控制井眼内的压力和静电荷的制作方法

专利名称：控制井眼内的压力和静电荷的制作方法
技术领域：
本发明涉及当约束体积内的流体正被加热时控制由该约束体积内 容纳的流体产生的压力的方法。在优选的实施方案中，本发明涉及控 制由井眼内的套管柱组件描述的环形体积内的压力的方法。
背景技术：
在钻井眼，例如油井的过程中，通常将较大直径的金属管的各个 段固定在一起以形成布置在该井眼每一部分内的套管柱或套管衬。每个套管柱可以从地面附近的井头设施悬挂下来。或者， 一些套管柱可 以呈衬柱形式，该衬柱从套管的前位部分的埋设深度附近伸出。在这 种情况下，该衬柱将从衬悬桂器上的套管的前位部分悬吊下来。套管 柱通常由许多通过螺紋接头或其它连接装置彼此连接的接头或片段组 成，各自约为四十英尺长。这些接头通常是金属管，但是也可以是非 金属材料例如复合管道。这种套管柱用来通过阻止孔穴壁塌陷来提高 井眼完整性。此外，套管柱阻止流体从一个地层运动到井眼穿过的另一个地层。
通常，在钻井眼的下一部分之前，套管柱的每一部分固定在井眼内。因此，井眼的每一随后的部分必须具有小于前位部分的直径。例如，井眼的第一部分可以接收直径20英寸的表面(或导向)套管柱。 井眼的接下来的若干部分可以接收分别具有直径16英寸、13 3/8英寸 和9 5/8英寸的中间(或保护)套管柱。井眼的最后的部分可以接收分别具有直径7英寸和4 1/2英寸的生产套管柱。当固井作业完成并且水 泥固化时，在由每一套管柱的外表面描述的环隙中存在水泥柱。
被井孔穿透的地下区域通常由水硬性水泥組合物密封。在这种应用中，使用水硬性水泥组合物将管柱例如套管和衬管固定在井孔中。 在进行这些基础固井操作中，将水硬性水泥组合物泵送入由井孔壁和
置于其中的管柱的外表面界限的环形空间。允许该水泥组合物在该环 形空间中固化以形成硬化的基本上不透性水泥的环形鞘，该鞘支撑和 使该管柱在井孔中定位并且将该管柱的外表面密封到井孔的壁上。水 硬性水泥组合物还用于各种其它固井作业，例如密封高渗透区或地下 区域中的裂缝，堵塞管柱中的裂紋或孔穴等。
包括多于一个套管柱的套管组件界限井眼内的相邻同心套管柱之 间的一个或多个环形体积。通常，当安装套管柱时，每个环形体积至 少在某种程度上填充有存在于井眼中的流体。在深井中，环形体积内
的流体量(即，环形流体)可能是显著的。每个l英寸厚x 5000英尺长 的环隙将容纳大致50， OOO加仑，这取决于套管柱的直径。
在油气井中，常见的是，地层的一部分必须与该井的其余部分隔 离。这通常如下实现使后续柱的水泥柱的顶部向上到前位套管孰上 面的环隙内。当这隔离地层的同时，使水泥向上到套管孰内部有效地 阻断由自然的压裂梯度提供的安全阀。代替在该靱处漏泄，任何压力 增大将施加在该套管上，除非它可以在地面处放泄。大多数陆地井和 一些海上平台井安装有为每个套管环隙提供通路的井头并且可以迅速 地放泄表观的压力提高。另一方面，大多数海下井头设施不为套管环 隙提供通路并且可能产生密封的环隙。因为该环隙被密封，所以内压 力可能相应于温度的提高而显著地增加。
在套管柱的安装期间环形体积中的流体通常将处于或靠近海底的 环境温度。当加热环形流体时，它膨胀并且可能导致相当大的压力增 加。这种条件通常存在于所有生产井中，但是在深水井中是最明显的。 深水井很可能由于环隙压力增大而损坏，原因在于相比在生产期间采 出流体的高温，置换流体的低温。环形体积中流体(当它被密封时) 的温度通常将是环境温度，该环境温度可以在0下-100下(例如34下) 的范围内，其中较低的温度最通常出现在井上方具有相当大水深的海 底井中。在从储层生产期间，产出流体在相当高的温度下穿过生产管 道。50下-300T的温度是预期的，并且经常遇到125下-250下的温度。
产出流体的较高温度增加套管柱之间的环形流体的温度，并且增
加对每个套管柱的压力。用于环形体积的常规液体在恒压下随温度膨
胀；在环形空间的恒定体积中，增加的流体温度导致显著的压力增加。 恒压下，基本上不能压缩的水流体可能在从环境条件到生产条件的温 度变化过程中体积增加超过5%。在恒定体积下，温度的这种增加可能 导致压力增加高达大约IO， OOOpsig。增加的压力显著地增加套管柱破 坏的概率，对井的操作带来灾难性后果。
需要的是用流体体系替换环形体积内的至少 一 部分常规流体的方 法，该流体体系随着流体的温度增加比体积减小。还需要的是控制环 形体积中的流体体系内的任何静电荷聚集以降低火花风险的方法。
环隙压力增大(APB)问题在石油钻井/回收工业中熟知的。参见 B. Moe和P. Erpelding,"Annular pressure buildup: What it is and what to do about it," Deepwater Technology, p. 21-23，8月
(2000 )和P. 0udeman和M. Kerem， "Transient behavior of annular pressure buildup in HP/HT wells," J. of Petroleum Technology, v. 18， no. 3， p. 58-67 ( 2005 )。此前已经才艮道了数种可 能的解决方案A.如R. F. Vargo， Jr.等人的"Practical and Successful Prevention of Annular Pressure Buildup on the Marlin Project, 11 Proceedings-SPE Annual Technical Conference and Exhibition, p. 1235-1244， ( 2002 )所述注射氮气发泡的水泥隔层， B.如J. H. Azzola等人的"Application of Vacuum Insulated Tubing to Mitigate Annular Pressure Buildup," Proceedings-SPE Annual Technical Conference and Exhibition， p. 1899-1905 ( 2004 )所述 的真空绝缘管道，C.如C. P. Leach和A丄Adams， " A New Method for the Relief of Annular Heat-up Pressure," 在proceedings-SPE Annual Technical Conference and Exhibition, p. 819-826， ( 1993 ) 所述的可压碎泡沫隔层，D.如R. Williamson等人的"Control of Contained-Annulus Fluid Pressure Buildup," 在 proceedings, SPE/IADC Drilling Conference paper Number 79875
(2003 )所述的水泥不足，完高度粘固，优选的渗漏通道或通气口，增强的套管(更强)和使用可压缩流体，和E.如J. Staudt在美国专 利号6，457，528 ( 2002 )和US专利号6， 675， 898 ( 2004 )中所述使用防 爆盘组件。这些现有技术实例(虽然可能有用)不会提供APB问题的完 全防护，这是由于执行困难或禁止性的成本，或这两者。我们的发明 相对易于执行并且是成本有效的。

发明内容
如本文所描述的那样，提供了控制约束体积内的压力以及控制任 何静电荷聚集的方法。
在一个实施方案中，本发明涉及在约束体积内控制压力和降低静 电荷聚集的方法，该方法包括
a)提供在体积内含有第一流体的体积，该第一流体具有第一压力 和第一温度；
b )用第二流体替换在该体积内的至少一部分第一 流体，该第二流 体包含(i)至少一种可聚合单体和(ii)至少一种抗静电剂；
c) 将该体积密封以产生约束体积；和
d) 将在该约束体积内的流体加热，以使该流体处于第二压力和第 二温度，
其中该单体在该第一温度和笫二温度之间的温度下聚合，该单体聚合伴随着该约束体积内的压力降低以使该第二压力低于当该约束体 积仅含第一流体时在第二温度下的压力。
上述方法中的抗静电剂优选包含亲水性基团和疏水性基团。该抗 静电剂优选是中性和/或离子表面活性剂。在一个实施方案中，该抗静 电剂优选是阴离子磷酸酯。在其它实施方案中，该抗静电剂选自ZELEC TY 、 ZELEC 1]『和它们的混合物。在附加的实施方案中，该抗静电剂 是季铵盐。优选地，以第二流体总体积的大约O. 05vol。/。-大约5voiy。的 量将抗静电剂添加到上述方法中，更优选以第二流体总体积的大约 0. lvol。/。-大约lvol。/。的量添加。
在一个独立的实施方案中，提供了在井眼的套管结构内控制压力 和降低静电荷聚集的方法，其中该压力可以根据井眼内的位置而改变。在这个实施方案中，压力和温度涉及环形体积内的单个位置。因此，该方法包4舌
a )提供环形体积，该环形体积由井眼内的两个套管柱描述并且在 该环形体积内的选取位置含有具有第一压力和第 一温度的第 一流体；
b )用第二流体替换该环形体积内的至少 一 部分第 一 流体，该第二 流体包含(i )在第二压力和第一温度和第二温度之间的温度下聚合的 单体，和(ii )至少一种抗静电剂；
c)将该环形体积密封以产生约束体积；和
d )加热该约束体积内的流体，以使在选取位置的流体处于第二压 力和第二温度；
其中预先选择该第二流体以使在该选取位置的第二压力比当该约 束体积在第二温度下仅含第一流体时在该约束体积内的选取位置处的 压力低。
在一个实施方案中，尽管环形体积内的流体的温度提高，但是在 该环形体积内的选取位置在第二温度下存在的第二压力等于在该位置的第一压力。在另一个实施方案中，在该选取位置的第二压力比在该 选取位置的第一压力高至多50%，优选地至多30%，更优选至多15%。
在一个独立的实施方案中，方法涉及环形体积内的最大压力和静 电荷聚集的减少。对于具有相当大垂直长度的环形体积，由环形流体 产生的静水压力引起穿越该垂直距离的压力梯度，其中在该环形体积 最深位置的压力大于该井眼顶部的压力，其中位置与地球的中心有关。 因此，环形体积内存在压力是最高压力的位置。因此，在这个实施方 案中，提供了在井眼的套管结构内控制最大压力和降低静电荷聚集的 方法，该方法包括
a )提供环形体积，该环形体积由井眼内的两个套管柱描述并且在 该环形体积内含有在第一温度下具有第一最高压力的第一流体；
b )用第二流体替换该环形体积内的至少一部分第一流体，该第二 流体包含(i )在第一温度和第二温度之间的温度下聚合的单体，和(U ) 至少一种抗静电剂；
c) 将该环形体积密封以产生约束体积；和
d) 将该约束体积内的流体加热到比该第 一温度高的高温，以使至 少一部分流体处于第二最高压力；
其中预先选择该第二流体以使第二最高压力比当该约束体积在该 高温下仅含第一流体时该约束体积内的最高压力低。
在一个实施方案中，环形体积内的第二最高压力等于第一最高压 力。在这个实施方案中，尽管环形体积内的流体的温度提高，但是该 密封的环形体积内不存在净压力增加。在另一个实施方案中，第二最 高压力比第一最高压力高至多50%，优选地至多30%，更优选至多15%。
在另一个独立的实施方案中，提供了在约束体积内控制压力和降 低静电荷聚集的方法，该方法包括
a) 在第一压力和第一温度下提供含第一流体和第二流体的体积， 该第二流体包含(i )在该第一温度和第二温度之间的温度下聚合的单 体，和(n )至少一种抗静电剂；
b) 将该体积密封以产生约束体积；
c) 将该约束体积内的第 一流体和第二流体加热，以使该第 一流体 和第二流体处于第二压力和第二温度；
其中预先选择该第二流体以使该第二压力低于当该约束体积仅含 第一流体时在笫二温度下的压力。
在一个具体的实施方案中，笫二流体包舍单体和至少一种抗静电
剂，其中当该单体在按照该密封环形体积内的条件的温度和压力下聚 合(体积减小)时，静电荷聚集被该抗静电剂驱散。因此，提供了在 井眼内的环形体积内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括
a)用第一流体填充该环形体积；
b )在该环形体积内用包含聚合体系和至少 一种抗静电剂的第二流 体替换至少一部分第一流体；和
c)密封该环形体积。
上述方法中的抗静电剂优选包含亲水性基团和疏水性基团，其中 该抗静电剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第二流体吸引，和
13
其中该抗静电剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气的界面处以使 以传导方式驱散静电荷，从而阻止电弧。在优选的实施方案中，抗静 电剂是中性和/或离子表面活性剂。优选地，以第二流体总体积的大约
0. 05vor/。-大约5vol。/。的量，更优选以第二流体总体积的大约O. lvo"/。-
大约ivoiy。的量添加抗静电剂。
连同其它因数一道，本发明基于具有不平常热膨胀性能的流体体 系的发现，因为该流体在恒压下膨胀的程度比不可压缩流体所预期的 小。本发明进一 步基于经由将上述抗静电剂添加到流体体系中来控制 这些流体体系内的静电荷聚集而降低火花和燃烧风险的发现。因此， 虽然被约束在密封体积中，但是当加热时，与常规流体所预期的相比， 本发明的流体在该密封体积内引起更低的压力增加并且显示对静电荷 聚集的更多控制。


图l示出了本发明方法的一个实施方案，显示了开口环形体积，在 此期间，第二流体正被添加到该环形体积中。
图2示出了本发明方法的一个实施方案，显示了密封的环形体积，
该环形体积包含本文公开的处于第二温度和第二压力下的第二流体。
图3示出了试验本发明一个实施方案的实验结果。
图4示出了试验本发明一个实施方案的实验结果。
具体实施例方式
根据这一详细描述，以下简称和定义适用。必须指出，本文所使
用的单数形式"a"、 "an"以及"the"包括复数指示,除非上下文明确指 明相反。因此，例如，所谓的"化合物"包括许多化合物。
1本文讨论的出版物仅是提供其在本申请提交日期之前的公开内 容。在此不应理解为承认本发明由于在前的发明而没有资格早于这种 公开。另外，所提供的
公开日期可能不同于实际的
公开日期，这可能 需要独立地加以证实。
除非另有说明，用于说明书和权利要求中的以下术语具有下面给 出的意义
"卤素"是指氟、氯、溴或碘。
"硝基"是指基团-NO2。
"亚硝基"是指基团-NO。
"羟基"是指基团-OH。
"羧基"是指基团-COOH。
"低级烷基"是指含l-6个碳原子的一价烷基，包括直链和支链烷 基。这一术语由基团例如曱基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、异 丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基等示例。
"取代的低级烷基"是指含一个或多个取代基，优选一个至三个取 代基的烷基，其中该取代基选自氨基、亚硝基、硝基、卣素、羟基、 羧基、酰氧基、酰基、氨基酰基和氨基羰氧基。"低级烯基"是指含2-6 个碳原子的线性不饱和一价烃基或具有3-8个碳原子、含至少一个双键 (-C=C-)的支化一价烃基。烯基的实例包括但不限于，烯丙基、乙烯 基、2-丁烯基等。
"取代的低级烯基"是指含一个或多个取代基，优选一个至三个取 代基的烯基，其中该取代基选自氨基、亚硝基、硝基、卣素、羟基、 羧基、酰氧基、酰基、氨基酰基和氨基羰氧基。
术语"环烷基"是指含3-6个碳原子并具有单个环状环的环状烷基， 包括例如环丙基、环丁基、环戊基和环己基。
"烷氧基"是指基团"低级烷基-o-",后者包括例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧 基、1，2-二甲基丁氧基等。
"氨基"是指基团NITRb，其中IT和Rb独立地选自氢、低级烷基、取 代的低级烷基和环烷基。
"酰氧基"是指基团H-C (0) 0-、低级烷基-C (0) 0-、取代的低级 烷基-C (0)0-、低级烯基-C ( 0 ) 0-、取代的低级烯基-C ( 0 ) 0-和环 烷基-C(0)0-，其中低级烷基、取代的低级烷基、低级烯基、取代的 低级烯基和环烷基如本文所限定。
"酰基"是指基团H-C (0)-、低级烷基-C (0)-、取代的低级烷基
-C (0)-、低级烯基-C (0)-、取代的低级烯基-C (0)-、环烷基-c (0)-，其中低级烷基、取代的低级烷基、低级烯基、取代的低级烯基和环烷基如本文所限定。
"氨酰基"是指基团-NRC (0)低级烷基、-NRC (0)取代的低级烷 基、-NRC (0)环烷基、-NRC (0)低级烯基和-NRC (0)取代的低级烯 基，其中R是氢或低级烷基，其中低级烷基、取代的低级烷基、低级烯 基、取代的低级烯基和环烷基如本文所限定。
"氨基羰氧基"是指基团-NRC (0) 0-低级烷基、-NRC (0) 0-取代 的低级烷基、-NRC (0) 0-低级烯基、-NRC (0) 0-取代的低级烯基、 -NRC (0) 0-环烷基，其中R是氩或低级烷基，其中低级烷基、取代的 低级烷基、低级烯基、取代的低级烯基和环烷基如本文所限定。
"脂族化合物"是指非芳族有机化合物，其中碳原子按直链或支链 而不是按苯环连在一起。脂肪族化合物的一个实例是甲烷。脂族化合 物不但包括脂肪酸和链烷烃的其它衍生物(例如，烷烃)，而且包括 不饱和化合物，例如乙烯(例如，烯烃)和乙炔(例如，炔烃)。
"抗静电剂"是指减少或驱散静电荷在本文所述可聚合单体中聚集 的任何化合物。在本发明的优选的实施方案中，抗静电剂具有亲水性 和疏水性基团。该抗静电剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第 二流体吸引。该抗静电剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气的界 面处以使以传导方式驱散静电荷，从而阻止电弧。在本发明优选的实 施方案中，抗静电剂是表面活性剂。
"脂肪酸"是指具有通式CnH2n+1COOH的羧酸衍生物，包括含至少四个 碳原子，优选含至少八个碳原子的饱和或不饱和脂族化合物。
"中性或离子表面活性剂"是指具有亲水性基团和疏水性基团的化 合物。该表面活性剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第二流体 吸引，并且其中该表面活性剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气 的界面处以使以传导方式驱散静电荷，从而阻止电弧。在优选的实施 方案中，表面活性剂可以用作本发明各种实施方案中的抗静电剂。
"盐"是指衍生自本领域中熟知的各种有机和无机平衡离子的盐并
且包括，仅通过举例，钠、钾、钙、镁、铵、四烷基铵等；并且当该 分子含有碱性官能团时，包括有机或无机酸的盐，例如盐酸盐、氢溴 酸盐、酒石酸盐、甲磺酸盐、乙酸盐、马来酸盐、草酸盐等。优选地， 盐是无机酸盐，例如盐酸盐。
"任选"或"任选地"是指随后描述的事件或情形可以，但不必发生， 并且该描述包括其中所述事件或情形发生的情况和其中不发生的情 况。例如，"任选被烷基一取代或二取代的芳基"是指该烷基可以但不 必存在，并且该描述包括其中所述芳基被烷基一或二取代的情况和其 中所述芳基没有被烷基取代的情况。
本发明提供流体体系，该流体体系当在约束体积内被加热时压力 增加到比常规体系更低的值并且该流体体系由于静电荷聚集的减少而 降低了火花和燃烧的风险。将该约束体积密封以阻止流体的逃逸。因 此，本发明提供当将密封或约束体积内的流体加热到高温时降低该体 积内压力增加效果的流体和方法。
在一个实施方案中，该体积可以是任何被密封、然后被加热的含 流体的体积。本发明体积的非限制性实例是反应容器，用于进行例如， 化学反应。该体积(最初充满第一流体)是开放的，是指可以使流体 进入和离开该体积。在该体积被密封之前，使第二流体进入该体积， 取代该体积中的至少一部分第一流体。然后密封该体积以阻止流体进 一步流入和流出该体积，并且将该体积内的流体加热。这种加热导致 该体积内的压力增加到相当大的程度，尤其是采用液相流体，更尤其 是采用基本上不能压缩的液相流体的情况下。因此，本发明提供具有 以下性能的第二流体，即当包含在密封体积内并加热到目标温度时， 该体积内的压力比当该体积仅包含第 一流体时的压力低。因为约束体 积和第二流体可能聚集静电荷，所以第二流体还包含抗静电剂以降低 静电荷聚集和降低火花和燃烧的风险。
在一个具体的实施方案中，本发明提供在井眼内，尤其是在套管 组件内的环形体积内控制压力的方法，该套管组件已经安装在打算例 如，从储层提取资源的井眼中。资源的实例包括原油、天然气液、石
油蒸气(例如，天然气)、合成气(例如，一氧化碳)、其它气体(例如，二氧化碳、氮气)和水或水溶液。使用本文描述的第二流体实现压力的控制。这些实施方案尤其对火花和燃烧敏感。因此，已经令人惊奇地发现向第二流体中添加抗静电剂允许降低火花和燃烧的风险。
套管组件包括套管柱，该套管柱用于保护通过钻入陆地形成的井眼侧面。通过套管组件内的两个相邻的同心套管柱将环形体积分界。 在油气井的构造期间，通常使用旋转钻机钻入陆地的地层以形成井眼。 随着旋转钻机钻入陆地，钻井流体(工业中称为"泥浆")流通穿过井眼。通常经由钻管的内部从地面泵送泥浆。通过经由该钻管连续地泵送钻井流体，该钻井流体可以流出钻管的底部并经由井眼壁和钻管之间的环形空间流回到井表面。当想要某种地质信息和当将该泥浆再循环时，通常让该泥浆返回到地面。泥浆用来帮助润滑和冷却钻头并促 进当钻井眼时岩屑的除去。此外，由孔穴中的泥浆柱产生的静水压力阻止喷出，该喷出可能由于井眼内遇到的高压而发生。为了阻止高压引起的喷出，将重的重物投入泥浆以使该泥浆具有比在钻井中预期的任何压力大的静水压力。
在不同的深度必须使用不同类型的泥浆，因为井眼中的压力随井眼深度的增加而增加。例如，在2，500ft.的压力比在l， 000ft的压力高得多。在l，000ft.使用的泥浆的重量不足以使用在2， 500ft.的深度， 否则可能发生喷出。在海底井中的极限深度处泥浆的重量必须特别重以抵消高压。然而，这种特别重的泥浆的静水压力可能引起泥浆开始侵入或漏入地层，从而产生泥浆的循环液漏失。套管柱用来为井眼加村里以阻止钻井泥浆的渗漏。
为了能够使用不同类型泥浆，采用不同的套管柱以消除井眼中出现的宽的压力梯度。为了开始，使用轻质泥浆钻井眼到需要重质泥浆的深度。这通常在稍微超过l，OOOft处发生。在这一阶段，将套管柱插入井眼中。将水泥浆泵送入套管并且在水泥浆之后泵送流体例如钻井泥浆或水的柱塞流以将水泥推动到套管外部和井眼内部之间的环隙中。用于形成水泥浆的水的量将在宽范围内变化，这取决于所选的水硬性水泥的类型，所要求的浆料稠度，具体作业的强度要求和手头的 一般作业条件。
通常，使用水硬性水泥，尤其是波特兰水泥将井套管固定在井眼 内。水硬性水泥是由于水合反应的发生而凝固并显示抗压强度的水泥， 该水合反应允许它们在水下凝固或固化。允许水泥浆凝固并^5更化而使 套管固定就位。水泥还提供地面下地层的层间封隔并且帮助阻止井眼 的坍塌或侵蚀。
在设置第一套管后，钻孔继续进行直到再次将井眼钻到需要更重 质泥浆的深度并且该所需要的更重质泥浆开始侵入和漏入地层，通常
在大约2， 500英尺处。再次，将套管柱插入此前安装的套管柱内部的井 眼中，并如以前那样添加水泥浆。
还可以在井眼中使用多个套管柱以隔离两种或更多种不应该彼此 连通的地层。例如，在墨西哥湾发现的特殊情况是在大约2，000英尺的 深度流动的高压淡水砂。由于高压，在那种水平通常需要额外的套管 柱。否则，该砂子将漏入泥浆或采出流体。
海下井头通常具有固定到海底的外壳和在该外井头外壳内接收的 内井头外壳。在近海井的完井期间，经由安装在外壳上方的BOP组将套 管和管道挂降入井头外壳内的支撑位置中。在井的完井之后，用具有 适合的阀门的采油树(Christmas tree )替换BOP组用于控制井流体的
生产。将套管挂相对于外壳孔密封并将管道挂相对于该套管挂或外壳 孔密封，以使有效地在该套管和管柱之间的环隙和该管道桂上方的外 壳孔中形成流体屏障。在布置和密封套管桂后，安装套管环隙密封件 用于压力控制。如果该密封件在地面井头上，则通常该密封件可以具 有与套管环隙连通的端口。然而，在海下井头外壳中，存在大直径的 低压外壳和较小直径的高压外壳。因为高压，为了安全起见，该高压 外壳必须没有任何端口。 一旦密封高压外壳，就无法让孔穴在套管挂 下面以便使防喷。
图1中代表性示出的是实施本发明原理的方法。在本文描述的方法 和其它设备和方法的以下描述中，方向术语例如"上方"，"下面"，"
上部"，下部"等仅是为了便于参照附图而使用。此外，应该理解的是，在不脱离本发明原理的情况下，本文描述的本发明的各种实施方案可以按各种取向使用，例如倾斜、反转、水平、垂直等，和按各种构造使用。本文描述的方法可应用于陆地部位和水下部位中的井眼。应当理解，井眼在该井眼进入陆地的一端终止。在水下部位的情况下，终点处于水/陆地界面。
应当理解，本文使用的术语"井眼"和"套管柱"不应认为将本发明限制到方法的具体示出的元素。井眼可能是任何井眼，例如另一个井眼的分支，并且不一定直接延伸到地表。套管柱可能是任何类型的管 柱，例如衬柱等。术语"套管柱"和"衬柱"在本文中用来指示任何类型的管柱，例如片段或非片段的管柱，由任何材料(包括非金属材料)制成的管柱等。因此，读者将领会本文所使用的这些及其它描述性术 语仅是为了便于清楚解释本发明的示例性实施方案，并且不用于限制本发明范围。
图l示出了本发明的一个实施方案。已经使用钻柱50钻出了井眼 10，并且已经预先安装了套管组件20，其包括至少两个彼此同心排列 的套管柱。没有示出钻机，其具有支撑装置用于支撑钻柱，安装套管 柱和将流体供给井眼。在图1中，已经安装了套管柱22，并通过水泥塞 24在对着井眼10的一端或附近加以密封。
现特别注意套管柱40，其已经被安装以延伸到井眼终点34。很明显，终点34可以是临时终点，以使在安装了套管柱40后可以进一步将 井眼延伸。或者，套管柱40可以延伸到地层5中的最终深度，并且在生 产开始之前不将井眼延伸。当安装套管柱40时，用流体填充由套管柱22的内表面和套管柱40的外表面界限的环形体积42，并且通常用存在于井眼体积36内的流体进行填充。可以最初存在于环形体积中的常规流体包括钻井流体或完井流体，这取决于钻井作业的环境。最初在环形体积内的流体(本文称作第一流体)的性能经选择满足钻井眼专业人员钻井以完井的需要。在一个实施方案中，第一流体是使用常规定义的不可压缩流体。
第一流体的组成对本发明不是决定性的，并且通常是用于钻孔和 完井的各种流体之一，包括例如，钻井流体或完井流体。钻井流体可 以是水或油基的，并且可以进一步包含表面活性剂、盐、增重剂和任 何需要用于有效冷却钻头、清除岩屑和保护并调理用于流体生产的井 眼的材料。同样地，完井液可以是水或油基的，并且可以进一步包含 用于清洗井眼和准备从地层回收流体的安装结构的材料。
在图1所示的方法中的阶段，环形体积42经由在套管一端的开口44 与井眼体积36流体连通。由46表示的环形体积的另一端与地面设备例 如钻机(未显示)流体连通，该地面设备具有回收经由46离开该环形 体积的流体的装置。环境关注提供使经由46损失到环境中的流体量最 小化的激励。
在本发明方法中，将包含至少一种可聚合单体和至少一种抗静电 剂的第二流体经由开口48引入井眼体积36以替换该环形体积42中的至 少一部分第一流体。开口48与供应该第二流体的装置流体连通。例如， 可以在钻机或生产机上设置用于这一目的的泵送装置。第二流体作为 柱塞流或段塞被供给该体积，并且以较纯形式向下穿过井眼体积36。 在井眼终点34,第二流体经由开口44进入环形体积42,并且向上流动， 驱动最初在环形体积42中的在该第二流体段塞前面的笫一流体，并经 由开口 4 6离开该环形体积。供给环形体积的第二流体的量是工程选择 的问题，这取决于密封环形体积42内部可以容许的压力的大小。这种 量进一步受例如，井系统的尺寸，第二流体当供给环形体积时的温度， 井中将产生的流体的温度，生产期间环形体积中的流体的预期温度， 套管柱的设计和规格等的影响。
在足够量的第二流体已经添加到环形体积42中以替换其中包含的 至少一部分第一流体后，密封该环形体积"。图2示出了由在26的水泥 塞子和在28示出的套管环隙塞子密封的环形体积42。通常，套管环隙密封件将井眼的顶部密封，从而阻止流体从井眼逃逸到环境中。因此， 由套管柱的环形体积42表示的密封或约束的体积包含流体，该流体被 约束在原位并且被阻止以任何显著的程度从该体积泄漏。
在图2所示的实施方案中，用包含至少一种可聚合单体和至少一种抗静电剂的第二流体替换包含在体积例如环形体积42内的并在该体积内具有第一压力和第一温度的至少一部分第一流体，以使该体积填充有该第一流体和第二流体的混合物。通过水泥塞子"和套管环隙塞子 28密封在该套管柱22和40之间的环形体积42。在该环形体积42内的包 含第二流体的流体温度通常在0-100下的范围内。对于海下设施，流体 温度(即，第一温度)通常小于60下，或小于40下，或例如，在25下 -35T的温度范围内。
当烃流体开始产生并向上流经生产导管52并流出井眼10时，这些 流体通常在比第一温度高的温度下。50T-300T的采出流体温度是预 期的，并且经常遇到125下-250下的温度。导管52内的较热的采出流体 将约束的环形体积42内的流体加热，以使该流体处于第二压力和第二 温度。在常规体系中，密封环形体积内的流体压力随着温度升高将开 始增加到显著更高的压力。
相反，根据本发明，预先选择包含至少一种可聚合单体的第二流 体以使在约束体积内的流体的温度升高到第二温度后，在该体积内的 第二压力比当该约束体积在该第二温度下仅含第 一流体时的压力低。 因而，在将该体积内的流体的温度提高到第二温度后，在该第二流体 中的可聚合单体聚合，伴随着该约束体积内的压力降低，以使该第二 压力低于当该约束体积仅含第一流体时在第二温度下的压力。该第二 流体还包含至少 一种降低静电荷聚集的抗静电剂。
在本发明的优选的实施方案中，抗静电剂具有亲水性和疏水性基 团。该抗静电剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第二流体吸 引。该抗静电剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气的界面处以使 以传导方式驱散静电荷，从而阻止电孤。在优选的实施方案中，抗静 电剂是表面活性剂。
具有亲水基和疏水性基团的抗静电剂的实例包括但不限于，选自 以下的阴离子磷酸酯和季铵盐二 (十八烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二甲基氯化铵、二 (十六烷基)二甲基氯化铵、双(二十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛油基二甲基溴化 铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、二牛油基二丙 基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基曱基乙基氯化铵、 双[二牛油基二甲基铵]硫酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸盐和它们的混合物。
阴离子磷酸酯优选选自ZELEC TYTm和/或ZELEC UNtm (都可以从 DuPont， Wilmington, DE获得)。
由于第二流体中静电荷聚集的减少，有可能显著地降低与火花和燃烧相联系的风险。
由本发明实践获得的利益和优点与常规方法的缺陷成对比。环形体积最初填充有第一流体。第一流体的温度可以在环境温度或之下，这取决于在添加第一流体期间井眼的条件。对于海下井眼，可以通过水冷却第一流体，通过该水，该第一流体从钻井平台处的来源在途中 流到井眼。在这些条件下，第一流体通常将处于在0下-IOO下的范围内的温度。对于海下设施，流体温度(即，第一温度)通常小于60下，或小于40下，或例如，在25下-35下的温度范围内。在流体密封在环形体积内后，它被向上穿过井眼中的生产管道52的采出流体加热；升高的温度通常导致压力增加，有时高到灾难性的程度。此外，可能存在由于约束体积中静电荷的聚集引起的火花和燃烧的风险，这可能导致灾难性的破坏。
环隙压力
相反，根据本发明，通过本文公开的方法将环形体积内的这种压 力控制到易控制的程度。在本发明实践中，将包含流体的约束体积加热，以使在该约束体积内的流体处于第二压力和第二温度。在一个实 施方案中，第二压力在整个约束体积中是均匀的。在另一个实施方案中，第二压力可以在该体积内处处不同。在这个实施方案中，因此，第二压力(和第二温度)与该环形体积内的具体位置(称作选取位置)有关。例如，井眼中的套管组件内的环形体积可以具有数百、甚至数千英尺的深度(vertical extent)。在该流体填充的井眼内的静水压
力因此预期在井眼底部比在其顶部高。在另一个实施方案中，因此， 本发明方法涉及控制环形体积内的最大压力(考虑该体积内的静水压 头及其它因素)。
对本公开内容来说，目标压力是在本发明实践期间环形体积内所 需的压力。在一个实施方案中，在本发明实践中的目标压力是第二压 力，该第二压力比该约束体积仅含第一流体时低。在另一个实施方案 中，第二压力等于环形体积内的第一压力。在另一个实施方案中，预 先选择包含至少一种可聚合单体的第二流体以使减少静电荷聚集，包 含在密封环形体积内的第二流体在第二温度下的第二压力比在第一温度下且仅含第一流体的未密封环形体积的第一压力高至多50%，优选至 多30%，更优选至多15%。
在很多情况下，可以测量第一压力、第一温度、第二压力和第二 温度并且各自的数值可以是已知的。然而，本领域专业人员将承认， 可以在不知道这些参数的数值的情况下全面实践本发明。对本发明实 践足够的是，第二压力维持在小于压力极限，在该压力极限下，其中容纳流体的容器(例如套管柱)的完整性将被损害到不可接受的程度。
第二流体体系
在本发明实践中，通过第二流体至少部分地替换在环形体积内的 第一流体。当在此使用时，添加到环形体积中以控制该环形体积内的 压力的流体称作笫二流体或，在替代方案中，称作环形流体。
一般而言，第二流体包含液体组分和有助于本文所述性能的附加 组分。根据本发明，附加组分包括至少一种可聚合单体和至少一种抗 静电剂。液体组分可以包含水、烃或这两者，包括例如，钻井流体的 一种或多种组分。包含溶解的有机和/或无机盐、酸或碱的水溶液可以 包括在第二流体体系中。可以包括烃混合物，包括通常存在于钻井流 体或完井流体中的材料。实例包括柴油、C6-C20混合物、醇、醛、酮、 醚、羰基化物、芳族化合物、链烷烃和环烷烃。可以包括具有连续水 相和不连续有机相的乳液；或者，可以包括具有连续有机相和不连续 水相的乳液。
另外，第二流体可以包括液相作为连续相，并且还包括固体，该 固体可以作为浆料或作为块状颗粒存在。或者，第二流体可以包含液体作为连续相，该连续相具有气相层，或包含呈在液体内的泡沫形式 的气相。在另一个实施方案中，第二流体按任何或所有上述形式包含 液、气和固相。在每个备选方案中，第二流体相对于流体温度的增加 具有出乎意料的膨胀性能。
静电荷聚集可能在约束体积内发生。此外，用第二流体替换环形 体积内的一部分第一流体可能导致附加的第二流体静电荷聚集。这种 静电荷聚集导致火花和燃烧的风险增加，这可能具有灾难性的后果。
根据本发明，第二流体包含至少一种可聚合单体和至少一种抗静 电剂。第二流体具有热膨胀性能，与基本上不可压缩的液体可能预期 的压力增加相比，该性能引起环形体积内更低的压力增加。第二流体 还具有减少静电荷聚集的性能，因为该第二流体包含至少一种抗静电 剂。在本发明的优选的实施方案中，抗静电剂具有亲水性和疏水性基 团。该抗静电剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第二流体吸 引。该抗静电剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气的界面处以使 以传导方式驱散静电荷，从而阻止电弧。在优选的实施方案中，抗静电剂是表面活性剂。
向第二流体中添加至少一种抗静电剂减少与静电荷聚集相联系的风险。
可聚合单体
根据本发明，第二流体包含至少一种可聚合单体。因而，根据本发明，提供了如下控制约束体积内压力的方法提供包含单体的第二 流体，该单体在第二压力和在第 一温度至第二温度之间的温度下聚合，并伴随比体积减小。因此，当加热时由于在密封环形体积之前被添加 到环形流体中的单体聚合而使该密封环形体积内的压力降低。当添加 到环形体积中时，水溶性单体和水不溶性单体都可以聚合，并伴随着体积减小(和相联系的该环形体积内的压力降低)。相对于没有本发 明特定单体的聚合的类似体系，在密封环隙的约束体积中，此种体积减小导致该约束体积内的压力降低，
本发明的单体可以与水、油或具有钻井泥浆特征的更复杂的混合 物(包括第二流体准备中的高密度组分)混合。该单体在第二流体中
的存在量为l-99voP/。，更优选5-75vo1。/。，仍更优选lQ-5Gvo1。/。。实例笫 二流体包含20vol。/。单体和80voiy。第二组分，该笫二组分包含水和高密 度材料例如硫酸钡。
随着单体的聚合，包括丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯和曱基丙烯酸 甲酯的聚合，液体单体和固体聚合物之间的多达25%的体积收缩率可能 由该聚合过程引起。参见，例如，"Acrylic and Methacrylic Ester Polymers"，Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,第 二版，J. Kroschwitz编，John Wiley & Sons, Inc.，第1巻，表20， p. 266， (1985 )和D. A. Tildbrook等人的"Prediction of Polymerization Shrinkage Using Molecular Modeling,". Poly. Sci; Part B: Polymer Phys ics， 41， 528-548 ( 2003 )。在本发明的优选的实施方案 中，将单体悬浮或乳化(使用皂)在水中成为含合适聚合引发剂的水/ 油混合物，泵送入环形空间，并且在粘固后，聚合发生(再次，利用 在接近凝固温度下的緩慢动力学)，其中采用单体和水的"。/。vol/vo1 混合物可以达到高达5%的总体积降低。
丙烯酸系单体的非限制性实例包括丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，它 们的衍生物，丙烯酸，曱基丙烯酸，它们的盐，N，N-二烷基氨基烷基 丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的酸盐和季盐，二烯丙胺的酸盐，二烯丙基 二烷基铵盐，丙烯酸或甲基丙烯酸磺烷基酯，丙烯酰胺烷基磺酸和它 们的盐等。更优选，丙烯酸系单体包括丙烯酸曱酯、甲基丙烯酸曱酯 和它们的混合物。可能对这种就地聚合方法实用的其它乙烯基单体的 非限制性实例包括其它丙烯酸系酯、甲基丙烯酸系酯、丁二烯、苯乙 烯、氯乙烯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺或其它这样的油 和/或水溶性单体。
可以由为聚合方法选择引发剂获得附加利益。偶氮型引发剂在聚 合方法期间产生氮气作为副产物。在约束环形体积中产生的所得气相
组分(是可压缩流体)可以帮助当环形流体正被穿过生产管道的产物 流体加热时控制该约束环形体积内的压力。还可以使用过氧化物引发 剂，这取决于产物流体的温度和化学约束。或者，如果如上所述被包 封以控制聚合发生的时机，则还可以使用氧化还原引发剂体系例如过
石克酸铵和活化剂N，N，N ' N 四甲基乙二胺，或过石充酸钾和活一化剂减i 酸亚铁/亚硫酸氳钠。
</column><column>该第二流体还包含至少一种降低静电荷聚集的抗静电剂。</column><column> 抗静电剂
</column><column>约束体积在密封后可以聚集静电荷。此外，在单体的处理期间和
单体的聚合期间，静电荷可以聚集。静电荷聚集增加火花的危险并增 加燃烧和爆炸的风险。可以通过增加含已聚合单体的第二流体的导电
性控制静电荷聚集。导电性的增加可以通过增加离子或电子导电性来 实现。还可以通过经由吸湿增加导电性来控制静电荷聚集。吸湿可以 使用泛称为保湿剂的吸湿性抗静电剂来实现，因为它们依靠大气湿气 的吸附发挥它们的有效性。抗静电剂可以进一步通过当静电荷聚集时 将它们驱散来工作；因此，静电衰减率和表面导电率是抗静电剂有效 性的常用量度。根据本发明，将起作用以驱散静电荷的抗静电剂添加 到聚合体系中。
</column><column>根据本发明，抗静电剂是指在第二流体中减少或驱散静电荷聚集 的化合物。因而，根据本发明，将抗静电剂添加到含可聚合单体的第 二流体中。
</column><column>抗静电剂的实例包括胺和酰胺、脂肪酸的酯、有机酸、聚氧乙烯 衍生物、多羟基醇、中性或离子表面活性剂、季铵盐和它们的混合物。 抗静电剂的其它实例包括脂肪酸盐和叔胺的结合物、脂肪酰胺缩合物、 羟烷基脂肪酸酰胺、四烷基铵化合物、烷基丙胺、乙氧基化胺和它们 的混合物。抗静电剂还有的其它实例包括(i)N-(2-幾烷基)乙醇胺； (ii) N，N-双(2-羟乙基)高级脂族胺和高级脂族醇的组合；(iii) N- ( 2-羟基-3-十二烷氧基丙基)乙醇胺和N， N-双(2-羟乙基)烷基胺 的组合；(iv)四氬嘧咬；和(v)它们的混合物。其它示例性的抗静电剂可以选自单硬脂酸甘油酯、十八烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、 三乙醇胺硬脂酸盐和它们的混合物。
抗静电剂的附加实例包括(i ) N-曱基甘氨酸的N-酰基衍生物，其 中酰基是月桂酰基、油酰基或衍生自椰子油的混合脂肪酸；(ii)N-酰基肌氨酸酯和它们的盐；(iii) N,N-双(2-羟乙基)高级脂族胺； 和(iv)它们的混合物，它们中的每一种在美国专利号4， 785， 032中进 行了描述。N-酰基肌氨酸酯可以通过各种方法制备，包括美国专利号 2， 063， 987和美国专利号2， 729， 657、 3, 074， 980和3， 836， 551中描述的 那些方法。
在本发明的优选的实施方案中，抗静电剂具有亲水性和疏水性基 团。该抗静电剂的疏水性基团被含该单体和/或聚合物的第二流体吸 引。该抗静电剂的亲水基保持在该第二流体和周围空气的界面处以使 以传导方式驱散静电荷，从而阻止电弧。在优选的实施方案中，抗静 电剂是表面活性剂。
具有亲水基和疏水性基团的抗静电剂的优选的实例包括但不限 于，选自以下的阴离子磷酸酯和季铵盐二(十八烷基)二甲基氯化 铵、二牛油基二甲基氯化铵、二 (十六烷基)二甲基氯化铵、双(二 十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛油基 二甲基溴化铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、二 牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基甲基乙 基氯化铵、双[二牛油基二曱基铵]硫酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷 酸盐和它们的混合物。
阴离子磷酸酯优选选自ZELEC TYTm和/或ZELEC UN (都可以从 DuPont，Wilmington，DE获得)。ZELEC 11^是阴离子磷酸酯，它是未 中和的磷酸酯并且不溶于水。另外，ZELEC UNTM具有含C广dJ旨肪醇骨 架的高分子量。因此，ZELEC UNTM是磷酸和脂肪醇的未中和的水不溶性、 阴离子磷酸酯Cs-Cw烷基酯。ZELEC TYTM是含低分子量脂肪醇骨架的中 和了的、水溶性阴离子磷酸酯。
在优选的实施方案中，以大约o. Qivol%-大约iovol%的量将至少一种抗静电剂添加到第二流体中，更优选，以大约o. 05vol%-大约5vol%的量将至少一种抗静电剂添加到第二流体中，最优选，以大约0. 1 vo1 %-大约lvol%的量将至少一种抗静电剂添加到第二流体中。
实施例
实验室实验证实在乳液聚合方法中甲基丙烯酸甲酯的混合物的有效的体积收缩，并且通过下面的实施例，该方法证明在保持体积恒定， 同时监测加热循环期间的压力的设备中(实施例l)，和在使用500英尺试验井的现场试验中(实施例2)有效。使用500英尺试验井实施使用含甲基丙烯酸甲酯和抗静电剂的第二流体的现场试验(实施例3)。
实施例l
在200psig起动压力下用含水流体填充压力容器(bomb)。然后密 封该容器以阻止流体从该容器逃逸，并从24℃加热到100℃。如图3所示，该容器内的流体的压力在加热循环期间增加到14，OOOpsig。
在200psig起动压力下用水性乳液流体填充上面使用的压力容器， 该水性乳液流体包含20%按体积填充的甲基丙烯酸甲酯(含偶氮型引发 剂)。然后密封该容器以阻止流体从该容器逃逸，并从24℃加热到100℃。如图3所示，该容器内的流体的压力增加到大约3000psig，但是增加率比仅有含水流体低。在大约70℃，引发甲基丙烯酸甲酯单体的聚合，并且该容器内的压力降低到小于该容器内的初始压力。
实施例2
还进行比例增大的现场试验。将水用于在由7英寸和9-5/8英寸套管约束的环形空间内的500英尺深试验井。在放置流体后，将该环形空间预加压到500psig，然后通过在该7英寸管内部的循环热水加热。在2个小时的期间内，温度输入是190℉，并且温度输出是160℉ (归因于 下孔穴地层吸收热)。所得的压力为大约2100psig (图4)。
将如实施例1所述的类似乳液流体用于相同的试验井，该流体包含 20%按体积填充的甲基丙烯酸甲酯(含偶氮型引发剂)。在初始500预加压之后的数分钟内，注意到，压力已经降至零，所以再次将该环隙 加压至500psig。在2个小时的期间内，温度如前所述升高，并且注意
到，输入与输出温度几乎相同，这是由于聚合反应产生的热。压力再次降低到零，然后緩慢地增加到240psig的最终稳定压力(图4)。压 力的显著下降归因于单体至聚合物的收缩。分析在实验结束时收集的 样品的单体和聚合物。证实存在痕量单体(<1%)，并且聚合物具有接 近3百万的重均分子量。
实施例3
使用如实施例1所述但还包含抗静电剂的类似的乳液流体进行比 例增大的现场试验。该乳液流体包含2 0%按体积填充的甲基丙烯酸曱酯 (含偶氮型引发剂)和l%按体积填充的Dupont Zelec TY或Zelec UN (Dupont，Wilmington，DE)。将乳液流体用于在由7英寸和9-5/8英寸 套管约束的环形空间内的500英尺深试验井。在放置流体后，将该环形 空间预加压到500psig，然后通过在该7英寸管内部的循环热水加热。 在2个小时的期间内，提高温度输入。由于单体至聚合物的收缩，压力 降低。该抗静电剂防止任何静电荷的聚集。
虽然已经详细地并且参照本发明的具体实施方案描述了本发明， 但是对本领域技术人员来说将显而易见的是在不脱离本发明精神和范 围的情况下可以作出各种改变和修改。
权利要求
1.在约束体积内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括a)提供在体积内容纳第一流体的体积，该第一流体具有第一压力和第一温度；b)用第二流体替换在该体积内的至少一部分第一流体，该第二流体包含(i)至少一种可聚合单体和(ii)至少一种抗静电剂；c)将该体积密封以产生约束体积；和d)将在该约束体积内的流体加热，以使该流体处于第二压力和第二温度，其中该可聚合单体在该第一温度和第二温度之间的温度下聚合，和其中该可聚合单体的聚合伴随着该约束体积内的压力降低以使该第二压力低于当该约束体积仅含第一流体时在第二温度下的压力。
2. 根据权利要求1的方法，其中该体积是环形体积。
3. 根据权利要求1的方法，其中该环形体积通过井眼内的两个同心 套管柱描述。
4. 根据权利要求1的方法，其中该第 一温度在0°F -100下的范围。
5. 根据权利要求1的方法，其中该第二温度在50下-300下的范围。
6. 根据权利要求5的方法，其中该第二温度在125下-250T的范围。
7. 根据权利要求1的方法，其中在步骤(c)的约束体积内的流体处 于第一压力和第一温度。
8. 根据权利要求1的方法，其中该第一压力是步骤(a)的体积内的 第一流体的最大压力，其中该第二压力是步骤(d)的体积内的流体的 最大压力。
9. 根据权利要求1的方法，其中步骤(a)的体积内的流体在第一温 度下的第一压力处于该体积内的选取位置，其中步骤(d)的体积内的 流体在笫二温度下的第二压力处于该体积内的所述的选取位置。
10. 根据权利要求I的方法，其中该可聚合单体选自丙烯酸酯和甲基 丙烯酸酯。
11. 根据权利要求l的方法，其中该可聚合单体的聚合是由选自以下的引发剂引发的偶氮型引发剂、过氧化物引发剂或过硫酸铵 /N， N， N' ， N'-四曱基亚乙基二胺氧化还原引发剂体系。
12. 根据权利要求1的方法，其中该抗静电剂具有亲水性基团和疏水性基团。
13. 根据权利要求1的方法，其中该抗静电剂是中性和/或离子表面活性剂。
14. 根据权利要求1的方法，其中该抗静电剂是阴离子磷酸酯。
15. 根据权利要求14的方法，其中该抗静电剂选自ZELECTYTM、 ZELEC UNTM和它们的混合物。
16. 根据权利要求1的方法，其中该抗静电剂选自二 (十八烷基)二 曱基氯化铵、二牛油基二曱基氯化铵、二 (十六烷基)二曱基氯化铵、 双(二十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二甲基溴化铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、 二牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基甲基乙 基氯化铵、双[二牛油基二甲基铵]疏酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸 盐和它们的混合物。
17. 根据权利要求l的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 05vol%-大约5vol%的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
18. 根据权利要求1的方法，其中以第二流体总体积的大约O. lvol%-大约1vol%的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
19. 在井眼的套管结构内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括a) 提供环形体积，该环形体积由井眼内的两个套管柱描述并且在 该环形体积内的选取位置容纳具有第一压力和第一温度的第一流体；b) 用第二流体替换该环形体积内的至少一部分第一流体，该第二 流体包含(i)在第二压力、第一温度和第二温度之间的温度下聚合的 单体，和(ii)至少一种抗静电剂；c) 将该环形体积密封以产生约束体积；和d) 加热该约束体积内的流体，以使在选取位置的流体处于第二压力和第二温度；其中预先选择该第二流体以使在该选取位置的第二压力比当该约 束体积在第二温度下仅含第一流体时在该约束体积内的选取位置的压 力低。
20. 根据权利要求19的方法，其中该第二压力比第一压力高至多5 0%。
21. 根据权利要求19的方法，其中该第二压力比第一压力高至多30%。
22. 根据权利要求19的方法，其中该第二压力比笫 一压力高至多15%。
23. 根据权利要求19的方法，其中该第二压力等于第一压力。
24. 根据权利要求19的方法，其中该抗静电剂具有亲水性基团和疏水性基团。
25.根据权利要求19的方法，其中该抗静电剂是中性和/或离子表面 活性剂。
26. 根据权利要求19的方法，其中该抗静电剂是阴离子磷酸酯。
27. 根据权利要求26的方法，其中该抗静电剂选自ZELEC TYTM、 ZELEC UN，和它们的混合物。
28. 根据权利要求19的方法，其中该抗静电剂选自二 (十八烷基) 二甲基氯化铵、二牛油基二甲基氯化铵、二(十六烷基)二甲基氯化铵、 双(二十二烷基)二曱基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二曱基溴化铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、 二牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基甲基乙 基氯化铵、双[二牛油基二甲基铵]硫酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸 盐和它们的混合物。
29. 根据权利要求19的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 05vol°/。-大约5vo"/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
30. 根据权利要求19的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 1 vo 1 %-大约1 vo 1 %的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
31. 在井眼的套管结构内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括a) 提供环形体积，该环形体积由井眼内的两个套管柱描述并且在 该环形体积内容纳在第一温度下具有第一最高压力的第一流体；b) 用第二流体替换该环形体积内的至少一部分第一流体，该第二 流体包含(i )在第一温度和第二温度之间的温度下聚合的单体，和(ii ) 至少一种抗静电剂；c) 将该环形体积密封以产生约束体积；和d) 将该约束体积内的流体加热到比该第一温度高的高温，以使至 少一部分流体处于笫二最高压力；其中预先选择该第二流体以使第二最高压力比当该约束体积在该 高温下仅含笫一流体时该约束体积内的最高压力低。
32. 根据权利要求31的方法，其中该抗静电剂具有亲水性基团和疏 水性基团。
33. 根据权利要求31的方法，其中该抗静电剂是中性和/或离子表面 活性剂。
34. 根据权利要求31的方法，其中该抗静电剂是阴离子磷酸酯。
35. 根据权利要求34的方法，其中该抗静电剂选自ZELEC TYTM、 ZELEC 冊TM和它们的混合物。
36. 根据权利要求31的方法，其中该抗静电剂选自二 (十八烷基) 二甲基氯化铵、二牛油基二甲基氯化铵、二(十六烷基)二甲基氯化铵、 双(二十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二曱基溴化铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、 二牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基甲基乙 基氯化铵、双[二牛油基二甲基铵]硫酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸 盐和它们的混合物。
37. 根据权利要求31的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 05vol。/。-大约5vo"/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
38. 根据权利要求31的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. lvol%-大约lvol。/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
39. 在约束体积内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括a) 在第一压力和第一温度下提供容纳第一流体和第二流体的体积， 该第二流体包含U)在该第一温度和第二温度之间的温度下聚合的单 体，和(ii)至少一种抗静电剂；b) 将该体积密封以产生约束体积；c) 将该约束体积内的第一流体和第二流体加热，以使该第一流体 和第二流体处于第二压力和第二温度；其中预先选择该第二流体以使该第二压力低于当该约束体积仅含 第一流体时在第二温度下的压力。
40. 根据权利要求39的方法，其中该抗静电剂具有亲水性基团和疏 水性基团。
41. 根据权利要求39的方法，其中该抗静电剂是中性和/或离子表面活性剂。
42. 根据权利要求39的方法，其中该抗静电剂是阴离子磷酸酯。
43. 根据权利要求42的方法,其中该抗静电剂选自ZELEC TYTM、 ZELEC 冊TM和它们的混合物。
44. 根据权利要求39的方法，其中该抗静电剂选自二 (十八烷基) 二甲基氯化铵、二牛油基二曱基氯化铵、二(十六烷基)二曱基氯化铵、 双(二十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二曱基溴化铵、二油基二甲基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、 二牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基曱基乙 基氯化铵、双[二牛油基二曱基铵]疏酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸 盐和它们的混合物。
45. 根据权利要求39的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 05voiy。-大约5vol。/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
46. 根据权利要求39的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. lvo％-大约lvol％的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
47. 在井眼内的环形体积内控制压力和降低静电荷聚集的方法，包括a) 用第一流体填充该环形体积；b) 在该环形体积内用包含聚合体系和至少一种抗静电剂的第二流 体替换至少一部分第一流体；和c) 密封该环形体积。
48. 根据权利要求47的方法，其中该聚合体系包含选自丙烯酸酯和 甲基丙烯酸酯的单体。
49. 根据权利要求47的方法，其中该聚合体系包含选自以下的引发 剂偶氮型引发剂、过氧化物引发剂或过硫酸铵/N，N，N'，N'-四曱基亚 乙基二胺氧化还原引发剂体系。
50. 根据权利要求47的方法，其中该抗静电剂具有亲水性基团和疏 水性基团。
51. 根据权利要求47的方法，其中该抗静电剂是中性和/或离子表面活性剂。
52. 根据权利要求47的方法，其中该抗静电剂是阴离子磷酸酯。
53. 根据权利要求52的方法，其中该抗静电剂选自ZELEC TY 、 ZELEC 冊TM和它们的混合物。
54. 根据权利要求47的方法，其中该抗静电剂选自二 (十八烷基) 二甲基氯化铵、二牛油基二甲基氯化铵、二(十六烷基)二甲基氯化铵、 双(二十二烷基)二甲基氯化铵、二 (十二烷基)二甲基氯化铵、二牛 油基二曱基溴化铵、二油基二曱基氢氧化铵、二牛油基二乙基氯化铵、 二牛油基二丙基溴化铵、二牛油基二丁基氟化铵、十六烷基癸基甲基乙 基氯化铵、双[二牛油基二曱基铵]硫酸盐、三[二牛油基二甲基铵]磷酸 盐和它们的混合物。
55. 根据权利要求47的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. 05voiy。-大约5vo"/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
56. 根据权利要求47的方法，其中以第二流体总体积的大约 0. lvol。/。-大约lvol。/。的量将该抗静电剂添加到第二流体中。
全文摘要
描述了用第二液体替换井眼内套管系统的环形体积内的至少一部分液体的方法。该第二液体包含至少一种可聚合单体和至少一种抗静电剂以控制静电荷的聚集。当该环形体积内的流体正被加热时，预先选择该第二流体以为该环形体积内的压力提供控制措施。
文档编号E21B43/12GK101346530SQ200680047894
公开日2009年1月14日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月7日
发明者D·M·寇特斯, J·M·丹尼尔 申请人:雪佛龙美国公司;璐彩特国际公司