CN108026338A - 可膨胀的橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及可膨胀的组合物，诸如此类的，例如，包括高吸水性聚合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月14日提交的申请号为62/192,461的美国临时专利申请的优先权。上述申请的内容在此全部以引用的形式并入本文。
技术领域
本公开涉及可膨胀的橡胶组合物，更具体地涉及与例如包括可膨胀的封隔器的油气田设备一起使用的可膨胀的橡胶组合物。本公开还涉及用于密封井壁和封隔器-导管组件之间的区域的系统和方法。
背景技术
以往，井导管在钻井孔中被水泥固合到合适的位置。然而，水泥的使用有时是不可取的，因为它可能会减少或干扰井的生产。随着非水泥井(non-cemented well)的引入，开始使用裸眼封隔器。最初，封隔器的设计本质上是机械的，并且，最终引入了可膨胀的封隔器。
可膨胀的封隔器最初设计为在接触油基流体时膨胀。最近，在水基流体(如盐水)存在下膨胀的可膨胀的封隔器也在使用中。然而，这些可膨胀的封隔器也有缺点，因为橡胶组合物在井中使用不总是能被接受的，和/或当橡胶接触到含盐地层水(saline formationwater)时，橡胶不能充分膨胀。此外，在井作业期间，经常需要尽可能快地使封隔器膨胀。如果封隔器的膨胀速率过低，井作业将会延迟，这对井经营者来说是非常昂贵的。因此，需要可膨胀的封隔器在井底条件下(例如，盐碱环境，高温)具有足够的膨胀速率并保持高压力。
本领域已经使用颗粒状的高吸水性聚合物(SAP)生产可膨胀的封隔器，因为颗粒状的SAP在高温下获得很高的体积膨胀。颗粒状的SAP颗粒比非颗粒状的SAP颗粒更便宜，并且膨胀速度更快。通常认为相比于较小的/非颗粒状的SAP颗粒，较大的SAP颗粒更好，因为较大的颗粒会导致更快的膨胀速率和更大的膨胀区域。然而，令人惊讶的是，与较大的SAP颗粒相关联的高水平的浸出不仅降低了这些化合物的膨胀势(swell potential)，而且浸出在橡胶中产生大的穿孔。这些穿孔产生的薄弱点会导致橡胶受力时失效。类似于穿孔的纸受力时会在穿孔线处裂开。
此外，越多量的颗粒状SAP混入弹性体组合物时，弹性体组合物可能越难加工。例如，较高水平的颗粒状SAP可能导致不可接受的混合水平，并且颗粒状SAP可能不会被适当地并入到组合物中。简言之，在可膨胀的封隔器中，期望获得可膨胀的封隔器中的SAP的更高的负载量，但不是以牺牲封隔器的其他的物理和/或化学特性或牺牲用于形成可膨胀的封隔器的弹性体组合物的加工为代价。
本发明的目的是制造一种具有高负载量SAP的可膨胀的弹性体组合物，其中，在可膨胀的封隔器的加工过程中、成型和/或固化后、以及当它被投入使用时，组合物具有可接受的物理和/或化学性质。
意外发现，通过使用粉末状SAP，更高负载量的粉末状SAP可以被掺入弹性体组合物(与负载颗粒状SAP相比)，并且在可膨胀的封隔器加工过程中、成型和/或固化后、以及当它在钻井孔中被投入使用时，可膨胀的组合物具有可接受的物理和/或化学特性。
也出乎意料地发现，如本文所公开的，弹性体组合物中的更高负载量的粉末状SAP导致封隔器在承受发生在钻井孔中的高温和/或高压条件时在盐水中具有优异的膨胀速率，低浸出和可接受的物理和/或化学性质。
本公开涉及弹性体组合物和可膨胀的封隔器，其实现可预测的和适宜的膨胀速率(膨胀作为时间的函数)，这样封隔器可以以更及时的方式承受更高的压力。
本公开也涉及这样的可膨胀的封隔器，当其受到盐水型条件、更高的温度条件和/或更高的压力条件(例如可能发生在钻井孔中的那些条件)时，具有可接受的物理和/或化学特性。
本公开涉及可膨胀的组合物，以及用这种可膨胀的组合物生产的封隔器，其以合适的可预测的速度和量膨胀，并且能够承受高压和高温而没有实质上的物理失效，例如撕裂和/或穿孔。
因此，需要获得一种更为合格的与油气田设备一起使用的可膨胀的组合物，油气田设备包括，诸如可膨胀的封隔器。
发明内容
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，包括：弹性体；水溶性树脂；固化剂和/或试剂；填料；和粉末状高吸水性聚合物(SAP)。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，包括：弹性体：丁二烯橡胶：硫固化剂；二氧化硅；和粉末状高吸水性聚合物。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，包括：腈弹性体(nitrile elastomer)；橡胶；硫固化剂；二氧化硅；和粉末状高吸水性聚合物。
本文描述的示范性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，包括：至少一种腈橡胶弹性体(nitrile rubber elastomer)；至少一种苯乙烯丁二烯橡胶；炭黑；邻苯二甲酸二辛酯；气相二氧化硅；氧化锌；抗臭氧剂；抗降解剂；增粘剂；硫磺；二硫化四甲基秋兰姆；抑制剂；至少一种粉末状高吸水性聚合物；和硬脂酸。
在示例性实施方式中，至少一种腈橡胶弹性体是氢化腈弹性体(hydrogenatednitrile elastomer)，其具有约70％到约91％的氢化率。
在示例性实施方式中，弹性体具有约47到约72的门尼粘度ML 1+4(100℃)。
在示例性实施方式中，至少一个腈橡胶弹性体可以是氢化腈弹性体，其具有约9％到约30％的不饱和率。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以以约125Phr到约175Phr存在。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以以约170Phr到约210Phr存在。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以以约190Phr到约210Phr，或者约185Phr到215Phr存在。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以以至少约150Phr，或约175Phr，或约190Phr，或约200Phr，或约225Phr或约250Phr存在。
在示例性实施方式中，至少一种粉末状高吸水性聚合物和至少一种颗粒状高吸水性聚合物可以存在于可膨胀的橡胶组合物中；并且至少一种粉末状高吸水性聚合物可以包括占加入到可膨胀的橡胶中的总的高吸水性聚合物的重量的至少约50％，或约60％，或约70％，或约80％，或约90％，或约95％。
在示例性实施方式中，选择的高吸水性聚合物的总量使得，在固化后，固化后的可膨胀的橡胶封隔器可以在水和/或盐水中进行扩张，而不会显著损害橡胶组合物的物理性质，和/或没有明显地浸出和/或没有明显的穿孔。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以具有约10μm到约120μm，或者约20μm到约100μm的平均粒径，(例如，约20，或约25，或约30，或约35，或约40，或约45，或约50，或约55，或约60，或约65，或约70，或约75，或约80，或约85，或约90，或约95，或约100，或约105，或约110，或约115，或约120μm)。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以具有小于或等于约20，或约30，或约40，或约50，或约60，或约70，或约80，或约90，或约100，或约110，或约120μm的平均粒径。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以基本上由小于或等于约20，或约30，或约40，或约50，或约60，或约70，或约80，或约90，或约100，或约110，或约120，或约130μm的粒径组成。
在示例性实施方式中，约70％，或约75％，或约80％，或约85％，或约90％，或约95％的粉末状高吸水性聚合物可以具有小于或等于约20，或约30，或约40，或约50，或约60，或约70，或约80，或约90，或约100，或约110，或约120，或130μm的粒径。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以包括约120到约220，约165到约225，约170到约210，或约190到约200(例如，或约120，或约125，或约130，或约135，或约140，或约145，或约150，或约155，或约160，或约165，或约170，或约175，或约180，或约185，或约190，或约195，或约200，或约205，或约210，或约215或约220)Phr。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以包括以下一个或多个：聚合电解质、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸钾)、聚丙烯酰胺(如聚丙烯酰胺钾)、丙烯酸、亲水粘土、膨润土(如钠膨润土、钾膨润土、钙膨润土、或怀俄明膨润土(wyoming bentonite))、木材、软木和/或纤维素纤维。
在示例性实施方式中，颗粒状的高吸水性聚合物可以包括以下一个或多个：聚合电解质、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸钾)、聚丙烯酰胺(如聚丙烯酰胺钾)、丙烯酸、亲水粘土、膨润土(如钠膨润土、钾膨润土、钙膨润土、或怀俄明膨润土)、木材、软木和/或纤维素纤维。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以是聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，其中聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物的平均粒度约35μm，中值粒径约35μm且标准差约10μm，并且粉末中大体上没有超过约63μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以是聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，其中，粉末中没有或者大体上没有超过约63μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以是聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，其中，粉末中没有或者大体上没有超过约75μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物可以是聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，其中，粉末中没有或者大体上没有超过约50μm，或约55μm，或约60μm，或约65μm，或约70μm，或约75μm，或约80μm，或约85μm，或约90μm，或约95μm，或约100μm，或约110μm，或约115μm，或约125μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物在粉末中可以不具有或者大体上不具有超过约63μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物在粉末中可以不具有或者大体上不具有超过约75μm的颗粒。
在示例性实施方式中，粉末状高吸水性聚合物在粉末中可以不具有或者大体上不具有超过约50μm，55μm，60μm，65μm，70μm，75μm，80μm，85μm，90μm，95μm，100μm，110μm，115μm，125μm的颗粒。
膨胀可以发生在本公开的关于在没有水介质的情况下的未固化的可膨胀的橡胶组合物，或在没有水介质的情况下的已固化的可膨胀的橡胶组合物的一些实施方式中。膨胀可以是关于未固化的可膨胀的橡胶组合物和/或已固化的可膨胀的橡胶组合物。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在约5％的重量/体积的盐水溶液中按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％或至少约250％，而没有实质损害固化橡胶组合物的物理性能和/或没有显著浸出和/或没有显著穿孔。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在约16％的重量/体积的盐水溶液中按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％或至少约250％，而没有实质损害固化橡胶组合物的物理性能和/或没有显著浸出和/或没有显著穿孔。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的组合物可以在约200华氏度的约5％的盐水溶液中约96小时按体积计膨胀至少约50％，或至少约60％，或至少约65％，或至少约70％，或至少约75％或至少约80％。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的组合物可以在约200华氏度的约16％的盐水溶液中约96小时按体积计膨胀至少约50％，或至少约60％，或至少约65％，或至少约70％，或至少约75％或至少约80％。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在承受约200华氏度的温度时膨胀。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在承受约275华氏度的温度时膨胀。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在承受至少约3000，4000，5000或者6000psi的压力时膨胀。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以被配置为在约2，或约3，或约4，或约5天内实质膨胀。
在示例性实施方式中，固化后的可膨胀的橡胶组合物可以具有至少约20，或约25，或约30的邵氏A硬度。
在示例性实施方式中，固化后并实质膨胀的可膨胀的橡胶组合物可以具有至少约20，或约25，或约30的邵氏A硬度。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的封隔器，其可以包括：导管，以及根据本文所公开的一个或多个可膨胀的组合物的可膨胀的橡胶组合物，其缠绕导管的至少一部分并且被固化。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的封隔器，其通过使本文所公开的一个或多个实施方式的可膨胀的橡胶组合物在可膨胀的橡胶组合物缠绕导管的至少一部分后被固化而制备。
根据本文公开的一个或多个实施方式，本文描述的示例性实施方式可以提供一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域的方法，其中，可膨胀的封隔器-导管组件包括：导管和至少部分地缠绕导管的外表面的可膨胀的封隔器，该方法包括：在钻井孔的一区域内按以下方式设置可膨胀的封隔器-导管组件：使得在可膨胀主体膨胀时密封所述区域，可膨胀主体容易接触出现在钻井孔中的水、水基流体和/或地层水。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，其包括：约10份每百份(Phr)的弹性体；约90Phr的丁二烯橡胶；约150Phr的粉末状SAP，以及约45Phr的气相二氧化硅。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种可膨胀的橡胶组合物，其包括：约10份每百份(Phr)的弹性体；大约90Phr的丁二烯橡胶；约192Phr的粉末状SAP，以及约45Phr的气相二氧化硅。
在示例性实施方式中，弹性体可以包括丁二烯丙烯腈共聚物、腈橡胶(nitrilerubber)、氢化腈橡胶、NBR、氢化NBR、高饱和腈、HNR、HNBR、羧化NBR(XNBR)、CR、EPDM、ACM、NR、SBR、BR、天然橡胶(natural rubber)、合成聚异戊二烯、丁基橡胶(IIR)CSM、硅树脂、氟橡胶、全氟橡胶、四氟乙烯丙烯橡胶及其组合。
在示例性实施方式中，盐可以包括含盐的金属，例如金属氯化物(如氯化钠、氯化钾、或氯化钙)，金属磷酸盐(例如，Ca3(PO4)2)，金属碳酸盐(例如，CaCO3或BaCO3)，金属氧化物(如MgO)，金属硫化物(如ZnS)，金属氢氧化物(如Fe(OH)2)，金属硫酸盐(例如，BaSO4)、金属醋酸盐、金属碳酸氢盐，金属甲酸盐、金属氢硫化物、金属酰亚胺，金属硝酸盐、金属氮化物；游离盐(dissociating salts)；非金属盐(如NH4Cl)及其组合。
在示例性实施方式中，高吸水性聚合物、粘土和/或天然可膨胀材料可以包括聚合电解质、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸钾)、聚丙烯酰胺(如聚丙烯酰胺钾)、丙烯酸、亲水粘土、膨润土(如钠膨润土、钾膨润土、钙膨润土、或怀俄明膨润土)、木材、软木、纤维素纤维及其组合。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括用于橡胶制品的通用增塑剂，例如邻苯二甲酸酯(如邻苯二甲酸二辛酯)、偏苯三酸酯(trimellitates)、癸二酸酯、己二酸、对苯二甲酸酯、苯甲酸酯、二苯甲酸酯、有机磷酸盐、葡萄糖酸盐或壬二酸盐。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括炭黑，例如，约5到约15Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，例如，约3到约9Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括氧化锌，例如，约3到约9Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括抗臭氧剂，例如，约0.5到约2Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括抗降解剂，例如，约0.2到约2.5Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括增粘剂，例如，约1到约5Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括抑制剂，例如，约0.1到约0.6Phr。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以进一步包括硬脂酸，例如，约0.5到约3Phr。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种如本文中所述的可膨胀的橡胶组合物，其中可膨胀的已固化的橡胶组合物可以被配置为在每种情况下按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％，或至少约250％。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种如本文中所述的可膨胀的橡胶组合物，其中可膨胀的已固化的橡胶组合物可以被配置为在约5％的盐水溶液中在每种情况下按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％，或至少约250％。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种如本文中所述的可膨胀的橡胶组合物，其中可膨胀的已固化的橡胶组合物可以被配置为在约10％的盐水溶液中在每种情况下按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％，或至少约250％。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种如本文中所述的可膨胀的橡胶组合物，其中可膨胀的已固化的橡胶组合物可以被配置为在约16％的盐水溶液中在每种情况下按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％，或至少约250％。
本文描述的示例性实施方式可以提供一种如本文中所述的可膨胀的橡胶组合物，其中可膨胀的已固化的橡胶组合物可以被配置为在约20％的盐水溶液中在每种情况下按体积计膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％，或至少约250％。
在一些实施方式中，本公开涉及可膨胀的橡胶组合物，其中至少一种腈橡胶以约10wt.％至约45wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。根据一些实施方式，至少一种腈橡胶可以包括丙烯腈和丁二烯，其中丙烯腈可以以约20wt.％或更少(以至少一种腈的重量计)的浓度存在于至少一种腈橡胶中。根据本公开的一些实施方式，至少一种聚丁二烯橡胶以约0.5wt.％至约15wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。根据一些实施方式，至少一种聚丁二烯橡胶包括乙烯基基团，其中乙烯基基团以约5wt.％至约30wt.％(以至少一种聚丁二烯橡胶的重量计)的浓度存在于至少一种聚丁二烯橡胶中。
根据一些实施方式，至少一种二氧化硅以约1wt.％到约25wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。根据一些实施方式，至少一种过氧化物可以以约0.1wt.％到约1.5wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物能够在接触水基流体时膨胀，其中可膨胀的橡胶组合物已经被固化。在一些实施方式中，水基流体包括水、水溶液、井下水基溶液(downhole water-based solutions)、水性溶液(aqueous-based solutions)、至少一种盐水及其组合。可膨胀的橡胶组合物能够在承受至少约275°F的温度时膨胀。可膨胀的橡胶组合物能够在承受压力时膨胀，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi或者至少约8000psi。
根据一些实施方式，本公开涉及一种可膨胀的橡胶组合物，其包括：至少一种氢化丁腈橡胶；至少有一种抗臭氧剂；至少一种增粘剂；至少一种硫化抑制剂；至少一种邻苯二甲酸酯；至少一种硫化促进剂；硬脂酸；炭黑；以及氧化锌。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以包括：至少腈橡胶；至少一种聚丁二烯橡胶；至少一种二氧化硅；至少一种硫固化剂；至少一种羧甲基纤维素；至少一种磷酸钙；以及至少一种粉末状高吸水性聚合物。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以包括：至少一种氢化丁腈橡胶；至少一种抗臭氧剂；至少一种增粘剂；至少一种硫化抑制剂；至少一种邻苯二甲酸酯；至少一种硫化促进剂；硬脂酸；炭黑；氧化锌；或其组合。
可膨胀的橡胶组合物可以包括至少一种氢化丁腈橡胶；至少一种抗臭氧剂；至少一种增粘剂；至少一种硫化抑制剂；至少一种邻苯二甲酸酯；至少一种硫化促进剂；硬脂酸；炭黑；和氧化锌。在一些实施方式中，固化后的交联密度可以大于除省略至少一种羧甲基纤维素和至少一种磷酸钙以外的相同配方的可膨胀的橡胶组合物。在一些实施方式中，至少一种腈橡胶以约10wt.％到约45wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。根据一些实施方式，至少一种腈包括丙烯腈和丁二烯，其中丙烯腈以约20wt.％或更少(以至少一种腈的重量计)的浓度存在于至少一种腈中。根据本公开的一些实施方式，至少一种聚丁二烯橡胶以约0.5wt.％到约15wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。在一些实施方式中，至少一种聚丁二烯橡胶包括乙烯基基团，其中乙烯基基团以约5wt.％到约30wt.％(以至少一种聚丁二烯橡胶的重量计)的浓度存在于至少一种聚丁二烯橡胶中。根据本公开的一些实施方式，至少一种二氧化硅以约1wt.％到约25wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。在一些实施方式中，至少一种过氧化物以约0.1wt.％到约1.5wt.％(以可膨胀的橡胶组合物的重量计)的浓度存在。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物能够在接触水基流体时膨胀，其中可膨胀的橡胶组合物已经被固化。根据本公开的一些实施方式，水基流体包括水、水溶液、井下水基溶液、水性溶液、至少一种盐水或其组合。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物能够在承受至少约275°F的温度时膨胀。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物能够在承受压力时膨胀，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi以及至少约8000psi。
在一些实施方式中，本公开涉及一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的环形区域的方法，所述方法包括：使可膨胀的封隔器-导管组件接触水基流体，其中可膨胀的封隔器导管包括可膨胀的橡胶组合物，可膨胀的橡胶组合物包括：至少一种腈橡胶；至少一种聚丁二烯橡胶；至少一种硫固化剂；至少一种二氧化硅；至少一种过氧化物固化剂；以及至少有一种粉末状高吸水性聚合物。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器在接触水基流体时膨胀。可膨胀的封隔器可以膨胀以体积计约20％至以体积计约250％。水基流体包括水溶液、井下水基溶液、水性溶液、至少一种盐水或者其组合。在一些实施方式中，至少一种盐水包括约5％的盐水溶液，约10％的盐水溶液，约15％的盐水溶液，约20％的盐水溶液，约25％的盐水溶液，约30％的盐水溶液，约35％的盐水溶液，约40％的盐水溶液，约45％的盐水溶液，约50％的盐水溶液，约55％的盐水溶液，约60％的盐水溶液，约65％的盐水溶液，或约70％的盐水溶液。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器以体积计膨胀约20％到约250％，其中膨胀发生在一段时间内，所述一段时间包括约1天，约2天，约3天，约4天，或约5天。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器以体积计膨胀约20％到约250％，其中可膨胀的封隔器承受压力，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi以及至少约8000psi。
根据一些实施方式，本公开涉及一种固化可膨胀的橡胶组合物的方法，该方法包括：将固化组合物结合至可膨胀的橡胶组合物以形成混合物；以及将混合物暴露至包括温度在内的条件，所述温度包括至少约200°F，至少约225°F，至少约250°F，至少约275°F，至少约300°F，至少约325°F，至少约350°F，至少约375°F，至少约400°F，至少约425°F，至少约450°F，至少约475°F，或者至少约500°F，其中可膨胀的橡胶组合物包括：至少一种腈橡胶；至少一种聚丁二烯橡胶；至少一种硫固化剂；至少一种二氧化硅；至少一种过氧化物固化剂；至少一种粉末状高吸水性聚合物，并且其中固化组合物包括：至少一种硫固化剂；和至少一种过氧化物剂。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器在与水基流体接触时膨胀。可膨胀的封隔器以体积计膨胀约20％至约250％。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器以体积计膨胀约20％至约250％，其中膨胀发生在一段时间内，所述一段时间包括约1天，约2天，约3天，约4天，或约5天。
以下的详细描述当结合作为本公开的一部分并通过示例的方式说明所公开的发明的原理的附图时，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图的详细说明
本公开的一些实施方式可以通过部分地参考本公开以及附图来理解，其中，
图1示出了根据公开的具体的示例性实施方式的可膨胀的封隔器组件的剖视图，该可膨胀的封隔器组件包括围绕导管并且能够在水和/或水层(water formations)的存在下膨胀的橡胶涂层；
图2A-图2C示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在200华氏度在5％的盐水的溶液中测试的可膨胀组合物的膨胀百分比相对于时间(按小时)的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs；
图3A-图3C示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在200华氏度在16％的盐水的溶液中测试的可膨胀组合物的膨胀百分比相对于时间(按小时)的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs；
图4A-图4C示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在275华氏度在5％的盐水的溶液中测试的可膨胀组合物的膨胀百分比相对于时间(按小时)的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs；
图5A-图5C示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在275华氏度在16％的盐水的溶液中测试的可膨胀组合物膨胀百分比相对于时间(按小时)的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs；
图6A-图6C示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在200华氏度在5％的盐水的溶液中4天后可膨胀组合物的膨胀百分比相对于SAP负载(按份每百份橡胶Phr))的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs，预测了第四天时达到75％膨胀的SAP的负载量；
图7A示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在溶液中测试的可膨胀组合物的浸出百分比相对于SAP的负载量(按Phr)的图形表示，每种可膨胀组合物具有不同粒径的SAPs，其中图7A中使用的组合物为本文中的具有不同水平的SAP的组合物A；
图7B-图7E示出了根据公开的具体的示例性实施方式的关于浸出的照片形式的测试结果；
图8示出了根据公开的具体的示例性实施方式的在200华氏度在5％的盐水的溶液中测试的可膨胀组合物的膨胀百分比相对于时间(按小时)的图形表示，每种可膨胀组合物都具有粉末状SAP且具有的SAP的负载量(按Phr)不同；
图9示出了根据公开的具体的示例性实施方式的两个圆盘在275华氏度在16％的盐水中一周后的测试。左边的圆盘样品使用了10％的丁腈橡胶(NBR橡胶)，并且右边的圆盘样品使用了10％的氢化丁腈橡胶(HNBR)；
图10示出了根据公开的具体的示例性实施方式的具有物理失效或穿孔的封隔器，其橡胶配方中使用了颗粒状SAP(负载150Phr，大颗粒)；
图11A-图11B示出了根据公开的具体的示例性实施方式的实施例1中描述的封隔器在275华氏度在16％的盐水的溶液中测试的的实验结果的图形表示；
图12示出了根据公开的具体的示例性实施方式的实施例1中描述的封隔器在275华氏度在5％的盐水的溶液中测试的的实验结果的图形表示；
图13示出了用流变仪测量的可膨胀的橡胶组合物的粘度比较；
图14示出了用流变仪测量的可膨胀的橡胶组合物的粘度比较；
图15示出了用流变仪测量的可膨胀的橡胶组合物的粘度比较；
图16示出了用流变仪测量的可膨胀的橡胶组合物的粘度比较；
图17示出了可膨胀的橡胶组合物的老化比较，通过分析约三周的持续时间前后的膨胀；
图18示出了可膨胀的橡胶组合物的老化比较，通过分析约三周的持续时间前后的膨胀；
图19示出了可膨胀的橡胶组合物的老化比较，通过分析约三周的持续时间前后的膨胀；以及
图20示出了可膨胀的橡胶组合物的老化比较，通过分析约三周的持续时间前后的膨胀。
详细说明
本公开旨在一个意想不到的发现，相比于含有颗粒状SAP的类似的配方，具有高水平的粉末状高吸水颗粒(SAPs)的可膨胀的橡胶组合物可以对于井下条件提供理想的膨胀速率和优异的物理性能。
在示例性实施方式中，颗粒状SAP(s)是指相当一部分的颗粒可以至少为约150μm的SAP。本文中所指的，相当一部分可以是指颗粒的至少约50％，或至少约60％，或至少约70％或至少80％，或者更多。可选地，颗粒状SAP可以是指平均粒径是至少约150μm的SAP。
在示例性实施方式中，中号尺寸的颗粒状SAP是指SAPs的粒径分布在约150μm至约400μm之间，其中至少约50％，或至少约60％，或至少约70％或至少80％的单个颗粒或者更多落在这个范围内。
在示例性实施方式中，大尺寸的颗粒状SAP可以是具有约400μm至约1000μm的粒径分布的SAP，其中约50％，或约60％，或约70％或约80％的单个颗粒或更多落在此范围内。
在示例性实施方式中，粉末状SAP可以是大部分的颗粒小于或等于约50μm，或约75μm，或约100μm，或约100μm，或约125μm，或约150μm。如本文所用，大部分可以是指至少约50％，或约60％，或约70％，或约80％或约90％的颗粒，或更多。可选地，粉末状SAP(s)是指平均粒径小于或等于约50μm，或约75μm，或约100μm，或约125μm，约150μm。在示例性实施方式中，粉末状SAP可以包含小于或等于约5％，或约10％，或约15％，或约20％，或约25％，或约30％，或约35％，或约40％，或约45％，或约50％的颗粒状SAP颗粒。
在示例性实施方式中，水包括水、水溶液、井下水基溶液、水性溶液和/或盐水。本公开的一些实施方式中，在水、水溶液、井下水基溶液、水性溶液、盐水和/或油基流体或碳氢化合物基流体的存在下膨胀。本文中所指的，术语“盐水”指的是含有碱或碱土氯化物盐的水基流体，如氯化钠、氯化钙、硫酸盐和碳酸盐。除了其他方面以外，膨胀特性可以关于盐浓度和/或温度的变化而变化。也就是说，例如，当盐浓度增加时，膨胀量可以减小。除非另有说明，本文中所公开的盐水的数值百分比按体积百分比计算。
图1中示出了一个可膨胀的封隔器组件的示例性实施方式的剖视图，其包括橡胶涂层，橡胶涂层能够在水和/或水层，如盐水，和油基流体或碳氢化合物基流体的存在下膨胀。如图所示，可膨胀的封隔器组件100包括导管110，可膨胀的橡胶120缠绕导管110。在示例性实施方式中，导管110可以由合适的金属制成。在示例性实施方式中，橡胶120可以被硫化至导管110，使得橡胶120与导管110的组合具有基本上整体的结构。在示例性实施方式中，可膨胀的封隔器组件100可以设计为减少和/或最小化橡胶在使用过程中的挤压。在示例性实施方式中，端环(未示出)可以被用于保护橡胶120的末端，或者，可选地，橡胶120的端部可以是锥形(未示出)，以便更容易地穿过井到达所需的深度。可膨胀的封隔器组件100可以使用一些合适的技术制造，所述技术包括模压成型，注射成型，挤出，压延缠绕(calendar wrapping)，带材卷绕(strip winding)及其组合。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括弹性体，例如热固性弹性体，热固性弹性体能够承受长时间的高温，并且在有水或水基流体存在下膨胀。在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括弹性体，例如热固性弹性体，热固性弹性体能够承受长时间的高温，并且在有水或水基流体的存在下和/或油基流体或烃基流体的存在下膨胀。
本文中所指的，例如，弹性体可以包括：丁二烯丙烯腈共聚物，腈橡胶，液态聚丁二烯(液态PBD)、NBR、氢化腈橡胶、氢化NBR、高饱和腈，HNR，HNBR，羧化NBR(XNBR)，氯丁橡胶(CR)、乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)，丙烯酸橡胶(ACM)，天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBRS)，聚丁二烯/丁二烯橡胶(BR)、低丙烯腈腈(low acrylonitrile nitrile)(低ACN腈)，合成聚异戊二烯，丁基橡胶(IIR)，氯磺化聚乙烯(CSM)，硅树脂，氟橡胶，全氟橡胶，四氟乙烯乙丙橡胶(FEPM)及其组合。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括至少一种聚丁二烯，其中至少一种聚丁二烯橡胶包括乙烯基基团。在一些实施方式中，乙烯基基团可以以约5wt.％到约30wt.％(以至少一种聚丁二烯橡胶的重量计)的浓度存在。根据一些实施方式，乙烯基基团可以以约5wt.％，或约10wt.％，或约15wt.％，或约20wt.％，或约25wt.％，或约30wt.％(以至少一种聚丁二烯橡胶的重量计)的浓度存在。
例如，至少一种腈橡胶弹性体可以是氢化腈弹性体，氢化腈弹性体的氢化率为约70％至约91％。根据一些实施方式，氢化腈弹性体可以具有约47到约72的门尼粘度ML 1+4(100摄氏度)。在一些实施方式中，氢化腈弹性体可以具有约30，或约35，或约40，或约45，或约50，或约55，或约60，或约65，或约70，或约75，或约80的门尼粘度ML 1+4(100摄氏度)。在其他实施方式中，氢化腈弹性体可以具有约9％到约30％的不饱和度。根据一些实施方式，氢化腈弹性体可以具有约5％，或约10％，或约15％，或约20％，或约25％，或约30％，或约35％，或约40％的不饱和度。来自的市售的氢化腈弹性体实例包括0020、1020L、2020L、以及2030L。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.5wt.％，约1wt.％，或约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约6wt.％，或约7wt.％，或约8wt.％，或约9wt.％，或大约10wt.％，或约15wt.％的氢化丁腈橡胶(例如，HNBR Zetpol 2030L，Therban 3496)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约5wt.％，约10wt.％，或约15wt.％，或约20wt.％，或约25.wt.％，或约30wt.％，或约35wt.％，或约40wt.％，或约45wt.％的丁苯橡胶(例如，1502SBR)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.5wt.％，约1wt.％，或约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约6wt.％，或约7wt.％，或约8wt.％，或约9wt.％，约10wt.％，或约15wt.％的聚丁二烯(例如，液体PBD–PolyBD R20LM，Nitroflex液体腈，液体EPDM)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约5wt.％，约10wt.％，或约15wt.％，或约20wt.％，或约25wt.％，或约30wt.％，或约35wt.％，或约40wt.％，或约45wt.％的低ACN腈(例如，Perbunan 1846F)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括水泥(cement)、硅酸盐水泥(Portland cement)，以及一个或多个活性填充材料，例如，水泥，胶结材料，金属氧化物，及其混合物，其与水接触时反应并膨胀。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以在接触水时变硬。在示例性实施方式中，水泥可以改善橡胶的物理性能，例如增加体积和增加模量。例如，填料可以是活性填料，增强活性填料，密封体系，水泥熟料，硅酸盐，铝酸盐，铁酸盐和/或其组合。
在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括增粘剂。在示例性实施方式中，增粘剂可以包括树脂(例如，烃类树脂、酚醛树脂、香豆酮树脂、Struktol Koresin)。根据一些实施方式，增粘剂可以导致粘性增加(例如，表面的粘性)。
在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括抗臭氧剂。在示例性实施方式中，抗臭氧剂可以包括苯二胺(例如，N-(1，3-二甲基丁基)-N'-苯基-苯二胺)，双脲(diureas)(例如乙烯叉二脲(ethylene diurea))和固体石蜡。根据一些实施方式，抗臭氧剂可以保护可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器免受臭氧的危害。
在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括硫化抑制剂。在示例性实施方式中，硫化抑制剂可以包括邻苯二甲酰亚胺(例如，环己基硫代邻苯二甲酰亚胺)，双脲(例如乙烯叉二脲)和固体石蜡。根据一些实施方式，抗臭氧剂可以保护可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器免受臭氧的危害。
在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括硫化促进剂。在示例性实施方式中，硫化促进剂可以包括醛胺，胍，噻唑，硫代磷酸盐，磺酰胺，硫脲，秋兰姆，二硫代氨基甲酸盐，黄原胶(xanthanes)。在一些实施方式中，硫化促进剂可以包括二硫化四甲基秋兰姆，一硫化四甲基秋兰姆，二亚戊基秋兰姆和二硫化四苄基秋兰姆。根据一些实施方式，增粘剂可以导致硫化速度的增加，并可以允许硫化在较低的温度下进行。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，或约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的增粘剂(例如Struktol Koresin)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约1wt.％，约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约7wt.％，或约10wt.％，或约12wt.％，或约15wt.％，或约17wt.％，或约20wt.％，或约25wt.％的二氧化硅(例如Hisil 190G–二氧化硅)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉(例如标准TM Q)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的N-(1，3-二甲基丁基)-N'-苯基-苯二胺(例如Santoflex 6PPD)。
在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括水溶性树脂，水溶性树脂可以增加弹性体膨胀的膨胀速率和膨胀度。使用的示例性的水溶性树脂包括聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或其组合。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶组合物可以包括固化剂和/或固化体系。非限制性的示例是硫基固化剂或过氧化物固化剂。在一些实施方式中，可膨胀的橡胶组合物中也可以包括交联助剂(co-agents)。固化体系也可以选择为与可膨胀的橡胶组合物中使用的聚合物相适应。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的二硫化四甲基秋兰姆(例如TMTD，Vulkacit Thiuram，Tuex)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的硫磺(例如Sulfur RM)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的过氧化物(例如，Dicup 40KE过氧化物，过氧化氢，40％过氧化二异丙苯)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.01wt.％，约0.02wt.％，或约0.03wt.％，或约0.04wt.％，或约0.05wt.％，或约0.06wt.％，或约0.07wt.％，或约0.08wt.％，或约0.09wt.％，或约0.1wt.％，或约0.125wt.％，或约0.15wt.％的环己基硫代邻苯二甲酰亚胺(例如SulfurRM)。
本公开至少部分地涉及可以以较高浓度掺入可膨胀的组合物中的至少一种粉末级SAP的用途。在一些实施方式中，至少一种粉末状级SAP可以被掺入可膨胀的组合物中，而不会损害用于生产可膨胀组合物和/或可膨胀的封隔器的弹性体橡胶组合物的在固化前后的加工性能和/或质量。某些实施方式中涉及粉末状SAPs的用途；然而，在其他实施方式中，颗粒状和粉末状的SAPs可以被组合使用。本公开认为颗粒级别和粉末级别可以合并至本公开的可膨胀组合物以及本公开的可膨胀的封隔器中。出乎意料的是，增加粉末状SAPs的负载量可以实现(与颗粒状SAPs的负载量相比)不降低，或基本不降低弹性体橡胶组合物、固化的封隔器和/或膨胀后的固化的封隔器的物理性能。本公开的一些示例性实施方式涉及某些可膨胀的橡胶组合物，并且其他实施方式涉及在可膨胀的封隔器中使用粉末级别的SAPs，可膨胀的封隔器中可以具有其他类型的橡胶基弹性体组合物。
根据某些实施方式，可膨胀的非弹性体材料可以导致在高温和/或高压下的高体积膨胀，这是可膨胀的橡胶组合物的特征。这种可膨胀的非弹性体材料包括SAPs，以及其他可膨胀的有机或无机材料。在一些实施方式中，SAP可以包括部分的中和的聚丙烯酸钠盐、交联异戊二烯-马来酸盐、淀粉-聚丙烯酸盐、交联羧基甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇-丙烯酸盐及其组合。可膨胀的有机酸盐包括醋酸钠、甲酸钠、丙烯酸钠和其组合。可膨胀的无机材料包括钠、钾、锂、钙、镁的碳酸盐及其组合。碳酸钠可以以苏打粉的形式代替纯碳酸钠而使用。可膨胀的非弹性体材料可以是单个可膨胀的非弹性体材料，或两种或两种以上可膨胀的非弹性体材料的混合物。其他可膨胀非弹性体材料的非限制性例子包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚环氧丙烷、聚(丙烯酸-共-丙烯酰胺)，由两性离子单体形成的聚合物，其包括N,N-二甲基-N-丙烯酰氧乙基-N-(3-磺丙基)-铵甜菜碱，N,N-二甲基-N-丙烯酰胺丙基-N-(2-羧甲基)-铵甜菜碱，N,N-二甲基-N-丙烯酰胺丙基-N-(3-磺丙基)-铵甜菜碱，2-(甲硫基)乙基甲基丙烯酰基-S-(磺丙基)-锍甜菜碱，2-[(2-丙烯酰乙基)二甲基胺基]乙基2-甲基磷酸盐，[(2-丙烯酰基乙基)二甲基胺基]甲基膦酸，2-(丙烯酰氧基乙基)-2'-(三甲基铵)乙基磷酸盐，2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱，2-[(3-丙烯酰氨基丙基)二甲基胺基]乙基2'-异丙基磷酸盐，1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑鎓氢氧化物，(2-丙烯酰氧基乙基)羧甲基甲基锍氯化物，1-(3-磺丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜碱，N-(4-磺丁基)-N-甲基-N,N-二烯丙基胺铵甜菜碱，N,N-二烯丙基-N-甲基-N-(2-磺乙基)铵甜菜碱等。根据一些实施方式，可膨胀的非弹性体材料可以包括聚合电解质，聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸钾)、聚丙烯酰胺(如聚丙烯酰胺钾)、丙烯酸、亲水粘土、膨润土(如钠膨润土、钾膨润土、钙膨润土、或怀俄明膨润土)、木材、软木和/或纤维素纤维。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约35wt.％，约40wt.％，或约45wt.％，或约50wt.％，或约55wt.％，或约60wt.％，或约65wt.％，或约70wt.％，或约75wt.％，或约80wt.％，或约85wt.％，或约90wt.％的与丙烯酰胺交联的聚丙烯酸钠(例如，保水剂3006-63)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.1wt.％，为约0.2wt.％，或约0.3wt.％，或约0.4wt.％，或约0.5wt.％，或约0.6wt.％，或约0.7wt.％，或约0.8wt.％，或约0.9wt.％，或约1.0wt.％，或约1.25wt.％，或约1.5wt.％的硬脂酸。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括二氧化硅(或其他填充颗粒)以强化橡胶配合物。在某些实施方式中，二氧化硅可以是气相二氧化硅。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括盐，如颗粒或微粒的盐，其被掺入可膨胀性橡胶中以，例如，可以允许水，水基流体，含盐水基流体，和/或水层，如盐水，迁移通过渗透进入可膨胀的橡胶，以便在水，水基流体，含盐水基流体，和/或水层迁移进入可膨胀的橡胶使引起可膨胀的橡胶的膨胀。盐的示例可以包括一个或多个下列含盐金属，如金属氯化物(如氯化钠、氯化钾、或氯化钙)，金属磷酸盐(例如，Ca3(PO4)2)，金属碳酸盐(例如，CaCO3或BaCO3)，金属氧化物(如MgO)，金属硫化物(如ZnS)，金属氢氧化物(如Fe(OH)2)，金属硫酸盐(例如，BaSO4)、金属醋酸盐、金属碳酸氢盐，金属甲酸盐、金属氢硫化物、金属酰亚胺、金属硝酸盐、金属氮化物、游离盐和非金属盐(例如NH4Cl)。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括用于橡胶制品的通用增塑剂，如邻苯二甲酸酯(如邻苯二甲酸二辛酯)、偏苯三酸酯、癸二酸酯、己二酸、对苯二甲酸酯、苯甲酸酯、二苯甲酸酯、有机磷酸盐、葡萄糖酸盐或壬二酸盐。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器也可以包括以产品的重量计含量为约0.5wt.％，约1wt.％，或约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约6wt.％，或约7wt.％，或约8wt.％，或约9wt.％，或约10wt.％，或约15wt.％的邻苯二甲酸二辛酯(如DOP)。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括增强橡胶配合物的材料，以改善产品的物理性能和/或颜色，如色素或炭黑(N-550)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.5wt.％，约1wt.％，或约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约6wt.％，或约7wt.％，或约8wt.％，或约9wt.％，或约10wt.％，或约15wt.％的炭黑(例如，炭黑N234ISAF HS)。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括一种可以与填充颗粒发生反应，并在固化系统中充当激活剂的材料，如氧化锌。与氧化锌一起，橡胶可以进一步包括硬脂酸，硬脂酸可以反应产生硬脂酸锌-硫化机理的中间体。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括水溶性的、蜡状固体(如聚乙二醇)，它可以在橡胶混合过程中用作加工助剂和/或润滑剂。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括约100份每百份橡胶(Phr)的弹性体(即，组合物包括约100份弹性体或多种弹性体的组合)，约40Phr的聚环氧乙烷，约20Phr的具有交联助剂的离子过氧化物固化剂和/或过氧化物固化剂，约126Phr的盐，和约65Phr的SAP，粘土，和/或其他膨胀材料。在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以进一步包括以下的一个或多个的任意组合：约35Phr的水泥或波特兰水泥，约30Phr的二氧化硅，约10Phr的邻苯二甲酸二辛酯，约8Phr的N-550(炭黑)，约5Phr的氧化锌，约1Phr的硬脂酸，和/或约10Phr的PEG6000(聚乙二醇)。
根据一些实施方式，可膨胀的橡胶组合物和/或固化的封隔器可以包括以产品的重量计含量为约0.5wt.％，约1wt.％，或约2wt.％，或约3wt.％，或约4wt.％，或约5wt.％，或约6wt.％，或约7wt.％，或约8wt.％，或约9wt.％，或约10wt.％，或约15wt.％的氧化锌。
在示例性实施方式中，根据本公开的可膨胀的橡胶组合物可以被被配置为在盐水溶液中膨胀至少约50％，或约60％，或约70％，或约80％，或约90％，或约100％，或约110％，或约120％，或约130％，或约140％，或约150％，或约160％，或约170％，或约180％，或约190％，或约200％，或约210％，或约220％，或约230％，或约240％，约250％，例如，约3％至约30％的盐水溶液，如约5％，或约10％，或约15％，或约20％，或约25％，或约30％的盐水。盐水溶液可以包括溶解碱金属盐(如氯化钠或氯化钾)和/或碱土金属盐(如氯化钙、碳酸钙或氯化镁)的水。在示例性实施方式中，本文描述的可膨胀的橡胶组合物可以被被配置为在油基流体或碳氢化合物基流体中膨胀至少相同或相似的量。
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表1所示(组合物A)：
表1：可膨胀组合物A的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表2所示(组合物B)：
表2：可膨胀组合物B的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表3所示(组合物C)：
表3：可膨胀组合物C的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表4所示(组合物D)：
表4：可膨胀组合物D的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表5所示(组合物E)：
表5：可膨胀组合物E的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表6所示(组合物F)：
表6：可膨胀组合物F的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表7所示(组合物G)：
表7：可膨胀组合物G的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表8所示(组合物H)：
表8：可膨胀组合物H的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表9所示(组合物I)：
表9：可膨胀组合物I的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表10所示(组合物J)：
表10：可膨胀组合物J的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表11所示(组合物K)：
表11：可膨胀组合物K的组成
在示例性实施方式中，可膨胀的橡胶可以包括以下组合物，如表12所示(组合物L)：
表12：可膨胀组合物L的组成
可以理解的是，每个单元所列出的装置仅仅用于示例性的目的，并且不意味着限制了应用的范围。这些装置或其他装置或单元的特定组合可以被配置为用于基于本申请中的教导的预期用途的系统。
本领域的技术人员可以在不偏离相关公开的范围的情况下对部分的形状、尺寸、数量、分离特性和/或排列做出各种各样的改变。本领域的技术人员可以在不偏离相关公开的范围的情况下对R基团、取代基、和/或杂原子的种类、数量、和/或排列做出各种各样的改变。每一个公开的方法和方法步骤都可以与任何其他公开的方法或方法步骤结合，并且可以根据一些实施方式以任何顺序进行。在动词“可以”出现的地方，它的目的是表达可选的和/或允许的条件，除非另有说明，它的使用并不是为了表明缺乏可操作性。本领域的技术人员可以对制备和使用本公开的组合物、设备和/或系统的方法中做出各种各样的改变。根据期望，本公开的一些实施方式可以在排除的其他实施方式中实施。
此外，在示出的范围中，所公开的端点可以被视为特定实施方式所期望或要求的精确和/或近似值。如果端点是近似的，灵活性的程度可以与范围的数量级的顺序成比例地变化。例如，一方面，在约5到约50的范围内的情况下，范围端点约50可以包括50.5，但不包括52.5或55，并且另一方面，在约0.5到约50的范围内的情况下，范围端点约50可以包括55，但不包括60或75。此外，在一些实施方式中，可能希望混合和匹配范围端点。同样，在一些实施方式中，公开的每个数据(例如，在一个或多个实施例、表和/或图中)可以构成一个范围的基础(例如，描述值+/-约10％，描述值+/-约50％，描述值+/-约100％)和/或范围端点。对于前者，实施例、表格和/或附图中的值50可以构成一个范围的基础，例如，约45到约55，约25到约100，和/或约0到约100。
这些相同的和可选的以及明显的变化和修改的目的在于包括在本公开的范围中。因此，上述公开的目的是为了说明，但不是限制所附权利要求示出的本公开的范围。
标题、摘要、背景和小标题均符合规定和/或为了方便读者。它们不包括现有技术的范围和内容的许可，也不包括适用于与所有公开实施方式的限制。
实施例
实施例1
制备并测试具有一个或多个在特定范围内的在组合物B中列出的材料的封隔器。测试在5％的盐水和16％的盐水中进行。两种封隔器都在相似条件下制备和测试。
封隔器在16％的盐水中的制备和测试如下。基管长度为5英尺，且外径为4.5英寸。使用缠绕技术将可膨胀的橡胶应用于基管。添加可膨胀的橡胶配方后的外径约为5.7英寸。从低压侧到高压侧以1英尺为增量测量封隔器的直径。可膨胀的橡胶配方在330华氏度，70psi的压力下被固化2.5小时。固化后，在随机位置测定硬度，且硬度约为86～92邵氏A硬度。检查封隔器，未发现粘结问题。封隔器在温度为275华氏度，压力为约300psi的条件下在16％的盐水溶液中放置多天。随后在拆卸和检查之前，封隔器承受至少5000psi的压力差。上述数据和测量结果见表13。
表13：实施例1的数据和测量值
膨胀后的外径约为6英寸。从低压侧到高压侧以1英尺为增量测量封隔器的直径。邵氏A硬度从约32到48变化。在经受了多日的测试条件后，膨胀后的封隔器能够承受超过5000psi的压力差。测试后的封隔器的测量结果见表14。图11A-B中描述了测试结果的图形表示。如图11A所示，压力逐渐增大地被施加直到在高压侧和低压侧之间的压力差超过5000psi，且压力差保持1小时以上。如图11B所示，超过5000psi的压力在瞬间被施加直到高压侧和低压侧之间的压力差超过5000psi，且压力差保持1小时以上。
表14：测试后的封隔器的测量
在5％的盐水中的封隔器测试的制备和测试如下。基管长度为5英尺，且外径为4.5英寸。使用缠绕技术将可膨胀的橡胶应用于基管。添加可膨胀的橡胶配方后的基管的外径约为5.7英寸。从低压侧到高压侧以1英尺为增量测量封隔器的直径。可膨胀的橡胶配方在330华氏度，70psi的压力下被固化2.5小时。固化后，在随机位置测定硬度，且硬度约为90～95邵氏A硬度。检查封隔器，未发现粘结问题。封隔器在温度为275华氏度，压力超过5000psi的条件下在5％的盐水溶液中放置多天。随后拆卸并检查封隔器。上述数据和测量结果见表15。
表15：可膨胀橡胶配方的数据和测量值
膨胀后的外径为约6英寸。从低压侧到高压侧以1英尺为增量测量封隔器的直径。邵氏A硬度从约32到50变化。在经受了多日的测试条件后，膨胀后的封隔器能够承受超过5000psi的压力差。测试后的封隔器的测量结果见表16。图12中描述了测试结果的图形表示。如图12所示，压力逐渐增加地被施加直到在高压侧和低压侧之间的压力差超过5000psi，且压力差保持1小时以上。
表16：可膨胀的橡胶配方的测量和数据
实施例2
制备了使用三种不同粒径的SAPs的可膨胀封隔器的样品。可膨胀封隔器的圆盘根据组合物A中阐述的配方制造。第一组合物基于使用110Phr、130Phr、150Phr和170Phr的负载量的粉末状SAP的组合物A制备。第二组合物基于使用110Phr、130Phr、150Phr和170Phr的负载量的中号尺寸的颗粒状SAP的组合物A制备。第三组合物基于使用110Phr、130Phr、150Phr和170Phr的负载量的大尺寸的颗粒状SAP的组合物A制备。所使用的SAPs的类型和粒径见下文表5。表16中SAPs的粒径分布从本实施例中使用的实际批次测得。
表16：SAP粒径比较
样品圆盘在200华氏度的含盐水5％(以体积计)的溶液中以及含盐水16％(以体积计)的溶液中测试。样品圆盘在275华氏度的含盐水5％(以体积计)的溶液中以及含盐水16％(以体积计)的溶液中测试。本次测试的测试结果如下表17所示。
表17：实施例2的测试结果
图2A-C，图3A-C，图4A-C，以及图5A-C示出了使用组合物A的一些测试结果的图形表示。图2A-2C，图4A-4C，和图5A-5B表明，在200华氏度5％的盐水，275华氏度5％的盐水，以及275华氏度16％的盐水的模拟井下条件，在各自的不同的负载的情况中，包括中等和大的颗粒状SAPs的组合物与包括粉末状SAPs的组合物相比膨胀得更快，并且具有更高的膨胀百分比(体积)。图3A-3C表明，在200华氏度16％的盐水的模拟的井下条件下，在各自的不同的负载的情况中，包括中等和大的颗粒状SAPs的组合物与包括粉末状SAPs的组合物相比膨胀更为相似。图3A–图3C示出的数据是预期的，因为200华氏度16％的盐水环境被认为是对于膨胀具有挑战性的环境，例如，与低的盐水条件和更高的温度相比，这些条件会导致较低的膨胀速率和较小的膨胀体积。如图2A-2C、图4A-4C和图5A-5C的结果所示，如果在200华氏度16％的盐水中进行更长的时间的测试，预期与粉末状SAP相比，高负载量的较大颗粒状SAP会显示出更高的膨胀百分比和更快的膨胀。因此，这些测试结果表明，与粉末状SAP相比，本领域技术人员会被鼓励去选择中等或大的颗粒状SAP用于封隔器弹性体，以达到最快的膨胀速率和最高的膨胀体积。
进行了粉末状SAP、中等颗粒状SAP、以及大颗粒状SAP的进一步比较测试。如本文所述，一种测量从组合物A中浸出SAP的方法如下。但是，也可以使用其他方法。橡胶被模塑成一个大约15克的扣状物。测量并记录扣状物的准确质量。扣状物被放置在一个已知质量的容器中，容器中含有375毫升蒸馏水。扣状物必须被完全浸入水中。容器是密封的，并在大约200华氏度的烤箱里放置约7天。这时，移除橡胶扣状物。在扣状物表面的浸出的SAP被刮进广口瓶中。广口瓶在烘箱中放置大约3天以使水分蒸发，留下干燥的SAP。测量广口瓶与SAP的质量和，并从该值减去将广口瓶的质量，得到的质量即为从橡胶扣状物中浸出的SAP的质量。浸出百分比由浸出的SAP的质量除以橡胶扣状物的初始质量而计算得到。研究发现，颗粒状SAPs与粉末状SAPs相比，其显示明显更高的浸出百分比。例如，如图7A所示，当包括大颗粒状SAP的组合物对于最低SAP负载量展示出约25％的浸出，并且对于包括大颗粒状SAP的组合物当SAP负载量增加时浸出百分比增加(即，SAP的负载量约170Phr时的浸出达到超过约35％)。包括中等颗粒状SAP的组合物对于最低SAP负载量展示出约15％的浸出，并且对于包括中等颗粒状SAP的组合物当SAP负载量增加时浸出百分比增加(即，SAP的负载量约170Phr时的浸出达到约30％)。出乎意料的是，包括粉末状SAP的组合物对于最低SAP负载量展示出小于约5％的浸出。对于包括粉末状SAP的组合物当SAP负载量增加时浸出百分比增加(即，SAP的负载量约170Phr时的浸出达到小于约10％)。然而，对于包括粉末状SAP的组合物当SAP的负载量增加时，浸出增加的速率令人惊奇地且值得注意地少于颗粒状SAP当SAP的负载量增加时浸出增加的速率。值得注意的是，粉末状SAP样品浸出少于两种颗粒状SAP的量的一半。
图7B示出了三种固化组合物的浸出测试的照片。在本实施例中，在200华氏度左右的蒸馏水中进行了约7天的测试。左边广口瓶中含有具有粉末状SAP的可膨胀组合物，并且没有观察到明显的浸出证据。中间的广口瓶中含有具有中等颗粒状SAP的可膨胀组合物，并且可以观察到相当多的浸出。右边广口瓶中含有具有大颗粒状SAP的可膨胀组合物，并且可以观察到大量的浸出，大量的浸出使得组合物不再接触广口瓶的底部，并在溶液中悬浮。
在另一个实施例中，图7C-E示出了浸出对固化的可膨胀组合物的影响。图7C示出了膨胀测试之前的圆盘。浸出可以降低固化组合物的膨胀能力，并在组合物中制造穿孔的更高的可能性(例如，比如当组合物受力时，可以导致组合物的破裂)。图7D-E中左边的圆盘样品包括含有负载量为150Phr的大颗粒状SAP的可膨胀组合物。如图7D所示，包括大颗粒状SAP的左边的圆盘样品的表面由于至少部分地浸出，导致高度的凹陷和粗糙。进一步地，图7E示出了包括大颗粒状SAP的左边的圆盘样品已经从环撕裂。图7D-E中具有150Phr负载量的中间的圆盘样品含有包括中等颗粒状SAP的可膨胀组合物。图7D中示出了，中间的圆盘样品的表面在组合物中包括一些穿孔，尽管还没有到左边的圆盘样品所见的程度。进一步地，如图7E所示，与左边样品相比，中间样品的从环撕裂不那么明显。图7D-E中右边的圆盘样品包括含有负载量为150Phr的粉末状SAP的可膨胀组合物。如图7D中所示，右边的圆盘样品的表面大致光滑，且没有明显的穿孔。同样，图7E中没有示出右边的圆盘的组合物从环的任何撕裂。此外，令人惊讶的是，发现右边的圆盘的膨胀量似乎是与左边的和中间的圆盘相似(大和中等颗粒状SAPs)。因此，正如本文所公开的(令人惊讶的是)，在示例性实施方式中，粉状等级的SAP的使用，导致了具有可接受的膨胀量以及合适的物理性能的可膨胀的封隔器，以使这些封隔器可以在高温和/或高压的钻井孔中使用。
在具有颗粒状SAP颗粒的可膨胀组合物中发现了高水平的浸出和/或更低的柔韧性。浸出可以降低可膨胀组合物的膨胀势，并且它可以在橡胶中产生撕裂和/或穿孔。这些撕裂和/或穿孔可能会产生薄弱点，这些薄弱点会导致橡胶受力时失效。图10中为一个失效的封隔器，其表明当橡胶暴露在高压下时，橡胶被沿其长度方向撕裂开。图7D-E中的浸出的数据以及图10中的失效的封隔器表明可膨胀的封隔器的物理性能通常会随颗粒状SAPs的高负载量而变差。
实施例3
图6A-C示出了暴露在200华氏度、具有5％(按体积计)盐水的溶液4天的可膨胀的封隔器的膨胀百分比与SAP的负载量的关系，其部分使用来自实施例2(组合物A)的数据制造。基于所述数据，对于粉末状SAP、中等颗粒状SAP以及大颗粒状SAP描绘了膨胀百分比与SAP的负载量之间线性，或基本上线性的关系。图6A-C示出了三种SAPs达到75％的膨胀的预测的配制水平。
如图6A所示，使用粉末状SAP获得75％的膨胀时预测的SAP负载量为约205Phr。粉末状SAP的最大负载水平尚未确定，但是比约205Phr的在前面提及到的环境中4天后获得75％的膨胀时的预测的负载量要大。因此，预测在前面提及到的环境中4天后的75％的膨胀可以通过使用粉末状SAP的可膨胀组合物来实现。
图6B示出了使用中等颗粒状SAP获得75％的膨胀时预测的SAP负载量为约190Phr。在这个实施例中，在这种可膨胀组合物中的中等颗粒状SAP的最大负载量确定为约170Phr(例如，至少在一定程度上是由于中等颗粒状SAP在超过170Phr的负载量时所产生的浸出量)。因此，预测在前面提及到的环境中4天后的75％的膨胀可能不能通过仅使用中颗粒状SAP的可膨胀组合物来实现。
图6C示出了使用大颗粒状SAP获得75％的膨胀时预测的SAP负载量为约160Phr。在这个实施例中，在这种可膨胀组合物中的大颗粒状SAP的最大负载量为约150Phr。因此，预测在前面提及到的环境中4天后的75％的膨胀可能不能通过仅使用大颗粒状SAP的可膨胀组合物来实现。
因此，令人惊讶地发现，在膨胀组合物中增加粉末状SAP的量至超过中等或大颗粒状SAP的最大负载量，导致粉末状SAP组合物膨胀速率和体积特性得到改善，并改善了物理特性(无撕裂或穿孔)。此外，205Phr的粉末状SAP组合物很容易结合，并且没有制备问题。中等或大颗粒状SAP不能与膨胀组合物结合以在四天内获得75％的膨胀(例如，颗粒状SAP从配方中脱出，并且变得难以处理)。
实施例4
用205Phr的粉末状SAP制备了可膨胀组合物的两个圆盘样品。粉末状SAP使用密炼机混合(例如，可以帮助减少飞损(fly loss))。一种组合物中含有10％的丁腈橡胶(NipolDN3350)。其他组合物中含有10％的氢化丁腈橡胶(Zetpol 2030L)。所得到的组合物表现出优异的生坯强度和可接受的研磨特性和操作性能。这两种组合物的有关的数据于下文表18中再次示出。如实施例3中所预测的，在200华氏度下在具有体积分数为5％的盐水的溶液中4天后，205Phr负载量的粉末状SAP获得了75％的膨胀。具有氢化丁腈橡胶(Zetpol2030)的组合物四天后在四种环境中的三种下表现出更大的膨胀速率。氢化丁腈橡胶(Zetpol2030)的使用可以提供高温下的改善的热稳定性，并可以进一步减少浸出。如图8中所示出的，包括粉末状SAP的可膨胀组合物的膨胀速率随着SAP的负载量的增加而增加。图9示出了暴露于275华氏度下在具有体积分数为16％的盐水的溶液中一周后的两个圆盘样品的测试。左边的圆盘样品使用10％的丁腈橡胶(Nipol DN3350)，且右边的圆盘样品使用10％的氢化丁腈橡胶(Zetpol 2030L)。
表18：205Phr的粉末状SAP的膨胀数据
如图8所示，包括粉末状SAP的可膨胀组合物的膨胀速率随着SAP的负载量的增加而增加。
要求保护的主题的进一步的优势将从下述的实施例中显现出来，下述实施例描述了要求保护的主题的某些实施方式。
实施例1A。一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域的方法，其中，可膨胀的封隔器-导管组件包括导管和至少部分地缠绕导管的外表面的可膨胀的封隔器，该方法包括：在具有周壁(surrounding wall)的区域内设置可膨胀的封隔器-导管组件；当可膨胀的封隔器-导管组件被周壁围绕时允许可膨胀的封隔器-导管组件暴露于水、水基流体和/或地层水；当可膨胀的封隔器-导管组件被周壁围绕时允许可膨胀的封隔器-导管组件暴露在高温下；等待一段时间使得可膨胀的封隔器能够膨胀，以充分地密封周壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域。在一些实施方式中，可膨胀的封隔器可以密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的环形区域。
实施例2A。实施例1A的方法，其中可膨胀的封隔器包括以至少约150Phr、175Phr、197Phr、200Phr、205Phr或225Phr存在的的粉末状高吸水性聚合物。
实施例3A。实施例1A或2A的方法，其中高温包括约200华氏度的温度。
实施例4A。实施例1A或2A的方法，其中高温包括约275华氏度的温度。
实施例5A。实施例1A-4A中一个或多个的方法，其中的水、水基流体和/或地层水为约5％的重量/体积的盐水溶液。
实施例6A。实施例1A-4A中一个或多个的方法，其中的水、水基流体和/或地层水为约16％的重量/体积的盐水溶液。
实施例7A。实施例1A-6A中一个或多个的方法，其中可膨胀的封隔器膨胀至少约50％，60％，65％，70％，75％，80％，或90％(以体积计)。
实施例8A。实施例1A-7A中一个或多个的方法，其中一段时间为约2天、3天、4天或5天。
实施例9A。实施例1A-8A中一个或多个的方法，其中周壁和已膨胀的可膨胀封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约3000、4000、5000、6000、70000、或8000psi的压力。
实施例10A。实施例1A-9A中一个或多个的方法，其中可膨胀的封隔器包括可膨胀的橡胶组合物，可膨胀的橡胶组合物包括：
(i)弹性体、丁二烯橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物的组合；
(ii)腈弹性体、橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物的组合；或
(iii)至少一种腈橡胶弹性体，至少一种苯乙烯丁二烯橡胶，炭黑，邻苯二甲酸二辛酯，气相二氧化硅，氧化锌，抗臭氧剂，抗降解剂，增粘剂，硫磺，二硫化四甲基秋兰姆，抑制剂，至少一种粉末状高吸水性聚合物，以及硬脂酸。
实施例11A。实施例1A-10A中一个或多个的方法，其中周壁和已膨胀的可膨胀的封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约5000psi的压力和至少200华氏度的温度并保持密封。
实施例12A。实施例1A-10A中一个或多个的方法，其中周壁和已膨胀的可膨胀的封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约5000psi的压力和至少275华氏度的温度并保持密封。
实施例1B。一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域的方法，其中，可膨胀的封隔器-导管组件包括导管和至少部分地缠绕导管的外表面的可膨胀的封隔器，该方法包括：在钻井孔区域内设置可膨胀的封隔器-导管组件；当可膨胀的封隔器-导管组件在钻井孔中时允许可膨胀的封隔器-导管组件暴露于水、水基流体和/或地层水；当可膨胀的封隔器-导管组件在钻井孔中时允许可膨胀的封隔器-导管组件暴露在高温下；等待一段时间使得可膨胀的封隔器能够膨胀，以充分地密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域。
实施例2B。实施例1B的方法，其中可膨胀的封隔器包括以至少约150Phr、175Phr、197Phr、200Phr、205Phr或225Phr存在的粉末状高吸水性聚合物。
实施例3B。实施例1B或2B的方法，其中高温包括约200华氏度的温度。
实施例4B。实施例1B或2B的方法，其中高温包括约275华氏度的温度。
实施例5B。实施例1B-4B中一个或多个的方法，其中的水、水基流体和/或地层水为约5％的重量/体积的盐水溶液。
实施例6B。实施例1B-4B中一个或多个的方法，其中的水、水基流体和/或地层水为约16％的重量/体积的盐水溶液。
实施例7B。实施例1B-6B中一个或多个的方法，其中可膨胀的封隔器膨胀至少约50％，60％，65％，70％，75％，80％，或90％(以体积计)。
实施例8B。实施例1B-7B中一个或多个的方法，其中一段时间为约2、3、4或5天。
实施例9B。实施例1B-8B中一个或多个的方法，其中井壁和已膨胀的可膨胀的封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约3000、4000、5000、6000、7000、或8000psi的压力。
实施例10B。实施例1B-9B中一个或多个的方法，其中可膨胀的封隔器包括可膨胀的橡胶组合物，可膨胀的橡胶组合物包括：
(i)弹性体、丁二烯橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物的组合；
(ii)腈弹性体、橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物的组合；或
(iii)至少一种腈橡胶弹性体，至少一种苯乙烯丁二烯橡胶，炭黑，邻苯二甲酸二辛酯，气相二氧化硅，氧化锌，抗臭氧剂，抗降解剂，增粘剂，硫磺，二硫化四甲基秋兰姆，抑制剂，至少一种粉末状高吸水性聚合物，以及硬脂酸。
实施例11B。实施例1B-10B中一个或多个的方法，其中井壁和已膨胀的可膨胀的封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约5000psi的压力和至少200华氏度的温度并保持密封。
实施例12B。实施例1B-10B中一个或多个的方法，其中井壁和已膨胀的可膨胀的封隔器-导管组件之间的密封能够承受至少约5000psi的压力和至少约275华氏度的温度并保持密封。
实施例1C。可膨胀的橡胶组合物包括弹性体、丁二烯橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物。
实施例2C。可膨胀的橡胶组合物包括腈弹性体、橡胶、硫固化剂、二氧化硅和粉末状高吸水性聚合物。
实施例3C。可膨胀的橡胶组合物包括至少一种腈橡胶弹性体，至少一种苯乙烯丁二烯橡胶，炭黑，邻苯二甲酸二辛酯，气相二氧化硅，氧化锌，抗臭氧剂，抗降解剂，增粘剂，硫磺，二硫化四甲基秋兰姆，抑制剂，至少一种粉末状高吸水性聚合物，以及硬脂酸。
实施例4C。实施例1C-3C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物以约125-175Phr存在。
实施例5C。实施例1C-4C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物以约170-210Phr存在。
实施例6C。实施例1C-5C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物以约150Phr、175Phr、200Phr或225Phr存在。
实施例7C。实施例1C-6C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物和至少一种颗粒状高吸水性聚合物存在在可膨胀的橡胶中；并且其中粉末状高吸水性聚合物占加入到可膨胀的橡胶中的总的高吸水性聚合物的重量的至少50％，60％，70％，80％，90％或95％。
实施例8C。实施例1C-7C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中选择的总的高吸水性聚合物使得固化后，固化的可膨胀的橡胶封隔器能够在水中和/或盐水中扩张，而不影响橡胶的物理性质和/或没有明显的浸出和/或没有明显的穿孔。
实施例9C。实施例1C-8C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物具有约10到120μm或约20到100μm(例如约20、25、30、35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，100，105，110，115或120μm)的平均粒径。
实施例10C。实施例1C-9C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物具有小于或等于约20，30，40，50，60，70，80，90，100，110或120μm的平均粒径。
实施例11C。实施例1C-10C中一个或多个的水可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物基本上由小于或等于约20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120或130μm的粒径组成。
实施例12C。实施例1C-11C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，还包括约120至200(例如：120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、220、205、210、215、220)Phr的粉末状高吸水性聚合物。
实施例13C。实施例1C-12C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物包括以下一个或多个：聚合电解质、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺-共-丙烯酸钾)、聚丙烯酰胺(如聚丙烯酰胺钾)和/或丙烯酸。
实施例14C。实施例1C-实施例13C中的一个或多个可膨胀的橡胶组合物，其中颗粒状高吸水性聚合物包括以下一个或多个：聚合电解质、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸钠)、聚丙烯酰胺共聚丙烯酸酯(如聚丙烯酰胺共聚丙烯酸酯)、聚丙烯酰胺(如钾聚丙烯酰胺)和/或丙烯酸。
实施例15C。实施例1C-13C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中粉末状高吸水性聚合物是聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，其具有约35μm的平均粒度，中值粒径约35μm且标准差约10μm，并且粉末中大体上没有超过约75μm的颗粒。
实施例16C。实施例1C-15C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物被配置为在约5％的重量/体积盐水溶液中膨胀至少约10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％，110％，120％，130％，140％，150％，160％，170％，180％，190％，200％，210％，220％，230％，240％或250％(按体积计)，而没有实质损害固化橡胶的物理性能和/或没有明显的浸出和/或没有明显穿孔。
实施例17C。实施例1C-16C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物被配置为在约16％的重量/体积盐水溶液中膨胀至少约10％，或至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％，或至少约100％，或至少约110％，或至少约120％，或至少约130％，或至少约140％，或至少约150％，或至少约160％，或至少约170％，或至少约180％，或至少约190％，或至少约200％，或至少约210％，或至少约220％，或至少约230％，或至少约240％或至少约250％(按体积计)，而没有实质损害橡胶的物理性能和/或没有明显的浸出和/或没有明显穿孔。
实施例18C。实施例1C-17C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物被配置为当承受约200华氏度的温度时膨胀。
实施例19C。实施例1C-17C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的水可膨胀的橡胶组合物被配置为当承受约275华氏度的温度时膨胀。
实施例20C。实施例1C-19C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物被配置为当承受至少约3000、4000、5000、6000、7000或8000psi的压力时膨胀。
实施例21C。实施例1C-20C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物被配置为在2、3、4或5天内实质膨胀。
实施例22C。实施例1C-21C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化后的可膨胀的橡胶组合物具有至为20、25或30的邵氏A硬度。
实施例23C。实施例1C-21C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，其中固化并实质膨胀后的可膨胀的橡胶组合物具有至少20、25或30的邵氏A硬度。
实施例24C。一种可膨胀的封隔器，其包括：导管，以及根据实施例1C-23C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物，可膨胀的橡胶组合物缠绕导管的至少一部分并且被固化。
实施例25C。可膨胀的封隔器通过使实施例1C-23C中一个或多个的可膨胀的橡胶组合物在可膨胀的橡胶组合物缠绕导管的至少一部分之后被固化而制得。
实施例26C。根据实施例1C-23C中的一个或多个，一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域的方法，其中，可膨胀的封隔器-导管组件包括导管和至少部分地缠绕导管的外表面的可膨胀的封隔器，包括：在钻井孔的一区域内按以下方式设置可膨胀的封隔器-导管组件：使得在可膨胀主体膨胀时密封所述空间，可膨胀主体容易接触出现在钻井孔中的水、水基流体和/或地层水。
实施例5：测试低丙烯腈聚合物的设计实验
分析了四种可膨胀的橡胶组合物，包括弹性体、丁二烯橡胶、硫磺固化剂、填料和高吸水性聚合物，用于不同的聚合物结构、填料体系和二元硫和过氧化物固化体系的影响，其中的影响包括线束(harness)、膨胀和老化性能。在四种可膨胀的橡胶组合物中，固化化学品(如硫固化剂和过氧化物)的分布是相同的，但制备了各种分布的ACN腈聚合物，并与不同的SBR 1502聚合物进行了比较。表18展示了四种不同的可膨胀的橡胶组合物的组成。
表18：聚合物分布
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 丁苯橡胶(SBR)1502 | 90 | 0 | 90 | 0 |
| 低丙烯腈(ACN)腈 | 0 | 90 | 0 | 90 |
| 氢化丁腈橡胶(HNBR) | 10 | 10 | 10 | 10 |
不同的填料体系用于四种可膨化橡胶组合物的每一种，其中填料体系包括羧甲基纤维素(CMC)、磷酸三钙和标准SAP，如表19所示。可膨胀的橡胶组合物1和可膨胀的橡胶组合物2含有羧甲基纤维素和磷酸三钙。在一些实施方式中，羧甲基纤维素和/或三磷酸三钙的加入可以提高二价阳离子、三价阳离子、二价阴离子和三价阴离子的吸收。根据一些实施方式，标准SAP可以对单价离子的吸收效果最好。
表19：可膨胀填料分布
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 羧甲基纤维素 | 100 | 100 | 0 | 0 |
| 磷酸三钙 | 50 | 50 | 0 | 0 |
| 标准SAP | 50 | 50 | 200 | 200 |
四种可膨胀的橡胶组合物通过Moriyama混合器混合，并随后最先测试物理特性和流变特性。膨胀圆盘随后被模塑并在200°F在5％的盐水中实施膨胀测试。同时还进行了低温和高盐度测试。在允许混合材料放置三周后，对物理特性和流变特性重新测试，并新的膨胀圆盘被模塑。在200°F在5％的盐水中再次进行了膨胀测试以比较物理特性和流变特性的变化。
表20示出了从初始时间点到初始时间点约三周后，四种可膨胀的橡胶组合物的硬度的变化。可膨胀的橡胶组合物2和可膨胀的橡胶组合物4在三周后保持硬度特性。
表20：三周后的硬度变化
含有低ACN腈的可膨胀的橡胶组合物2和/或4与含有SBR的可膨胀的橡胶组合物3和/或4相比，显示出较高的初始交联密度。含有CMC和磷酸三钙的可膨胀的橡胶组合物1和2，显示出高度增加的交联密度，这可能是由于在固化过程中填料相互作用所致。可膨胀的橡胶组合物4在一端时间周期后呈现降低的粘度，这可以表明材料在加工过程中仍然很容易流动。图13、图14、图15和图16是说明化合物比较的图。
如表21所示，可膨胀的橡胶组合物1-4经过了材料的老化期后的膨胀性能没有显现出降低。与具有可膨胀填料的组合的可膨胀的橡胶组合物1和/或2相比，仅具有SAP的可膨胀的橡胶组合物3和/或4具有更高的膨胀率。图17、图18、图19和图20中示出了可膨胀的橡胶组合物1-4的老化比较。
表21：三周后的流变数据的变化
表22示出了可膨胀的橡胶组合物1-4的温度膨胀日期。可膨胀的橡胶组合物1-4的测试在40°F在5％的盐水中进行。与其他可膨胀的橡胶组合物相比，可膨胀的橡胶组合物3表现出最佳的膨胀性能。
表22：三周后的膨胀特性的变化
表23示出了可膨胀的橡胶组合物1-4的高盐度膨胀日期。可膨胀的橡胶组合物1-4的测试在275°F在23％的盐水中进行。与含有CMC和磷酸三钙的组合的可膨胀的橡胶组合物相比，具有标准SAP的可膨胀的橡胶组合物显示出明显改善的膨胀结果。
表23：高盐度的膨胀数据
表24示出了可膨胀的橡胶组合物1-4的低温膨胀数据。可膨胀的橡胶组合物1-4的测试在40°F在5％的盐水中进行。与可膨胀的橡胶组合物1，2和4相比，可膨胀的橡胶组合物3显示出最高的增长％(即，膨胀)。
表24：低温膨胀数据
实施例6：一种可膨胀的橡胶组合物的具体实施例实施方式
一种可膨胀的橡胶组合物可以被配置为通过调整一种或多种成分的组成，使其具有一种或多种在本申请中公开的所需品质，包括例如，可膨胀性、交联密度、耐盐度、固化温度等。表25提供了可膨胀组合物的实施例。
表25：可膨胀的橡胶组合物
Claims (66)
1.一种可膨胀的橡胶组合物，包括：
弹性体；
丁二烯橡胶；
硫固化剂；
二氧化硅；以及
粉末状高吸水性聚合物。
2.一种可膨胀的橡胶组合物，包括：
腈弹性体；
橡胶；
硫固化剂；
二氧化硅；以及
粉末状高吸水性聚合物。
3.一种可膨胀的橡胶组合物，包括：
至少一种腈橡胶弹性体；
至少一种丁苯橡胶；
炭黑；
邻苯二甲酸二辛酯；
气相二氧化硅；
氧化锌；
抗臭氧剂；
抗降解剂；
增粘剂；
硫磺；
二硫化四甲基秋兰姆；
抑制剂；
至少一种粉末状高吸水性聚合物；以及
硬脂酸。
4.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物以约125Phr至约175Phr存在。
5.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物以约170Phr至约210Phr存在。
6.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物以至少约150Phr，约175Phr，约200Phr或约225Phr存在。
7.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物中存在所述粉末状高吸水性聚合物以及至少一种颗粒状高吸水性聚合物；并且其中所述粉末状高吸水性聚合物占加入到所述可膨胀的橡胶组合物中的总的高吸水性聚合物的重量的至少约50％，约60％，约70％，约80％，约90％，或约95％。
8.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，总的高吸水性聚合物被选定为使得，固化后，固化的可膨胀的橡胶封隔器能够在水和/或盐水中扩张，而没有损害所述可膨胀的橡胶组合物的物理性质和/或没有显著的浸出和/或没有显著的穿孔。
9.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物具有约10μm至约120μm或约20μm至约100μm的平均粒径。
10.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物具有小于或等于约20μm，约30μm，约40μm，约50μm，约60μm，约70μm，约80μm，约90μm，约100μm，约110μm，或约120μm的平均粒径。
11.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物基本上由小于或等于约20μm，约30μm，约40μm，约50μm，约60μm，约70μm，约80μm，约90μm，约100μm，约110μm，约120μm，或约130μm的粒径组成。
12.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，进一步包括约120Phr至约220Phr的所述粉末状高吸水性聚合物。
13.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物包括下列中的一种或多种：聚合电解质、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和/或丙烯酸。
14.根据权利要求7所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种颗粒状高吸水性聚合物包括下列中的一种或多种：聚合电解质、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺-共-聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和/或丙烯酸。
15.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述粉末状高吸水性聚合物为聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物，所述聚丙烯酸钾聚丙烯酰胺共聚物具有约35μm的平均粒径，中值粒径约35μm且标准偏差约10μm，并且粉末中大体上没有颗粒超过约63μm。
16.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为在约5％的重量/体积的盐水溶液中按体积计膨胀至少约10％，约20％，约30％，约40％，约50％，约60％，约70％，约80％，约90％，约100％，约110％，约120％，约130％，约140％，约150％，约160％，约170％，约180％，约190％，约200％，约210％，约220％，约230％，约240％或约250％，而没有实质损害固化后的可膨胀的橡胶组合物的物理性能和/或没有显著浸出和/或没有显著穿孔。
17.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为在约16％的重量/体积的盐水溶液中按体积计膨胀至少约10％，约20％，约30％，约40％，约50％，约60％，约70％，约80％，约90％，约100％，约110％，约120％，约130％，约140％，约150％，约160％，约170％，约180％，约190％，约200％，约210％，约220％，约230％，约240％或约250％，而没有实质损害可膨胀的橡胶组合物的物理性能和/或没有显著浸出和/或没有显著穿孔。
18.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为当承受约200华氏度的温度时膨胀。
19.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为当承受约275华氏度的温度时膨胀。
20.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为当承受至少约3000psi，约4000psi，约5000psi，约6000psi，约7000psi或者约8000psi的压力时膨胀。
21.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后被配置为在约2天，约3天，约4天，或约5天内实质膨胀。
22.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化后具有至少约20，约25或约30的邵氏A硬度。
23.根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在固化并实质膨胀后具有至少约20，约25或约30的邵氏A硬度。
24.一种可膨胀的封隔器，包括：
导管；和
根据权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物，所述可膨胀的橡胶组合物缠绕导管的至少一部分并且被固化。
25.一种可膨胀的封隔器，所述可膨胀的封隔器是通过使权利要求1所述的可膨胀的橡胶组合物在所述可膨胀的橡胶组合物缠绕所述导管的至少一部分后被固化而制得的。
26.一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的区域的方法，其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件包括导管和至少部分地缠绕所述导管的外表面的可膨胀的橡胶组合物，包括：在钻井孔的一区域内按以下方式设置所述可膨胀的封隔器-导管组件：使得在可膨胀主体膨胀时密封所述区域，所述可膨胀主体容易接触出现在井壁的水、水基流体和/或地层水，其中所述可膨胀的橡胶组合物包括：
弹性体；
丁二烯橡胶；
硫固化剂；
二氧化硅；以及
粉末状高吸水性聚合物。
27.一种可膨胀的橡胶组合物，包括：
至少一种腈橡胶；
至少一种聚丁二烯橡胶；
至少一种硫固化剂；
至少一种二氧化硅；
至少一种过氧化物固化剂；以及
至少一种粉末状高吸水性聚合物。
28.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，还包括：
至少一种氢化丁腈橡胶；
至少一种抗臭氧剂；
至少一种增粘剂；
至少一种硫化抑制剂；
至少一种邻苯二甲酸酯；
至少一种硫化促进剂；
硬脂酸；
炭黑；
氧化锌；
或其组合。
29.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种腈橡胶以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约10wt.％至约45wt.％的浓度存在。
30.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种腈橡胶包括丙烯腈和丁二烯，其中所述丙烯腈以按所述至少一种腈橡胶的重量计约20wt.％或者更小的浓度存在在所述至少一种腈橡胶中。
31.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种聚丁二烯橡胶以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约0.5wt.％至约15wt.％的浓度存在。
32.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种聚丁二烯橡胶包括乙烯基基团，其中所述乙烯基基团以按所述至少一种聚丁二烯橡胶的重量计约5wt.％至约30wt.％的浓度存在在所述至少一种聚丁二烯橡胶中。
33.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种二氧化硅以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约1wt.％至约25wt.％的浓度存在。
34.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种过氧化物固化剂以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约0.1wt.％至约1.5wt.％的浓度存在。
35.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物能够在接触水基流体后膨胀，其中所述可膨胀的橡胶组合物已经被固化。
36.根据权利要求35所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述水基流体包括水、水溶液、井下水基溶液、水性溶液、至少一种盐水，及其组合。
37.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物能够在至少约275℉的温度下膨胀。
38.根据权利要求27所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物能够在压力下膨胀，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi或者至少约8000psi。
39.根据权利要求28所述的可膨胀的橡胶组合物，还包括：
至少一种氢化丁腈橡胶；
至少一种抗臭氧剂；
至少一种增粘剂；
至少一种硫化抑制剂；
至少一种邻苯二甲酸酯；
至少一种硫化促进剂；
硬脂酸；
炭黑；以及
氧化锌。
40.一种可膨胀的橡胶组合物，包括：
至少一种腈橡胶；
至少一种聚丁二烯橡胶；
至少一种二氧化硅；
至少一种硫固化剂；
至少一种羧甲基纤维素；
至少一种磷酸钙；以及
至少一种粉末状高吸水性聚合物。
41.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，还包括：
至少一种氢化丁腈橡胶；
至少一种抗臭氧剂；
至少一种增粘剂；
至少一种硫化抑制剂；
至少一种邻苯二甲酸酯；
至少一种硫化促进剂；
硬脂酸；
炭黑；
氧化锌；
或其组合。
42.根据权利要求41所述的可膨胀的橡胶组合物，还包括：
至少一种氢化丁腈橡胶；
至少一种抗臭氧剂；
至少一种增粘剂；
至少一种硫化抑制剂；
至少一种邻苯二甲酸酯；
至少一种硫化促进剂；
硬脂酸；
炭黑；以及
氧化锌。
43.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，固化后的交联密度大于除省略所述至少一种羧甲基纤维素和所述至少一种磷酸钙以外的相同配方的可膨胀的橡胶组合物。
44.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种腈橡胶以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约10wt.％至约45wt.％的浓度存在。
45.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种腈橡胶包括丙烯腈和丁二烯，其中所述丙烯腈以按所述至少一种腈橡胶的重量计约20wt.％或者更小的浓度存在在所述至少一种腈橡胶中。
46.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种聚丁二烯橡胶以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约0.5wt.％至约15wt.％的浓度存在。
47.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种聚丁二烯橡胶包括乙烯基基团，其中所述乙烯基基团以按所述至少一种聚丁二烯橡胶的重量计约5wt.％至约30wt.％的浓度存在在所述至少一种聚丁二烯橡胶中。
48.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述至少一种二氧化硅以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约1wt.％至约25wt.％的浓度存在。
49.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，至少一种过氧化物以按所述可膨胀的橡胶组合物的重量计约0.1wt.％至约1.5wt.％的浓度存在。
50.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在接触水基流体时能够膨胀，其中所述可膨胀的橡胶组合物已经被固化。
51.根据权利要求50所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述水基流体包括水、水溶液、井下水基溶液、水性溶液、至少一种盐水，或其组合。
52.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物能够在至少约275℉的温度下膨胀。
53.根据权利要求40所述的可膨胀的橡胶组合物，其中，所述可膨胀的橡胶组合物能够在压力下膨胀，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi以及至少约8000psi。
54.一种密封井壁和可膨胀的封隔器-导管组件之间的环形区域的方法，所述方法包括：
使所述可膨胀的封隔器-导管组件的至少一部分接触水基流体，
其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件包括可膨胀的橡胶组合物，所述可膨胀的橡胶组合物包括：
至少一种腈橡胶；
至少一种聚丁二烯橡胶；
至少一种硫固化剂；
至少一种二氧化硅；
至少一种过氧化物固化剂；以及
至少一种粉末状高吸水性聚合物。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件在接触所述水基流体时膨胀。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件膨胀按体积计约20％至按体积计约250％。
57.根据权利要求55所述的方法，其中，所述水基流体包括水溶液、井下水基溶液、水性溶液、至少一种盐水、或者其组合。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，至少一种盐水包括约5％的盐水溶液，约10％的盐水溶液，约15％的盐水溶液，约20％的盐水溶液，约25％的盐水溶液，约30％的盐水溶液，约35％的盐水溶液，约40％的盐水溶液，约45％的盐水溶液，约50％的盐水溶液，约55％的盐水溶液，约60％的盐水溶液，约65％的盐水溶液，或约70％的盐水溶液。
59.根据权利要求56所述的方法，其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件膨胀按体积计约20％至约250％，其中膨胀发生在一段时间内，所述一段时间包括约1天，约2天，约3天，约4天，或约5天。
60.根据权利要求56所述的方法，其中，所述可膨胀的封隔器-导管组件膨胀按体积计约20％至约250％，其中所述可膨胀的封隔器-导管组件承受压力，所述压力包括至少约3000psi，至少约4000psi，至少约5000psi，至少约6000psi，至少约7000psi，以及至少约8000psi。
61.一种固化可膨胀的橡胶组合物的方法，所述方法包括：
将固化组合物结合至所述可膨胀的橡胶组合物以形成混合物；以及
将所述混合物暴露在包括温度在内的条件下，所述温度包括至少约200°F，至少约225°F，至少约250°F，至少约275°F，至少约300°F，至少约325°F，至少约350°F，至少约375°F，至少约400°F，至少约425°F，至少约450°F，至少约475°F，或者至少约500°F，
其中，所述可膨胀的橡胶组合物包括：
至少一种腈橡胶；
至少一种聚丁二烯橡胶；
至少一种硫固化剂；
至少一种二氧化硅；
至少一种过氧化物固化剂；以及
至少一种粉末状高吸水性聚合物，以及
其中所述固化组合物包括：
至少一种硫固化剂；以及
至少一种过氧化物剂。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述可膨胀的橡胶组合物在接触水基流体时膨胀。
63.根据权利要求62所述的方法，其中，所述可膨胀的橡胶组合物膨胀按体积计约20％至约250％。
64.根据权利要求63所述的方法，其中，所述可膨胀的橡胶组合物膨胀按体积计约20％至约250％，其中膨胀发生在一段时间内，所述一段时间包括约1天，约2天，约3天，约4天，或约5天。
65.根据权利要求61所述的方法，其中，所述暴露包括加热。
66.根据权利要求61所述的方法，其中，所述暴露包括使所述混合物与具有一定温度的井内钻井孔接触，所述温度包括至少约200°F，至少约225°F，至少约250°F，至少约275°F，至少约300°F，至少约325°F，至少约350°F，至少约375°F，至少约400°F，至少约425°F，至少约450°F，至少约475°F，或者至少约500°F。
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