JP4886856B2 - 坑井孔の環状空間内の圧力及び静電気蓄積制御 - Google Patents
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- C09K8/44—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing organic binders only
Description
本発明は、局限された空間(volume)内に入っている流体によって生ずる圧力を、その空間内の流体を加熱しながら制御する方法に関する。好ましい態様として、本発明は、坑井孔(Wellbore)内のケーシング・ストリング(casing string)組立体によって定められる環状空間(annular volume)内の圧力を制御する方法に関する。
油井のような坑井孔を穿孔する過程中、坑井孔の各区域(section)内に配置されるケーシング・ストリング又は保護用ジャケット(liner)を形成するため、比較的大きな直径の複数の金属管の夫々を長手方向に一緒に固定するのが典型的である。ケーシング・ストリングの各々は、地表近くの坑井頂部設備から吊り下げることができる。別法として、ケーシング・ストリングの幾つかを蛇腹状保護用ジャケット(liner string)の形態にし、それをケーシングの前の区域の設定深さ近くから伸ばす。この場合、蛇腹状保護用ジャケットは、ライナーハンガー上のケーシングの前の区域から吊るされるであろう。ケーシング・ストリングは、通常多数の節合管(joint)又は環節(segment)から通常構成され、夫々が40フィートの程度の長さをもち、互いにネジ付き継ぎ手又は他の接合手段により接続される。これらの接合部は金属パイプであるのが典型的であるが、複合体管のように非金属材料でもよい。このケーシング・ストリングを用いて、孔の壁が崩れないようにすることにより坑井孔の一体性を増大するのに用いられる。更に、ケーシング・ストリングは、坑井孔が通過する一つの地層から別の地層へ流体が移動するのを防ぐ。
ここに記載するように、局限された空間内の圧力を制御し、静電荷のどのような蓄積でも制御する方法を与える。
a) 第一圧力を有する第一流体の入った空間及びその空間内に第一温度を与えること;
b) 前記空間内の第一流体の少なくとも一部分を、(i)少なくとも一種類の重合可能な単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記空間を密封して局限された空間を生成させること;及び
d) 前記局限された空間内の流体を加熱し、その流体が第二圧力及び第二温度になるようにすること;
を含み、然も、
前記単量体が前記第一温度と前記第二温度との間の温度で、前記局限された空間内の圧力を減少しながら重合し、その結果前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていた圧力よりも低くなる、方法に関する。
a) 坑井孔内の二本のケーシング・ストリングにより定められる環状空間で、その環状空間内の選択された位置で第一圧力と第一温度とを有する第一流体の入った環状空間を与えること;
b) 前記環状空間内の前記第一流体の少なくとも一部分を、(i)第二圧力及び第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記環状空間を密封して局限された空間を生成させること;
d) 前記局限された空間内の流体を加熱して、第二位置にある前記流体が第二圧力及び第二温度になるようにすること;
を含み、然も、
前記選択された位置にある前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていたであろう前記局限された空間内の前記選択された位置での圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択する、ことを含む。
a) 坑井孔内に二本のケーシング・ストリングにより定められる環状空間で、その環状空間内の第一温度で第一最大圧力を有する第一流体の入った環状空間を与えること;
b) 前記環状空間内の前記第一流体の少なくとも一部分を、(i)第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記環状空間を密封して局限された空間を生成させること;
d) 前記局限された空間内の流体を、前記第一温度に対し上昇した温度に加熱し、前記流体の少なくとも一部分が第二最大圧力になるようにすること;
を含み、然も、
前記第二最大圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていたであろう前記局限された空間内の最大圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択する、
ことを含む方法が与えられる。
a) 第一圧力及び第一温度で、第一流体と、(i)前記第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体とが入った空間を与えること;
b) 前記空間を密封して局限された空間を生成させること;
c) 前記局限された空間内の前記第一流体及び前記第二流体を加熱し、前記第一流体と前記第二流体が第二圧力及び第二温度になるようにすること;
を含み、然も、
前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていた圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択すること、を含む方法が与えられる。
a) 前記環状空間を第一流体で満すこと;
b) 前記第一流体の少なくとも一部分を、重合系及び少なくとも一種類の静電防止剤を含む第二流体で前記環状空間内で置き換えること;及び
c) 前記環状空間を密封すこと;
を含む方法が与えられる。
定義
この詳細な説明に従って、次の省略記号及び定義を適用する。ここで用いられている単数形(“a”、“an”、及び“the”)は、内容が別のことを明確に示さない限り、複数の対象物も含むことに注意しなければならない。例えば、「化合物」と言う表現はそのような化合物の複数も含む。
「ニトロ」とは、−NO2基を意味する。
「ニトロソ」とは、−NO基を意味する。
「ヒドロキシ」とは、−OH基を意味する。
「カルボキシ」とは、−COOH基を意味する。
それとは対照的に、本発明に従い、環状空間内のこの圧力は、ここに開示する方法により管理し易いレベルまで制御される。本発明を実施して、流体の入った局限された空間を加熱し、その局限空間内の流体を第二圧力及び第二温度にする。一つの態様として、第二圧力は局限空間全体に亙って均一である。別の態様として、第二圧力は空間内の場所毎に変化していてもよい。従って、この態様では、第二圧力(及び第二温度)は、環状空間内の選択された位置と呼ぶ特定の位置に関連している。例えば、坑井孔内のケーシング組立体内の環状空間は数百フィート、時には数千フィートになることさえある垂直長さを有することがある。このように、流体で満たされた坑井孔内の静水圧は、坑井孔の頂部よりも底部で高くなると予想される。従って、別の態様として、本発明の方法は、環状空間内の静水ヘッド及び他の因子を考慮に入れて、その空間内の最大圧力を制御することに関する。
本発明の実施により、環状空間内の第一流体を、少なくとも一部分第二流体で置き換える。環状空間内の圧力を制御するためその環状空間に添加される流体は、ここで用いているように、第二流体、又は別の呼び方として環状流体と呼ぶ。
本発明に従い、第二流体は少なくとも一種類の重合可能な単量体を含む。そのため、本発明に従い、第二圧力及び第一温度と第二温度の間の範囲の温度で比体積の減少を伴って重合する単量体を含む第二流体を与えることにより、局限空間内の圧力を制御する方法が与えられる。従って、密封された環状空間内の圧力は、その空間を密封する前に環状流体に添加された単量体の重合により、加熱すると低下する。水溶性単量体と水不溶性単量体の両方を環状空間に添加すると、体積の減少(及びそれに付随する環状空間内の圧力減少)を伴って重合することができる。密封された環の局限空間内でのそのような体積の減少は、本発明の特定の単量体の重合がない同様な系に対して、その局限空間内で圧力の減少を与える結果になるであろう。
密封により局限された空間には静電荷が蓄積することがある。更に、単量体の取扱い中、及び単量体の重合中、静電荷が蓄積することがある。静電荷の蓄積は、スパーク発生の危険を増大し、火災及び爆発の危険を増大する。静電荷の蓄積は、重合される単量体を含む第二流体の電気伝導度を増大することにより調節することができる。電気伝導度の増大は、イオン又は電子伝導度を増大することにより達成することができる。静電荷蓄積は、湿分吸着により電気伝導度を増大することにより調節することもできる。湿分吸着は、一般に湿気を与える物質として言及されている吸湿性静電防止剤を使用することにより達成することができる。なぜなら、それらは、それらの効果性を大気中の湿分の吸着に依存しているからである。静電防止剤は更に静電荷が蓄積した時にそれを放散させる働きをし、従って、静電荷減少速度及び表面伝導度が、静電防止剤の効果性の一般的尺度である。本発明に従い、静電荷を放散させる働きをする静電防止剤を重合系に添加する。
圧力ボンベに、200psigの出発圧力で水性流体を満たした。次にボンベを密封し、ボンベから流体が逃げないようにし、24℃から100℃へ加熱した。図3に示すように、ボンベ内の流体の圧力は、加熱サイクル中14,000psigへ増大した。
規模を拡大した野外実験も行なった。7inケーシングと9 5/8inケーシングにより局限された環状空間内の深さ500フィートの試験坑井中に水を用いた。流体を入れた後、その環状空間を予め500psigに加圧し、次に7inパイプの内部に熱水を循環させることにより加熱した。2時間に亙って温度入力は190°Fであり、温度出力は160°Fであった(熱を吸収する降下孔地層による)。得られた圧力は約2100psigであった(図4)。
例1に記載したのと同様なエマルジョン流体であるが、静電防止剤も含む流体を用いて、規模を拡大した野外実験を行う。エマルジョン流体は、導入量20体積%のメチルメタクリレートを(アゾ型開始剤と共に)含有し、導入量1体積%のデュポンのゼレックTY又はゼレックUN(デラウエア州ウイルミントン、デュポン)を含有する。そのエマルジョン流体を7inケーシングと9 5/8inケーシングにより局限された環状空間内の深さ500フィートの試験坑井中に用いる。流体を入れた後、その環状空間を予め500psigに加圧し、次に7inパイプの内部に熱水を循環させることにより加熱した。2時間に亙って温度入力は上昇する。圧力は、単量体の重合体への収縮により減少する。静電防止剤は、どのような静電荷の蓄積に対しても保護する。
Claims (56)
- 局限された空間内の圧力を制御し、静電荷の蓄積を減少する方法において、
a) 第一圧力を有する第一流体の入った空間を与え、その空間内に第一温度を与えること;
b) 前記空間内の前記第一流体の少なくとも一部分を、(i)少なくとも一種類の重合可能な単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記空間を密封して局限された空間を生成させること;及び
d) 前記局限された空間内の前記流体を加熱して、前記流体を第二圧力及び第二温度にすること;
を含み、然も、
前記重合可能な単量体が前記第一温度と前記第二温度との間の温度で重合し、そして
前記重合可能な単量体が重合して前記局限された空間内の圧力を減少し、その結果前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていた圧力よりも低くなる、
方法。 - 空間が環状空間である、請求項1に記載の方法。
- 環状空間が、坑井孔内の二本の同心ケーシング・ストリングによって定められる、請求項1に記載の方法。
- 第一温度が、0°F〜100°F(−17.78℃〜37.78℃)の範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 第二温度が、50°F〜300°F(10℃〜148.89℃)の範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 第二温度が、125°F〜250°F(51.67℃〜121.11℃)の範囲にある、請求項5に記載の方法。
- 工程(c)の局限された空間内の流体が、第一圧力及び第一温度にある、請求項1に記載の方法。
- 第一圧力が、工程(a)の空間内の第一流体の最大圧力であり、第二圧力が、工程(d)の空間内の流体の最大圧力である、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)の空間内の第一温度にある流体の第一圧力が、前記空間内の選択された位置にあり、工程(d)の空間内の第二温度にある流体第二圧力が、前記空間内の前記選択された位置にある、請求項1に記載の方法。
- 重合可能な単量体を、アクリレート及びメタクリレートからなる群から選択する、請求項1に記載の方法。
- 重合可能な単量体の重合を、アゾ型開始剤、過酸化物開始剤、又は過硫酸アンモニウム/N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン レドックス開始剤系からなる群から選択された開始剤により開始する、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤が親水性基及び疎水性基を含む、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤が中性及び/又はイオン性表面活性剤である、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤が陰イオン性燐酸エステルである、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤を、中性化されていない、水不溶性の、燐酸と脂肪アルコールとの陰イオン性C 8 〜C 16 アルキルエステル、脂肪アルコールの主鎖を有する中和された水溶性陰イオン性燐酸エステル、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項14に記載の方法。
- 静電防止剤を、塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ビス−ドコシルジメチルアンモニウム、塩化ジドデシルジメチルアンモニウム、臭化ジタロージメチルアンモニウム、水酸化ジオレオイルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージエチルアンモニウム、臭化ジタロージプロピルアンモニウム、フッ化ジタロージブチルアンモニウム、塩化セチルデシルメチルエチルアンモニウム、硫酸ビス−[ジタロージメチルアンモニウム]、燐酸トリス−[ジタロージメチルアンモニウム]、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.05体積%〜5体積%の量で第二流体に添加する、請求項1に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.1体積%〜1体積%の量で第二流体に添加する、請求項1に記載の方法。
- 坑井孔のケーシング構造体中の圧力を制御し、静電荷の蓄積を減少する方法において:
a) 坑井孔内の二本のケーシング・ストリングにより定められる環状空間で、第一圧力と第一温度とを有する第一流体の入った環状空間を、その環状空間内の選択された位置に与えること;
b) 前記環状空間内の前記第一流体の少なくとも一部分を、(i)第二圧力及び第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記環状空間を密封して局限された空間を生成させること;
d) 前記局限された空間内の流体を加熱して、第二位置にある前記流体を第二圧力及び第二温度にすること;
を含み、然も、
前記選択された位置にある前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていたであろう前記局限された空間内の前記選択された位置での圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択する、ことを含む方法。 - 第二圧力が、第一圧力よりも50%以下高い、請求項19に記載の方法。
- 第二圧力が、第一圧力よりも30%以下高い、請求項19に記載の方法。
- 第二圧力が、第一圧力よりも15%以下高い、請求項19に記載の方法。
- 第二圧力が第一圧力に等しい、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤が親水性基及び疎水性基を含む、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤が中性及び/又はイオン性表面活性剤である、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤が陰イオン性燐酸エステルである、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤を、中性化されていない、水不溶性の、燐酸と脂肪アルコールとの陰イオン性C 8 〜C 16 アルキルエステル、脂肪アルコールの主鎖を有する中和された水溶性陰イオン性燐酸エステル、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項26に記載の方法。
- 静電防止剤を、塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ビス−ドコシルジメチルアンモニウム、塩化ジドデシルジメチルアンモニウム、臭化ジタロージメチルアンモニウム、水酸化ジオレオイルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージエチルアンモニウム、臭化ジタロージプロピルアンモニウム、フッ化ジタロージブチルアンモニウム、塩化セチルデシルメチルエチルアンモニウム、硫酸ビス−[ジタロージメチルアンモニウム]、燐酸トリス−[ジタロージメチルアンモニウム]、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.05体積%〜5体積%の量で第二流体に添加する、請求項19に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.1体積%〜1体積%の量で第二流体に添加する、請求項19に記載の方法。
- 坑井孔のケーシング構造体中の圧力を制御し、静電荷の蓄積を減少する方法において;
a) 坑井孔内の二本のケーシング・ストリングにより定められる環状空間で、その環状空間内の第一温度で第一最大圧力を有する第一流体の入った環状空間を与えること;
b) 前記環状空間内の前記第一流体の少なくとも一部分を、(i)前記第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤を含む第二流体で置き換えること;
c) 前記環状空間を密封して局限された空間を生成させること;
d) 前記局限された空間内の流体を、前記第一温度に対し上昇した温度に加熱し、前記流体の少なくとも一部分を第二最大圧力にすること;
を含み、然も、
前記第二最大圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記上昇した温度でのみ持っていたであろう前記局限された空間内の最大圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択する、
ことを含む方法。 - 静電防止剤が親水性基及び疎水性基を含む、請求項31に記載の方法。
- 静電防止剤が中性及び/又はイオン性表面活性剤である、請求項31に記載の方法。
- 静電防止剤が陰イオン性燐酸エステルである、請求項31に記載の方法。
- 静電防止剤を、中性化されていない、水不溶性の、燐酸と脂肪アルコールとの陰イオン性C 8 〜C 16 アルキルエステル、脂肪アルコールの主鎖を有する中和された水溶性陰イオン性燐酸エステル、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項34に記載の方法。
- 静電防止剤を、塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ビス−ドコシルジメチルアンモニウム、塩化ジドデシルジメチルアンモニウム、臭化ジタロージメチルアンモニウム、水酸化ジオレオイルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージエチルアンモニウム、臭化ジタロージプロピルアンモニウム、フッ化ジタロージブチルアンモニウム、塩化セチルデシルメチルエチルアンモニウム、硫酸ビス−[ジタロージメチルアンモニウム]、燐酸トリス−[ジタロージメチルアンモニウム]、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項31に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.05体積%〜5体積%の量で第二流体に添加する、請求項31に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.1体積%〜1体積%の量で第二流体に添加する、請求項31に記載の方法。
- 局限された空間内の圧力を制御し、静電荷の蓄積を減少する方法において:
a) 第一圧力及び第一温度で、第一流体と、(i)前記第一温度と第二温度との間の温度で重合する単量体、及び(ii)少なくとも一種類の静電防止剤、を含む第二流体とが入った空間を与えること;
b) 前記空間を密封して局限された空間を生成させること;
c) 前記局限された空間内の前記第一流体及び前記第二流体を加熱し、前記第一流体と前記第二流体を第二圧力及び第二温度にすること;
を含み、然も、
前記第二圧力が、前記第一流体の入った前記局限された空間が前記第二温度でのみ持っていた圧力よりも低くなるように、前記第二流体を予め選択すること、を含む方法。 - 静電防止剤が親水性基及び疎水性基を含む、請求項39に記載の方法。
- 静電防止剤が中性及び/又はイオン性表面活性剤である、請求項39に記載の方法。
- 静電防止剤が陰イオン性燐酸エステルである、請求項39に記載の方法。
- 静電防止剤を、中性化されていない、水不溶性の、燐酸と脂肪アルコールとの陰イオン性C 8 〜C 16 アルキルエステル、脂肪アルコールの主鎖を有する中和された水溶性陰イオン性燐酸エステル、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項42に記載の方法。
- 静電防止剤を、塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ビス−ドコシルジメチルアンモニウム、塩化ジドデシルジメチルアンモニウム、臭化ジタロージメチルアンモニウム、水酸化ジオレオイルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージエチルアンモニウム、臭化ジタロージプロピルアンモニウム、フッ化ジタロージブチルアンモニウム、塩化セチルデシルメチルエチルアンモニウム、硫酸ビス−[ジタロージメチルアンモニウム]、燐酸トリス−[ジタロージメチルアンモニウム]、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項39に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.05体積%〜5体積%の量で第二流体に添加する、請求項39に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.1体積%〜1体積%の量で第二流体に添加する、請求項39に記載の方法。
- 坑井孔内のケーシング組立体内の環状空間内の圧力を制御し、静電荷の蓄積を減少する方法において:
a) 前記ケーシング組立体内の環状空間を第一流体で満すこと;
b) 前記第一流体の少なくとも一部分を、重合系及び少なくとも一種類の静電防止剤を含む第二流体で、前記ケーシング組立体内の環状空間内で置き換えること;及び
c) 前記ケーシング組立体内の環状空間内の、第二流体で置き換えられていない第一流体、及び第二流体を密封すること;
を含む方法。 - 重合系が、アクリレート及びメタクリレートからなる群から選択された単量体を含む、請求項47に記載の方法。
- 重合系が、アゾ型開始剤、過酸化物開始剤、又は過硫酸アンモニウム/N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン レドックス開始剤系からなる群から選択された開始剤を含む、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤が親水性基及び疎水性基を含む、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤が中性及び/又はイオン性表面活性剤である、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤が陰イオン性燐酸エステルである、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤を、中性化されていない、水不溶性の、燐酸と脂肪アルコールとの陰イオン性C 8 〜C 16 アルキルエステル、脂肪アルコールの主鎖を有する中和された水溶性陰イオン性燐酸エステル、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項52に記載の方法。
- 静電防止剤を、塩化ジオクタデシルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ビス−ドコシルジメチルアンモニウム、塩化ジドデシルジメチルアンモニウム、臭化ジタロージメチルアンモニウム、水酸化ジオレオイルジメチルアンモニウム、塩化ジタロージエチルアンモニウム、臭化ジタロージプロピルアンモニウム、フッ化ジタロージブチルアンモニウム、塩化セチルデシルメチルエチルアンモニウム、硫酸ビス−[ジタロージメチルアンモニウム]、燐酸トリス−[ジタロージメチルアンモニウム]、及びそれらの混合物からなる群から選択する、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.05体積%〜5体積%の量で第二流体に添加する、請求項47に記載の方法。
- 静電防止剤を、第二流体の全体積の0.1体積%〜1体積%の量で第二流体に添加する、請求項47に記載の方法。
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