに当業者に理解されるように使用されるべきである。どれだけの量の水性流体を含むかを決定する場合に、従う一般的指針は、水性流体成分が、そこに存在する他の成分の量を考慮後に、高温水性ベース絶縁性流体のバランスを含まなければならないことである。
本発明の水性ベース絶縁性流体中に含まれ得る水混和性有機液体は、比較的低い熱伝導度（例えば、水の約半分の伝導度又はそれ以下）を有する水混和性材料を含む。「水混和性」とは、100グラムの水に約5グラム以上の有機液体が分散しているであろうことを意味する。適当な水混和性有機液体を挙げると、限定はされないが、エステル、アミン、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、又はこれらの組合せ及び誘導体がある。適当なエステルの例を挙げると、低分子量エステルがあり；具体的な例を挙げると、限定はされないが、メチルホルマート、メチルアセタート及びエチルアセタートがある。組合せ及び誘導体も適合する。適当なアミンの例を挙げると、低分子量アミンがあり；具体的な例を挙げると、限定はされないが、ジエチルアミン、2-アミノエタノール及び2-(ジメチルアミノ)エタノールがある。組合せ及び誘導体も適合する。適当なアルコールの例を挙げると、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどがある。組合せ及び誘導体も適合する。グリコールエーテルの例を挙げると、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテルなどがある。組合せ及び誘導体も適合する。これらのうちポリオールは、一般的により優れた熱的及び化学的安定性を示し、高引火点値であり、かつエラストマー材料についてより良質であると考えられるので、一般に多くの場合において他の液体を上回って好ましい。
適当なポリオールは、2つ以上のヒドロキシ基を含む、それらの脂肪族アルコールである。該ポリオールは、少なくとも部分的に水混和性であることが好ましい。本発明の水性ベース絶縁性流体に使用され得る適当なポリオールの例を挙げると、限定はされないが、水溶性ジオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、及びトリプロピレングリコール、これらグリコールの組合せ、それらの誘導体、並びにエチレン及びプロピレンオキシド又はポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールを活性水素塩基化合物（例えば、ポリアルコール、ポリカルボン酸、ポリアミン、又はポリフェノール）と反応させることによって形成される反応生成物である。一般的に、エチレンのポリグリコールは、少なくとも20,000もの大きさの分子量で水混和性であると考えられる。プロピレンのポリグリコールは、エチレングリコールよりもわずかに良い粉砕効率を与えるが、わずか約1,000の分子量までが水混和性であると考えられる。場合により考えられる他のグリコールを挙げると、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、ブタンジオール、並びにブチンジオール及びブテンジオールなどの不飽和ジオールである。ジオールに加えて、トリオール、グリセロール、及びエチレン又はプロピレンオキシド付加物などの誘導体を使用することができる。他のより大きなポリオールには、ペンタエリスリトールを挙げることができる。考えられる別のクラスのポリヒドロキシアルコールは、糖アルコールである。該糖アルコールは、炭水化物の還元によって得られ、上記のポリオールとは大きく異なる。これらの組合せ及び誘導体も同様に適合する。
使用するポリオールの選択は、流体の望ましい密度に大いに左右される。検討する他の因子には、熱伝導度を含む。より高密度の流体（例えば、10.5ppg以上）について、より高密度のポリオールが好ましい場合があり、例えばトリエチレングリコール又はグリセロールが、いくつかの場合において望ましい場合がある。より低密度の用途については、エチレン又はプロピレングリコールを使用することができる。いくつかの場合において、望ましい密度まで該流体に重みを加えるのに、より多くの塩が必要となり得る。特定の実施態様において、使用すべきポリオールの量は、流体の熱伝導度の上限及び該流体の望ましい密度に左右され得る。該熱伝導度の上限が0.29W/m k（0.17BTU/h ft °F）である場合、該ポリオールの濃度は、本発明の高温の水性ベース絶縁性流体の約40%〜約99%とすることができる。より好ましい範囲は、約70%〜約99%とすることができる。
本発明に使用するのに適合し得る層状シリケートの例を挙げると、限定はされないが、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性フルオロマイカ、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、及びサポナイトがある。高温、電解質安定合成ヘクトライトは、いくつかの実施態様において特に有用となり得る。本発明の使用するための合成ヘクトライトクレイの例は、Laporte Absorbents社（チェシャー、英国）から市販されている「LAPONITE(商標)RD」である。これらのいずれかのシリケートの混合物も同様に適合し得る。好ましい実施態様において、該シリケートは、少なくとも部分的に水溶性であってよい。いくつかの実施態様において、該層状シリケートは、天然層状シリケート又は合成層状シリケートとすることができる。特定の実施態様において、該シリケートは、該流体の約0.1%〜約15%（重量/容積）、より好ましくは該流体の約0.5%〜約4%（重量/容積）を含むべきである。
合成ポリマーの内容物は、とりわけゲル化挙動を示す流体を生成するのに有用となり得る。任意に本発明の使用に適合し得る合成ポリマーの例は、限定はされないが、アクリル酸ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、アクリル酸誘導体ポリマー、アクリル酸ホモポリマー、アクリル酸エステルホモポリマー（ポリ(アクリル酸メチル)、ポリ(アクリル酸ブチル)、及びポリ(アクリル酸2-エチルヘキシル)など）、アクリル酸エステルコポリマー、メタクリル酸誘導体ポリマー、メタクリル酸ホモポリマー、メタクリル酸エステルホモポリマー（ポリ(メタクリル酸メチル)、ポリアクリルアミドホモポリマー、n-ビニルピロリドン及びポリアクリルアミドコポリマー、ポリ(メタクリル酸ブチル)、並びにポリ(メタクリル酸2-エチルヘキシル)など）、n-ビニルピロリドン、アクリルアミド-メチル-プロパンスルホン酸ポリマー、アクリルアミド-メチル-プロパンスルホン酸誘導体ポリマー、アクリルアミド-メチル-プロパンスルホン酸コポリマー、並びにアクリル酸/アクリルアミド-メチル-プロパンスルホン酸コポリマー、並びにそれらの組合せがある。コポリマー及びターポリマーも同様に適合し得る。これらのいずれのポリマーの混合物も同様に適合し得る。好ましい実施態様において、該ポリマーは、少なくとも部分的に水溶性とすべきである。適当なポリマーは、カチオン性、アニオン性、非イオン性、又は双性イオン性とし得る。特定の実施態様において、該ポリマーは、該流体の約0.1%〜約15%（重量/容積）、より好ましくは約0.5%〜約4%を含むべきである。
本発明の水性ベース絶縁性流体に望ましいゲル特性及び熱安定性を得るために、該流体に含まれるポリマーを、適切な架橋剤によって架橋することができる。ポリマーを架橋することが望ましい本発明のそれらの実施態様において、任意に又は好ましくは、1つ以上の架橋剤を該流体に添加して、ポリマーを架橋することができる。
適当な架橋剤の1種は、フェノール性成分（又はフェノール性前駆体）とホルムアルデヒド（又はホルムアルデヒド前駆体）との組合せである。適当なフェノール性成分又はフェノール性前駆体を挙げると、限定はされないが、フェノール、ヒドロキノン、サリチル酸、サリチルアミド、アスピリン、メチル-p-ヒドロキシ安息香酸、酢酸フェニル、サリチル酸フェニル、o-アミノ安息香酸、p-アミノ安息香酸、m-アミノフェノール、フルフリルアルコール、及び安息香酸がある。適当なホルムアルデヒド前駆体に挙げることができるのは、限定はされないが、ヘキサメチレンテトラミン、グリオキサール、及び1,3,5-トリオキサンがある。この架橋剤の系は、熱的に活性化してポリマーを架橋するために、およそ121.11℃（250°F）を必要とする。適当な架橋剤の別の種類は、ポリアルキルイミンである。この架橋剤は、活性化してポリマーを架橋するために、およそ32.22℃（90°F）を必要とする。この架橋剤は、単体で又は本明細書中に記載の他の架橋剤のいずれかと組合せて使用することができる。
使用することができる架橋剤の別の種を挙げると、金属イオンを含まない、無毒性の有機架橋剤がある。そのような有機架橋剤の例は、ポリアルキレンイミン（例えば、ポリエチレンイミン）、ポリアルキレンポリアミン、及びそれらの混合物である。加えて、水溶性多官能性脂肪族アミン、アリールアルキルアミン、及びヘテロアリールアルキルアミンを利用することができる。
含まれる場合に、適当な架橋剤は、とりわけ望ましい架橋の程度を提供するのに十分な量で本発明の流体に存在し得る。特定の実施態様において、該架橋剤（単数）又は架橋剤（複数）は、本発明の流体中に該流体の約0.0005%〜約10%（重量/容積）の範囲の量で存在することができる。特定の実施態様において、該架橋剤は、本発明の流体中に該流体の約0.001%〜約5%（重量/容積）の範囲の量で存在することができる。当業者は、本開示の利益とともに、とりわけ、特定用途の温度条件、使用したポリマーの種類、該ポリマーの分子量、望ましい粘性化の程度、及び/又は該流体のpHに基づいて、本発明の流体中に含むのに適切な架橋剤の量を理解するであろう。
本発明の絶縁性流体を形成するために、任意の適当な方法を使用することができるが、いくつかの実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、水と選択した水混和性有機液体とを混合することによって、周囲の温度及び圧力条件で配合することができる。好ましくは、水と水混和性有機液体とを、該水混和性有機液体が該水に混和するように混合することができる。次いで、選択したシリケートを、該水と水混和性有機液体との混合物に添加し、該シリケートが水和するまで混合することができる。任意の選択添加物を、ポリマーを含む任意のものに添加することができる。好ましくは、任意の添加物は該混合物に分散される。必要に応じて、架橋剤を添加することができる。使用する場合、それは該混合物に分散されるべきである。しかし、一般的に、架橋は、好ましくは地下での用途においてダウンホールを生じる熱的活性化まで起こすべきではない；これは、設置の前の活性化の結果として生じることがある任意のポンプによる送液の困難も軽減し得る。活性化は結果として溶液のゲル形成をもたらす。本明細書中に使用される用語「ゲル」及びその誘導体は、いくつかのコロイド分散によって想定される半固体、ゼリー状の状態を意味する。活性化されると、該ゲルは所定の位置にとどまり、無視できるシネレシスとともに耐久性を有すべきである。
いくつかの実施態様において、該シリケートを水和することによって形成されるゲルは、標準的な操作手順を用いて標準条件においてAnton Paar社、制御応力レオメータで測定した約100,000センチポアズのゼロシアー粘度を有することができる。
該流体がポリマーを含有する場合、ゲル化すると、該ゲルを除去する一方法は、ゲルの回収若しくは除去を可能にする適切な方法及び/又は組成物を使用して、架橋及び/又は該ゲル内のポリマー構造を希釈すること、又は破壊することを含むことができる。別の方法として、例えば、空気又は液体による該ゲルの物理的除去を含んでもよい。
いくつかの実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、抗井場所又はパイプライン位置の上空（on-the-fly）で製造することができる。他の実施態様において、本発明の水性ベース絶縁性流体は、現場から離れたところで製造し、使用する現場へ輸送することができる。流体の輸送においては、該流体の活性温度に留意しなければならない。
一実施態様において、本発明は下記を含む方法を提供する：第1の管を設けること；該第1の管を実質的に包囲する第2の管を設け、それによって該第1の管と該第2の管との間にアニュラスを作り出すこと；水性ベース流体、ポリオール、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース流体はまた、ポリマーを含む。該管は、選択用途に適した任意の形状を有することができる。いくつかの場合において、該第2の管は、第1の管と同じ長さでなくてよい。いくつかの場合において、該管は、より大きな装置の一部を含むことができる。いくつかの場合において、該水性ベース絶縁性流体は、第1の管の端から端まで全体と接触していてよいが、他の場合において、該水性ベース絶縁性流体は、該アニュラスの一部にのみ位置することができ、したがって、該第1の管の一部と接触しているだけである。いくつかの場合において、該第1の管は、坑井孔内に位置するプロダクションチュービングとすることができる。いくつかの場合において、該管は、地熱坑井孔に設置することができる。該プロダクションチュービングは、海洋位置に設置することができる。他の例において、該プロダクションチュービングは、寒冷地に設置することができる。他の例において、該第1の管は、ある位置から次の位置へ流体を輸送することができるパイプラインとすることができる。
一実施態様において、本発明は、下記を含む方法を提供する：第1の管を設けること；該第1の管を実質的に包囲する第2の管を設け、それによって第1の管と第2の管との間にアニュラスを作り出すこと；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は、下記を含む方法を提供する：管と坑井孔の表面との間でアニュラスが形成されるように坑井孔内に設置された、第1の流体を含む管を設けること；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は、下記を含む方法を提供する：第1の流体を含むパイプラインの少なくとも一部を含む第1の管を設けること；該第1の管を実質的に包囲する第2の管を設け、それによって該第1の管と該第2の管との間にアニュラスを作り出すこと；水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することである。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
一実施態様において、本発明は、水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供する。いくつかの実施態様において、該水性ベース絶縁性流体はまた、ポリマーを含む。
別の実施態様において、本発明は、下記を含む水性ベース絶縁性流体の形成方法を提供する：水性ベース流体及び水混和性有機液体を混合して混合物を形成すること；該混合物に少なくとも1つの層状シリケートを添加すること；該シリケートを水和させること；選択位置に該層状シリケートを含む混合物を配置すること；該層状シリケートを含む該混合物を活性化させてそこにゲルを形成することである。いくつかの実施態様において、ポリマーを該混合物に添加し、水和させることができる。任意に、ポリマーを架橋するポリマーを含む該混合物に、架橋剤を添加することができる。
本発明の更なる理解を容易にするために、いくつかの実施態様の特定の態様の下記実施例を示す。決して下記の実施例が、本発明の範囲全体を制限する又は規定するものと解釈すべきでない。
（Ryan−これらの実施例は以下に記載されるように正確に行われたことを承認する。）
（実施例1）
絶縁性流体用水性ベース流体における粘性化/ゲル化剤として使用するための、無機、有機、粘土及びポリマー材料の様々な組合せの配合及び試験を検討した。該様々な流体の安定性、熱伝導度、熱安定性、pH、ゲル化特性、流体力学的挙動、及び毒性を評価しかつ比較する一連の試験を行った。おそらく最も重要なのは、2.78℃（37°F）〜137.78℃（280°F）以上の範囲の熱安定性を評価したことである。短期間及び長期間に渡ってこれらの試験を行った。表1に、配合及び量の試験に使用した材料を記載する。これは、決して本発明に関する包括的実施例として、又は本発明の規定として解釈されるべきものではない。
（熱安定性及び静的エージング）
流体の全ての配合物を≧約137.78℃（280°F）の温度で2ヵ月間静的に熟成させた。試験流体の配合物及び特性を、下記表1及び2示す。架橋の系が粘性の増加及び完全なゲル化の挙動であることを示すとともに、流体の大部分は無傷のままであるようであった。これらの系は、多くのバイオ高分子（例えば、キサンタン、ウェラン、及びジウタン（diutan）ガム）及び無機粘土を含み、一般的に121.11℃（250°F）で3日後に崩壊した他の流体より、より望ましい安定特性を示したようであると考えられる。加えて、試験したこれらの配合物の熱安定性に関しては、いずれの試料についても1%未満のシネレシスが観察された。
静止試験に加えて、架橋剤の熱的活性化を調べるために高温粘度計を用いて、試料4を評価した。最大記録可能レベルのおよそ5000分に達するまで、粘度測定値が、時間とともに上昇を示す状態で、該流体は87.78℃（190°F）で低せん断速度を受ける。
Figure 2011513677
 1Fann35粘度計、試料温度48.89℃（120°F）の読取りから得られた測定値。
2KD2-Pro熱特性分析器によって得られた測定値。
Figure 2011513677
 3ゲル化流体、オフスケール測定。
（熱伝導度測定）
低熱伝導度(K)の重要性は、絶縁性流体の成功の重要な態様である。熱伝達の効果的な低下について、8.5〜12.3ppgの密度範囲の水性ベースのパッカー流体は、0.52〜0.35W/m k（0.3〜0.2BTU/hr ft °F）のK値を示すことが予想され、好ましくはより低い値を有するであろう。上記の様々な配合物から、これら配合物を用いて8.5〜14.4ppgの流体密度が観察された。それらの全ては、表1及び2に示すように＜0.35W/m k（0.2BTU/hr ft °F）の熱伝導度を有する。
（実施例2）
絶縁性流体用の水性ベースの流体における粘性化/ゲル化剤として使用するための、無機、有機、粘土及びポリマー材料の様々な組合せの配合及び試験を検討した。該様々な流体の安定性、熱伝導度、熱安定性、pH、ゲル化特性、流体力学的挙動、及び毒性を評価しかつ比較する一連の試験を行った。おそらく最も重要なのは、2.78℃（37°F）〜260℃（500°F）以上の範囲の熱安定性を評価したことである。短期間及び長期間に渡ってこれらの試験を行った。表3に、配合及び量の試験に使用した材料を記載する。これは、決して本発明に関する包括的実施例として、又は本発明の規定として解釈されるべきものではない。
（熱安定性及び静的エージング）
流体の全ての配合物を≧約204.44℃（400°F）の温度で3日間おきに静的に熟成させた。試験流体の配合物及び特性を、下記表3及び4示す。架橋の系が粘性の増加及び完全なゲル化の挙動であることを示すとともに、流体の大部分は無傷のままであるようであった。これらの系は、多くのバイオ高分子（例えば、キサンタン、ウェラン、及びジウタンガム）及び無機粘土を含み、一般的に121.11℃（250°F）で3日後に崩壊した他の流体より、より望ましい安定特性を示したようであると考えられる。加えて、試験したこれらの配合物の熱安定性に関しては、いずれの試料についても1%未満のシネレシスが観察された。
Figure 2011513677
Figure 2011513677
（熱伝導度測定）
低熱伝導度(K)の重要性は、絶縁性流体の成功の重要な態様である。熱伝達の効果的な低下について、8.5〜10.5ppgの密度範囲の水性ベースのパッカー流体は、0.52〜0.35W/m k （0.3〜0.2BTU/hr ft °F）のK値を示すことが予想され、好ましくはより低い値を有するであろう。上記の様々な配合物から、これら配合物を用いて8.5〜10.5ppgの流体密度が観察された。それらの全ては、表3及び4に示すように＜0.35W/m k（0.2BTU/hr ft °F）の熱伝導度を有する。
したがって、本発明は、記載の目的及び利点、並びにそれらに固有のそれらを達成するのに良好に適応する。本発明が改良され、かつ本明細書中の技術の利益を有する当業者には明らかな、異なっているが等価の様式で実施され得るように、上記に開示した特定の実施態様は、例としてのみ示される。更に、下記の特許請求の範囲に記載される以外の本明細書中に示した構成又は設計の詳細を制限することを意図しない。したがって、上記に開示された特定の例示的実施態様は、変更又は改良することができ、それらの変化の全ては、本発明の範囲及び精神の範囲内と考えられることは明らかである。上記に開示された全ての数字及び範囲は、任意の量（例えば、1パーセント、2パーセント、5パーセント、又は時には、10〜20パーセント）によって変化し得る。下限であるRL、及び上限であるRUを有する数字の範囲Rが開示される場合はいつでも、該範囲内に収まる任意の数字が具体的に開示される。特に、該範囲に収まっている数字は、具体的に開示される：R＝RL＋k*(RU−RL)、式中kは、1パーセント増大する1パーセント〜100パーセントの可変の範囲である（すなわち、k は1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、...、50パーセント、51パーセント、52パーセント、...、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセント、又は100パーセントである。）。更に、上記に規定される2つの数字Rによって規定される任意の数字範囲も、具体的に開示される。更に、特許請求の範囲で使用される不定冠詞「1つの（a）」又は「1つの（an）」は、それが導入する要素の1つ又は1つ以上を意味するとして本明細書中に規定される。また、特許権者によって明白にかつ明確に規定されない限り、特許請求の範囲の用語は、それらの単純な、通常の意味を有する。

Claims (24)

  1. 第1の管と第2の管との間にアニュラスを設けること；
    水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び
    該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することを含む、方法。
  2. 前記水性ベース絶縁性流体が、ポリマーを更に含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記水性ベース絶縁性流体が、防錆剤、pH調整剤、殺生物剤、ガラスビーズ、中空球、中空ミクロスフェア、レオロジー調整剤、緩衝剤、水和物抑制剤、ブレーカー、トレーサー、付加的増量剤、粘性化剤、及び界面活性剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加物を更に含む、請求項1記載の方法。
  4. 前記水性ベース流体が、NaCl、NaBr、KCl、CaCl2、CaBr2、ZrBr2、炭酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、及びギ酸セシウム、並びにそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの鹹水を含む、請求項1記載の方法。
  5. 前記水混和性有機液体が、エステル、アミン、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの液体を含む、請求項1記載の方法。
  6. 前記ポリオールが、水溶性ジオール；エチレングリコール；プロピレングリコール；ポリエチレングリコール；ポリプロピレングリコール；ジエチレングリコール；トリエチレングリコール；ジプロピレングリコール；トリプロピレングリコール；エチレン及びプロピレンオキシドを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物；ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物；ネオペンチルグリコール；ペンタンジオール；ブタンジオール；不飽和ジオール；ブチンジオール；ブテンジオール；トリオール；グリセロール；エチレン付加物、プロピレンオキシド付加物；ペンタエリトリトール；糖アルコール；及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つのポリオールを含む、請求項5記載の方法。
  7. 前記層状シリケートが、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性フルオロマイカ、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、及びサポナイトからなる群から選択される少なくとも1つの層状シリケートを含む、請求項1記載の方法。
  8. 前記層状シリケートが、合成層状シリケートである、請求項7記載の方法。
  9. 前記層状シリケートが、前記流体の約0.1重量%〜約15重量%の範囲の量で該流体中に存在している、請求項7記載の方法。
  10. 前記水混和性有機液体が、前記流体の約40重量%〜約99重量%の範囲の量で該流体中に存在している、請求項7記載の方法。
  11. 管と坑井孔の表面との間でアニュラスが形成されるように坑井孔内に設置された、第1の流体を含む管を含む装置を提供すること；
    水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び
    該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することを含む、方法。
  12. 前記水性ベース絶縁性流体が、ポリマーを更に含む、請求項11記載の方法。
  13. 前記水性ベース流体が、NaCl、NaBr、KCl、CaCl2、CaBr2、ZrBr2、炭酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸セシウム、及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの鹹水を含む、請求項11記載の方法。
  14. 前記水混和性有機液体が、エステル、アミン、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの液体を含む、請求項11記載の方法。
  15. 前記ポリオールが、水溶性ジオール；エチレングリコール；プロピレングリコール；ポリエチレングリコール；ポリプロピレングリコール；ジエチレングリコール；トリエチレングリコール；ジプロピレングリコール；トリプロピレングリコール；エチレン及びプロピレンオキシドを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物；ネオペンチルグリコール；ペンタンジオール；ブタンジオール；不飽和ジオール；ブチンジオール；ブテンジオール；トリオール；グリセロール；エチレンオキシド付加物、プロピレンオキシド付加物；ペンタエリトリトール；糖アルコール；及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つのポリオールを含む、請求項14記載の方法。
  16. 前記層状シリケートが、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性フルオロマイカ、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、及びサポナイトからなる群から選択される少なくとも1つの層状シリケートを含む、請求項11記載の方法。
  17. 前記層状シリケートが、合成層状シリケートである、請求項12記載の方法。
  18. 第1の流体を含むパイプラインの少なくとも一部を含む第1の管を設けること；
    該第1の管を実質的に包囲する第2の管を設け、それによって該第1の管と該第2の管との間にアニュラスを作り出すこと；
    水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む水性ベース絶縁性流体を提供すること；及び
    該アニュラスに該水性ベース絶縁性流体を配置することを含む、方法。
  19. 前記水性ベース絶縁性流体が、ポリマーを更に含む、請求項18記載の方法。
  20. 前記層状シリケートが、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性フルオロマイカ、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、及びサポナイトからなる群から選択される少なくとも1つの層状シリケートを含む、請求項18記載の方法。
  21. 前記水混和性有機液体が、エステル、アミン、アルコール、ポリオール、グリコールエーテル、及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの液体を含む、請求項18記載の方法。
  22. 前記ポリオールが、水溶性ジオール；エチレングリコール；プロピレングリコール；ポリエチレングリコール；ポリプロピレングリコール；ジエチレングリコール；トリエチレングリコール；ジプロピレングリコール；トリプロピレングリコール；エチレン及びプロピレンオキシドを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物；ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールを活性水素塩基化合物と反応させることによって形成される反応生成物；ネオペンチルグリコール；ペンタンジオール；ブタンジオール；不飽和ジオール；ブチンジオール；ブテンジオール；トリオール；グリセロール；エチレンオキシド付加物、プロピレンオキシド付加物；ペンタエリトリトール；糖アルコール；及びそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つのポリオールを含む、請求項21記載の方法。
  23. 前記層状シリケートが、前記流体の約0.1重量%〜約15重量%の範囲の量で該流体中に存在し、かつ前記水混和性有機液体が、前記流体の約40重量%〜約99重量%の範囲の量で該流体中に存在している、請求項18記載の方法。
  24. 水性ベース流体、水混和性有機液体、及び層状シリケートを含む、水性ベース絶縁性流体。
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