專利名稱：絕熱組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及絕熱組合物。

背景技術(shù)：
在施加、保持或回收熱的鉆探和生產(chǎn)應(yīng)用中，絕熱設(shè)計(jì)和效率影響工藝效率。這樣的應(yīng)用包括例如蒸汽注入、北極鉆探、地?zé)徙@探等。在這樣的操作期間，通常使井筒絕熱以減少管道、套管和井筒之間的傳熱。沒(méi)有有效絕熱的情況下，生產(chǎn)管道或輸送管內(nèi)的熱可能使井的各部分熱膨脹。例如，套管的膨脹可損害周圍的水泥或破壞套管與水泥之間的粘結(jié)。井可崩塌，流體可從生產(chǎn)管道或輸送管內(nèi)泄漏，和/或套管可由于熱應(yīng)力而變形或損壞。
包含聚合物增粘劑的流體具有用于絕熱組合物中的潛力。遺憾的是，聚合物增粘劑在溫度隨時(shí)間波動(dòng)的情況下趨向于絮凝。最終，聚合物增粘劑的絮凝趨向于導(dǎo)致水分離和/或分層，這使得該分離的或分層的流體作為絕熱組合物不那么有效。
美國(guó)專利申請(qǐng)2004/0059054顯然試圖使用絕熱封隔流體(packerfluid)解決前述問(wèn)題，該絕熱封隔流體包含“至少一種超吸水劑聚合物”，其據(jù)說(shuō)“在干燥狀態(tài)下能夠吸收并保持最少其自身重量的水”。
需要如下的絕熱組合物它包含聚合物增粘劑，而且當(dāng)暴露于水和溫差時(shí)隨時(shí)間而保持均勻。
概述 本申請(qǐng)?zhí)峁┌环N或多種聚合物增粘劑的穩(wěn)定的絕熱組合物。
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N絕熱組合物，其包含水性基質(zhì)；一種或多種包含一定量粘土的主要增粘劑；和適量的一種或多種包含磺酸鹽部分的聚合物增粘劑。
在一種實(shí)施方案中，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N絕熱組合物，其包含水性基質(zhì)；一種或多種包含一定量海泡石的主要增粘劑；和適量的一種或多種包含磺酸鹽部分的聚合物增粘劑。
在一種實(shí)施方案中，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N絕熱組合物，其包含水性基質(zhì)；約86kg/m3(30lb/bbl)海泡石粘土；約11.1kg/m3(3.9lb/bbl)2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸聚合物增粘劑；約2.14kg/m3(0.75lb/bbl)抗絮凝劑；和約60vol％多元醇組分。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是用于測(cè)試絕熱組合物的試驗(yàn)槽的示意圖。
圖1a是透視橫截面圖，其顯示圍繞圖1試驗(yàn)槽周圍的熱電偶和熱流傳感器熱電偶的相對(duì)關(guān)系。
圖2是實(shí)施例2的絕熱組合物的Fann 70試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖3是實(shí)施例3的絕熱組合物的“Model 900”試驗(yàn)結(jié)果[600rpm至0.01rpm，4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)]的圖。
圖4是實(shí)施例4的絕熱組合物的Fann 35試驗(yàn)結(jié)果[93.3℃(200°F)靜態(tài)老化]的圖。
圖5是實(shí)施例5的絕熱組合物的Fann 35試驗(yàn)結(jié)果[148.9℃(300°F)靜態(tài)老化]的圖。
圖6是實(shí)施例6的絕熱組合物在靜態(tài)老化14天之后變化的圖。
圖7是實(shí)施例9的絕熱組合物的熱導(dǎo)率試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖8是水(實(shí)施例10)的對(duì)流傳熱系數(shù)(CHTC)試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖9是絕熱組合物(實(shí)施例10)的對(duì)流傳熱系數(shù)(CHTC)試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖10是水和絕熱組合物(實(shí)施例10)的井筒模型溫度曲線的圖。
詳細(xì)描述 本申請(qǐng)?zhí)峁┌环N或多種聚合物增粘劑的穩(wěn)定的絕熱組合物。該絕熱組合物包含水性基質(zhì)流體、一種或多種包含粘土的主要增粘劑、和一種或多種聚合物增粘劑。在有利的實(shí)施方案中，聚合物增粘劑包含磺酸鹽部分。在有利的實(shí)施方案中，絕熱組合物進(jìn)一步包含一種或多種抗絮凝劑。在有利的實(shí)施方案中，絕熱組合物進(jìn)一步包含一種或多種多元醇。
該絕熱組合物暴露于溫差時(shí)是穩(wěn)定的，或者保持均勻。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在暴露于包含45.6℃(150°F)或更高的溫度的靜態(tài)老化條件之后保持均勻14天或更長(zhǎng)。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在暴露于包含121.1℃(250°F)或更高的溫度的靜態(tài)老化條件之后保持均勻14天或更長(zhǎng)。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在暴露于包含132.2℃(270°F)或更高的溫度的靜態(tài)老化條件之后保持均勻14天或更長(zhǎng)。
生產(chǎn)操作 為了從地層中開(kāi)采烴類例如天然氣和原油，鉆孔至含烴開(kāi)采區(qū)中。已經(jīng)采用許多體系來(lái)維持井孔的生產(chǎn)率，以控制來(lái)自井孔的烴流體的流動(dòng)，同時(shí)僅容許有限的儲(chǔ)油砂層產(chǎn)出和防止自然力造成崩潰和阻斷或終止來(lái)自井孔的流體流動(dòng)。
一種體系提供充分深度的井筒空型(casement)，其中用鋼套管內(nèi)襯井筒壁，該套管通過(guò)其外表面與井筒壁之間的混凝土環(huán)形套筒固定到井壁上。此后使鋼套管和周圍的混凝土環(huán)形套筒沿著開(kāi)采區(qū)穿孔以使烴流體從產(chǎn)油層流入套管內(nèi)部。通常，在采油區(qū)上方和下方封閉套管內(nèi)部，較小直徑的“生產(chǎn)管”穿過(guò)上部封閉以向烴流體提供至表面的平滑和清潔的流動(dòng)管道。
生產(chǎn)管道中不希望的熱損失以及向外部環(huán)形套筒不受控制的熱傳遞會(huì)對(duì)外部環(huán)形套筒的機(jī)械完整性不利，導(dǎo)致井的生產(chǎn)率損失。低溫和高壓的組合會(huì)引起井筒中的溫度周期變化、鹽沉淀、阻礙生產(chǎn)的水合物的形成、石蠟和/或?yàn)r青質(zhì)的沉積。另外，在北極類區(qū)域使永凍土不穩(wěn)定。
本申請(qǐng)?zhí)峁┚哂幸韵滦阅艿慕^熱組合物有效減少?gòu)纳a(chǎn)管道或輸送管中的流體向一個(gè)或多個(gè)圍繞的環(huán)形套筒和環(huán)境的熱傳遞。該絕熱組合物還將熱量保留在生產(chǎn)管道或輸送管中的流體內(nèi)。
在一種實(shí)施方案中，將絕熱流體放置在井筒和油管柱之間的環(huán)形空間中。當(dāng)熱流體、例如蒸汽或熱的氣體/油穿過(guò)管道時(shí)，該絕熱流體減少熱流體、管道和/或套管之間的對(duì)流和傳熱。在一種實(shí)施方案中，鉆探操作為生產(chǎn)操作。
熱一般通過(guò)三種基本模式傳遞傳導(dǎo)；對(duì)流和輻射。輻射通常不是鉆探/產(chǎn)油操作期間的要素。自由對(duì)流是井筒中傳熱的主要機(jī)理。自由對(duì)流是由流體密度隨溫度變化而引起的流體運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)油操作期間，絕熱組合物的另一特性是冷卻時(shí)間(CDT)，或者在產(chǎn)油中斷之后提升管或輸送管冷卻到水合物形成溫度所需的時(shí)間。
可以通過(guò)使絕熱組合物增粘而減少因?qū)α骱蜔醾鞯綄?dǎo)致的熱損失和CDT。提高流體粘度減少流體運(yùn)動(dòng)，由此減少自由環(huán)形對(duì)流。所希望的絕熱組合物的流變分布包括低剪切速率下的高粘度以減少由溫差引起的自由對(duì)流。另外希望的是高剪切速率下的低粘度，以便促進(jìn)該絕熱流體置于所希望位置。
對(duì)流的開(kāi)始是很低的剪切現(xiàn)象。大部分絕熱組合物是非牛頓凝膠，因此在很低的剪切速率下測(cè)量粘度。例如，以約0.09sec-1(0.05rpm)、或者以每20分鐘約1轉(zhuǎn)測(cè)量粘度。
絕熱組合物 在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物是封隔流體或提升管(riser)流體。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物是封隔流體。通常，在環(huán)形套筒(annulus)的封隔器上方引入封隔流體。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物是提升管流體。通常，將提升管流體引入提升管環(huán)形套筒中。
當(dāng)泵送到圍繞生產(chǎn)管道或輸送管的環(huán)形套筒中時(shí)，絕熱組合物提高該管道或管周圍的絕熱質(zhì)量，由此減少生產(chǎn)管道或管中的熱損失。通過(guò)減少絕熱組合物中的自由對(duì)流或流體運(yùn)動(dòng)，至少部分地減少熱損失。通過(guò)增加絕熱組合物的粘度而減少流體運(yùn)動(dòng)。增加絕熱組合物的粘度還減少自由環(huán)形對(duì)流。
在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約1rpm或更低和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約1800cP或更大。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約0.6rpm或更低和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約3500cP或更大。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約0.2rpm或更低和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約8000cP或更大。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約0.1rpm或更小和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約15000cP或以上。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在所述溫度下顯示出所有的前述粘度。
在一種實(shí)施方案中，所述絕熱組合物在約60rpm或更高和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約500cP或更小。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約200rpm或更高和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約300cP或更小。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約200rpm或更高和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約200cP或更小。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在約600rpm或更高和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下粘度為約180cP或更小。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物在所述溫度下顯示出所有的前述粘度。
可以改變絕熱組合物的粘度和密度以滿足所希望的水平。密度通常受控制特定的井所需要的流體靜壓支配。通過(guò)操作因素來(lái)控制絕熱組合物的密度，例如流體的添加劑、增粘劑的水合時(shí)間、和低結(jié)晶溫度(實(shí)際結(jié)晶溫度(TCT)和壓力結(jié)晶溫度(PCT)二者)的要求。通常，絕熱組合物具有約1.1kg/L(9lb/gal)至約2.64kg/L(22lb/gal)的密度。
總傳熱系數(shù)(U)定義為 U＝Q/A(ΔT) 其中U的單位為BTU/hr ft2°F(或W/m2℃)，Q為熱耗率(BTU/hr)，A為表面積，(Q/A為熱通量)，以及ΔT為管表面與外部熱電偶流體溫度之間的溫差。
可以用試驗(yàn)槽測(cè)量對(duì)流傳熱系數(shù)(U)。基本上任何井筒模型絕熱流體試驗(yàn)裝置都可以用于進(jìn)行該試驗(yàn)。實(shí)例描述于SPE 73729，Development and Application of Insulating Packer Fluids in theGulf of Mexico，P.Javora等人(2002)，其通過(guò)引用并入本文。
參照?qǐng)D1和圖1a描述合適試驗(yàn)槽的實(shí)例。參照?qǐng)D1，試驗(yàn)槽10一般包含由內(nèi)部管14限定的鏜孔(bore)12，其同心安裝在第二管16中，形成內(nèi)部環(huán)形套筒18。第二管16同心安裝在外部管20中，形成外部環(huán)形套筒22。試驗(yàn)槽10具有高度15。內(nèi)部管14可以由任何適合的材料制成。在該實(shí)例中，試驗(yàn)槽10的內(nèi)部管14為鋁。內(nèi)部管14的鏜孔12與熱流體源流動(dòng)連通。在一種實(shí)施方案中，該熱流體為水。圍繞試驗(yàn)槽10的是夾套23以便在試驗(yàn)槽周圍冷流體流動(dòng)，以模擬例如與冷的海水接觸。
試驗(yàn)槽10包含三組三個(gè)具有熱流傳感器/熱電偶的熱電偶(以下有時(shí)統(tǒng)稱為一組熱電偶或熱電偶組)。每組熱電偶從沿著內(nèi)部管14的直徑在內(nèi)部管14一個(gè)邊緣的第一熱流傳感器/熱電偶31沿線A-A’(圖1a)延伸并延伸到外部管20。每組熱電偶沿著線A-A’、B-B’或C-C’之一布置，這些線圍繞試驗(yàn)槽10的周圍彼此以大約120°的角度隔開(kāi)。每組熱電偶還沿著試驗(yàn)槽10的高度15與相鄰的組基本上等距離。每組熱電偶還從內(nèi)部管開(kāi)始并沿著線A-A’、B-B’或C-C’之一向外朝著管20延伸彼此基本上等距離放置。
記錄熱電偶讀數(shù)和熱流傳感器?？梢杂萌魏芜m合的記錄裝置記錄該讀數(shù)。實(shí)例為可從Agilent Technologies商購(gòu)的DigitalMultimeter Model 34405A。將熱流體泵送通過(guò)鏜孔12。在一種實(shí)施方案中，熱流體為水。在鏜孔12的入口或其附近測(cè)量熱流體的溫度，在鏜孔12出口或其附近測(cè)量離開(kāi)鏜孔的流體溫度。流量計(jì)測(cè)量泵送通過(guò)試驗(yàn)槽10的冷流體和熱流體的體積。
用任何適合的機(jī)械裝置將絕熱組合物傳送到試驗(yàn)槽10的外部環(huán)形套筒22中。在一種實(shí)施方案中，用蠕動(dòng)泵來(lái)泵送流體。在試驗(yàn)槽10的外部環(huán)形套筒22充滿后，通常用另一臺(tái)泵，使冷流體循環(huán)通過(guò)包圍試驗(yàn)槽10的夾套。在一種實(shí)施方案中，試驗(yàn)期間使每分鐘7加侖3.3℃(38°F)水流動(dòng)通過(guò)水夾套。當(dāng)絕熱組合物冷卻到4.4℃(40°F)時(shí)，使溫度約60℃(140°F)的熱流體流動(dòng)通過(guò)鏜孔12而開(kāi)始加熱該絕熱組合物。將熱流體泵送通過(guò)鏜孔12和將冷流體泵送通過(guò)夾套持續(xù)約12-16小時(shí)。定期獲取熱電偶和熱流傳感器讀數(shù)。在一種實(shí)施方案中，每10秒獲取讀數(shù)。
用前述方法測(cè)量的絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)(U)有利地比在相同條件下對(duì)水測(cè)量的對(duì)流傳熱系數(shù)低90％或更大。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)比在相同條件下對(duì)水測(cè)定的對(duì)流傳熱系數(shù)低90％以上。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)比在相同條件下對(duì)水測(cè)定的對(duì)流傳熱系數(shù)低93％或更大。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)比在相同條件下對(duì)水測(cè)定的對(duì)流傳熱系數(shù)低95％或低更多。在一種實(shí)施方案中，U為3.09BTU/ft2hr°F(17.55W/m2℃)。該對(duì)流傳熱系數(shù)值比水低95.69％。
在一種實(shí)施方案中，4.4℃(40°F)時(shí)熱導(dǎo)率(k)為約0.4W/m℃或更小。在一種實(shí)施方案中，4.4℃(40°F)時(shí)k為約0.38W/m℃或更小。在一種實(shí)施方案中，4.4℃(40°F)時(shí)k為約0.36W/m℃或更小。
在一種實(shí)施方案中，93.3℃(200°F)時(shí)熱導(dǎo)率(k)為約0.3W/m℃或更小。在一種實(shí)施方案中，93.3℃(200°F)時(shí)k為約0.26W/m℃或更小。在一種實(shí)施方案中，93.3℃(200°F)時(shí)k為約0.22W/m℃或更小。在一種實(shí)施方案中，93.3℃(200°F)時(shí)k為約0.2W/m℃。
可以在基于海岸(shore-based)設(shè)備中制備所述絕熱組合物，輸送到海上的井上作業(yè)船并從中泵送到提升管環(huán)形套筒中。這提供混合、臨時(shí)存儲(chǔ)、然后泵送大量流體至井筒和提升管環(huán)形套筒中的便利方法而不用鉆探平臺(tái)罐。
該絕熱組合物提供環(huán)境益處。在有利的實(shí)施方案中，由于該組合物不含油，因此如果該組合物溢出，不會(huì)產(chǎn)生油光澤。
下面更詳細(xì)描述絕熱組合物。
水性基質(zhì) 絕熱組合物包含水性基質(zhì)。該水性基質(zhì)可以是基本上任何水性基質(zhì)。例如，水性基質(zhì)可以是淡水或鹽水。水性基質(zhì)還可以包含水包油乳液型流體。
主要增粘劑 絕熱組合物包含含粘土的主要增粘劑。措詞“粘土”包括一大類以片狀結(jié)構(gòu)結(jié)合的含有元素鎂和/或鋁、硅和氧的復(fù)合礦物(鎂、鋁硅酸鹽)。該粘土可以是任何可分散在水性基質(zhì)中而且有效使水性基質(zhì)增粘的粘土。粘土不認(rèn)為是“聚合的”。
在一種實(shí)施方案中，該粘土選自海泡石、凹凸棒石、膨潤(rùn)土、鋰蒙脫石、及其組合。當(dāng)水性基質(zhì)為鹽水時(shí)，該粘土有利地選自海泡石和凹凸棒石。在一種實(shí)施方案中，粘土為海泡石。
粘土有助于增稠該絕熱組合物以及降低絕熱組合物中的自由環(huán)形對(duì)流。在有利的實(shí)施方案中，粘土為海泡石粘土。海泡石粘土包含類似于凹凸棒石的具有細(xì)長(zhǎng)、針狀結(jié)構(gòu)的粘土礦物。海泡石粘土包含纖維性的和無(wú)定形的粘土狀材料的混合物。海泡石具有下列通式 Mg4Si6O16(OH)2·6H2O 合適的粘土可從許多商業(yè)來(lái)源獲得。海泡石可從位于HuntValley，Maryland的ITC Minerals and Chemicals商購(gòu)。
在一種實(shí)施方案中，所述流體包含約429kg/m3(150lb/bbl)或更小的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約357.2kg/m3(125lb/bbl)或更小的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約286kg/m3(100lb/bbl)或更小的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約143kg/m3(50lb/bbl)或更小的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約14.3kg/m3(5lb/bbl)或更大的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約28.6kg/m3(10lb/bbl)或更大的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約57kg/m3(20lb/bbl)或更大的粘土。在一種實(shí)施方案中，流體包含約86kg/m3(30lb/bbl)或更大的粘土。
聚合物增粘劑 盡管許多聚合物增粘劑是可得的，但是許多聚合物增粘劑無(wú)法在溶液中長(zhǎng)期保持均勻。許多聚合物增粘劑趨向于形成水的頂層，這是不希望的。
在一種實(shí)施方案中，聚合物增粘劑包含具有陰離子部分的單體，其有效使聚合物增粘劑在水和相對(duì)高的溫差的存在下在溶液中長(zhǎng)期保持均勻。在一種實(shí)施方案中，該陰離子部分是磺酸或磺酸鹽單體。
該磺酸/磺酸鹽單體還可以包含可聚合的部分，例如乙烯醇部分、丙烯酸鹽部分、吡咯烷酮部分、丙烯酰胺部分、苯乙烯部分、及其組合。在有利的實(shí)施方案中，該單體包含丙烯酰胺部分。在一種實(shí)施方案中，該單體包含磺化丙烯酰胺部分。在一種實(shí)施方案中，該單體包含磺化苯乙烯丙烯酰胺部分。
在一種實(shí)施方案中，該磺酸鹽單體具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R選自具有約1-約4個(gè)碳原子的可聚合的烯基；R1和R2選自氫和甲基；和X為陽(yáng)離子。在一種實(shí)施方案中，X為氫。在一種實(shí)施方案中，第一水溶性聚合物為2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其堿金屬鹽(“AMPS”)。合適的AMPS以Baker Hughes Incorporated的商標(biāo)名KEM-

PLUS和PYRO-

可購(gòu)得。
各種單體的摩爾百分?jǐn)?shù)根據(jù)存在的單體和其它因素而變化。所述的實(shí)施方案只是舉例說(shuō)明性的。
在聚合物增粘劑包含含磺酸鹽單體的共聚物時(shí)，該共聚物包含少于20mol％的磺酸鹽單體。在聚合物增粘劑為丙烯酰胺單體和磺酸鹽單體的共聚物的另一實(shí)施方案中，該共聚物包含約10mol％或更少的磺酸鹽單體。在有利的實(shí)施方案中，聚合物增粘劑是丙烯酰胺單體和約10mol％磺酸鹽單體的共聚物。在一種實(shí)施方案中，該磺酸鹽單體為AMPS。
絕熱組合物一般包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)或更大的聚合物增粘劑。絕熱組合物一般包含約2.8kg/m3(1lb/bbl)或更大的聚合物增粘劑。絕熱組合物一般包含約11kg/m3(3lb/bbl)或更大的聚合物增粘劑。絕熱組合物一般包含約34kg/m3(12lb/bbl)或更小的聚合物增粘劑。絕熱組合物一般包含約29kg/m3(10lb/bbl)或更小的聚合物增粘劑。絕熱組合物一般包含約14.3kg/m3(5lb/bbl)或更小的聚合物增粘劑。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)至約35kg/m3(12lb/bbl)聚合物增粘劑。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約11.1kg/m3(3.9lb/bbl)聚合物增粘劑。
抗絮凝劑 在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物還包含有效防止聚合物增粘劑絮凝的高溫抗絮凝劑?？剐跄齽p小在絕熱組合物中形成的聚集體的尺寸，由此使絕熱組合物在水存在下和暴露于溫差下長(zhǎng)期保持基本均勻。
在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑使絕熱組合物在5年或更長(zhǎng)的期間保持基本均勻。在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑使絕熱組合物在7年或更長(zhǎng)的期間保持基本均勻。在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑使絕熱組合物在10年或更長(zhǎng)的期間保持基本均勻。
可以使用各種抗絮凝劑。合適的抗絮凝劑一般包含低分子量陰離子聚合物。在一種實(shí)施方案中，該陰離子聚合物是除多糖以外的而且包含一個(gè)或多個(gè)非羧酸酰基。合適的非羧酸酰基例如存在于磺酸鹽、酮、及其組合中。
在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含一種或多種包含磺酸鹽的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含一種或多種環(huán)酮單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含一種或多種環(huán)酮單體和包含一個(gè)或多個(gè)非羧酸?；膯误w的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含含環(huán)酮的單體和含磺酸鹽的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含N-乙烯基內(nèi)酰胺單體和含磺酸鹽的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。
在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含含環(huán)酮的單體和乙烯基單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含含環(huán)狀雙烯酮的單體和乙烯基單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含含環(huán)狀雙烯酮的單體和苯乙烯單體的反應(yīng)產(chǎn)物。
在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑是三元共聚物。在水溶性合成聚合物為三元共聚物時(shí)，合適的單體包括前述那些以及其它可聚合的有機(jī)單體。合適的其它可聚合的有機(jī)單體的實(shí)例包括選自以下的那些乙烯醇單體、丙烯酸鹽單體、吡咯烷酮單體、丙烯酰胺單體、苯乙烯單體、及其組合。在一種實(shí)施方案中，可聚合的有機(jī)單體選自丙烯酸鹽單體和丙烯酰胺單體。
在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含含非羧酸?；膯误w的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含含磺酸鹽的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑是包含以下的反應(yīng)產(chǎn)物的三元共聚物(a)丙烯酰胺單體；(b)2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其堿金屬鹽(“AMPS”)；和(c)丙烯酸鹽單體。
在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含環(huán)酮的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含含一個(gè)或多個(gè)酮?；膯误w和含一個(gè)或多個(gè)不同的非羧酸?；膯误w的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含N-乙烯基內(nèi)酰胺單體和一個(gè)或多個(gè)非羧酸非酮?；姆磻?yīng)產(chǎn)物。在一種實(shí)施方案中，水溶性合成聚合物包含三元共聚物，其包含N-乙烯基內(nèi)酰胺單體和一種或多種含磺酸鹽的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。
以下是前述單體的示例性結(jié)構(gòu) 含磺酸鹽的單體 合適的含磺酸鹽單體的實(shí)例具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R3選自具有約2-約4個(gè)碳原子的可聚合的烯基；R4和R5選自氫和甲基；和X為陽(yáng)離子。合適的陽(yáng)離子選自氫和堿金屬。有利的陽(yáng)離子為氫。在一種實(shí)施方案中，R3選自具有約2-約3個(gè)碳原子的可聚合的烯基。在一種實(shí)施方案中，R3為具有2個(gè)碳原子的可聚合的烯基。在一種實(shí)施方案中，R4和R5為甲基。
優(yōu)選的含磺酸鹽單體為2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)，其具有下列通式結(jié)構(gòu)
環(huán)酮單體 合適的環(huán)酮單體的實(shí)例具有下式
其中 X選自氧和氮，它可以是未取代的或取代的； R11選自氫、羰基和具有1-4個(gè)碳原子的烷基；和 R6、R7、R8和R9選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的烷基。
在一種實(shí)施方案中，X為氧。在一種實(shí)施方案中，X為氮。當(dāng)X是取代的時(shí)，合適的取代基包括例如具有2-4個(gè)碳原子的1-烯基。在一種實(shí)施方案中，R11為?；?。在一種實(shí)施方案中，R11為氫。在一種實(shí)施方案中，R6、R7、R8和R9選自甲基和氫。在一種實(shí)施方案中，R6、R7、R8和R9為氫。
N-乙烯基內(nèi)酰胺單體 在一種實(shí)施方案中，X為取代的氮以及環(huán)酮包含N-乙烯基內(nèi)酰胺單體。合適的N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的實(shí)例具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R12、R13、R14和R15獨(dú)立地選自氫、甲基和乙基。在一種實(shí)施方案中，R12、R13、R14和R15相同。在一種實(shí)施方案中，該N-乙烯基內(nèi)酰胺單體為N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)，它可從許多來(lái)源商購(gòu)。
環(huán)狀雙烯酮單體 在一種實(shí)施方案中，環(huán)酮單體為環(huán)狀雙烯酮單體。合適的環(huán)狀雙烯酮單體的實(shí)例具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中X選自氧和氮；R16和R17獨(dú)立地選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的烷基。在一種實(shí)施方案中，X為氧。在一種實(shí)施方案中，R16和R17選自甲基和氫。在一種實(shí)施方案中，R16和R17為氫。
苯乙烯單體 在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑包含環(huán)狀雙烯酮單體和苯乙烯單體的反應(yīng)產(chǎn)物。合適的苯乙烯單體的實(shí)例具有下列結(jié)構(gòu)
其中R18、R19和R20獨(dú)立地選自氫和烷基。在一種實(shí)施方案中，R18、R19和R20選自甲基和氫。在一種實(shí)施方案中，R18、R19和R20為氫。
在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑為聚(苯乙烯-共-馬來(lái)酸酐)，其具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中n足以產(chǎn)生數(shù)均分子量為約500000至約2500000的共聚物。聚(苯乙烯-共-馬來(lái)酸酐)可從多個(gè)來(lái)源商購(gòu)。合適的共聚物可從Baker Hughes Incorporated以名稱MIL-

商購(gòu)。
丙烯酸鹽單體 在一種實(shí)施方案中，三元共聚物進(jìn)一步包含丙烯酸鹽單體的反應(yīng)產(chǎn)物。合適的丙烯酸鹽單體的實(shí)例具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R22和R23獨(dú)立地選自氫和具有約1-約4個(gè)碳原子的烷基；R21選自氫、具有約1-約4個(gè)碳原子的烷基、和活化不飽和碳-碳鍵的基團(tuán)；和X選自氫和堿金屬。在一種實(shí)施方案中，X選自氫和鈉。在一種實(shí)施方案中，X為氫。活化不飽和碳-碳鍵的基團(tuán)的實(shí)例包括例如含氮、磷和硫的基團(tuán)。
丙烯酰胺單體 在一種實(shí)施方案中，三元共聚物包含丙烯酰胺單體的反應(yīng)產(chǎn)物。合適的丙烯酰胺單體的實(shí)例具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R24為具有2-4個(gè)碳原子的1-烯基以及R25和R26獨(dú)立地選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的烷基。在一種實(shí)施方案中，R25和R26選自氫和甲基。
各種單體的摩爾百分?jǐn)?shù)會(huì)根據(jù)存在的單體和其它因素而變化。所述的實(shí)施方案只是舉例說(shuō)明性的。
當(dāng)抗絮凝劑是丙烯酰胺單體和磺酸鹽單體的共聚物時(shí)，該共聚物包含少于20mol％磺酸鹽單體。在水溶性聚合物為丙烯酰胺單體和磺酸鹽單體的共聚物的另一實(shí)施方案中，該共聚物包含約10mol％或更少的磺酸鹽單體。在有利的實(shí)施方案中，其中水溶性聚合物為丙烯酰胺單體和磺酸鹽單體的共聚物。在一種實(shí)施方案中，水溶性聚合物為丙烯酰胺單體和約10mol％磺酸鹽單體的共聚物。在一種實(shí)施方案中，磺酸鹽單體為AMPS。
當(dāng)抗絮凝劑為丙烯酰胺單體/磺酸鹽單體/N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的三元共聚物時(shí)，丙烯酰胺單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約10mol％至約20mol％；磺酸鹽單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約50mol％至約60mol％；N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約25mol％至約35mol％。在一種實(shí)施方案中，丙烯酰胺單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約15mol％至約50mol％；磺酸鹽單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約37.5mol％至約55mol％；和N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的摩爾百分?jǐn)?shù)為約12.5mol％至約30mol％。在一種具有前述百分?jǐn)?shù)組成的實(shí)施方案中，N-乙烯基內(nèi)酰胺單體為N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)。
在一種實(shí)施方案中，抗絮凝劑為AMPS∶NVP∶丙烯酰胺摩爾比為55∶30∶15的三元共聚物。在另一實(shí)施方案中，水溶性聚合物為丙烯酰胺∶AMPS∶丙烯酸鹽摩爾比為50∶37.5∶12.5的三元共聚物。合適的三元共聚物包括例如ALL-

其可從Baker Hughes Incorporated商購(gòu)。
可以通過(guò)任何適合的方法、包括例如小球法(bead method)和噴霧干燥粉末法類來(lái)制備聚合物增粘劑和抗絮凝劑。
合適的聚合物增粘劑和抗絮凝劑一般在淡水中5wt％Brookfield粘度為50cP至100cP。通常，滿足該粘度的水溶性聚合物的數(shù)均分子量為約500000至約2500000。在一種實(shí)施方案中，水溶性聚合物的數(shù)均分子量為約750000至約1500000。
絕熱組合物一般包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)或更大的抗絮凝劑。絕熱組合物一般包含約1.14kg/m3(0.4lb/bbl)或更大的抗絮凝劑。絕熱組合物一般包含約1.43kg/m3(0.5lb/bbl)或更大的抗絮凝劑。絕熱組合物一般包含約14.3kg/m3(5lb/bbl)或更小的抗絮凝劑。絕熱組合物一般包含約5.72kg/m3(2lb/bbl)或更小的抗絮凝劑。絕熱組合物一般包含約2.86kg/m3(1lb/bbl)或更小的抗絮凝劑。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)至約14.3kg/m3(5lb/bbl)抗絮凝劑。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約2.14kg/m3(0.75lb/bbl)抗絮凝劑。
多元醇組分 絕熱組合物進(jìn)一步包含一種或多種多元醇組分。該多元醇組分一般充當(dāng)溶劑。多元醇組分有助于保持聚合物增粘劑分散在絕熱組合物中并防止聚合物增粘劑當(dāng)經(jīng)受深入的井筒中產(chǎn)生的極端條件時(shí)分解。另外，多元醇組分降低絕熱組合物的熱導(dǎo)率。在有利的實(shí)施方案中，多元醇組分還降低流體的密度。
合適的多元醇組分包括選自二元醇、甘油、聚二元醇(polyglycols)、及其組合的多元醇。
合適的二元醇包括例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚合多元醇、及其組合。在一種實(shí)施方案中，二元醇選自乙二醇、丙二醇、丁二醇及其組合。在另外傾向于降低流體密度的有利的實(shí)施方案中，二元醇包括丙二醇。
合適的聚合物多元醇包括例如聚乙二醇、聚(1，3-丙二醇)、聚(1，2-丙二醇)、聚(1，2-丁二醇)、聚(1，3-丁二醇)、聚(1，4-丁二醇)、聚(2，3-丁二醇)、這些聚合物的共聚物、嵌段共聚物、和混合物。
眾多聚二元醇是可商購(gòu)的。大部分可商購(gòu)的聚二元醇由大概對(duì)應(yīng)于數(shù)均分子量的數(shù)字標(biāo)明。可用的可商購(gòu)的聚乙二醇的實(shí)例包括聚乙二醇4000和聚乙二醇6000。如果使用聚合物多元醇，該聚合物多元醇適合地具有約150至約18000道爾頓的數(shù)均分子量Mn。在一種實(shí)施方案中，聚合物多元醇的數(shù)均分子量為約190-約10000D。在一種實(shí)施方案中，聚合物多元醇的數(shù)均分子量為約500-約8000D。
在一種實(shí)施方案中，多元醇組分包括甘油。在一種實(shí)施方案中，多元醇組分包括二元醇和甘油的組合。在一種實(shí)施方案中，多元醇組分包括丙二醇和甘油的組合。
在一種實(shí)施方案中，所述絕熱組合物不包含多元醇組分。在一種實(shí)施方案中，所述絕熱組合物包含多元醇組分。當(dāng)絕熱組合物包含多元醇組分時(shí)，絕熱組合物一般包含約90vol％或更少的一種或多種多元醇組分。在一種實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約0.1vol％至約90vol％多元醇組分。在有利的實(shí)施方案中，絕熱組合物包含約60vol％多元醇組分。在一種實(shí)施方案中，多元醇組分按該多元醇組分的總體積計(jì)包含約95vol％二元醇和約5vol％甘油。
其它組分 絕熱組合物可以進(jìn)一步包含一種或多種無(wú)機(jī)鹽、緩沖劑、殺生物劑、腐蝕抑制劑、交聯(lián)劑、或不會(huì)干擾均勻的絕熱組合物穩(wěn)定性的其它組分。
制備方法 在一種實(shí)施方案中，例如如下制備絕熱組合物。為了制備1bbl的絕熱組合物，添加85.7kg/m3(30.0lb/bbl)海泡石43.76升(0.367bbl)水并且用Prince Castle混合器在約10000rpm下攪拌該混合物15分鐘?；旌现?，添加2.1kg/m3(0.75lb/bbl)MIL

并攪拌所得的混合物又15分鐘。向混合物中添加8.6kg/m3(3.0lb/bbl)KEM-

PLUS并混合又15分鐘。充分混合之后，添加1.9kg/m3(0.57ppb)丙二醇接著添加0.09kg/m3(0.03lb/bbl)甘油，然后混合最后15分鐘。
參照只是舉例說(shuō)明性的實(shí)施例將會(huì)更好地了解該絕熱組合物。
實(shí)施例 在下列實(shí)施例中，絕熱組合物密度為9.0lb/gal。該絕熱組合物具有下列組成
進(jìn)行試驗(yàn)以確定該絕熱組合物暴露于93.3℃(200°F)和148.9℃(300°F)時(shí)隨時(shí)間而保持良好流變性能的能力，并且測(cè)量絕熱性能(熱導(dǎo)率和對(duì)流傳熱系數(shù))。
以下為試驗(yàn)過(guò)程 試驗(yàn)過(guò)程 初始流體性能-混合之后，測(cè)量絕熱組合物的初始性能，包括在溫度4.4℃(40°F)、26.7℃(80°F)、65.6℃(150°F)和79.4℃(175°F)下Fann 35流變分布；泥漿重量；pH；堿度；氯化物含量；鈣含量；和API濾液。
溫度/壓力分布-用Fann 70粘度計(jì)，在溫度4.4℃(40°F)和21.1℃(70°F)；壓力0MPa(0psi)和34.5MPa(5000psi)下測(cè)量絕熱組合物的低溫流變分布。在溫度48.9℃(120°F)、79.4℃(175°F)和93.3℃(200°F)；壓力0MPa(0psi)和34.5MPa(5000psi)下測(cè)量高溫流變分布。在每一溫度/壓力下測(cè)量10秒和10分鐘凝膠，并計(jì)算出屈服應(yīng)力。
低剪切粘度試驗(yàn)(OFI Model 900)-在溫度4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)量絕熱組合物的流變分布。在600rpm至0.01rpm的剪切速率下測(cè)量絕熱組合物的粘度，并計(jì)算出厘泊(cP)。
93.3℃(200°F)靜態(tài)老化試驗(yàn)-在93.3℃(200°F)和3MPa(300psi)氮?dú)鈮毫ο蚂o態(tài)老化絕熱組合物1、14和28天。靜態(tài)老化之后，在4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)量Fann 35流變性能。記錄靜態(tài)老化槽中絕熱組合物的分離并測(cè)量自由液體。將裝滿絕熱組合物的試管放置在另一靜態(tài)老化槽中并在93.3℃(200°F)靜態(tài)老化1、14和28天。對(duì)試管拍照。
148.9℃(300°F)靜態(tài)老化試驗(yàn)-在148.9℃(300°F)和3MPa(300psi)氮?dú)鈮毫ο蚂o態(tài)老化絕熱組合物1、14和28天。靜態(tài)老化之后，在4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)量Fann 35流變性能。記錄靜態(tài)老化槽中絕熱組合物的分離并測(cè)量自由液體。將裝滿絕熱組合物的試管放置在另一靜態(tài)老化槽中并在148.9℃(300°F)靜態(tài)老化1、14和28天。對(duì)試管拍照。
121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)靜態(tài)老化試驗(yàn)-在121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)及3MPa(300psi)氮?dú)鈮毫ο蚂o態(tài)老化絕熱組合物14天。靜態(tài)老化之后，在4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)量Fann 35流變性能。記錄靜態(tài)老化槽中絕熱組合物的分離并測(cè)量自由液體。將裝滿絕熱組合物的試管放置在另一靜態(tài)老化槽中并在121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)靜態(tài)老化14天。對(duì)試管拍照。
93.3℃(200°F)和148.9℃(300°F)循環(huán)試驗(yàn)-使絕熱組合物在高壓貯罐(bombs)和試管中在4.4℃(40°F)和93.3℃(200°F)交替地各靜態(tài)老化3天，持續(xù)24天(4個(gè)冷卻/加熱循環(huán))。同時(shí)使絕熱組合物在高壓貯罐和試管中在4.4℃(40°F)和148.9℃(300°F)交替地各靜態(tài)老化3天，持續(xù)24天。在該24天循環(huán)結(jié)束時(shí)，在溫度4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下進(jìn)行Fann 35試驗(yàn)。測(cè)量靜態(tài)老化槽中的分離并對(duì)試管拍照。
pH降低試驗(yàn)-用0.1標(biāo)準(zhǔn)鹽酸使絕熱組合物的pH降至7.0。該pH降低的絕熱組合物在93.3℃(200°F)靜態(tài)老化72小時(shí)。在溫度4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下進(jìn)行Fann 35試驗(yàn)。測(cè)量試驗(yàn)槽中的分離。
熱導(dǎo)率試驗(yàn)-在4.4℃(40°F)和93.3℃(200°F)下測(cè)量絕熱組合物的熱導(dǎo)率。如通過(guò)引用并入本文的規(guī)程ASTM D 2717-95，“Standard Test Method for Thermal Conductivity of Liquids”中所述進(jìn)行試驗(yàn)。以瓦特每米攝氏度(W/m℃)報(bào)道試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
對(duì)流傳熱系數(shù)-在Intertek Westport Technology Center，Houston，Texas用Westport Wellbore Model Insulation Fluid試驗(yàn)裝置測(cè)量絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)。
再次參照?qǐng)D1，試驗(yàn)槽10一般包含由內(nèi)部管14限定的鏜孔12，其同心安裝在第二管16中，形成內(nèi)部環(huán)形套筒18。第二管16同心安裝在第三管20中，形成外部環(huán)形套筒22。試驗(yàn)槽10具有26.75英寸的高度16。形成外部環(huán)形套筒22的管20的內(nèi)徑為4.716英寸，且內(nèi)部管14的外徑為1.90英寸。內(nèi)部管14為鋁，且用于使熱水流動(dòng)通過(guò)該試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)槽10的容積為6.42升。圍繞試驗(yàn)槽10的是水夾套以用于使冷水流動(dòng)。
與試驗(yàn)槽10的底部31距離6.68英寸處放置第一組三個(gè)熱電偶。安裝第一組的內(nèi)部熱電偶24與內(nèi)部管14距離0.352英寸。放置第一組的中間熱電偶26與內(nèi)部管14距離0.704英寸以及與第二管16距離0.704英寸。安裝第一組的第三熱電偶28與內(nèi)部管14距離1.056英寸以及與第二管16距離0.352英寸。在內(nèi)部管14上與熱電偶24、26和28直接相對(duì)地安裝熱流傳感器/熱電偶30、31的組合。熱流傳感器測(cè)量等同于6.5微伏＝1BTU/ft2-hr。
在第一組熱電偶上方6.68英寸而且沿著試驗(yàn)槽10的周圍相對(duì)于第一組熱電偶以120°角安裝第二組三個(gè)熱電偶24a、26a和28a以及熱流傳感器/熱電偶30a、31a的組合。參見(jiàn)圖1a。以與第一組熱電偶基本上相同的與各管道的距離安裝第二組熱電偶24a、26a和28a。
在第二組熱電偶上方6.68英寸、試驗(yàn)槽10頂部33下方6.68英寸、而且沿著試驗(yàn)槽10的周圍相對(duì)于第二組熱電偶以120°角安裝第三組熱電偶24b、26c和28c以及熱流傳感器/熱電偶30c、31c的組合。第三組熱電偶也沿著試驗(yàn)槽10的周圍相對(duì)于第一組熱電偶成120°角。參見(jiàn)圖1a。以與第一組和第二組熱電偶基本上相同的與各管道的距離安裝第二組熱電偶24c、26c和28c。
使用從Agilent Technologies獲得的Digital Multimeter Model34405A記錄裝置，記錄熱電偶讀數(shù)(9個(gè)信道(channel)-24、26、28(a、b和c)以及熱流傳感器讀數(shù)[6個(gè)信道-30和31(a、b和c)]。將熱水泵送通過(guò)鏜孔12。在鏜孔入口或其附近測(cè)量熱水的溫度，在鏜孔出口或其附近測(cè)量離開(kāi)鏜孔的水溫度。流量計(jì)測(cè)量泵送通過(guò)試驗(yàn)槽的冷水和熱水的體積。
用蠕動(dòng)泵將絕熱組合物輸送到試驗(yàn)槽10的外部環(huán)形套筒22。在試驗(yàn)槽10的外部環(huán)形套筒22充滿后，用另一臺(tái)泵使冷水循環(huán)通過(guò)水夾套。試驗(yàn)期間使每分鐘7加侖3.3℃(38°F)水流動(dòng)通過(guò)水夾套。水夾套中的冷水冷卻第三管20的外壁。當(dāng)絕熱組合物冷卻到4.4℃(40°F)時(shí)，使60℃(140°F)熱水流動(dòng)通過(guò)鏜孔12以開(kāi)始加熱該絕熱組合物。將熱水和冷水都泵送通過(guò)該試驗(yàn)裝置持續(xù)約12-16小時(shí)，且每10秒獲取熱電偶和熱流傳感器讀數(shù)。
傳熱系數(shù)的計(jì)算 用下式計(jì)算出總傳熱系數(shù)(U) U＝Q/A(ΔT) 其中U的單位為BTU/hr ft2°F(或W/m2℃)；Q為熱耗率(BTU/hr)，A為試驗(yàn)槽10的表面積，以及ΔT為溫差。注意Q/A為熱通量。在試驗(yàn)槽10中，測(cè)量熱通量(BTU/hr ft2)和溫差。測(cè)定的溫差為各熱流傳感器/熱電偶讀數(shù)(分別地30a、30b和30c；31a、31b和31c)所記錄的平均溫度減去熱電偶28a、28b和28c所記錄的平均溫度。通過(guò)將熱通量除以溫差，確定總傳熱系數(shù)。
測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)持續(xù)23小時(shí)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)值從12小時(shí)至23小時(shí)取平均。第一組熱電偶24a、26a、28a(下)、第二組熱電偶24b、26b、26b(中)、第三組熱電偶24c、26c、28c(上)和熱流傳感器/熱電偶數(shù)據(jù)所計(jì)算出的傳熱系數(shù)取平均以確定試驗(yàn)的總傳熱系數(shù)。將絕熱組合物的傳熱系數(shù)與使用淡水(fresh water)代替該絕熱組合物的對(duì)照進(jìn)行比較。
實(shí)施例1 使用絕熱組合物進(jìn)行FANN 35試驗(yàn)。結(jié)果示于下表中 屈服點(diǎn)值從4.4℃(40°F)下11.8kg/100m2(241lb/100ft2)降至79.4℃(175°F)下2.1kg/100m2(43lb/100ft2)，表示當(dāng)絕熱組合物被加熱時(shí)屈服點(diǎn)值損失約82％。然而，屈服點(diǎn)損失主要限于從4.4℃(40°F)到26.7℃(80°F)的溫度，分別從241lb/100ft2降至69lb/100ft2。初始和10分鐘凝膠強(qiáng)度是累進(jìn)的，具有幾乎恒定的10分鐘凝膠強(qiáng)度[4.4℃(40°F)下24lb/100ft2和79.4℃(175°F)下34lb/100ft2]。在這些溫度沒(méi)有看到屈服應(yīng)力值的減小。
實(shí)施例2 用絕熱流體進(jìn)行FANN 70試驗(yàn)。結(jié)果示于下表和圖2中 當(dāng)從0MPa(0psi)下4.4℃(40°F)到34.5MPa(5000psi)下93.3℃(200°F)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，該絕熱組合物顯示非常好的流變穩(wěn)定性。直至流體溫度升高到21.1℃(70°F)才可測(cè)量絕熱組合物的塑性粘度和屈服點(diǎn)，但是在該溫度，屈服點(diǎn)為0MPa(0psi)下70lb/100ft2，逐漸降低至93.3℃(200°F)和34.5MPa(5000psi)下58lb/100ft2。給定溫度下壓力增加對(duì)該9.0lb/gal流體影響很小。屈服應(yīng)力從4.4℃(40°F)下的8.2lb/100ft2增加到93.3℃(200°F)下的17.2lb/100ft2。凝膠強(qiáng)度顯示出隨升高溫度而逐漸增加。4.4℃(40°F)下，流體凝膠強(qiáng)度為17和20(分別為10秒，10分鐘)。93.3℃(200°F)下，凝膠強(qiáng)度已經(jīng)增加到32和69。
實(shí)施例3 用絕熱流體進(jìn)行OFI Model 900低剪切速率試驗(yàn)。結(jié)果示于下表中
在4.4℃(40°F)測(cè)量時(shí)，該絕熱組合物具有低剪切速率下中度高的(和溫度穩(wěn)定的)剪切應(yīng)力值。例如，在0.1rpm，流體的表盤(pán)讀數(shù)為5.3，其計(jì)算成粘度為15900厘泊(cP)。當(dāng)加熱到65.6℃(150°F)時(shí)，0.1rpm表盤(pán)讀數(shù)為5.5，其計(jì)算成粘度為16500cP。圖3顯示不同溫度下的剪切速率在1rpm和更低是非常一致的。
實(shí)施例4 在93.3℃(200°F)對(duì)絕熱組合物進(jìn)行靜態(tài)老化試驗(yàn)達(dá)1、14和28天。結(jié)果示于下表和圖4中。

當(dāng)在93.3℃(200°F)靜態(tài)老化1至28天時(shí)，絕熱組合物極其穩(wěn)定。靜態(tài)老化后，4.4℃(40°F)下的Fann 35讀數(shù)過(guò)高以至于不能計(jì)算塑性粘度和屈服點(diǎn)。100rpm下，1天與28天之間的讀數(shù)一致。屈服應(yīng)力值也非常一致。
65.6℃(150°F)下，F(xiàn)ann 35試驗(yàn)顯示出非常穩(wěn)定的鉆探流體性能。盡管測(cè)量的性能低于4.4℃(40°F)下的，但是靜態(tài)老化期間對(duì)塑性粘度、屈服點(diǎn)、凝膠或屈服應(yīng)力沒(méi)有影響。
在靜態(tài)老化槽中沒(méi)有觀察到分離或沉降。93.3℃(200°F)下靜態(tài)老化后的試管照片顯示流體外觀沒(méi)有變化。
實(shí)施例5 在148.9℃(300°F)對(duì)絕熱組合物進(jìn)行靜態(tài)老化試驗(yàn)達(dá)1、14和28天。結(jié)果示于圖5中。

148.9℃(300°F)下靜態(tài)老化絕熱組合物之后，流體變成麥片粥狀稠度。流體很稠而且無(wú)法測(cè)量流變性能。期望進(jìn)一步的配方以改進(jìn)改善前述結(jié)果。進(jìn)行蒸餾試驗(yàn)以確定流體在靜態(tài)老化期間是否已經(jīng)失水，但是14天、148.9℃(300°F)靜態(tài)老化流體的試驗(yàn)結(jié)果與基礎(chǔ)流體(base fluid)完全相同。
實(shí)施例6 在121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)進(jìn)行另外的14天靜態(tài)老化試驗(yàn)以確定絕熱組合物的溫度穩(wěn)定性。結(jié)果示于圖6。

在121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)進(jìn)行14天的靜態(tài)老化試驗(yàn)顯示，絕熱組合物在接近132.2℃(270°F)的溫度下是穩(wěn)定的。由于600和300rpm下表盤(pán)讀數(shù)為300+，在4.4℃(40°F)無(wú)法測(cè)量流體的屈服點(diǎn)。93.3℃(200°F)和121.1℃(250°F)下的10分鐘凝膠強(qiáng)度都很相似(分別為28和29)，但是在132.2℃(270°F)下增加到76。從93.3℃(200°F)到121.1℃(250°F)和132.2℃(270°F)100rpm表盤(pán)讀數(shù)增加(分別為158、171、221)。另外還看到屈服應(yīng)力上的類似增加。93.3℃(200°F)和121.1℃(250°F)之間流體性能沒(méi)有變化。在132.2℃(270°F)，所有性能都顯示出提高。
試管測(cè)量和照片顯示靜態(tài)老化期間流體高度增加。在93.3℃(200°F)時(shí)柱高度沒(méi)有變化，但是在121.1℃(250°F)，流體柱增加47％。在132.2℃(270°F)和148.9℃(300°F)，試管流體柱分別增加56％和44％。試管流體柱含有許多沫或孔，雖然這些孔看上去不含自由液體。預(yù)期進(jìn)一步的配方改進(jìn)以改善前述結(jié)果。
實(shí)施例7 使絕熱組合物在4.4℃(40°F)與93.3℃(200°F)之間循環(huán)24天。流體在4.4℃(40°F)冷卻3天然后轉(zhuǎn)移到93.3℃(200°F)烘箱中并且靜態(tài)老化3天。該循環(huán)重復(fù)4次。結(jié)果示于下表中

4.4℃(40°F)與93.3℃(200°F)之間的循環(huán)對(duì)絕熱流體的粘度沒(méi)有影響。與初始的試驗(yàn)結(jié)果相比，在4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)量的流變性能都沒(méi)有變化。
4.4℃(40°F)與148.9℃(300°F)之間的循環(huán)導(dǎo)致流體凝固，如同在148.9℃(300°F)靜態(tài)老化試驗(yàn)中所看到的那樣。再一次，流體具有像麥片粥一樣很稠的稠度。
實(shí)施例8 為了試驗(yàn)增粘劑在絕熱組合物中的有效性，用4.5mL 2.89N鹽酸使組合物的pH從9.60降至7.08。在降低pH后，在93.3℃(200°F)下靜態(tài)老化該絕熱流體72小時(shí)。冷卻到室溫之后，在4.4℃(40°F)和65.6℃(150°F)下測(cè)試該靜態(tài)老化流體的流變性能。結(jié)果示于下表中

試驗(yàn)結(jié)果表明，絕熱組合物受該pH降低的影響。與93.3℃(200°F)下靜態(tài)老化24小時(shí)了的絕熱組合物29和44相比，在4.4℃(40°F)用酸處理了的絕熱組合物具有平直(flat)的凝膠強(qiáng)度162(10秒和10分鐘)。用酸處理時(shí)屈服應(yīng)力值為6.8kg/m2(139lb/100ft2)，相比之下沒(méi)有用酸時(shí)為0.8kg/m2(17lb/100ft2)。在65.6℃(150°F)下看到由于酸處理產(chǎn)生的類似變化[63/66的凝膠和2kg/m2(43lb/100ft2)的屈服應(yīng)力，相比之下沒(méi)有酸處理時(shí)11/36的凝膠和0.5kg/m2(10lb/100ft2)的屈服應(yīng)力]。
實(shí)施例9 在4.4℃(40°F)和93.3℃(200°F)測(cè)量熱導(dǎo)率值(k)。結(jié)果示于圖7。在4.4℃，絕熱組合物的熱導(dǎo)率測(cè)量為0.36W/m℃。在93.3℃，熱導(dǎo)率測(cè)定為0.22W/m℃。這些熱導(dǎo)率值有利地比得上公布的水的熱導(dǎo)率值(在0℃為0.561W/m℃和在100℃為0.679W/m℃)。
實(shí)施例10 使用Westport Wellbore Insulation Model試驗(yàn)裝置，絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算為3.09BTU/ft2hr°F、或17.55W/m2℃。水的所計(jì)算出的對(duì)流傳熱系數(shù)為71.73BTU/ft2hr°F、或407.28W/m2℃。該絕熱組合物的對(duì)流傳熱系數(shù)比水低95.69％。
圖8顯示在Wellbore Insulation Model中水和絕熱組合物的溫度分布。水的非常平坦和分離的溫度分布表明對(duì)流傳熱的影響。圖8(淡水)中所看到的溫度尖峰為冷卻器水泵停止的結(jié)果。采取校正措施，不再看到這類擾亂。圖9顯示隨著時(shí)間從各熱電偶和/或熱流傳感器/熱電偶記錄的溫度中所看到的對(duì)流傳熱系數(shù)(CHTC)試驗(yàn)結(jié)果。圖10顯示從溫度vs.各熱電偶距冷水的距離(英寸)中所看到的水和絕熱組合物的井筒模型溫度分布。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)前述說(shuō)明可以進(jìn)行許多改動(dòng)。本文所述的實(shí)施方案意味著只是舉例說(shuō)明性的而且不應(yīng)視為限制本發(fā)明，本發(fā)明將在權(quán)利要求中得到限定。
權(quán)利要求
1.一種絕熱組合物，其包含
水性基質(zhì)；
一種或多種包含一定量粘土的主要增粘劑；和
適量的一種或多種包含磺酸鹽部分的聚合物增粘劑。
2.權(quán)利要求1的絕熱組合物，其包含一定濃度的抗絮凝劑，該抗絮凝劑包含除多糖以外的含一個(gè)或多個(gè)非羧酸?；年庪x子聚合物。
3.權(quán)利要求1的絕熱組合物，其中所述組合物在暴露于包含45.6℃(150°F)或更高的溫度的靜態(tài)老化條件之后保持均勻14天或更長(zhǎng)。
4.權(quán)利要求2的絕熱組合物，其中所述組合物在暴露于包含121.1℃(250°F)或更高的溫度的靜態(tài)老化條件之后保持均勻14天或更長(zhǎng)。
5.權(quán)利要求1-3或4任一項(xiàng)的絕熱組合物，其包含
在約1rpm或更低和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下約1800cP或更大的粘度；和
在200rpm或更高和4.4℃(40°F)至65.6℃(150°F)的溫度下約200cP或更小的粘度。
6.權(quán)利要求1-4或5的絕熱組合物，其總傳熱系數(shù)比相同條件下對(duì)水測(cè)定的傳熱系數(shù)低95％或低更多。
7.權(quán)利要求1-5或6的絕熱組合物，其中所述水性基質(zhì)包含一種或多種多元醇。
8.權(quán)利要求1-5或6的絕熱組合物，其中所述水性基質(zhì)包含丙二醇。
9.權(quán)利要求1-7或8的絕熱組合物，其中所述一種或多種聚合物增粘劑具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中
R選自具有約1-約4個(gè)碳原子的可聚合的烯基；
R1和R2選自氫和甲基；和
X為陽(yáng)離子。
10.權(quán)利要求1-8或9的絕熱組合物，其中所述一種或多種聚合物增粘劑包含聚合的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其堿金屬鹽。
11.權(quán)利要求1-9或10的絕熱組合物，其包含
約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)至約35kg/m3(12lb/bbl)聚合物增粘劑；和
約14.3kg/m3(5lb/bbl粘土)至約428.6kg/m3(150lb/bbl)粘土。
12.權(quán)利要求1-10或11的絕熱組合物，其包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)至約14.3kg/m3(5lb/bbl)抗絮凝劑。
13.權(quán)利要求1-10或11的絕熱組合物，其包含約0.28kg/m3(0.1lb/bbl)至約14.3kg/m3(5lb/bbl)抗絮凝劑，該抗絮凝劑包含除多糖以外的含一個(gè)或多個(gè)非羧酸?；年庪x子聚合物。
14.權(quán)利要求1-12或13的絕熱組合物，其中所述抗絮凝劑包含三元共聚物。
15.權(quán)利要求14的絕熱組合物，其中
所述三元共聚物在淡水中5wt％ Brookfield粘度為約50cP至約100cP而且包含與選自以下的單體共聚的第一烯屬酰胺單體磺酸鹽單體以及磺酸鹽單體與N-乙烯基內(nèi)酰胺單體的組合；
該第一烯屬酰胺單體具有下列結(jié)構(gòu)
其中R為1-烯基以及R1和R2獨(dú)立地選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的烷基；
該磺酸鹽單體具有下列結(jié)構(gòu)
其中R選自具有約1-約4個(gè)碳原子的可聚合的烯基；R1和R2選自氫和甲基；和X為陽(yáng)離子；和
該丙烯酸鹽單體具有下列通式結(jié)構(gòu)
其中R6選自氫、具有約1-約4個(gè)碳原子的烷基、和活化不飽和碳-碳鍵的基團(tuán)；R7和R8獨(dú)立地選自氫和具有約1-約4個(gè)碳原子的烷基；和Y選自氫和堿金屬；和
該N-乙烯基內(nèi)酰胺單體具有下列結(jié)構(gòu)
其中R9、R10、R11和R12獨(dú)立地選自氫、甲基和乙基。
16.權(quán)利要求2-14或15的絕熱組合物，其中所述抗絮凝劑包含具有下列通式結(jié)構(gòu)的環(huán)狀雙烯酮單體
其中
X選自氧和氮；和
R9和R10獨(dú)立地選自氫和烷基。
17.權(quán)利要求16的絕熱組合物，其中所述抗絮凝劑進(jìn)一步包含具有下列結(jié)構(gòu)的苯乙烯單體的反應(yīng)產(chǎn)物
其中R11、R12和R13獨(dú)立地選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的烷基。
18.權(quán)利要求2-16或17的絕熱組合物，其中所述抗絮凝劑包含聚(苯乙烯-共-馬來(lái)酸酐)。
19.權(quán)利要求2-16或17的絕熱組合物，其中所述抗絮凝劑包含以下的反應(yīng)產(chǎn)物
具有下列通式結(jié)構(gòu)的環(huán)狀雙烯酮單體
其中
X選自氧和氮；和
R9和R10獨(dú)立地選自氫和烷基；及
具有下列結(jié)構(gòu)的苯乙烯單體
其中R11、R12和R13獨(dú)立地選自氫和烷基。
20.權(quán)利要求1-18和19的絕熱組合物，其中所述一種或多種主要增粘劑包含一定量的海泡石。
21.權(quán)利要求20的絕熱組合物，其包含
約86kg/m3(30lb/bbl)海泡石粘土；
約11.1kg/m3(3.9lb/bbl)2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸聚合物增粘劑；
約2.14kg/m3(0.75lb/bbl)抗絮凝劑；和
約60vol％多元醇組分。
22.權(quán)利要求1-20或21的絕熱組合物，其中所述多元醇組分包含約95vol％丙二醇和約5vol％甘油。
全文摘要
一種絕熱組合物，其包含水性基質(zhì)；一種或多種包含一定量的粘土的主要增粘劑；和適量的一種或多種包含磺酸鹽部分的聚合物增粘劑。
文檔編號(hào)C08L5/00GK101516983SQ200780033936
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者T·穆哈邁德, D·B·揚(yáng), J·B·特倫訥瑞, M·A·亞雷特, F·哈維, M·L·普萊斯 申請(qǐng)人:貝克休斯公司