CN103703213A - 用于井处理的可降解纤维体系及其用途 - Google Patents

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Abstract

通过引导处理液通过井筒进入地下地层来执行一种用于处理由井筒穿透的地下地层的方法，其中地下地层具有至少70℃的地层温度。还提供了用于上述处理的一种组合物。用于该方法的组合物和处理液包含水和由聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲、以及它们的共聚物中的至少一种高温聚合物形成的一定量的纤维。每一种所述高温聚合物的特征在于：具有在pH为5至9的水中在温度低于80℃下基本上不降解的性质。处理液中还包含在地层温度中促进所述纤维降解的纤维降解促进剂。

Description

用于井处理的可降解纤维体系及其用途
技术领域
本发明涉及使用包含纤维成分的材料用于处理地下地层的组合物和方法。
背景技术
本部分做出的声明仅仅提供涉及本公开的信息且可以不构成现有技术，其可以描述说明本发明的一些实施例。
可降解纤维材料已经用在很多用于支撑剂的运输、液压压裂的分流、以及碳酸盐的酸化的油田应用中。最近，纤维材料已经用于钻井操作期间的循环液漏失中。
在大多数的应用中选择聚乳酸（polylactic acid，PLA）作为纤维，因为它具有所需要的降解和机械性质。与其它可降解材料相比聚乳酸还是可容易提供的且更具成本效益。但是，聚乳酸具有大约100℃的温度上限，高于此温度PLA纤维易于快速降解。可降解聚合物体系的实例在美国专利7,275,596、7,380,600、7,380,601、7,565,929中，以及欧洲专利1556458中有描述。
因此，需要提供一种可降解纤维体系，其可以在已知纤维体系不能成功使用的温度下使用。
发明内容
通过引导处理液通过井筒进入地层来处理由井筒穿透的地下地层的方法，其中地层具有至少70℃的围绕井筒的地层温度。处理液包含水和由聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚脲、以及这些材料的共聚物中的至少一种高温聚合物形成的一定量的纤维。每一种所述高温聚合物的特征在于：具有在pH为5至9的水中在温度低于80℃下基本上不降解的性质。处理液进一步包含纤维降解促进剂，其在地层温度下促进纤维的降解。
在具体的实施方式中，所述高温聚合物可以选自尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、尼龙11、多肽、聚氨酯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基羧酸、聚氨基酸、以及它们的共聚物中的至少一个。
在一些应用中，下述（1）至（4）中的至少一个特征可以是实际存在的，其中（1）纤维降解促进剂由一种材料形成，所述材料与纤维一起混合在处理液中并且在地层温度下在处理液中经至少一小时的期间释放纤维降解促进剂；（2）纤维降解促进剂被包含（incorporated）在至少一些纤维中；（3）纤维降解促进剂被封装在封装材料之内；以及（4）纤维降解促进剂形成为在地层温度下降解的降解聚合物。
纤维降解促进剂可以在一些情形中形成为降解聚合物，其在地层温度下容易降解用以释放纤维降解材料，所述降解聚合物与所述高温聚合物共挤出（coextrude）用以形成纤维。纤维降解促进剂可以形成纤维的芯，高温聚合物围绕该芯。
纤维降解促进剂可以由下述（1）至（4）中的至少一种形成：其中（1）选自氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁、氧化镁以及氧化锌中的至少一种碱；（2）选自油酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、硬脂酸、尿酸、脂肪酸、以及它们的衍生物中的至少一种酸；（3）选自溴酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐以及过硼酸盐中的至少一种氧化剂；（4）选自由乳酸、乙醇酸、氯乙烯、邻苯二甲酸、以及它们的组合形成的聚合物和共聚物中的至少一种聚合物。
在一些实施方式中，纤维降解促进剂可以以从大约1:1至大约1:100的重量比与高温聚合物一起使用。处理液可以进一步包含支撑剂。可以选择纤维降解促进剂使其不形成二酸。
本发明还包括一种组合物，用于处理具有至少70℃的地层温度的地下地层的井。所述组合物包含水和由聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚脲、以及这些材料的共聚物中的至少一种高温聚合物形成的一定量的纤维。每一种所述高温聚合物的特征在于：具有在pH为5至9的水中在温度低于80℃下基本上不降解的性质。组合物进一步包含纤维降解促进剂，其在地层温度下促进纤维的降解。
在组合物的具体的实施方式中，所述高温聚合物可以选自尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、尼龙11、多肽、聚氨酯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基羧酸、聚氨基酸、以及它们的共聚物中的至少一种。
在一些组合物中，下述（1）至（4）中的至少一个特征可以是实际存在的，其中（1）纤维降解促进剂由一种材料形成，所述材料与纤维一起混合在处理液中并且在地层温度下在处理液中经至少一小时的期间释放纤维降解促进剂；（2）纤维降解促进剂被包含进至少一些纤维中；（3）纤维降解促进剂被封装在封装材料之内；以及（4）纤维降解促进剂形成为在地层温度下降解的降解聚合物。
纤维降解促进剂可以在一些情形中形成为降解聚合物，其在地层温度下容易降解用以释放纤维降解材料，所述降解聚合物与所述高温聚合物共挤出用以形成纤维。纤维降解促进剂可以形成纤维的芯，高温聚合物围绕该芯。
纤维降解促进剂可以由下述（1）至（4）中的至少一种形成：其中（1）选自氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁、氧化镁以及氧化锌中的至少一种碱；（2）选自油酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、硬脂酸、尿酸、脂肪酸、以及它们的衍生物中的至少一种酸；（3）选自溴酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐以及过硼酸盐中的至少一种氧化剂；（4）选自由乳酸、乙醇酸、氯乙烯、邻苯二甲酸、以及它们的组合形成的聚合物和共聚物中的至少一种聚合物。
在组合物的一些实施例中，纤维降解促进剂可以以从大约1:1至大约1:100的重量比与高温聚合物一起使用。处理液可以进一步包含支撑剂。可以选择纤维降解促进剂使其不形成二酸。
附图说明
为了更为全面地理解本发明及其优点，现在将结合附图来参考下面的说明，其中：
图1是没有使用任何纤维降解促进剂，在130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图2是使用不同量的Ca(OH)2，在130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图3是使用不同量的苯甲酸，在130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图4是使用不同量的封装NaBr03，在80℃和130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图5是使用不同量的封装过硫酸钠，在80℃和130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图6是使用不同形式和量的聚乳酸（PLA），在130℃下在水中作为时间函数的尼龙6的降解率的曲线图；
图7是在120℉（48.9℃）下在水中使用纤维素酶5天的不同纤维素纤维材料的降解量的图；
图8是在100℉（37.8℃）下在水中使用纤维素酶5天的不同人造纤维（Rayon）材料的降解率关于时间的曲线图；
图9是使用新鲜纤维素酶在120℉（48.9℃）下在中性pH为7以及pH为9的水中使用3天、以及使用在pH为9中保持24小时的纤维素酶在120℉（48.9℃）下在中性pH为7的水中使用3天的人造纤维材料的降解量的图；以及
图10是在120℉（48.9℃）下在水中使用朊酶3天的牛奶和大豆蛋白纤维的降解量的图；
具体实施方式
在开始处，应该注意，在任何这样的实际实施方式的开发中，必须进行大量的实施-具体的决定用以实现开发者的具体目标，例如遵从系统相关的和商业相关的限制，其将在一个实施方式与另一个实施方式之间改变。而且将理解，这样的开发努力可能是复杂且费时的，但将仍然是受益于本公开的本领域技术人员的常规的任务。此外，本文使用/公开的组合物也可以包含一些除了被提及的那些之外的成分。在本发明的发明内容和这个详细说明部分中，每一个数值应该被理解为由术语“大约”修饰（除非已经清楚地这样修饰），也可理解为没有这样的修饰，除非文本中另有指示。同样，在本发明的发明内容和这个详细说明中，应该理解，列出或描述的有用的、合适的、或近似表述的浓度范围，旨在表示该范围之内的任何以及每一个浓度，包括端点，这应被视为已阐明。例如“从1至10的范围”应被理解为表明沿着大约1和大约10之间的连续区间的每一个可能的数值。因此，即使在范围之内的特殊数据点、或者甚至在范围之内没有数据点被清楚地标识、或仅仅涉及很少的特殊数据点，也应理解为，发明人领会且明白在该范围之内的任何和全部数据点被认为是已被精确确定，并且发明人具有在该范围之内的整个范围和所有点的知识。
本发明的实施方案涉及用在油气井中的可降解纤维。在一个方面，可以选择可降解纤维用于井的地层温度超过65℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、或更多。由聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚脲材料以及这些材料的共聚物形成的一些高温聚合物的特征在于：具有在pH为5至9，特别地在大约7的pH处，在温度低于70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃或者130℃的水中基本上不降解的性质，因此能够用于形成用在高温应用中的可降解纤维体系。这些温度可以取决于具体的应用。例如，在增产应用中，体系可以设计为在低于120℃时基本上不降解。对于循环液漏失的应用，体系可以构造为在低于70℃的温度时基本上不降解。本文使用的表达“基本上不降解”或本文使用关于高温聚合物的类似表达意味着包括在选定的温度和pH条件下在水中在1周后展现小于2%的重量损失的这些材料。除非另有说明或从特定上下文中明显看出，本文使用的表达“高温聚合物”和类似表达应该区别于与酶一起使用的生物聚合物纤维体系的生物聚合物，该生物聚合物将在稍后讨论。
聚酯和聚酰胺材料形成的合适的高温聚合物的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、尼龙6,6、尼龙6（聚己内酰胺），尼龙11、尼龙6,12以及天然聚酰胺，例如多肽。也可以使用聚氨酯和聚脲以及它们的共聚物（例如：SpandexR）。聚酯、聚酰胺、聚氨酯以及聚脲聚合物材料可以用作形成这些聚合物的单体或聚合物组分的均聚物或两个或更多个的共聚物。
在一些应用中，可以使用不基于二酸的高温聚合物。这种材料可以降解形成副产物，该副产物可能对它们遇到的地层流体的组成敏感。例如，PET和尼龙6,6两者都降解或水解成为二酸。其中存在例如Ca2+和Mg2+阳离子的二价或多价离子的地层易于与形成的二酸反应且从溶液中沉淀出来。因此，在其中可能存在多价离子的情况中，可以使用不形成上述二酸的聚合物。这些聚合物可以包括由聚羟基羧酸、聚氨基酸、以及这些材料的共聚物所形成的那些材料，例如尼龙6和尼龙11。
高温聚合物纤维可以具有多种构造。为了本文描述的目的和应用，除非另有说明或如从其上下文明显看出，本文使用的术语“纤维”意味着包括纤维和其它颗粒，该颗粒可以用作纤维或功能近似于纤维。这些可以包括不同的细长的颗粒，其显示为纤维或纤维状。纤维或颗粒可以是直的、曲线的、弯折的或者波状的。其它非限制性的形状可以包括通常的球形、矩形、多边形等。纤维可以由单个微粒体或粘合或耦合在一起的多个微粒体形成。纤维可以由具有一个或多个突出部的主微粒体形成，该突出部从主微粒体延伸，例如星状。纤维可以是小板状（platelet）、盘状、棒状、带状等的形式。纤维还可以是无定形的或不规则的形状且是刚性的、柔性的或塑性可变形的。纤维或细长颗粒可以以捆的形式使用。可以使用不同形状的纤维或颗粒的组合，且这些材料可以在它们使用的流体之内形成三维网络。对于纤维或其它细长的颗粒，颗粒可以具有小于大约1mm至大约30mm或更大的长度。在一些实施例中，纤维或细长的颗粒可以具有12mm或更小的长度，具有大约200微米或更少的直径或横断面尺寸，典型地具有从大约10微米至大约200微米的直径或横断面尺寸。对于细长的材料，材料可以具有三个维度中的任意两个之间的大约5比1的比率。在一些实施例中，纤维或细长材料可以具有大于1mm的长度，典型地具有从大约1mm至大约30mm、从大约2mm至大约25mm、从大约3mm至大约20mm的长度。在一些应用中，纤维或细长材料可以具有从大约1mm至大约10mm的长度（例如：6mm）。纤维或细长材料可以具有从大约5至100微米的直径或横断面尺寸和/或大约0.1至大约20旦尼尔，更特别地大约0.15至大约6旦尼尔。
用于形成可降解纤维的高温聚合物与纤维降解促进剂结合使用。纤维降解促进剂促进纤维在其中高温聚合物纤维被使用的那些温度下的降解，且其可以是促进上述降解的任意材料。可以选择、设计或构造特定的纤维降解促进剂用以在其中将要使用纤维的选定的温度和条件下提供选定的降解率。例如，经过大约1天至大约30天的期间在井下温度条件下，纤维降解促进剂可以促进提供纤维降解率为大约20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%高至100%（重量）或更少的纤维降解。在一些应用中，经过大约1天至大约30天的期间在井下温度条件下，从大约20%至大约40%重量的降解率可能是特别有用的。通常地，纤维降解促进剂将是pH调整材料，例如碱、酸、或者就地形成碱或酸的碱或酸前体。纤维降解促进剂还可以是氧化剂。
用作纤维降解促进剂的碱可以是任意碱或碱前体，其促进在其中使用纤维的条件下高温聚合物纤维需要的受控的降解。碱可以是在流体中或围绕高温聚合物纤维的环境中提供pH大约为11或12或更多的一种碱。碱可以由低溶解度氧化物或氢氧化物提供，其缓慢溶解于与纤维在使用聚合物纤维的地层温度下一起使用的含水流体中，。上述低溶解度碱的非限制性的实例包括氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌以及它们的组合。在碱产生例如Ca2+和Mg2+的多价离子的情况中，可能需要使用不会降解形成二酸的纤维，如上文所论述的，例如使用尼龙6和尼龙11。还可以使用具有较高溶解度的碱，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡（Ba(OH)2）、氢氧化锂（LiOH）、氢氧化铷（RbOH）、氢氧化铯（CsOH）、以及它们的组合，只要它们对高温聚合物的作用能够提供纤维的需要的延迟或受控的降解。这可以通过封装或使用其它缓释技术来促进。
用作纤维降解促进剂的酸可以是任意酸或酸前体，其促进在其中使用纤维的条件下高温聚合物纤维需要的受控的降解或水解。这些酸可以是Lewis酸或Bronsted酸。酸可以在流体中或围绕高温聚合物纤维的环境中提供大约为3或更少的pH。酸可以是低溶解度酸，其缓慢溶解在与纤维在地层温度下一起使用的含水流体中，。上述低溶解度酸的非限制性的实例可以包括油酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、硬脂酸、尿酸、脂肪酸和它们的衍生物、以及它们的组合。也可以使用其它具有较高溶解度的酸，例如盐酸、柠檬酸、乙酸、甲酸、草酸、马来酸、富马酸等。还可以使用其它可溶解的有机酸。下述可溶解的酸也可以使用，只要它们对高温聚合物的作用能够提供了纤维的需要的延迟或受控的降解。这可以由封装或使用其它缓释技术来促进。还可以使用Lwis酸：BF3、A1C13、FeCl2、MgCl2、ZnCl2、SnCl2、以及CuCl2。
氧化剂还可以用作纤维降解促进剂。氧化剂可以具有引起双功能的独特性质。合适的氧化剂的非限制性的实例包括：溴酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、过硼酸盐、以及这些的组合。这些材料的具体的非限制实例包括：溴酸钠、过硫酸铵、硝酸钠、亚硝酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、高氯酸钾、以及过硼酸钠。在氧化半衰期充足的温度下，氧化剂作为氧化剂且通过氧化降解所述高温聚合物。在它们的氧化半衰期短的较高温度下，它们可以被还原（通常通过水）且转变成为它们的酸性对应物，因此降低了流体的pH，因而它们产生了pH诱导的聚合物水解。因此，例如，过硫酸盐可以被还原为硫酸，其然后水解聚合物。可以选择氧化剂在使用纤维的温度下在与高温聚合物纤维一起使用的含水流体中具有低溶解度。在其它实施方式中，氧化剂可以容易溶解于上述流体，但可以被封装或者使用其它缓释技术用以延迟或控制氧化剂的释放。
另一种纤维降解促进剂包括其它可降解聚合物。用作纤维降解促进剂的可降解聚合物的特征在于：在一定条件下它们比高温聚合物更容易降解，例如在较低温度，并且它们促进高温纤维的降解。上述可降解聚合物可以在相同环境条件下以比高温聚合物快至少10倍的速率来降解。所述降解聚合物的降解可以包括该聚合物降解成为促进高温聚合物纤维降解的物种。这些可以是“聚合物酸前体”，其在室温下通常是固体。聚合物酸前体材料可以包括聚合物和低聚物，其在一些环境中在已知的和可控的温度、时间、以及pH的条件下水解或者降解用以释放酸。由上述聚合物形成的酸可以是单体酸，但也可以包括二聚酸，或者具有小数量相联单体单元的酸，对于本文描述的本发明的实施方式的目的，这种酸在功能上与仅仅由一个单体单元组成的单体酸相似。
用于作为纤维降解促进剂的上述可降解聚合物的非限制性的实例包括由乳酸、乙醇酸、氯乙烯、邻苯二甲酸等以及这些的组合形成的聚合物和共聚物，。可降解聚合物酸前体可以包括在美国专利7,166,560、7,275,596、7,380,600、7,380,601、7,565,929中，以及欧洲专利1556458中描述的那些，上述文献均在此出于所有目的以援引加入的形式加入本文。聚乳酸（PLA）和聚乙醇酸（PGA）降解各自形成有机酸乳酸和乙醇酸。聚氯乙烯（PVC）降解形成无机酸盐酸。可降解PVC材料的实例可以包括在Lu,J.Shibai Ma,and Jinsheng Gao,Study on the Pressurized Hydrolysis Dechlorination of PVC.Energy&Fuels,2002.16(5):p.1251-1255中描述的那些，在此出于所有目的将其全文以援引加入的形式加入本文。邻苯二甲酸聚合物材料可以包括对苯二甲酸和间苯二甲酸的聚合物。也可以使用由二酸形成的聚酯和聚酰胺材料，该材料在希望的速率和环境条件下降解成为酸用以形成纤维降解促进剂。
纤维降解促进剂可以以不同的方式与高温聚合物纤维一起使用。在一个实施方式中，促进剂由一种材料形成，该材料与高温聚合物纤维仅一起混合在处理液或其部分中，且在将要使用高温聚合物的温度下，例如前文讨论的那些地层温度下，促进剂被选择在与周围高温聚合物纤维接触的处理液之内随时间缓慢释放纤维降解促进剂。上述的纤维降解促进剂材料没有被封装且可以选择在处理液内当在地层温度下它们释放纤维降解促进剂经过至少1小时的期间，更具体地从大约1小时至大约14小时，特别地从大约1小时至大约1天。上述材料可以包括缓慢溶解碱、酸、氧化剂、以及它们的前体，例如聚合物酸前体，如前文已经讨论的。所述材料可以构造为固体微粒，其可以是小粒、纤维以及其它颗粒形状和构造。尺寸和形状也可以促进促进剂的释放速率。例如，较大颗粒尺寸和具有较小表面积的颗粒可以提供比较小颗粒或具有较大表面积的那些颗粒更长的释放时间。还可以使用不同尺寸和构造的颗粒的组合。由前文讨论的聚合物酸前体形成的在地层温度下更容易降解和形成用作纤维促进剂的酸的那些可降解聚合物可以使用并且形成纤维，该纤维与高温聚合物纤维组合使用。上述纤维可以与前文讨论的高温聚合物纤维相同或相近似地尺寸化、形状化以及构造。
在另一个实施方式中，纤维降解促进剂材料被合并（incorporated）进高温聚合物纤维自身中。这可以通过在聚合物被挤出或以其它方式形成纤维之前将纤维降解促进剂材料与基础聚合物混合、掺合或复合用以形成高温聚合物纤维来实现。这可以包括前文讨论的任意纤维降解促进剂材料，只要它们能够在纤维的挤出或形成之前与基础聚合物混合、掺合或者复合。合并至纤维的材料可以以这种方式遍及整个纤维基质而基本上均匀地分布。可选地，合并的材料可以在纤维中不均匀地分布。将纤维降解促进剂合并进纤维中确保降解促进剂与纤维保留在处理液中且一旦到达适当的位置有助于纤维的降解。尤其适于这种应用的是前文讨论的低温可降解聚合物材料。在一些情况中，纤维降解促进剂可以通过作为涂层施加降解促进剂而与纤维合并，该涂层被施加至已经形成的高温聚合物纤维。
在另一个应用中，封装材料可以与纤维降解促进剂一起使用。封装能够实现活性物质的受控释放。在这种方式中，由于封装有助于减慢或延迟上述材料的释放，可以使用更活性的或引起纤维材料更快降解的降解材料。其可以包括在使用高温聚合物的温度下在含水流体中较易溶解的酸、碱、氧化剂或其它降解促进剂。但是，还可以封装较难溶解或缓慢溶解的材料。可以选择和构造封装材料用以提供纤维降解促进剂的需要的延迟或受控的释放。对于相同或不同的促进剂可以使用不同类型的封装材料。封装材料还可以具有不同的尺寸和构造。
在此出于所有目的以援引加入的方式将美国专利4,741,401全文加入本文。该专利提供了合适的封装技术和材料的实例。作为封装的降解促进剂的一个实例，例如溴酸钠或过氧化硫酸氢二铵（diammonium peroxidisulhate）的氧化剂可以使用上文引入的专利中描述的方法而被封装在偏二氯乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物中。
使用中，封装的促进剂在处理液或其一部分中与高温聚合物纤维混合。与纤维体系合并，封装的降解促进剂可以以延迟的和逐步的方式释放，允许聚合物纤维受控和连续地降解。可以选择和构造封装的外壳使得在处理液之内当在地层温度下它释放纤维降解促进剂经过至少1小时的期间，更具体地从大约1小时至大约14小时，仍更具体地从大约1小时至大约1天。上述延迟还可以由被封装的材料的溶解度程度来提供。因此，所需要的控制和延迟可以因此受封装材料和促进剂材料自身的组合的影响。
在另一个实施方式中，高温聚合物纤维与其它可降解聚合物形成二-或多-成分纤维，例如上文描述的那些。在这种情况中，在挤出之前聚合物不被掺合或复合在一起，而是被共挤出或分别作为同一纤维的单独部分而形成。这可以通过例如共挤出来实现，其中每一聚合物成分的各自液流从供给源通过喷丝头（通常称为“组件（pack）”）以需要的流动形式被引导直到液流到达组件的出口部分（即，喷丝头孔（spinnertte hole）），从该孔它们以需要的多成分关系离开喷丝头。多成分聚合物纤维的形成在美国专利6,465,094中描述，在此出于所有目以援引加入的方式全文加入本文。多成分纤维的不同成分可以以多种不同的构造形式进行布置和构造，例如具有单个或多个芯的鞘-芯纤维、以及具有不同层的纤维等。高温聚合物或可降解聚合物纤维降解促进剂中的任何一个可以用作芯或鞘。在一些实施例中，可降解聚合物降解促进剂形成芯或多个芯，而高温聚合物形成鞘或外部层。多成分纤维可以构造成与前文描述的那些纤维相同的整体形状、尺寸和构造。
在描述的任意实施方式中使用的纤维降解促进剂的数量可以变化且可以取决于多种因素。这些可以包括使用的具体的环境条件（例如：地层温度、流体pH，等）、使用的促进剂类型和其活性、使用的高温聚合物类型，等。通常，与被降解的高温聚合物纤维一起使用的纤维降解促进剂的数量为促进剂与高温聚合物的重量比为从大约2:1至大约1:100的范围，更特别地从1:1至大约1:20，以及更特别地从大约1:2至大约1:10。因此，例如，可以在处理液之内使用促进剂/高温聚合物纤维为1:1的重量比，或者例如当它被包含进高温聚合物纤维中或与该纤维共挤出用以形成多成分纤维时，促进剂可以组成纤维自身重量的50%。
上文描述的任意一项技术可以用于高温聚合物纤维的延迟或受控的降解。这些技术中任意的或所有的组合也可以用于任意给定的处理中。
本文描述的可降解高温聚合物纤维体系可以用于多种不同的应用，其中临时纤维体系已经在较低的温度下在油气井建造和增产中使用。尤其，纤维体系可以用在井中，其中该井的地层温度或将使用纤维的地方的温度可以选自65℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、或更高。
纤维体系可以用作井建造、增产、流体分流、桥接、封堵、区域隔离等的临时材料或可降解材料。纤维体系可以用于促进支撑剂以及其它材料的传送和充填、用于气相稳定等。它们可以在水压压裂、在碳酸盐酸化、以及在随钻循环液漏失中用于分流。纤维的使用和与纤维一起使用的流体系统的非限制性的实例在美国专利7,275,596、7,380,600、7,380,601、7,565,929中，以及欧洲专利号1556458中有描述。
当将高温聚合物在流体中混合在一起时，可以一次性或分批地混合它们且将其引导进入被处理的地层的井筒中。还可以预混合且存储它们，其中温度不促进材料的溶解或降解用以在存储的流体之内形成纤维降解促进剂。
与纤维体系一起使用的流体可以是由新鲜水、海水、盐水等形成的含水流体。使用可降解高温纤维体系的流体可以包含其它成分和添加剂，例如通常使用在油气井建造和增产中的那些，尤其是可以在高温下使用的那些。所述成分可以是凝胶剂、交联剂、支撑剂、流体漏失添加剂、加重剂、循环液漏失材料、防腐蚀剂、减阻剂等。使用在处理液中的纤维的数量和特征可以取决于特别的应用和使用。通常，在处理流体中使用的纤维的数量可以从大约0.5g/L至大约50g/L。
尽管前文的讨论针对的是可降解高温聚合物纤维，例如聚胺、聚酯等的使用，但其它的材料也可以用在可降解纤维体系中。尤其，可降解生物聚合物纤维体系可以用在井下应用中。这样的生物聚合物纤维包括由多糖或纤维素形成的纤维和蛋白质纤维。这些可以在较低温度范围下使用，例如使用酶时从大约0℃至大约95℃，以及没有使用酶时从大约95℃至大约200℃或更高的较高温度。尤其，生物聚合物的使用在从大约35℃至大约85℃的低温下和从大约120℃至大约205℃的高温下具有应用。
天然聚合物可以用作所述生物聚合物。这些可以包括纤维素基和蛋白质基聚合物。纤维素基纤维可以包括粘胶纤维（例如：人造纤维Rayon、Liocell，等）、由木材、棉、大麻等制成的纤维素纤维、或者其它天然存在的纤维素材料、玻璃纸等。还可以使用不同纤维素材料的组合。
蛋白质可以用作生物聚合物。蛋白质基纤维可以包括牛奶或酪蛋白纤维、大豆蛋白纤维、天然丝，等。
在低温下或在单独通过温度的生物聚合物纤维降解不充足的情况下，与生物聚合物纤维一起使用酶。该酶可以是纤维素酶。纤维素酶可以是纤维素酶自身、半纤维素酶、内切-纤维素酶以及外切纤维素酶。该酶还可以是朊酶。还可以使用不同酶的组合。
生物聚合物纤维可以以适于执行可降解纤维成分的功能和目的的数量用在处理液中。在一些实施例中，生物聚合物纤维可以以处理液的从大约0.5g/L至大约18g/L的量使用，更特别地是处理液的从大约2、2.3或3g/L至大约10、11或12g/L。
酶以足够影响生物聚合物的降解的数量与生物聚合物纤维组合使用。在一些应用中，酶以从大约0.01至大约0.25克酶每升处理液的数量使用，更特别地以从大约0.1至大约0.6克酶每升处理液的量使用。
酶可以用作游离酶，以粒状形式使用或者它们可以被封装，包括多重封装。它们可以被嵌入或以其它方式包含进生物聚合物中或与生物聚合物自身结合。
可以将纤维和酶分别递送井下，分批或一次性混合。
纤维/酶体系可以与其它成分和添加剂一起使用，例如酶稳定剂，例如盐和表面活性剂，其可以与酶混合。
可降解生物聚合物纤维体系可以以与前文描述的纤维体系相同的方式使用。在一些应用中，具有或者不具有酶的生物聚合物纤维可以用于井增产中，例如压裂和酸化处理。其可以与钻井液一起使用，例如流体漏失添加剂。可以分别泵送纤维和酶的每一个，例如通过大头、线圈等。可以将它们一次性或分批混合并在一起泵送。可以在适当位置处将纤维和酶混合或可以在位置之外将其预混合并存储用于后续运输和使用。
下文的实施例用来进一步说明本发明。
实施例
实施例1-6的实验
下文的程序用于实施例1-6。所有样品在具有水/纤维重量比为10/1的去离子水中测试。使用的纤维是尼龙6纤维，大约3mm长且12μm厚。将样品置于烘箱中在密闭玻璃瓶中老化。以有规律的间隔将样品取出烘箱，将混合物过滤且将纤维在烘箱中在50℃和0%相对湿度（RH）下放置12小时烘干。然后将过滤且烘干的纤维称重且与纤维的原始重量比较用以测量降解率。如果必需，将纤维放回过滤液用以进一步老化。
对比实施例1
在不使用任何纤维降解促进剂的情况下，将20g去离子水中的大约2g纯尼龙6纤维在130℃下测试。结果在图1中呈现。
实施例2
将尼龙6纤维与不同数量的Ca(OH)2粉末结合以提供具有大约2%和10%重量的Ca(OH)2的流体，并在130℃下测试。下面的表1列出了在每一情况中使用的纤维和纤维降解促进剂的量。结果在图2中呈现。
表1
混合物 实验1 实验2
尼龙6纤维 2g 2g
Ca(OH)2粉末 2g 0.4g
去离子水 18g 18g
实施例3
将尼龙6纤维与不同数量的苯甲酸结合以提供具有0%、0.5%、2%以及10%重量的苯甲酸的流体，并在130℃下测试。下面的表2列出了在每一情况中使用的纤维和纤维降解促进剂的量。结果在图3中呈现。
表2
混合物 实验1 实验2 实验3
尼龙6纤维 2g 2g 2g
苯甲酸 2g 0.2g 0.1g
去离子水 18g 18g 18g
实施例4
将尼龙6纤维与不同数量的封装NaBrO3结合以提供具有大约0.25%和0.5%重量的NaBrO3的流体,并在80℃和130℃下测试。封装的NaBrO3是使用偏二氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物涂层封装的70%活性NaBrO3，具有18/40目（0.42mm/1mm）的粒度。下面的表3列出了在每一情况中使用的纤维和纤维降解促进剂的量。结果在图4中呈现。
表3
混合物 实验1:0.5% 实验2:0.25%
尼龙6纤维 2g 2g
封装的NaBrO3 0.1g 0.05g
去离子水 18g 18g
实施例5
将尼龙6纤维与封装的过硫酸钠结合以提供具有大约0.5%重量的过硫酸钠的流体，并在80℃和130℃下测试。封装的过硫酸钠是使用偏二氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物涂层封装的80%活性过硫酸钠，具有20/40目（0.84mm/1mm）的粒度。下面的表4列出了在每一情况中使用的纤维和纤维降解促进剂的量。结果在图5中呈现。
表4
混合物 实验1:0.5%
尼龙6纤维 2g
封装的过硫酸钠 0.1g
去离子水 18g
实施例6
将尼龙6纤维与不同的聚乳酸（PLA）材料结合并在130℃下测试。使用两个形式的PLA来提供具有大约0%、0.25%、0.5%、1%、2.5%以及10%重量PLA的流体。这些包括3mm球状颗粒形式的PLA珠粒（bead）和大约6mm长且12μm厚的PLA纤维。下面的表5列出了在每一情况中使用的纤维和纤维降解促进剂的量。结果在图6中呈现。
表5
Figure BDA0000437724680000161
实施例7
将40磅/1000加仑（40lbs/1000gal，4.79g/L）浓度的不同的纤维素基纤维置于100mL水中，其中纤维素酶为2磅/1000加仑（0.24g/L）。所用的纤维素酶是TsellLyuks-A，可由Ltd.PO SIBBIOFARM,Novosibirsk,Russia提供，其是一种包含纤维素酶的酶。将样品在烘箱中在120℉（48.9℃）下加热5天。将残留物过滤掉，用去离子水清洗，并在100℉（37.8℃）下烘干且称重。结果在图7中呈现。
实施例8
测试不同的人造纤维。这包括来自不同制造商的那些人造纤维：大约6mm长且12μm直径的MiniFibers人造纤维；10mm长且40-50μm直径的Goonvean人造纤维；以及6mm长且10-12μm直径的Balakovo（俄罗斯）人造纤维。在100mL水中使用40磅/1000加仑（4.79g/L）浓度的人造纤维，其中纤维素酶为2磅/1000加仑（0.24g/L）。纤维素酶是CelloLux-A。将样品在烘箱中在100℉（37.8℃）下加热2天和5天。将残留物过滤掉，用去离子水清洗，并在100℉（37.8℃）下烘干且称重。结果在图8中呈现。
实施例9
将新鲜的CelloLux-A酶和在pH为9的NaOH溶解中保持24小时的CelloLux-A添加至40磅/1000加仑（4.79g/L）的人造纤维。将2磅/1000加仑（0.24g/L）的新鲜酶在中性pH（pH=7）中添加至人造纤维。还将2磅/1000加仑（0.24g/L）的新鲜酶在pH为9中添加至40磅/1000加仑（4.79g/L）的人造纤维。还将在pH为9中保持24小时的2磅/1000加仑（0.24g/L）的酶添加至40磅/1000加仑（4.79g/L）的人造纤维。将样品在烘箱中在120℉（48.9℃）下加热3天。将残留物过滤掉，用去离子水清洗，并在100℉（37.8℃）下烘干且称重。结果在图9中呈现。如图9中所示，在pH为9中的样品没有降解，表明酶没有起作用。但是，当在中性pH中使用时，保持在pH为9中的酶确实降解了，表明通过调整pH这个效果是可逆的。
实施例10
将40磅/1000加仑（4.79g/L）浓度的不同的蛋白质基纤维每一个置于100mL水中，其中朊酶为2磅/1000加仑（0.24g/L）。朊酶是ProtosubtilinG3x，可由Ltd.PO SIBBIOFARM,Novosibirsk,Russia提供，其是一种包含朊酶的酶。将样品在烘箱中在120℉（48.9℃）下加热7天。将残留物过滤掉，用去离子水清洗，并在100℉（37.8℃）下烘干且称重。结果在图10中呈现。
尽管本发明仅仅以其一些形式示出，但本领域技术人员应该理解，本发明不限于此，而是在不背离本发明范围的情况下可以对其作出不同的改变和修饰。因此，应当将所附权利要求书按照与本发明范围一致的方式做广泛理解。

Claims (20)

1.处理由井筒穿透的地下地层的方法，所述方法包括：
引导处理液通过所述井筒进入所述地层，其中所述地层具有至少70℃的地层温度，所述处理液包含：
水；
由聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲、以及它们的共聚物中至少一种的高温聚合物形成的纤维，其中所述高温聚合物在pH为大约5至大约9的水中在温度低于80℃下基本上不降解；以及
纤维降解促进剂，其在所述地层温度促进所述纤维的降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高温聚合物选自尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、尼龙11、多肽、聚氨酯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基羧酸、聚氨基酸、以及它们的共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂由一种材料形成，所述材料在处理液中与所述纤维混合，且在地层温度在处理液中经至少1小时的期间释放所述纤维降解促进剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂与至少一些纤维合并。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂被封装在封装材料中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂形成为降解聚合物，其在地层温度下降解。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂形成为降解聚合物，其在地层温度下容易降解用以释放纤维降解材料，所述降解聚合物与所述高温聚合物共挤出用以形成纤维。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂形成纤维的芯，所述高温聚合物围绕所述芯。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂包括选自氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁、氧化镁以及氧化锌中的至少一种碱。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂包括选自由油酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、硬脂酸、尿酸、脂肪酸、以及它们的衍生物中的至少一种酸。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂包括选自油溴酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐以及过硼酸盐中的至少一种氧化剂。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂包括选自由乳酸、乙醇酸、氯乙烯、邻苯二甲酸、以及它们的组合形成的聚合物和共聚物中的至少一种聚合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂以大约1:1至大约1:100的重量比与所述高温聚合物一起使用。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理液进一步包括支撑剂。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维降解促进剂不形成二元酸。
16.用于处理具有至少70℃地层温度的地下地层的井的组合物，所述组合物包含：
水；
由聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲和它们的共聚物中至少一种高温聚合物形成的一定数量的纤维，每一个所述高温聚合物的特征在于：具有在pH为大约5至大约9的水中在温度低于80℃下基本上不降解的性质；以及
纤维降解促进剂，其在所述地层温度促进所述纤维的降解。
17.根据权利要求16所述的组合物，其中所述高温聚合物选自尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12、尼龙11、多肽、聚氨酯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基羧酸、聚氨基酸、以及它们的共聚物中的至少一种。
18.根据权利要求16所述的组合物，其中具有下述（1）至（4）中的至少一个特征：
（1）所述纤维降解促进剂由一种材料形成，所述材料与纤维一起混合在处理液中，并且在地层温度下在处理液中经至少一小时的期间释放所述纤维降解促进剂；
（2）所述纤维降解促进剂与至少一些纤维合并；
（3）所述纤维降解促进剂封装到封装材料之内；以及
（4）所述纤维降解促进剂形成为在地层温度下降解的降解聚合物。
19.根据权利要求16所述的组合物，其中所述纤维降解促进剂形成为降解聚合物，其在地层温度下容易降解用以释放纤维降解材料，所述降解聚合物与所述高温聚合物共挤出用以形成纤维。
20.根据权利要求16所述的组合物，其中所述纤维降解促进剂形成纤维的芯，所述高温聚合物围绕所述芯。
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