CN106029761B - 油气回收制品 - Google Patents

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Abstract

油气回收制品，包含至少一种由组合物[组合物(C)]的注射成型制成的零件，该组合物主要由以下各项组成，按重量计(wt.％)从50％至99.5％的至少一种聚芳醚酮聚合物[(PAEK)聚合物，在下文中]；按重量计(wt.％)从0.5％至15.0％的至少一种具有如在CRC出版社的《化学和物理手册》，第64版，第B‑65至B‑158页中列出的具有从1.3至2.5的电负性(ε)的元素的氮化物(NI)；以及按重量计(wt.％)从0％至35.0％的至少一种选自下组的任选的成分，该组由以下各项组成：着色剂、颜料、光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、酸清除剂、加工助剂、成核剂、内润滑剂和/或外润滑剂、阻燃剂、烟雾抑制剂、抗静电剂、抗结块剂、导电添加剂和增强添加剂，所有的wt.％是相对于该组合物(C)的总重量。

Description

油气回收制品
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月18日提交的美国临时申请号61/917614以及2014年4月17日提交的欧洲申请号14165228.9的优先权，出于所有目的这些申请的全部内容通过引用结合在此。
发明领域
本发明涉及适合用于油/气回收工业的制品，该制品包含至少一个通过聚(芳醚酮)聚合物组合物的注射成型制成的结构零件，其中所述聚(芳醚酮)聚合物组合物的所述注射成型结构零件的特征为具有改进的机械特性，特别是高的刚度和高的韧性、增加的介电强度、尺寸稳定性以及良好的美学特性。
发明背景
正如目前，在油气工业中越来越多地需要高性能聚合物，这些容易达到的油田变得生产能力越来越低，并且越来越多地需要开采更难达到的油田。所述更难达到的油田经常与最具有挑战性的操作环境(如其中大量是在海洋深处并且在高压下)相关。
对于油气市场的关键挑战是适合用于油气回收应用中的包括高性能聚合物的制品，例如如值得注意地在高压和高温[HP/HT，在下文中使用的]深海油气回收应用中使用的，抵抗这些极端条件：以长时间的方式暴露于高压例如高于30,000psi的压力、高温例如最高达260℃至300℃的温度、以及刺激性化学品，这些刺激性化学品包括酸、碱、过热水/蒸汽、以及当然还有各种各样的脂肪族和芳香族有机物。例如，增强的油回收技术涉及将流体如值得注意地水、蒸汽、硫化氢(H2S)或超临界二氧化碳(sCO2)注入到井中。具体而言，具有与正-庚烷相似的溶剂化效应的sCO2会导致材料在例如密封件中的膨胀，这因此会影响它们的性能。
此外，某些油气制品零件(例如像电连接器、开关、断路器、壳体、电线和电缆和类似物)的电气性能也需要在如上所述的这些极端条件中受到挑战。
因此，在包括聚合物材料的油气回收制品的开发中，所述聚合物材料的选择是非常重要的，因为它意味着所述聚合物组合物需要具有一些关键的特性以便抵抗与上述的高温、刺激性化学品的严苛的操作条件相关联的极端条件以及其他极端条件。
例如，半结晶聚芳醚酮(PAEK)聚合物可以被视为这些聚合物材料，因为它们以其优越的技术特性的平衡，即高熔点、良好的热稳定性、良好的刚度和强度、良好的韧性以及实际优异的耐化学性而已知。也就是说，PEEK是出色的高性能工程热塑性塑料，这些半晶质聚芳醚酮(PAEK)聚合物的相对低的玻璃化转变温度(Tg)限制了它们在非常高的温度下的使用，并且PEEK的电绝缘特性与大多数气体工程塑料区别不大。
已知通过将增强填充剂添加到所述(PAEK)聚合物中可以减轻这些缺陷。
例如，30％的玻璃纤维增强的PEEK具有比纯净的PEEK高约10％的介电强度。
通常还已知的是(PAEK)聚合物的刚度可通过添加刚性材料如增强填料、特别是玻璃纤维或碳纤维而提高，但是它具有一些缺点，如值得注意地所述增强组合物往往变脆。
增强物像玻璃纤维和碳纤维的另一个缺点是这些材料的众所周知的各向异性效应。增量纤维增强的塑料(像玻璃纤维和碳纤维)的各向异性性质，例如是该组合物具有取决于纤维如何取向遍布零件的不同位置的非均匀特性。在纤维的流动方向或对齐方向上强度和刚度特性是非常高的并且垂直于这些纤维的取向得到了弱得多的特性。刚才提及的强烈的各向异性还导致注塑成型的零件的翘曲问题，因为零件的不同部位或尺寸可能收缩不同，这取决于在该特定方向上纤维对齐的状态。
特别地，在大型油气回收制品如值得注意地在极端深度处必须承受其本身的重量的应力的电缆部件中，这些聚合物材料的比重需要尽可能地低。在这些情况下，使用具有相对高负荷的玻璃增强物(即20％或更高)的玻璃纤维增强树脂从单位重量和移动性的观点来看可能变得不利，因为这些增强物显著增加了相对于相应的未填充聚合物该组合物的密度。碳纤维由于其相对于玻璃纤维更低的密度可以减轻这种影响，但在另一方面碳纤维增强的塑料具有一定水平的导电性，这可能在其中希望良好的电绝缘性的最终用途中是个问题。
因此，对于适合用于油气回收应用中的制品仍然存在高需要，并且其中所述组合物具有如以上提及的关键特性并且因此特征是优异的机械特性，特别地在宽的温度范围(即，从约25℃直到300℃)内具有优异的刚度与延展性的平衡、良好的可加工性、高的耐化学性、高耐热性、增加的介电强度以及长期热稳定性，并且其中包含所述组合物的最终制品具有如以上提及的所有这些改进的特性。
发明概述
本发明着手解决以上详述的需求并且涉及包含至少一个由组合物[组合物(C)]的注射成型制成的零件的油气回收制品，该组合物主要由以下各项组成：
按重量计(wt.％)从50％至99.5％的至少一种聚芳醚酮聚合物[(PAEK)聚合物，在下文中]；
按重量计(wt.％)从0.5％至15％的至少一种具有如在CRC出版社的《化学和物理手册》，第64版，第B-65至B-158页中列出的具有从1.3至2.5的电负性(ε)的元素的氮化物(NI)；以及
按重量计(wt.％)从0％至35％的至少一种选自下组的任选的成分，该组由以下各项组成：着色剂、颜料、光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、酸清除剂、加工助剂、成核剂、内润滑剂和/或外润滑剂、阻燃剂、烟雾抑制剂、抗静电剂、抗结块剂、导电添加剂和增强添加剂；并且所有的wt.％是相对于该组合物(C)的总重量。
本发明还涉及用于制造所述油气回收制品的以上零件的方法。
如值得注意地参照工作实验将在本说明书中更详细地解释的，本申请人已经出人意料地发现如以上详述的将氮化物(NI)加入到(PAEK)聚合物中当所述组合物通过注射成型加工时在提高未填充的(PAEK)聚合物的机械性能上、并且特别地在大大增加未填充的(PAEK)聚合物(例如约75％的增加)的介电强度上并且在直到约300℃的非常高的温度的大温度范围内是特别有效的。本申请人已经出人意料地发现，将该氮化物(NI)加入到(PAEK)聚合物中、随后借助于注射成型技术加工在增强刚度、特别地杨氏模量、同时保持未填充的PAEK聚合物的延展性上并且在低温度和高温二者下、以及高拉伸断裂伸长率和高抗冲击强度(值得注意地通过高仪表化的(Dynatup)冲击值示例)上是有效的，从而使由所述组合物(C)的注射成型制成的制品特别适用于在油气回收应用中、特别是在HP/HT条件下。
此外，本申请人还已经发现如以上详述的将该氮化物(NI)加入到(PAEK)聚合物在降低通过注射成型这些未填充的(PAEK)聚合物获得的零件的线性热膨胀系数(CLTE)以及因此增加对温度的尺寸稳定性上也是有效的。也就是说，该降低的CLTE导致在热循环期间更大的尺寸稳定性，并且保证在油气回收制品的操作期间在所期望的宽温度波动下发展更低的热诱导的应力。
附图简要说明
图1示意性地描绘了钻机设备。
油气回收制品
为了本发明的目的，术语“油气回收制品”旨在表示被设计为便利地用于油气回收应用中，特别是在HP/HT条件下的任何制品。
为清楚起见，术语“油气回收制品的零件”旨在表示与其他零件结合以构成整个油气回收制品的件或部分。
油气回收应用的代表性实例包括但不限于，(i)深的、较高温度、较高压力的油气井的钻井和完井，如值得注意地在美国专利号5,662,170中描述的，这些的全部披露内容通过引用结合在此，(ii)油气回收方法，如传统上细分为三个阶段，即主要的油回收阶段、次要的或辅助的油回收以及第三或增强的油回收阶段，(iii)气和油采集处理应用，(iv)将来自所述深的、较高温度、较高压力的井的气和油联合运输至精炼厂等。
如在此以上提及的所有这些应用对技术人员是非常熟悉的，并且应当以它们的常用含义理解。
作为在本发明中有用的油气回收制品的非限制性实例是钻探系统；如值得注意地在美国专利号2001/0214920 A1中描述的，其全部披露内容通过引用结合在此：钻机；压缩机系统，如值得注意地在美国专利号2010/0239441 A1中描述的，其全部披露内容通过引用结合在此；泵送系统；发动机系统，传感器如储液式传感器；控制系统，如温度和/或压力；增产和流动控制系统；衬管悬挂器系统，如值得注意地在美国专利号6,655,456 B1中描述的，其全部披露内容通过引用结合在此；封隔器系统，如值得注意地在美国专利号7,874,356B2中描述的，其全部披露内容通过引用结合在此；管道系统、阀系统、管件系统、套管系统、以及其他。
如在此以上提及的所有这些系统对技术人员是非常熟悉的，并且应当以它们的常用含义理解。
通过术语“钻机”是指用于钻探油井、或天然气开采井的结构壳体设备，并且可以包含单个物品或者包含两个或更多个部件。所述钻机的典型部件包括，但不限于，泥浆罐、振动筛、泥浆泵、钻探管、钻头、钻探用绳、电缆托架。
作为在本发明中有用的泵送系统的非限制性实例是喷射泵系统，潜油泵送系统，特别是电动潜油泵，如值得注意地在美国专利号6,863,124 B2中描述的(其全部披露内容通过引用结合在此)，摇臂泵。
作为在本发明中有用的发动机系统的非限制性实例是泥浆发动机组件，如值得注意地在美国专利号2012/0234603 A1中描述的，其全部披露内容通过引用结合在此。
作为在本发明中有用的管道系统的非限制性实例，可以提及的是管道，这些管道包括刚性管和柔性管、柔性立管、管中管、管内衬、海底跨接管、短管、脐带缆(umbilical)。
典型的柔性管组件已经通过举例描述于WO 01/61232、美国专利号6,123,114和美国专利号6,085,799中，这些的全部披露内容通过引用结合在此。此类柔性管组件可以值得注意地用于运输跨管道的长度存在非常高或非常不同的水压的流体，并且例如可以采取柔性立管的形式，这些柔性立管从海底一直延伸到在海洋表面处或附近的设备，并且它们通常还可以用作用于在设备的不同物件之间运输液体或气体的管，或者作为铺设在很深海底的管，或者作为在接近于海洋表面的设备的物件之间的管，以及类似物。
优选的管道系统是管道、柔性立管和管内衬。
通过术语“阀”是指通过通道、管道、入口、出口、以及类似物用于停止或控制液体、气体、或任何其他材料的流动的任何装置。作为在本发明中有用的阀系统的非限制性实例，尤其可以提及节流阀、热膨胀阀、止回阀、球阀、蝶形阀、隔膜阀、闸阀、球形阀、刀阀、针阀、夹管阀、活塞阀、旋塞阀、提升阀、滑阀、减压阀、取样阀、安全阀。
根据本发明的油气回收制品的至少一个零件可以选自以下物品的大清单：如配件；如密封件，特别是密封圈，优选支承密封圈，紧固件和类似物；卡扣式零件(snap fitpart)；相互可移动的零件；功能元件、操作元件；追踪元件；调节元件；载体元件；框架元件；开关；断路器；连接器，特别地电连接器；电线，优选地电线涂层和电缆；轴承，壳体，压缩机部件如压缩机阀和压缩机板，如在油气回收制品中使用的除了壳体之外的任何其他结构件，例如像轴、壳、活塞。
在一个优选的实施例中，根据本发明的油气回收制品的至少一个零件有利地是油气回收壳体、电连接器、开关、断路器。
通过“油气回收壳体”是指油气回收制品的后盖、前盖、框架和/或骨架中一个或多个。该壳体可以是单个物品或者包含两个或更多个部件。通过“骨架”指的是结构部件，其上安装有该油气回收制品的其他部件。该骨架可以是从该油气回收制品的外部不可见或者仅部分可见的内部部件。
典型的紧固件已经通过举例描述于WO 2010/112435中，这些的全部披露内容通过引用结合在此，并且包括，但不限于，螺纹紧固件，如螺栓、螺母、螺钉、无头定位螺钉、螺旋铆钉、螺栓以及螺纹衬套，以及无螺纹紧固件，如值得注意地销、保持环、铆钉、支架和紧固垫圈以及类似物。
油气回收制品的部件的密封是重要的，并且可以说是在所有类型的油气回收制品中使用密封件以及在该井的完成、测试和生产之后保留在该井中的油气回收制品的零件中使用的那些。因此，这些密封件需要在基本上无限时间内抵抗如以上提及的这些极端条件。值得提及的是除了电子设备之外密封件可以被认为是油气回收制品的最脆弱的零件。
在本发明的一个实施例，该油气回收制品的至少一个零件是密封件，其中所述密封件选自下组，该组由以下各项组成：金属密封件、弹性体密封件、金属-金属密封件以及弹性体和金属-金属密封件。
密封件典型地用于钻头，发动机系统，特别是泥浆发动机，储液式传感器，增产和流动控制系统，泵系统，特别是电动潜油泵，封隔器，衬管悬挂器，管件，套管以及类似物中。
密封件的代表性实例包括但不限于，密封圈，如值得注意地C形环、E形环、O形环、U形环、弹簧增能的C形环、支撑环和类似物；紧固密封件；活塞密封件，环形密封垫(gask-O-seal)；整体密封件，迷宫式密封件。
在特别优选的实施例中，根据本发明的油气回收制品的至少一个零件是密封圈，优选是支承密封圈。
基于油气回收制品的总重量，组合物(C)的重量通常是高于1％、高于5％、高于10％、优选地高于15％、高于20％、高于30％、高于40％、高于50％、高于60％、高于70％、高于80％、高于90％、高于95％、高于99％。
该油气回收制品可以由一个零件组成，即它是单一部件制品。根据所述实施例，该单一零件优选地由该组合物(C)组成。
可替代地，并且更通常地，该油气回收制品可以由若干个零件组成。这种情况是，该油气回收制品的一个零件或若干个零件可以由该组合物(C)组成。根据本发明，当该油气回收制品的若干个零件由该组合物(C)组成时，其中每一个可以由完全相同的组合物(C)组成；可替代地，其中至少两个可以由不同的组合物(C)组成。
使用该油气回收制品回收油和/或气的方法
根据本发明的另一个方面，特此提供了用于回收油和/或气的方法，该方法包括使用至少一个如以上定义的油气回收制品。
本发明的方法有利地是用于从地下地层中回收油和/或气的方法，该方法包括使用所述油气回收制品。
这些地下地层有利地可以是深埋的储层，其中可能遇到在大于6,000米深度下接近于300℃的温度以及超过1,500巴的压力：本发明的所述油气制品具有对于在一段长时间内经受这个地下地狱(inferno)是合格的所有必需要素和特性。
本发明的方法有利地可包含选自由以下各项组成的组的操作中的至少一项：
(a)使用至少一个如以上定义的油气回收制品钻探至少一个钻孔用于探测或开采地下地层中的油和/或气储层；
(b)使用至少一个如以上定义的油气回收制品完成至少一个井；
(c)将来自地下地层中的油和/或气储层的油和/或气运输至地平面。
钻探用于探测或开采油和/或天然气储层的钻孔的操作总体上包括使用钻机设备，这是如以上定义的油气回收制品的实施例。
图1示意性地描绘了钻机设备。在这个设备中，钻探管或钻柱5充当用于钻井液的导管；总体上它是由连接在一起的空心管的连接制成的并且竖直站立在井架中。钻头7装置被附接到该钻柱的端部；此钻头使被钻探的岩石断裂。它还含有喷嘴，钻井液通过这些喷嘴离开。回转台6或顶部驱动(未示出)旋转该钻柱，连同附接的工具和钻头。
机械区段或绞车区段13含有卷筒，其主要功能是卷起/放出钻探线以提高/降低动滑车。
泥浆泵11用于通过该系统循环钻井液；从泥浆罐或泥浆池9抽吸泥浆，该泥浆罐或泥浆池提供了钻井液的储备存储。泥浆流动通过导管14并且通过钻探管5下至钻头7。载有钻探钻屑的泥浆流向上流动至钻孔中并且通过导管12被抽回到泥浆池中。在钻井液被泵送回到钻孔之前，振动筛10使钻探钻屑与钻井液分离。
该设备可进一步包括在井口处安装的装置以预防液体和气体无意地从钻孔(未示出)逸出。
如以上详述的钻机的部件的任一个可以是如以上详述的油气回收制品，即，可以包含至少一个通过注射成型如以上定义的组合物(C)获得的零件。
完成井的操作b)是对于从井孔引入地质地层的操作所要求的所有准备或配套操作的综合操作。这主要涉及根据所要求的规格准备该孔的底部，下入管件和其相关联的井下工具和控制装置以及如所要求的射孔并且增产。有时，还包括下入套管并且向套管注水泥的过程。在所有这些单一操作中，可以使用如以上详述的包含至少一种包含该(t-PAES)聚合物材料的零件的制品。
聚芳醚酮聚合物
在本发明的背景下提及“至少一种聚芳醚酮聚合物[(PAEK)聚合物]”旨在表示一种或多于一种(PAEK)聚合物。(PAEK)聚合物的混合物可以有利地用于本发明的目的。
在本文的其余部分，为了本发明的目的，表述“(PAEK)聚合物”应理解为既是复数也是单数，也就是说，本发明的组合物可以包含一种或多于一种(PAEK)聚合物。
为了本发明的目的，术语“聚芳醚酮(PAEK)”旨在表示包含重复单元的任何聚合物，大于50％摩尔的所述重复单元是包含Ar-C(O)-Ar’基团的重复单元(RPAEK)，其中Ar和Ar’彼此相同或不同，是芳族基团。这些重复单元(RPAEK)总体上是选自由在此以下式(J-A)至(J-O)组成的组：
其中：
-每个R’，彼此相同或不同，选自下组，该组由以下各项组成：卤素、烷基、烯基、炔基、芳基、醚、硫醚、羧酸、酯、酰胺、酰亚胺、碱金属或碱土金属磺酸盐、烷基磺酸盐、碱金属或碱土金属膦酸盐、烷基膦酸盐、胺以及季铵；
-j’为零或为从0至4的整数。
在重复单元(RPAEK)中，相应的亚苯基部分可以独立地具有1，2-、1，4-或1，3-键联到该重复单元中不同于R’的其他部分。优选地，所述亚苯基部分具有1，3-或1，4-键联，更优选地它们具有1，4-键联。
此外，在重复单元(RPAEK)中，j’在每次出现时为零，也就是说，这些亚苯基部分除了在聚合物的主链中使得能够进行键联的那些之外，没有其他取代基。
因此，优选的重复单元(RPAEK)是选自在此以下的式(J′-A)至(J′-O)的那些：
在如上所详述的(PAEK)聚合物中，优选地大于60％、更优选地大于80％、还更优选地大于90％摩尔的重复单元是如以上详述的重复单元(RPAEK)。
尽管如此，一般来说优选的是基本上(PAEK)聚合物的所有重复单元是如以上详述的重复单元(RPAEK)；可能存在链缺陷、或非常少量的其他单元，应理解后者这些本质上不改变(RPAEK)的特性。
该(PAEK)聚合物可以值得注意地是均聚物，无规的、交替的或嵌段的共聚物。当该(PAEK)聚合物是共聚物时，它可以值得注意地含有(i)具有至少两个选自式(J-A)至(J-O)的不同的式的重复单元(RPAEK)，或(ii)具有一个或多个式(J-A)至(J-O)的重复单元(RPAEK)以及不同于重复单元(RPAEK)的重复单元(R*PAEK)。
如之后将详述的，该(PAEK)聚合物可以是聚醚醚酮聚合物[(PEEK)聚合物，在下文中]。可替代地，该(PAEK)聚合物可以是聚醚酮酮聚合物[(PEKK)聚合物，在下文中]、聚醚酮聚合物[(PEK)聚合物，在下文中]、聚醚醚酮酮聚合物[(PEEKK)聚合物，在下文中]、或聚醚酮醚酮酮聚合物[(PEKEKK)聚合物，在下文中]。
该(PAEK)聚合物还可以是由选自由以下各项组成的组的如以上详述的至少两种不同的(PAEK)聚合物构成的共混物：(PEKK)聚合物、(PEEK)聚合物、(PEK)聚合物、(PEEKK)聚合物和(PEKEKK)聚合物。
为了本发明的目的，术语“(PEEK)聚合物”旨在表示其中按摩尔计大于50％的重复单元是具有式J’-A的重复单元(RPAEK)的任何聚合物。
该(PEEK)聚合物的优选地按摩尔计大于75％、优选地按摩尔计大于85％、优选地按摩尔计大于95％、优选地按摩尔计大于99％的重复单元是具有式J′-A的重复单元。最优选地，该(PEEK)聚合物的所有重复单元是具有式J’-A的重复单元。
为了本发明的目的，术语“(PEKK)聚合物”旨在表示其中按摩尔计大于50％的重复单元是具有式J’-B的重复单元(RPAEK)的任何聚合物。
该(PEKK)聚合物的优选地按摩尔计大于75％、优选地按摩尔计大于85％、优选地按摩尔计大于95％、优选地按摩尔计大于99％的重复单元是具有式J′-B的重复单元。最优选地，该(PEKK)聚合物的所有重复单元是具有式J′-B的重复单元。
为了本发明的目的，术语“(PEK)聚合物”旨在表示其中按摩尔计大于50％的重复单元是具有式J’-C的重复单元(RPAEK)的任何聚合物。
该(PEK)聚合物的优选地按摩尔计大于75％、优选地按摩尔计大于85％、优选地按摩尔计大于95％、优选地按摩尔计大于99％的重复单元是具有式J′-C的重复单元。最优选地，该(PEK)聚合物的所有重复单元是具有式J′-C的重复单元。
为了本发明的目的，术语“(PEEKK)聚合物”旨在表示其中按摩尔计大于50％的重复单元是具有式J’-M的重复单元(RPAEK)的任何聚合物。
该(PEEKK)聚合物的优选地按摩尔计大于75％、优选地按摩尔计大于85％、优选地按摩尔计大于95％、优选地按摩尔计大于99％的重复单元是具有式J′-M的重复单元。最优选地，该(PEEKK)聚合物的所有重复单元是具有式J′-M的重复单元。
为了本发明的目的，术语“(PEKEKK)聚合物”旨在表示其中按摩尔计大于50％的重复单元是具有式J’-L的重复单元(RPAEK)的任何聚合物。
该(PEKEKK)聚合物的优选地按摩尔计大于75％、优选地按摩尔计大于85％、优选地按摩尔计大于95％、优选地按摩尔计大于99％的重复单元是具有式J′-L的重复单元。最优选地，该(PEKEKK)聚合物的所有重复单元是具有式J′-L的重复单元。
当该(PAEK)聚合物是(PEEK)均聚物(即，其中该(PEEK)聚合物的基本上所有的重复单元是具有式J’-A的重复单元的聚合物)时，获得优异的结果，其中可能存在链缺陷、或非常少量的其他单元，应理解的是后者这些本质上不改变该(PEEK)均聚物的特性。
适合于本发明的可商购的聚芳醚酮(PAEK)树脂的非限制性实例包括从美国苏威特种聚合物有限责任公司(Solvay SpecialtyPolymers USA，LLC)可商购的聚醚醚酮。
该(PAEK)聚合物可以具有如在95％-98％的硫酸(d＝1.84g/ml)中在0.1g/100ml的(PAEK)聚合物浓度下测量的至少0.50d1/g、优选至少0.60d1/g、更优选至少0.70dl/g的特性粘度(IV)。
该(PAEK)聚合物的IV可以值得注意地是如在95％-98％硫酸(d＝1.84g/ml)中在0.1g/100ml的(PAEK)聚合物浓度下测量的等于或小于1.40dl/g、优选地等于或小于1.30dl/g、更优选地等于或小于1.20dl/g、最优选地等于或小于1.15dl/g。
使用具有如在95％-98％的硫酸(d＝1.84g/ml)中在0.1g/100ml的(PAEK)聚合物浓度下测量的从0.70dl/g至1.15dl/g的IV的(PAEK)聚合物获得了良好的结果。
这种测量总体上是使用No 50Cannon-Fleske粘度计进行的；IV是在25℃下在溶解后小于4小时的时间内测量的。
该(PAEK)聚合物具有如根据ASTM D3835使用毛细管流变仪测量的在400℃以及1000s-1的剪切速率下有利地至少0.05kPa.s、优选至少0.08kPa.s、更优选至少0.1kPa.s、还更优选至少0.12kPa.s的熔体粘度。
对于毛细管流变仪，可以使用KayenessGalaxyV流变仪(型号8052DM)。
该PAEK聚合物具有如根据ASTM D3835使用毛细管流变仪测量的在400℃以及1000s-1的剪切速率下有利地最多1.00kPa.s、优选最多0.80kPa.s、更优选最多0.70kPa.s、甚至更优选最多0.60kPa.s的熔体粘度。
该(PAEK)聚合物可以通过本领域已知的用于制造聚(芳醚酮)的任何方法制备。
氮化物(NI)
在本发明的背景下提及“至少一种氮化物(NI)”旨在表示一种或多于一种的氮化物(NI)。氮化物(NI)的混合物可以有利地用于本发明的目的。
为了本发明的目的，“元素”旨在表示来自元素周期表的元素。
为了本发明的目的要考虑到的元素的电负性的值是由J.Breysem，c/o VEL s.a.编辑的，在1987年2月比利时印刷的“Produits，appareillage et fournitures pour lelaboratoire”的元素周期表中报道的那些。
具有从1.3至2.5的电负性(ε)的元素的氮化物(NI)的非限制性实例在《化学和物理手册》(《Handbook of Chemistry and Physics》)，CRC出版社，第64版，第B-65至B-158页中列出。括号中的代码是由CRC手册归属于有关氮化物的代码，而ε表示衍生出该氮化物的元素的电负性。然后，适合于本发明的目的的具有从1.3至2.5的电负性(ε)的元素的氮化物(NI)值得注意地是氮化铝(AlN，a45，ε＝1.5)、氮化锑(SbN，a271，ε＝1.9)、氮化铍(Be3N2，b123，ε＝1.5)、氮化硼(BN，b203，ε＝2.0)、氮化铬(CrN，c406，ε＝1.6)、氮化铜(Cu3N，c615，ε＝1.9)、氮化镓(GaN，g41，ε＝1.6)、二氮化三锗(Ge3N2，g82，ε＝1.8)、四氮化三锗(Ge3N4，g83，ε＝1.8)、氮化铪(HfN，h7，ε＝1.3)、氮化铁像Fe4N(i151，ε＝1.8)和Fe2N或Fe4N2(i152，ε＝1.8)、氮化汞(Hg3N2，m221，ε＝1.9)、氮化铌(n109，ε＝1.6)、氮化硅(Si3N4，s109，ε＝1.8)、氮化钽(TaN，t7，ε＝1.5)、氮化钛(Ti3N4，t249，ε＝1.5)、二氮化钨(WN2，t278，ε＝1.7)、氮化钒(VN，v15，ε＝1.6)、氮化锌(Zn3N2，z50，ε＝1.6)和氮化锆(ZrN，z105，ε＝1.4)。
氮化物(NI)是具有优选至少1.6、并且更优选至少1.8的电负性的元素的氮化物。此外，氮化物(NI)是具有优选最多2.2的电负性的元素的氮化物。
此外，氮化物(NI)是优选选自元素周期表第IIIa、IVa、IVb、Va、Vb、VIa、VIb、VIIb和VIII族的元素的氮化物，并且更优选选自元素周期表第IIIa族的元素的氮化物。
最优选的氮化物(NI)为氮化硼。
本申请人已经出人意料地发现如上所述的氮化物(NI)的存在对于提高组合物(C)的刚度同时保持未填充的PAEK聚合物的延展性是有效的，从而为本发明的所述组合物(C)提供了优异特性，这使它们作为被包括在油气回收制品的零件中是非常有用的。
本申请人已发现这些氮化物(NI)的平均粒度可在改善机械特性中起作用，例如特别是组合物(C)的刚度和拉伸断裂伸长率，并且在提高美观方面，尤其是在减少组合物(C)的颜色和增加其白度方面起作用。
该氮化物(NI)的平均粒度有利地是等于或低于30μm、优选等于或低于20μm、更优选等于或低于18μm、更优选等于或低于10μm。
该氮化物(NI)的平均粒度优选地是等于或至少0.05μm、优选等于或至少0.1μm、更优选等于或至少0.2μm、等于或至少1μm。
该氮化物(NI)的平均粒度优选是从1μm至20μm、更优选从2μm至18μm、更优选从2μm至10μm。
约2.5μm的氮化物(NI)的平均粒度给出了特别好的结果。
氮化物(NI)的平均粒度是通过光散射技术(动态或激光)使用例如来自马尔文公司(company Malvern)的相应的设备(Mastersizer Micro或3000)或使用筛分析根据DIN53 196测量的。
任选的成分
如以上所提及的，该任选的成分可以选自下组，该组由以下各项组成：着色剂、颜料、光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、酸清除剂、加工助剂、成核剂、内润滑剂和/或外润滑剂、阻燃剂、烟雾抑制剂、抗静电剂、抗结块剂、导电添加剂和增强添加剂。
这些以上提及的任选的成分是本领域技术人员通常已知的。
作为着色剂的非限制性实例可以提及水溶性染料、油溶性染料、水不溶性有色色淀、和它们的混合物。
作为颜料的非限制性实例可以提及二氧化钛、硫化锌和氧化锌。
作为光稳定剂的非限制性实例可以提及UV吸收剂和受阻胺光稳定剂。
作为抗氧化剂的非限制性实例可以提及有机亚磷酸酯和亚膦酸酯。
作为导电添加剂的非限制性实例，可以提及碳黑和碳纳米级纤丝。
作为增强添加剂的非限制性实例可以提及玻璃纤维、碳纤维、硅灰石和不同于如以上详述的NI的矿物填充剂。
任选地包含在聚合物组合物(C)中的玻璃纤维可以选自由短切纤维A-、E-、C-、D-、S-、T-和R-玻璃纤维构成的组，如在约翰墨菲的塑料添加剂手册，第2版(Additives forPlastics Handbook，2nd ed.，John Murph)的第5.2.3章第43-48页中描述的。所述玻璃纤维可以具有圆形截面或非圆形截面(如椭圆形或矩形截面)。当所使用的这些玻璃纤维具有圆形截面时，它们优选具有3μm至30μm并且特别优选5μm至12μm的平均纤维直径。不同种类的具有圆形截面的玻璃纤维是依据制成它们的玻璃的类型在市场上可获得的。
如在此所使用，术语“碳纤维”旨在包括石墨化的、部分石墨化的、以及未石墨化的碳增强纤维或其混合物。可用于本发明中的碳纤维可以有利地通过对不同聚合物前体(例如像人造纤维、聚丙烯腈(PAN)、芳族聚酰胺或酚醛树脂)进行热处理和热解而获得；可用于本发明中的碳纤维还可以从沥青材料中获得。术语“石墨纤维”旨在表示通过碳纤维高温热解(2000℃以上)而获得的碳纤维，其中碳原子以与石墨结构相似的方式排列。可用于本发明中的碳纤维优选地选自下组，该组由以下各项组成：PAN基碳纤维、沥青基碳纤维、石墨纤维、以及其混合物。
任选地包含在聚合物组合物(C)中的矿物填充剂可以选自下组，该组由滑石、云母、高岭土、碳酸钙、硅酸钙碳酸镁组成。
组合物(C)
基于该组合物(C)的总重量，本发明的组合物(C)中氮化物(NI)的总重量有利地是至少1.0％wt.、优选至少1.10％wt.、更优选至少2.0％wt.、特别优选至少2.5％wt.并且甚至更优选至少5.0％wt.。
在一个实施例中，基于该组合物(C)的总重量，在本发明的组合物(C)中该氮化物(NI)的总重量是有利地最多13％wt.、优选地最多11％wt.、并且最优选地最多10.0％wt.。
基于该组合物(C)的总重量，本发明的组合物(C)中的氮化物(NI)的总重量有利地是范围从1％wt.至13％wt.、更优选从2％wt.至11％wt.、甚至更优选从2.5％wt.至10％wt.。
基于该组合物(C)的总重量，该(PAEK)聚合物的总重量有利地是等于或大于60％、优选地等于或大于70％、更优选地等于或大于80％、更优选地等于或大于85％、最优选地等于或大于90％。
本发明的优选组合物(C)因此包括如以上详述的(PAEK)聚合物、并且更优选地包含如以上详述的具有式(J’-A)的重复单元(RPAEK)的(PAEK)聚合物，以及基于该组合物(C)的总重量的2.5％wt.至10％wt.的量氮化硼。
当该任选成分存在于本发明的组合物(C)中时，基于该组合物(C)的总重量，该任选成分的总重量有利地是等于或高于0.1％、优选地等于或高于0.5％、更优选地等于或高于1％并且甚至更优选地等于或高于2％。
基于该组合物(C)的总重量，当存在时，该任选成分的总重量有利地是等于或低于30％、优选地低于20％、更优选地低于10％、并且甚至更优选地低于5％。
为了本发明的目的，表述“主要由...组成”应理解为是指不同于如以上详述的该(PAEK)聚合物、如以上详述的氮化物(NI)、以及如以上详述的该任选的成分的任何附加的组分以基于该组合物(C)的总重量按重量计最多1％的量存在，以便不实质性地改变该组合物的有利特性。
因此，本申请人已经发现该组合物(C)提供了油气回收制品零件以及最终油气回收制品的显著改进的刚性、耐热性和介电强度。
该组合物(C)可通过多种涉及密切混合该(PAEK)聚合物和该氮化物(NI)与如以上详述的、配方中所希望的任何任选成分的方法制备，例如通过熔融混合或干混和熔融混合的组合。典型地，如以上详述的(PAEK)聚合物和氮化物(NI)、以及任选地该任选成分的干混是通过使用高强度混合机、如值得注意地是亨舍尔(Henschel)型混合机和螺带混合机来进行的。
如此获得的粉末混合物可以按如以上详述的适合用于获得以上所述的油气回收制品的零件的有效形成的重量比率包含该(PAEK)聚合物和氮化物(NI)、以及任选地该任选成分，或者可以是有待用作母料的浓缩混合物并且在随后加工步骤中在另外量的该(PAEK)聚合物和氮化物(NI)、以及任选地该任选成分中稀释。
还有可能通过将如以上所描述的粉末混合物进一步熔融配混来制造本发明的组合物。如所述的，熔融配混可以在如以上详述的粉末混合物上进行，或者优选地直接在(PAEK)聚合物和氮化物(NI)、以及任选地该任选成分上进行。可以使用常规的熔融配混装置，如同向旋转和反向旋转的挤出机、单螺杆挤出机、往复式捏合机、盘组加工机(disc-pack processor)以及多种其他类型的挤出设备。优选地，可以使用挤出机、更优选地双螺杆挤出机。
如果希望，配混螺杆的设计，例如，螺距和宽度、间隙、长度以及操作条件将有利地被选择为使得提供足够的热能和机械能以有利地完全熔融如以上详述的粉末混合物或成分并且有利地获得不同成分的均匀分布。其条件是最佳的混合在本体聚合物与填充剂内含物之间实现。有可能有利地获得非延性的本发明的组合物(C)的线料挤出物。此类线料挤出物可以在输送机上使用水喷雾的一段冷却时间之后通过例如旋转切刀进行短切。因此，例如，可以然后将能够以球粒或珠粒的形式存在的组合物(C)进一步用于制造以上描述的油气回收制品的零件。
本发明的另一个目的是提供用于制造以上描述的油气回收制品的零件的方法。该组合物(C)一般可以通过注射成型加工。如果需要，可以将其他后加工技术，包括机加工、切割、分割、刮削、和类似技术，应用到注射成型的制品上以便获得具有所要求的最终形状的零件，这并不背离本发明的范围。
在本发明的一个实施例中，用于制造以上描述的油气回收制品的零件或者油气回收制品的方法包括注塑成型并且固化该组合物(C)的步骤。
在本发明的另一个实施例中，如以上描述的用于制造以上描述的油气回收制品的零件或者最终的油气回收制品的方法包括将注射成型的标准形状结构零件机加工成具有任何类型的尺寸和形状的零件。所述标准形状的结构零件的非限制性实例值得注意地包括板、棒、厚片、片、膜等。所述标准形状的结构零件通过注射成型该组合物(C)而得到。
本申请人现已发现，包含本发明的组合物(C)的所述油气回收制品零件和最终的油气回收制品具有优异的机械特性(特别是具有高刚度和高韧性的出色的组合)并且在宽的温度范围(即，从约25℃直到300℃)内、良好的可加工性、高的耐化学性、高的耐热性和长期热稳定性，以及比未填充的PAEK聚合物有可能具有的更高的介电强度。因此，所述制品可以在要求上述的高温、高压和刺激性化学品的严苛的操作条件和其他极端条件的油气回收制造活动中成功地使用，而同时具有更成本有效的制品制造。
现在将参考以下实例更详细地描述本发明，这些实例的目的仅是说明性的并且不旨在限制本发明的范围。
原料
PEEKKT-820P是从美国苏威特种聚合物公司可商购的聚醚醚酮聚合物。
氮化硼，S1-SF，从ESK陶瓷公司(ESK Ceramics，GmbH)可商购，平均粒度为2.5μm。
氮化硼，S15，从ESK陶瓷公司可商购，平均粒度为15μm。
碳纤维，Sigrafil C30APS 006，来自SGL公司
滑石，Mistron Vapor R，从美国卢兹纳克公司(Luzenac)可商购
PEEK树脂的配混工艺的通用说明
PEEK树脂与所希望量的S1-SF或S15的干共混物通过首先翻滚共混约20分钟，随后通过使具有40：1的L/D比的25mm贝尔斯托夫(Berstorff)同向旋转部分啮合双螺杆挤出机熔融配混来制备。挤出机具有8个机筒段，其中机筒段2到8是加热段。在配混过程中在机筒段7处使用18-20英寸真空施加真空通风以从化合物中清除湿气和任何可能的残留挥发物。配混温度分布是使得机筒段2-5设定在330℃，同时机筒段5-8和模口适配器设定在340℃。螺杆速度用180通过量并且生产率为15-17磅/小时，而针对各配方熔融挤出物手动测量的熔融温度在挤出机模口的出口处范围是从398℃至402℃。将对于每种配方的挤出物在水槽中冷却并且然后使用造粒机制粒。接着将这样获得的四种共混物的粒料在干燥的空气烘箱中在150℃下干燥4小时并且然后经受注射成型以制备用于机械和其他测试的标准试验样品。
将所述粒料进行注塑以使用东芝(Toshiba)150吨注塑机按照以下由供应商苏威特种聚合物提供的用于KetaSpire KT-820PEEK树脂的标准条件和指南生产ASTM测试样本。
机械特性是对于所有配制品使用注射成型的0.125英寸厚的ASTM测试样本测试，样本由以下各项组成：1)I型拉伸棒，2)5英寸×0.5英寸×0.125英寸的挠曲棒，以及3)4英寸×4英寸×0.125英寸薄板，用于仪器化冲击(Dynatup)测试。
采用以下ASTM测试方法评估所有九种组合物：
-D638：使用2英寸/min测试速度的拉伸特性
-D790：弯曲特性
-D256：抗悬臂梁式冲击性(带缺口)
-D4812：抗悬臂梁式冲击性(不带缺口)
-D3763：还以Dynatup冲击的名称熟知的仪器化抗冲击性
-D648：热挠曲温度(HDT)
-D5279：在200℃下的DMA储能模量(Pa)
HDT在264磅/平方英寸的外加应力下并且使用在200℃退火2小时的0.125英寸厚的挠性样品测量以确保在这些零件内的均匀的结晶度和残余的成型内应力的去除，这否则可能损害测量精确度。
4英寸×4英寸×0.125英寸的注塑成型的薄板注塑成型的彩色薄板的颜色根据ASTM E308-06使用光源D65(模拟日光的白光)以10°角进行测量(1964CIE)。
L*、a*和b*颜色坐标是使用格灵达麦克贝斯(Gretag Macbeth)Color Eye Ci5分光光度计(其具有三光束散射(tribeamdiffuse)/8”6”球面光学几何形状，10nm的带通，360nm至750nm的光谱范围)根据CIE Lab标准使用光源D65和10°观测器测量。因此，通过此测试所测量的L、a和b颜色坐标对应亮度标尺(L)、绿-红的色度标尺(a)和蓝-黄色度标尺(b)。
根据D149ASTM方法的介电强度测量是对于对比实例1和实例4、5、6和7的配制品在4英寸×4英寸×0.125英寸注塑成型的厚ASTM测试样品上进行的。结果展示于表1中。
在注射成型的样品的形式下，九种组合物的组成、机械特性，颜色特性和物理特性总结于表1中。
通过热机械分析(TMA)根据E831ASTM标准方法进行线性热膨胀系数(CLTE)测量。结果汇总在表2中。
表2：线性热膨胀系数(CLTE)
*流动和横向方向上的减少的平均值
另外的实例
通过两种不同的方法制备用于进行ASTM机械特性的试验样品：1)直接注射成型成0.125英寸(3.2mm)厚的ASTM拉伸和挠性样品，以及2)挤出成1英寸直径的配制品的杆料，然后由这些挤出的料杆的中心机械加工0.125英寸(3.2mm)厚的拉伸和挠性样品。将挤出和机加工的样品与注射成型的样品一起测试。因此对比实例1-3和实例7的测试的零件由此具有完全相同的几何形状，唯一的区别是用于其制造的加工技术。
通过这两种不同的方法制备的试验零件的拉伸、挠性和艾佐德冲击(Izodimpact)特性以及这两种材料总结在表3中。出人意料地，我们发现该PEEK-氮化硼配制品在通过直接注射成型加工该材料时仅显示出相对于纯净的PEEK的特性优越的特性。在其他方面，不含氮化物的组合物，在被注射成型时，不具有与通过注射成型和机加工可实现的那些相比的改进的机械性能。另一方面，包含与氮化物结合的PAEK材料的组合物通过注射成型技术提供了以下成形的制品，这些制品具有显著改进的拉伸特性和冲击特性。当这些试验零件通过机械加工由挤出的毛坯形状产生时，该材料显示出非常低的断裂伸长率，这表明脆性的机械行为。该无缺口艾佐德冲击试验也显示了由挤出和机加工产生的零件是脆性的，而在该PEEK-氮化硼配制品通过注射成型产生时并不如此。本发明在这种情况下因此涵盖用氮化硼改性并且具体地通过注射成型加工的PEEK的配制品以便产生具有超过现有技术的性能的性能的有用的制品。
表3：_来自注射成型的ASTM样品以及由1英寸的挤出料杆加工成的ASTM零件PEEK以及用10％的氮化硼改性的PEEK的机械特性。

Claims (14)

1.一种用于回收油和/或气的方法，该方法包括使用至少一个包含至少一个由组合物(C)注射成型制成的零件的油气回收制品，该组合物(C)主要由以下各项组成：
按重量计(wt.％)从50％至99.5％的至少一种聚芳醚酮聚合物(PAEK)；
按重量计(wt.％)从0.5％至15.0％的氮化硼；以及
按重量计(wt.％)从0％至35.0％的至少一种选自下组的任选的成分，该组由以下各项组成：着色剂、光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、酸清除剂、加工助剂、成核剂、内润滑剂和/或外润滑剂、阻燃剂、烟雾抑制剂、抗静电剂、抗结块剂、导电添加剂和增强添加剂；并且
所有的wt.％是相对于该组合物(C)的总重量，
所述方法包括选自由以下各项组成的组的操作中的至少一项：
(a)使用至少一个如以上定义的油气回收制品钻探至少一个钻孔用于探测或开采地下地层中的油和/或气储层；
(b)使用至少一个如以上定义的油气回收制品完成至少一个井；
(c)将来自地下地层中的油和/或气储层的油和/或气运输至地平面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述着色剂为颜料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中PAEK的大于50％摩尔的重复单元是选自在此以下那些具有式(J-A)至(J-O)的重复单元(RPAEK)：
其中：
-每个R’，彼此相同或不同，选自下组，该组由以下各项组成：卤素、烷基、烯基、炔基、芳基、醚、硫醚、羧酸、酯、酰胺、酰亚胺、碱金属或碱土金属磺酸盐、烷基磺酸盐、碱金属或碱土金属膦酸盐、烷基膦酸盐、胺以及季铵；
-j’是零或是从0至4的整数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该PAEK的大于50％摩尔的重复单元是选自在此以下那些具有式(J’-A)至(J’-O)的重复单元(RPAEK)：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，基于该组合物(C)的总重量，该任选的成分的总重量是等于或高于0.5％并且等于或低于30％。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该任选成分是导电添加剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述导电添加剂选自由碳黑和碳纳米级纤丝组成的组。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该任选成分是增强添加剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述增强添加剂选自下组，该组由玻璃纤维、碳纤维、硅灰石和不同于氮化硼的矿物填充剂组成。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述油气回收制品是钻探系统、钻机、压缩机系统、泵送系统、发动机系统、传感器、控制系统、衬管悬挂器、封隔器系统、管道系统、阀系统、管件系统、或套管系统。
11.根据权利要求10所述的方法，其中该管道系统是管道、柔性立管、管中管、管内衬、海底跨接管、短管或脐带缆。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该管道系统是管道、柔性立管或管内衬。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述零件是油气回收壳体、电连接器、开关、断路器。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法包括使用钻机设备钻出至少一个钻孔，所述钻机包含选自下组的部件，该组由以下各项组成：钻探管或钻柱(5)、钻头(7)、回转台(6)或顶部驱动器，绞车区段(13)、和泥浆泵(11)，其中所述部件的至少一个是油气回收制品。
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